Verso un industria a emissioni zero

Uno dei settori dove, al grande pubblico, appare difficile l’utilizzo delle energie rinnovabili (FER) è quello dell’industria. Il grande consumo energetico e la densità di utilizzo dell’energia sono sempre stati visti come limiti all’impiego concreto dell’energia solare e delle altre risorse rinnovabili.

E’ invece proprio in questo settore che le applicazioni delle FER sono più convenienti e in rapido sviluppo. Pochi anni fa il Task 33 della International Energy Agency (Solar Heating and Cooling Programme) esplorava l’utilizzo dell’energia solare per la produzione di calore nei processi ed utilizzi industriali trovando decine di casi di utilizzo. Tale lavoro continua con il Task 49 (Solar Heat Integration in Industrial Processes ) con l’obiettivo dell’integrazione del calore prodotto da impianti termici solari nei processi industriali.

 

Uno dei primi esempi documentati e interessanti per l’utilizzo integrato di varie FER per l’alimentazione di un complesso industriale è stata la fabbrica di collettori solari tedesca SOLVIS. Sorge in una zona industriale al nord di Braunschweig a breve distanza dal canale fluviale che collega i fiumi Reno, Weser ed Elba. L’edificio è entrato in esercizio nell’estate del 2002. Un elemento immediatamente visibile dell’architettura è la tensostruttura metallica del tetto che copre il capannone e che ospita i grandi impianti solari, collettori e moduli fotovoltaici. Obiettivo principale è stato quello di realizzare un edificio a basso consumo energetico il cui fabbisogno energetico residuo possa essere coperto esclusivamente con energie rinnovabili. Il fabbisogno termico calcolato è di 22 kWh/m² anno e  corrisponde quindi a quello di un edificio a basso consumo energetico.

 

L’impianto solare termico installato sui corpi orientali consiste in 180 metri quadrati di collettori di grandi dimensioni; altri 45 metri quadrati sono stati integrati nella facciata SudOvest. L’impianto fotovoltaico comprende un campo solare di 44 kWp. Oltre che dagli impianti solari, l’energia è fornita da una centrale di cogenerazione che produce il calore necessario e ha una potenza elettrica di 100 kW. La centrale è alimentata con olio di colza. L’integrazione di queste varie tecnologie e un sistema a energia intelligente, che controlla e analizza continuamente il sistema industriale, rende di fatto questa fabbrica a zero emissioni.

 

Non sempre gli esempi sono così completi in quanto ad integrazione e applicazione delle varie FER, a volte si utilizza solo una delle tecnologie a disposizione per coprire solo una parte dei consumi. Una delle tecnologie più utilizzate in campo industriale, in particolare per la produzione di calore di processo, è il solare termico. Sono più di 128 gli impianti censiti di cui 83 in Europa, in particolare in Germania, Grecia e Spagna. In Italia non sono molti gli esempi ma comunque esistono impianti interessanti nel settore della produzione di tessuti, della trasformazione dei prodotti agricoli, nella produzione di formaggi e di vino e qualche applicazione di Solarcooling.

 

Uno dei settori dove oggi è più utilizzata la tecnologia solare è quella della produzione di bibite. Nell’ambito del progetto finanziato dal “Seventh Framework Programme” dalla Unione Europea denominato “SolarBrew” saranno realizzati tre impianti pilota, Spagna, Portogallo e Germania per la pastorizzazione, l’essicazione e la cottura dei cereali e del malto. Avranno una capacità totale di 5,08 MW_th, corrispondenti a 7.270 m² di superficie del campo solare. Il primo impianto è stato realizzato alla Birreria Göss, in Austria, 1.375 m² di collettori hanno iniziato a produrre energia per uno dei processi chiave nel settore della birra. I partner del progetto sono HEINEKEN, il centro di ricerca austriaco AEE INTEC, la società SUNMARK (Danese), e la tedesca GEA System Brewery. Il processo di miscelatura del birrificio austriaco Göss è alimentato con vapore che attraversa uno scambiatore di calore all’esterno del tino per la cottura del malto. Per l’integrazione del calore solare termico è stato inserito un nuovo scambiatore di calore all’interno del tino di cottura. Il nuovo scambiatore di calore permette un approvvigionamento energetico ibrido per la fase di cottura, che include l’energia solare termica, il calore di recupero e una caldaia a biomassa (cippato di legna).

 

Questi esempi pilota, se pur importanti da un punto di vista tecnico e di promozione dell’uso dell’energia solare, sono di piccole dimensioni rispetto agli ultimi impianti realizzati nel mondo: Cile (39.300 mq, 27,5 MW, minerario), Cina (13.000 mq, 9,1 MW, settore tessile, tintura); USA (7.800 mq, lavorazione del pollame); Cina (5,2 MW, stampa e tintura dei tessuti); USA (3,5 MW, frittura patatine); USA (3 MW, produzione bibite Gatorade).

Il primo di questi impianti è veramente enorme per lo standard di applicazione di questa tecnologia, paragonabile agli impianti in progettazione nel nord Europa per il Solar District Heating. La più grande compagnia mineraria del rame del mondo di proprietà dello stato cileno, la Codelco, ha firmato un accordo con SUNMARK per la costruzione del più grande impianto termico solare a scopo industriale. Il campo solare ha una superficie captante totale di 39.300 m² e un accumulo termico di 4.300 m³ e una produzione annua di 50 GWh. L’impianto è stato completato nel 2013. La miniera aveva un consumo di 8.000 metri cubi di petrolio all’anno per produrre 120.000 tonnellate di rame. Il calore solare sarà utilizzato per mantenere a 50°C l’elettrolita per il processo di estrazione del rame. La copertura del fabbisogno è del 85-100% dell’energia termica.

 

In Italia una delle esperienze più interessanti è supportata da un punto di vista tecnico e scientifico dal Politecnico di Milano e dalla RESEDA onlus, la realizzazione di un campo solare di oltre 1.000 m² di superficie captante per alimentare un processo di pulitura e tintura dei tessuti. Questo impianto sarà realizzato in Tunisia tramite una collaborazione internazionale. Il progetto, anche se non molto grande rispetto agli esempi precedenti, è stato progettato con una attenzione particolare alla efficienza e durata dell’impianto, due caratteristiche importanti per massimizzare il vantaggio dall’investimento effettuato. Altro punto di forza del progetto è l’integrazione del calore solare all’interno del ciclo di processo.

 

Sicuramente il settore è in piena espansione e aspettiamo anche in Italia la realizzazione di impianti “best practice”. L’esperienza accumulata in questi anni ci ha portato a comprendere molti punti importanti dell’applicazione delle FER in campo industriale, sicuramente è già possibile realizzare una industria a zero emissioni. In un prossimo articolo illustreremo in dettaglio l’applicazione industriale dell’energia solare, i principi di progettazione e il potenziale di applicazione in Italia.