Decarbonizzare l'industria con le pompe di calore
21 settembre 2022
Il calore è calore, che si tratti di -40 o +140 °C. Sprecarlo non comporta solo un dispendio economico ma aumenta anche l'impatto ambientale di molti processi industriali, specialmente dove sono necessari sia il riscaldamento che il raffreddamento. Le pompe di calore ad alta efficienza energetica stanno rapidamente diventando la tecnologia su cui puntare per un futuro a zero emissioni di anidride carbonica. Questa tecnologia aiuta sia l'industria che le città a rispettare normative ambientali sempre più severe, a raggiungere i propri obiettivi di sostenibilità e a ridurre i costi operativi.
Il cambiamento climatico è un problema urgente a livello globale. Questo concetto è stato chiaramente ribadito in occasione dello storico vertice sul clima del 2015 che ha portato all'accordo di Parigi, un patto globale per ridurre le emissioni di gas serra e limitare l'aumento della temperatura ad almeno 1,5 °C. Con l'istituzione del Green Deal, l'Unione Europea ha assunto l'impegno di guidare il mondo in materia di politica ambientale e, cosa ancora più importante, di fissare obiettivi chiari. Fra questi rientra l'intenzione di dimezzare le emissioni entro il 2030 e di diventare una zona a zero emissioni di carbonio entro il 2050.
La sfida non è di poco conto, dato che secondo l'Agenzia Internazionale per l'Energia (AIE) il calore rappresenta più della metà del consumo totale di energia a livello globale, la maggior parte del quale è prodotta da combustibili fossili. La decarbonizzazione del calore deve quindi essere notevolmente accelerata se si vogliono raggiungere questi ambiziosi obiettivi. L'UE sta anche eliminando gradualmente i gas fluorurati, comunemente usati come refrigeranti, in conformità con il regolamento europeo in materia, istituito per ridurre le emissioni di gas serra.
La maggiore regolamentazione normativa, i progressi tecnologici e il desiderio di ridurre l'impatto ambientale stanno creando i presupposti necessari per consentire ai produttori di coniugare la loro strategia aziendale con misure di decarbonizzazione. I produttori del settore alimentare che si sono impegnati fin dall'inizio a ridurre le loro emissioni, ad esempio, stanno già ricavando notevoli benefici economici e ambientali grazie all'integrazione delle pompe di calore nei loro processi produttivi; questo è particolarmente evidente nelle fabbriche che richiedono l'applicazione di calore durante la preparazione e nel raffreddamento successivo.
Una tecnologia chiave tutta da scoprire: la pompa di calore
Con applicazioni sia in ambito B2B che B2C, la pompa di calore ha fatto molta strada da quando è stata utilizzata per asciugare il sale estratto dalle paludi austriache nel 1850. Già note per l'impiego nel teleriscaldamento e nel settore residenziale, le pompe di calore stanno rapidamente diventando la tecnologia preferita dai produttori che intendono rispettare regole ambientali sempre più severe, ridurre le emissioni di CO2 e i costi operativi.
Le pompe di calore convertono l'energia rinnovabile o di scarto degli edifici e dei processi che utilizzano per il riscaldamento. Ad esempio: Durante il raffreddamento, i condensatori dei sistemi di refrigerazione generano calore che viene semplicemente rilasciato nell'ambiente. La pompa di calore recupera questa preziosa risorsa e poi aumenta la temperatura per produrre calore adatto ad altri scopi produttivi.
Combinando una pompa di calore con un'unità di refrigerazione, è possibile sia il raffreddamento che il riscaldamento e si crea un ciclo continuo che consente di ridurre i costi energetici del 30% o più. Si tratta di un risparmio significativo se si considera che nell'industria alimentare, lattiero-casearia e delle bevande, fino al 60% del consumo di energia è riconducibile ai processi di riscaldamento e raffreddamento.
Impianto con pompa di calore GEA, stabilimento di produzione del cioccolato di Mars, Veghel, Olanda. Questa soluzione personalizzata prevede compressori a pistoni GEA che consentono di estrarre il calore dalle unità di refrigerazione e aumentarne la temperatura per riutilizzarlo nell'acqua di riscaldamento. (Foto: RCC K&L)
Riduzione delle emissioni di CO2 e di refrigeranti
Con la progressiva eliminazione dei gas fluorurati, i refrigeranti naturali stanno diventando sempre più popolari, in particolare l'ammoniaca, un refrigerante ecologico facilmente disponibile, economico e che non ha alcun impatto sul riscaldamento globale o sulla riduzione dell'ozono.
L'ammoniaca è ampiamente utilizzata negli impianti di trasformazione alimentare, nell'industria delle bevande e lattiero-casearia, così come nei birrifici e nelle celle frigorifere. Grazie a miglioramenti della tecnologia dei compressori, le pompe di calore ad ammoniaca possono ora produrre temperature più elevate. Ciò ha spianato la strada ad un loro più diffuso utilizzo nell'industria alimentare, delle bevande e lattiero-casearia, dove il calore residuo può essere riutilizzato e potenziato per il lavaggio, la pulizia e l'asciugatura dei prodotti, il riscaldamento dell'acqua per scopi di pulizia e lavorazione, così come per la pastorizzazione.
Tradizionalmente, queste industrie utilizzavano caldaie per cuocere o pastorizzare i prodotti, che venivano poi refrigerati per essere nuovamente raffreddati, causando un notevole spreco di energia, poiché il calore del processo di refrigerazione aveva una temperatura troppo bassa per essere riutilizzato. Una pompa di calore, tuttavia, può aumentare la temperatura del calore residuo fino a 90 °C e oltre in modo da poterlo rimettere in circolazione. In questo modo è possibile eliminare un maggior numero di caldaie a combustibile, rigenerare o riciclare il calore e ridurre notevolmente le emissioni di CO2 – in molti casi anche del 50% o più. Queste emissioni di CO2 possono inoltre diventare pari a zero se si utilizza energia verde.
Soluzioni personalizzate garantiscono grandi progressi nell'industria alimentare
"Le pompe di calore industriali GEA vanno da 300 kW a 10.000 kW, il che significa che possiamo gestire praticamente qualsiasi applicazione, dall'acqua calda di lavaggio al teleriscaldamento di intere città", spiega Kenneth Hoffmann, Product Manager per le pompe di calore di GEA Refrigeration Technologies. "Ma ogni applicazione è diversa e richiede un approccio su misura. Abbiamo il vantaggio di poter combinare un'ampia conoscenza dei processi con una vasta esperienza nelle soluzioni di riscaldamento e raffreddamento integrate. Progettiamo tutto in modo che la fonte di calore rimanga stabile e permanentemente disponibile, per poter ottimizzare l'utilizzo del calore residuo".
Gli impianti tradizionali con caldaie a gas sono normalmente progettati per una temperatura del vettore di calore molto più alta di quella effettivamente richiesta nel processo; questo porta a calcoli imprecisi del carico termico e quindi a inutili sprechi di energia. Per l'integrazione di un sistema a pompa di calore è invece necessaria un'analisi completa delle temperature richieste e una valutazione dei giusti parametri di processo: più accurata è la progettazione iniziale, più energia può essere risparmiata - quindi ogni grado conta. Invece di utilizzare tubi di piccole dimensioni con una differenza di temperatura significativa per mantenere basso il costo iniziale, l'investimento in una pompa di calore si basa su un risparmio continuo, ogni giorno.
"Ogni applicazione è diversa e richiede un approccio su misura. Abbiamo il vantaggio di poter combinare un'ampia conoscenza dei processi con una vasta esperienza nelle soluzioni di riscaldamento e raffreddamento integrate." - Kenneth Hoffmann, Product Manager per le pompe di calore, GEA Refrigeration Technologies
- Kenneth Hoffmann, Product Manager per le pompe di calore, GEA Refrigeration Technologies
"Abbiamo ottimi rapporti, a volte pluridecennali, con i nostri clienti dell'industria di processo, molti dei quali sono iniziati con la consegna di un impianto di refrigerazione; è proprio da qui che derivano le nostre radici e la nostra esperienza", afferma Maarten Gelens, esperto di refrigerazione, GEA Refrigeration Technologies, Olanda. Robert Unsworth, Direttore commerciale tecnico di GEA Refrigeration Technologies UK, aggiunge: "Lavorando con i nostri clienti, ci adoperiamo per far sì che possano raggiungere i loro obiettivi di sostenibilità, fra cui il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni di CO2. L'applicazione delle pompe di calore nei settori alimentare, lattiero-caseario e delle bevande sarà il più grande progresso che la produzione alimentare e la refrigerazione abbiano mai realizzato".
Crescita aziendale e sostenibilità: due facce della stessa medaglia
Per raggiungere gli obiettivi di sostenibilità, l'AIE ha dichiarato che la quota di tecnologie energetiche pulite, come le pompe di calore e il riscaldamento solare termico, deve triplicare fino a raggiungere più di un quarto delle vendite di nuovi impianti di riscaldamento entro il 2030. La tecnologia delle pompe di calore garantisce energia e risparmi economici indipendentemente dal settore in cui viene applicata o dal grado di utilizzo. Può svolgere funzioni di base, come riscaldare e raffreddare una piccola abitazione di periferia, fino ad assumere un ruolo centrale in una strategia per il teleriscaldamento intelligente e a emissioni zero o in un grande impianto di produzione alimentare. GEA aiuta anche i produttori a considerare i propri impianti nel loro complesso, analizzando ogni processo per identificare le opportunità di aumentare l'efficienza e di risparmiare sui costi. Questo approccio od offerta, che noi definiamoGEA Holistic Engineering Solutions (NEXUS), spesso include l'integrazione di una pompa di calore per recuperare e riutilizzare il calore di scarto che viene generato in abbondanza in molti ambienti di produzione.
L'applicazione delle pompe di calore nei settori alimentare, lattiero-caseario e delle bevande sarà il più grande progresso che la produzione alimentare e la refrigerazione abbiano mai realizzato". - Robert Unsworth, Direttore commerciale tecnico di GEA Refrigeration Technologies UK
- Robert Unsworth, Direttore commerciale tecnico di GEA Refrigeration Technologies UK
