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Waste Heat Recovery for Power Valorisation with Organic Rankine Cycle Technology in Energy Intensive Industries

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Uno nuovo concetto di scambio di calore diretto aiuta le industrie ad alta intensità energetica nel riutilizzo del calore residuo

Il calore residuo industriale può essere utilizzato per la produzione di elettricità o aria compressa per supportare processi industriali o per la vendita. La ricerca finanziata dall’UE ha reso lo sfruttamento del calore residuo più semplice, efficiente e conveniente in termini di costo.

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Le industrie ad alta intensità energetica sono le maggiori responsabili delle emissioni di gas serra in Europa con i settori cementiero, chimico e siderurgico in testa alle emissioni di carattere industriale. L’individuazione di soluzioni per ridurre il consumo energetico e le emissioni risulta una priorità assoluta. Lo sfruttamento del calore residuo favorisce l’economia circolare e abbassa il consumo e le emissioni derivanti da energia alimentata a combustibili fossili. Il progetto TASIO, finanziato dall’UE, si prefigge di sostenere questo tentativo tramite una tecnologia di recupero del calore residuo di nuova generazione intervenendo sulle applicazioni industriali ad alta intensità energetica nelle industrie cementiere, vetrarie, siderurgiche e petrolchimiche, ma che risulta ugualmente utile anche in altri ambiti.

Disfarsi dell’intermediario

I sistemi di recupero del calore residuo trasferiscono il calore a un gas o a un liquido la cui energia termica può poi essere convertita in energia elettrica o meccanica. L’energia così prodotta può essere consumata direttamente dall’impianto industriale che l’ha generata o collegata alla rete. Il ciclo Rankine a fluido organico (ORC, Organic Rankine Cycle) è la soluzione ideale per il recupero e il riutilizzo del calore residuo, poiché invece di adoperare l’acqua come avviene nel normale ciclo Rankine, impiega un fluido organico caratterizzato da un punto di ebollizione assai inferiore. Il vapore alimenta una turbina che può essere accoppiata direttamente a un generatore per la produzione di elettricità oppure a un compressore per comprimere l’aria per effettuare operazioni meccaniche. Solitamente, il ciclo Rankine a fluido organico è integrato con uno scambio indiretto di calore verso il fluido organico tramite un fluido termovettore. Lo scambio di calore diretto è oggetto di un’intensa ricerca in ambito automobilistico e dei trasporti per lo sfruttamento del calore di scarico. Tuttavia, come spiega il coordinatore del progetto, Pedro Egizabal dell’azienda Tecnalia: «TASIO ha rappresentato la prima applicazione di scambio di calore diretto basata sulla tecnologia ORC nel settore delle industrie ad alta intensità energetica. Rispetto alla tecnologia ORC tradizionale, si elimina il fluido termovettore intermediario, rendendo il processo più semplice, migliorando l’efficienza del trasferimento termico e diminuendo i costi di manutenzione».

Innescare una rivoluzione per la sostenibilità

Egizabal continua: «Abbiamo dimostrato con successo la fattibilità tecnica ed economica della tecnologia ORC a scambio di calore diretto per produrre fino a 2 megawatt di capacità elettrica in un impianto cementifero in funzione. Il sistema ha inoltre contribuito a ridurre il consumo di acqua: una temperatura di esercizio inferiore elimina la necessità di una torre di condizionamento (con una pompa ad alta pressione che fornisce l’acqua per il raffreddamento del gas di scarico)». Inoltre, il gruppo del progetto ha convalidato un dimostratore su piccola scala di un modulo ORC da 15 kW per la produzione di aria compressa. Un fattore determinante per il successo del progetto è stato lo sviluppo di nuove combinazioni di rivestimento/substrato in acciaio per la produzione di componenti per condizioni a temperature più elevate rispetto a un ciclo Rankine a fluido organico tradizionale. Infine, alcuni ricercatori hanno eseguito analisi di fattibilità e dei costi relative all’adozione della tecnologia ORC in un impianto pilota per il trattamento di fanghi petrolchimici.

Incentivare la transizione verso la sostenibilità

Sebbene le industrie ad alta intensità energetica siano fautrici di oltre la metà del consumo energetico delle industrie europee, esse producono merci e materiali che permettono la riduzione delle emissioni in altri settori, tra cui trasporti, edilizia e produzione elettrica. Risultano inoltre fondamentali per molte catene strategiche del valore. Egizabal conclude: «Il progetto TASIO ha impiegato con successo i processi industriali “sporchi” e i gas di scarico per la produzione di elettricità tramite la tecnologia ORC sostenibile. Le politiche pubbliche e gli incentivi che aumentano l’uso di tali tecnologie potenzieranno la competitività e la sostenibilità di queste industrie ad alta intensità energetica, che a loro volta avranno ripercussioni dirette e indirette sulla creazione di posti di lavoro e sull’economia».

Parole chiave

TASIO, calore, energia, calore residuo, industrie ad alta intensità energetica, scambio di calore diretto, recupero del calore residuo, ciclo Rankine a fluido organico, cemento

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