Una soluzione modulare di recupero e accumulo energetico potrebbe trasformare il calore residuo dei gas di combustione in profitti
Le industrie ad alta intensità energetica producono ingenti quantità di calore residuo ad alte temperature e gran parte di questa energia rimane inutilizzata. L’Europa potrebbe riuscire a eliminare milioni di tonnellate di emissioni di CO2 all’anno semplicemente deviando il calore residuo dai gas di combustione per aumentare l’efficienza di innumerevoli processi industriali. Una delle sfide principali per il riciclo del calore residuo per permetterne la conversione in energia risiede nel fatto che i processi industriali, quali la produzione di ceramica e il riciclo dell’alluminio, si basano su lotti e non sono continui. Di conseguenza, è necessario recuperare l’energia da una fonte non costante. Inoltre, è probabile che il gas di scarico caldo rilasciato sia altamente corrosivo, il che significa che la tecnologia di recupero deve essere in grado di resistere a sostanze aggressive. Il progetto Smartrec, finanziato dall’UE, è stato pioniere della progettazione di un sistema modulare che recupera e gestisce il calore residuo proveniente da flussi di scarico corrosivi, contaminati e intermittenti. Il sistema che racchiude il recupero e l’accumulo dell’energia termica dovrebbe essere in grado di catturare il 40 % del calore residuo perso durante i processi industriali. L’attenzione si concentra sul calore a temperature medie ed elevate, che equivale a temperature oltre i 100 °C. L’idea è che questa energia possa successivamente essere disponibile per il riutilizzo nel medesimo processo o per la ridistribuzione in altri processi all’interno di un parco industriale.
Trasferimento efficiente di calore tramite scambiatori di calore con tubi di calore
La prima parte della soluzione di recupero termico riguarda lo sviluppo di una tecnologia personalizzata per tubi termici da utilizzarsi negli scambiatori di calore. Lisa Roby, responsabile di progetto presso Altek, spiega: «Gli scambiatori di calore con tubi di calore trasferiscono l’energia da un flusso di calore residuo caldo a un flusso più fresco. La nostra tecnologia si distingue dagli altri scambiatori di calore poiché il trasferimento del calore avviene attraverso una serie di tubi di calore». Ogni tubo di calore è suddiviso in tre sezioni: l’evaporatore, il trasporto adiabatico e il condensatore. Il calore applicato all’esterno della sezione dell’evaporatore è convogliato tramite la parete del condotto dove il fluido di lavoro viene vaporizzato. La pressione del vapore conduce il fluido evaporato attraverso la sezione adiabatica per farlo arrivare al condensatore. Il vapore si ricondensa in liquido e torna a scorrere verso la fonte di calore per continuarne il trasferimento. «Un vantaggio rilevante della nostra tecnologia a tubi di calore è dovuto al fatto che le superfici sono isotermiche (ovvero mantengono una temperatura costante), riducendo quindi la vulnerabilità alla corrosione, che può rivelarsi un problema grave nel caso di scambiatori di calore a piastre», aggiunge Roby.
Il concetto innovativo di accumulo dell’energia termica
Il progetto Smartrec propone una soluzione completa per l’accumulo del calore residuo che comporta la parziale sostituzione del mezzo fluido termico con un mezzo solido. Questo concetto basato su due mezzi richiede un unico serbatoio di accumulo, nel quale il fluido caldo in cima è separato dal fluido freddo sul fondo tramite un gradiente termico noto come termoclino. «Paragonato a soluzioni simili, il nostro dispositivo a termoclino contiene due mezzi termici, vale a dire l’olio termico che attraversa il dispositivo e le pietre (quarziti) presenti all’interno. Ciò contribuisce a migliorare l’efficienza termica e necessita di meno materiale di accumulo per una determinata capacità di accumulo termico», spiega Roby. I partner del progetto si stanno attualmente occupando di perfezionare le loro tecnologie per una prossima dimostrazione in un impianto pilota presso l’azienda Altek. Se i tentativi approderanno a un successo, «il forno con capacità di 20 tonnellate/giorno per il riciclo dell’alluminio potrebbe far risparmiare 190 tonnellate di emissioni di CO2 all’anno: ciò corrisponde a togliere 42 automobili dalle strade», conclude Roby.
Parole chiave
Smartrec, calore residuo, tubo di calore, scambiatore di calore, riciclo dell’alluminio, gas di combustione, produzione di ceramica, termoclino, industria ad alta intensità energetica
