Le grandi pompe di calore che trasformano il gas

Di Johnny Wood

In un mondo sempre più digitale, la nostra crescente dipendenza dagli schermi è un segnale inquietante per i produttori di carta, poiché l’utilizzo di carta da giornale, da scrittura e da stampa diminuisce. Tuttavia, la domanda di carta da imballaggio, da imballaggio e per uso domestico di qualità inferiore continua ad espandersi, aumentando del 2% annuo.

La produzione di pasta di legno e carta ha rappresentato il 2% delle emissioni globali di CO₂ dell’industria nel 2021 e si prevede che la produzione continuerà ad aumentare fino al 2030, secondo l’Agenzia internazionale per l’energia (IEA), che solleva importanti domande sulla sostenibilità a lungo termine del settore.

È qui che entrano in gioco le pompe di calore. I produttori di apparecchiature lungimiranti stanno sovradimensionando i modelli convenzionali di pompe di calore utilizzate nelle famiglie domestiche, per aiutare a decarbonizzare le industrie ad alta intensità di gas come quella della pasta di legno e della carta.

La produzione della carta richiede un calore intenso per far evaporare grandi quantità di acqua nel processo di essiccazione: calore che potrebbe essere riutilizzato anziché sprecato. L’essiccazione rappresenta più di due terzi dell’energia utilizzata nella produzione della carta.

L’espansione della tecnologia delle pompe di calore consente ai produttori di carta di sfruttare grandi quantità di calore residuo a bassa temperatura dalla produzione e di riutilizzarlo per l’uso ad alte temperature per il processo di essiccazione.

La società del gruppo Mitsubishi Heavy Industry (MHI), Turboden, ha firmato un contratto con un'azienda europea leader nel settore della pasta e della carta per creare una pompa di calore di grandi dimensioni (LHP) su misura con la capacità di generare vapore ad alta temperatura senza emissioni di CO₂ nella produzione processi.

Utilizzando un liquido refrigerante, la tecnologia LHP di Turboden si integrerà con un compressore meccanico di vapore per trasformare il calore di bassa qualità compreso tra 10 e 12°C in vapore surriscaldato di oltre 200°C necessario per produrre carta.

L'LHP trasferisce l'energia termica dalla fonte di calore a bassa temperatura in uno scambiatore di calore, trasformando un liquido refrigerante naturale in gas. Il compressore trasmette energia al gas, facendone aumentare ulteriormente la temperatura e la pressione. Il calore del gas refrigerante pressurizzato viene quindi rilasciato, pronto per essere utilizzato per riscaldare la condensa in vapore surriscaldato, lasciando che il refrigerante ritorni alla forma liquida mentre si raffredda ulteriormente mediante depressurizzazione, pronto per ricominciare il ciclo.

Il progetto è anche un incontro di idee tra due società del Gruppo MHI, che riunisce il know-how del settore di Turboden e la competenza e l'esperienza di Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation, per sviluppare un sistema di fornitura di calore più pulito ed efficiente.

La combinazione di queste due tecnologie aiuterebbe l’azienda europea di pasta e carta a ridurre fino a 23.200 tonnellate di CO₂ all’anno derivanti dal suo processo di riscaldamento.

Per le industrie ad alta intensità di gas come quella della pasta di legno e della carta, la combinazione delle tecnologie LHP e del compressore di vapore fornisce un modo efficiente per ridurre le emissioni di gas serra industriali associate alla produzione di energia termica. Queste due tecnologie potrebbero più che dimezzare l’energia utilizzata per asciugare la carta, afferma il rapporto del gruppo di lavoro EHPA/Cepi.

Gli sforzi alternativi per rendere la produzione della carta più efficiente dal punto di vista energetico si concentrano anche sul miglioramento del processo di essiccazione della carta. Un consorzio di università tecniche nei Paesi Bassi sta lavorando per sviluppare tecnologie di rimozione dell'acqua non termica basate su forze elettriche, osserva l'IEA.

Sono in corso ricerche anche in Germania e in Scandinavia per sviluppare metodi di produzione della carta senza l’utilizzo di acqua, anche se c’è ancora molta strada da fare per implementare tali soluzioni su larga scala.

Attualmente, secondo un gruppo di lavoro congiunto dell’Associazione europea delle pompe di calore (EHPA) e della Confederazione delle industrie europee della carta (Cepi), le pompe di calore forniscono circa il 10% della domanda finale di energia industriale in regioni come l’Europa. Ciò sta contribuendo ad aumentare l’efficienza energetica e a ridurre le emissioni in molti settori industriali riducendo la dipendenza dai combustibili fossili.

La produzione dell’acciaio è un altro settore ad alta intensità di calore e difficile da abbattere, in cui il riciclaggio del calore di scarto può produrre enormi guadagni di efficienza e riduzioni delle emissioni. Turboden sta anche lavorando ad un altro progetto che sviluppa una soluzione LHP per Ori Martin nell'industria siderurgica italiana. Turboden ha creato una soluzione LHP per l'impianto di produzione di acciaio Ori Martin nella regione settentrionale italiana della Lombardia. La grande soluzione a pompa di calore trasforma il calore residuo a bassa temperatura proveniente dal circuito di raffreddamento del forno elettrico ad arco in acqua pressurizzata, che alimenta la rete di teleriscaldamento della vicina città di Brescia.