Sensori per la riqualificazione e un controllo dei processi avanzato per il riutilizzo dei rottami metallici di bassa qualità
Le industrie di trasformazione europee, e in particolare quelle ad alta intensità energetica, impiegano enormi quantità di energia e materie prime. Sebbene nell'industria metallurgica il riciclaggio e il riutilizzo dei rottami metallici siano procedure in grado di ridurre in modo significativo entrambi i consumi, essa si trova ad affrontare sfide legate alla lavorazione di rottami metallici sempre più variabili, dovendo garantire al contempo un utilizzo efficiente di energia e risorse. Il progetto REVaMP, finanziato dall'UE, si è proposto di affrontare questi problemi mettendo a disposizione tecnologie di sensori, sistemi di ausilio alle decisioni e strumenti di monitoraggio e controllo dei processi. L’équipe del progetto ha aiutato l'industria metallurgica a caratterizzare i propri rottami, per la prima volta in forma sfusa, e a trasformarli di conseguenza al fine di ottenere prodotti di alta qualità consumando una minore quantità di materiali ed energia.
Sensori ad alta tecnologia per analizzare i rottami metallici in forma sfusa
La rifusione dei metalli è probabilmente la pratica di riciclaggio più antica del mondo, con i suoi oltre 2 000 anni di storia. Gli attuali impianti per la trasformazione dei metalli utilizzano i rottami metallici come materia prima secondaria nei loro processi di fusione. Questi elementi sono dotati di una composizione molto variabile, per cui i produttori ne privilegiano tipologie più costose caratterizzate da proprietà note o addirittura materie prime primarie per garantire la qualità dei loro prodotti finali generati a partire dal riciclaggio. Secondo Bernd Kleimt, coordinatore del progetto e ricercatore presso BFI: «REVaMP ha sviluppato sensori in linea basati su due tecniche, quali l’analisi di attivazione neutronica a gamma istantanea (PGNAA, prompt gamma neutron activation analysis) e la spettroscopia al plasma indotta da laser (LIBS, laser-induced breakdown spectroscopy), che sono state impiegate per l'analisi di rottami metallici in forma sfusa in grandi contenitori, ad esempio camion, un’operazione mai compiuta in precedenza.» Insieme ai metodi statistici sviluppati dai partner del progetto, i sensori hanno permesso di effettuare una caratterizzazione completa dei tipi di rottami in uso, il che consentirà alle industrie di utilizzare una quantità maggiore di quelli più economici e di qualità inferiore, mantenendo comunque l’elevata qualità dei prodotti finali.
Risparmiare energia e materiali grazie ai sensori e agli strumenti TIC
«I sistemi di ausilio alle decisioni di REVaMP determinano la miscela di carico, ovvero il materiale da inserire nel forno, con costi minimi per una determinata qualità di prodotto desiderata, ricorrendo all’impiego delle effettive caratteristiche dei materiali di scarto utilizzati. I nostri sistemi di controllo basati su modelli consentono di adattare dinamicamente l’energia e i materiali da utilizzare, in modo da soddisfare le esigenze di ogni singola fusione e ridurre di conseguenza l’energia e le risorse impiegate dai forni di fusione dei rottami», spiega Kleimt. In tutti e tre i casi d'uso presi in esame, ovvero produzione di acciaio elettrico a partire da rottami, raffinazione dell'alluminio e riciclaggio del piombo, l'uso dello strumento per ottimizzare la miscela di carico e del sistema di controllo basato su modelli ha consentito di diminuire il consumo energetico, le emissioni, l’utilizzo di materiali e i costi relativi agli stessi. Ad esempio, per quanto concerne la raffinazione dell'alluminio il consumo di gas naturale del forno di fusione è stato ridotto di circa il 15%, mentre le emissioni di CO2 generate di circa il 5%. Inoltre, i costi associati al consumo di leghe pure sono stati abbassati di una percentuale compresa tra il 3 e il 18 %. La selezione ottimizzata dei lingotti di piombo nell’ambito del riciclaggio di questo elemento ha determinato un risparmio di materiali in lega pari a circa una tonnellata all'anno.
Facilità di replica nelle industrie ad alta intensità energetica
La maggior parte delle tecnologie di riqualificazione sviluppate può essere applicata ad altre industrie ad alta intensità energetica che utilizzano materie prime secondarie come risorsa primaria, direttamente o mediante l’implementazione di adattamenti di minore entità. Kleimt conclude: «I risultati di REVaMP rafforzano la circolarità dell'industria metallurgica migliorando l'utilizzo dei rottami metallici e di altri residui di tal tipo. Il risparmio di materie prime primarie e di energia, nonché di emissioni di CO2 generate dalla produzione, aiuterà l'UE a rispettare gli impegni assunti nel contesto del Green Deal europeo.»
Parole chiave
REVaMP, metallo, energia, rottami metallici, sensori, riciclaggio, industrie ad alta intensità energetica, industrie di trasformazione, PGNAA, LIBS, controllo dei processi
