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Design for Resource and Energy efficiency in cerAMic kilns

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Rendere la produzione di ceramica più ecologica tramite il recupero del calore residuo e l’uso di nuovi materiali

Grazie a un progetto finanziato dall’UE, l’industria europea della ceramica assisterà presto a una serie di innovazioni tecnologiche che potrebbero migliorare l’efficienza energetica e abbassarne i costi operativi.

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L’industria della ceramica svolge un ruolo rilevante nell’economia dell’UE, trainata da 17 000 aziende che danno lavoro a più di 240 000 persone e generano profitti per quasi 30 miliardi di euro. Tuttavia, questo settore è anche un grande consumatore energetico: infatti, per produrre appena una tonnellata di piastrelle in ceramica, sono necessari 1,67 MWh di energia. «I processi di produzione delle piastrelle in ceramica sono ad alta intensità energetica. Ogni anno, il settore ceramico italiano spende quasi 1 500 milioni di euro solo per il fabbisogno di gas naturale. Se riuscissimo a migliorare del 2-3 % il livello di efficienza energetica per la produzione di un metro quadrato di piastrelle, potremmo ottenere un’enorme riduzione dei costi annuali per il consumo di gas naturale», osserva Gabriele Frignani, coordinatore del progetto DREAM, finanziato dall’UE.

Come i tubi di calore potrebbero tagliare i costi del gas naturale

I partner del progetto hanno introdotto la progettazione di tubi di calore affinché fungessero da scambiatori di calore per catturare l’energia persa dai forni e trasferirla a un’altra posizione della catena di produzione. «I tubi di calore recuperano il calore residuo dalla zona di raffreddamento (160-200 °C) dei forni a rulli per fornire aria agli essiccatoi o ad altri macchinari termici, contribuendo anche ad aumentare l’efficienza del processo», spiega Frignani. «Il recupero del calore residuo dalla zona di raffreddamento per scaldare l’aria di asciugatura delle piastrelle elimina la necessità di bruciare gas naturale. In generale, i tubi di calore favoriscono la riduzione del 4-5 % del consumo di gas naturale da parte di un essiccatoio. Potrebbe sembrare una quantità minuscola, tuttavia, questa corrisponde a enormi risparmi in termini di energia e costi», aggiunge Frignani. Un altro importante vantaggio derivante dall’uso della tecnologia a tubi di calore è che l’aria calda che si sposta verso l’essiccatoio è pulita poiché non avviene alcuna miscelazione tra l’aria che scaturisce dallo scambiatore di calore e i flussi di aria di scarico potenzialmente contaminati o corrosivi rilasciati dal camino di raffreddamento del forno.

Materiali refrattari e di rivestimento innovativi

Un ulteriore risultato interessante originato dal progetto DREAM consiste nello sviluppo di materiali refrattari e isolanti innovativi per i forni per la produzione di ceramica. I partner del progetto hanno collaudato forme e composizioni innovative per i materiali, in grado di ridurre la trasmissione di calore attraverso le pareti del forno. Ciò si è tradotto nella riduzione della temperatura di superficie dei forni nella media di 10 °C. «Le perdite nei forni dovute alla trasmissione di calore ammontano a circa il 15 % dell’energia termica impiegata per la cottura di ogni chilogrammo di piastrelle. Questa quantità di calore arriva più o meno a superare 75 kcal/kg rispetto a un consumo specifico di 500 kcal/kg di prodotto. Riducendo la temperatura di superficie dei forni tramite nuovi materiali refrattari e di rivestimento, abbiamo diminuito mediamente dell’1,4 % le perdite di calore», osserva Frignani.

Alimentare le macchine termiche tramite microturbine

Per la prima volta, i partner del progetto hanno studiato come l’energia termica (fumi caldi) prodotta dalle microturbine possa essere convogliata per alimentare il forno o l’essiccatoio. L’impiego di microturbine ha senso in paesi quali l’Italia, dove il costo dell’elettricità è notevolmente superiore a quello del gas naturale. Le microturbine eliminano l’esigenza di bruciare ingenti quantità di gas naturale per riavviare il forno dopo uno spegnimento poiché il ciclo di spurgo del forno non è richiesto (le ventole sono a loro volta alimentate elettricamente dalla microturbina durante lo spegnimento). «Un altro aspetto positivo è che la microturbina può essere dimensionata in base ai requisiti elettrici di una singola macchina termica, pertanto, da un punto di vista fiscale, l’azienda non si trova a dover caricare l’elettricità sulla rete pubblica, evitando quindi la tassazione dei prodotti energetici», conclude Frignani.

Parole chiave

DREAM, gas naturale, forno, tubo di calore, microturbina, piastrella in ceramica, refrattario, scambiatore di calore, materiale di rivestimento, recupero del calore residuo, efficienza energetica

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