Recupero del calore di scarto: sfruttare il calore di scarto per decarbonizzare cemento e acciaio

Le industrie del cemento e dell’acciaio sono notoriamente difficili da decarbonizzare, ma i loro impianti di produzione stanno generando la soluzione: il calore di scarto. Lo spiega Tobias Panse di Siemens Energy.

Pochi processi industriali generano tanta CO2 quanto la produzione di cemento.

Prende il calcare e lo frantuma, lo brucia e lo macina utilizzando un'enorme quantità di energia fino a trasformarlo nella polvere che è il materiale da costruzione più onnipresente al mondo. Al centro di questo processo si trovano il preriscaldatore e il forno rotante, che lavorano il calcare macinato e l'argilla a temperature superiori a 1.300°C.

Si tratta di molto calore... eppure in molti cementifici, gran parte di esso scompare ancora attraverso i gas di scarico e la dissipazione superficiale, fino al 40%-45% di ciò che viene immesso. È qui che entra in gioco il recupero del calore di scarto (WHR). il calore di scarto del forno e di altre aree dell'impianto può essere riutilizzato, fornendo fino a un terzo del fabbisogno energetico dell'impianto.

Nell’industria, esistono molte applicazioni per il recupero del calore di scarto, tra cui la generazione di energia o vapore di processo, il riscaldamento e raffreddamento degli ambienti o il teleriscaldamento. Tuttavia, probabilmente il suo potenziale maggiore si trova in settori difficili da abbattere, come quello del cemento, dell’acciaio o dei prodotti petrolchimici.

Tuttavia, molti cementifici in tutto il mondo non utilizzano questo metodo efficiente dal punto di vista energetico per ridurre le emissioni, nonostante la necessità di decarbonizzarsi mantenendo l’efficienza energetica e la redditività.

Questo articolo fa parte della serie "Future Energy Perspectives", in cui gli esperti di Siemens Energy condividono le loro intuizioni su come possiamo procedere verso un sistema energetico decarbonizzato.

L’industria del cemento ha il suo bel da fare: è il terzo maggior consumatore di energia industriale e rappresenta circa il 7% delle emissioni industriali di CO2 a livello globale.

Mentre sta facendo progressi nella riduzione della propria impronta di carbonio, sarà necessaria un’azione più aggressiva per raggiungere gli obiettivi intermedi sulle emissioni e promuovere una transizione energetica di successo. E sebbene il WHR non sia l’unico strumento per ridurre le emissioni di CO2 nell’industria del cemento – la cattura del carbonio è un’altra opzione – è una delle misure che dà i suoi frutti più rapidamente.

Nel 2021, la Global Cement and Concrete Association (GCCA) ha pubblicato una tabella di marcia formale per raggiungere zero emissioni nette di carbonio entro il 2050.

La tabella di marcia stabilisce un obiettivo intermedio di riduzione delle emissioni di gas serra del 25% entro il 2030, che richiederà un’azione aggressiva da parte dei produttori nei prossimi due o tre anni.

In generale, il posto migliore per catturare il calore di scarto in un cementificio sono i flussi di scarico e di gas di scarico provenienti dalla torre del preriscaldatore e dal raffreddatore del clinker. Tuttavia, non esiste una soluzione valida per tutti: per ogni cementificio – proprio come in altri settori difficili da abbattere – le soluzioni WHR devono essere personalizzate. Questo perché il recupero del calore di scarto dipende da vari fattori: temperatura del calore di scarto, composizione, capacità del forno e contenuto di umidità delle materie prime.

Pertanto, è necessaria un’analisi dettagliata prima di implementare qualsiasi soluzione.

Per determinare il modo più efficiente di generare energia da WHR per il cemento, nonché per gli impianti siderurgici e petrolchimici, Siemens Energy ha condotto diversi studi esaminando diverse opzioni tecniche.

Usano tutti una configurazione simile: sono costituiti da una caldaia con liquido che viene riscaldato dal calore di scarto fino a creare vapore caldo, che poi aziona una turbina a vapore. Successivamente, il vapore confluisce in un condensatore per raffreddarsi prima di essere pompato nuovamente attraverso la caldaia.

Ciò che differenzia maggiormente queste opzioni è il mezzo utilizzato. I nostri test mostrano che il metodo tradizionale del ciclo a vapore surriscaldato, con le sue temperature più elevate e la maggiore potenza erogata, si adatta meglio alla maggior parte delle applicazioni nel cemento e persino nelle acciaierie.

Tuttavia, le alternative non dovrebbero essere ignorate. Ad esempio, sempre più installazioni utilizzano anche il ciclo Rankine organico (ORC), utilizzando fluidi organici. Il suo principale vantaggio è l'elevata efficienza alle temperature più basse e il fatto che non richiede acqua.