20 gennaio 2025
Filtrazione: il principio della lavatrice
Spesso nel progettare innovazioni si procede passo dopo passo, con risultati progressivi. A volte, invece, si fanno subito passi da gigante. Un esempio su tutti: la lavatrice. Lanciate nel settembre 2022, due nuove soluzioni software di GEA stanno rivoluzionando le convenzioni e producendo notevoli miglioramenti di efficienza in un processo come quello della filtrazione a membrana che richiede molte risorse.
Nel corso del tempo l'interesse nei confronti delle proteine del siero di latte è cambiato. Per millenni trattate per lo più come prodotto di scarto del processo di produzione del formaggio, oggi sono apprezzate da consumatori giovani e meno giovani come comoda fonte di proteine biodisponibili, per la crescita muscolare, il controllo del peso o la salute delle ossa, del sistema immunitario e della pelle, per citare solo alcuni dei loro benefici. La domanda è aumentata enormemente. Nel 2022, il mercato globale delle proteine del siero di latte è stato valutato a quasi 20 miliardi di dollari e si prevede che raddoppierà entro il 2032.
Smart Filtration CIP e Flush di GEA sono soluzioni digitali che ottimizzano i processi di pulizia all'interno di un'unità di filtrazione a membrana GEA (osmosi inversa). (Immagine: GEA)
La svolta
A partire dal 2020, gli ingegneri di GEA Nils Mørk e David Mikkelsen, insieme a un team del Centre of Competence for Membrane Filtration Technologies di GEA, hanno iniziato a sviluppare un paio di soluzioni digitali che ora stanno riducendo radicalmente l'acqua e l'elettricità necessarie per la pulizia delle membrane. Entrambe le soluzioni sono attualmente in attesa di brevetto. "Si può dire che siamo stati ispirati da una lavatrice", dice Mørk con un sorriso. Piuttosto che far girare continuamente i capi, le odierne lavatrici ad alta efficienza energetica prevedono intervalli di riposo per risparmiare energia: un approccio simile ha portato il team a scoprire la soluzione Smart Filtration CIP, che sostituisce il processo CIP standard. "Per decenni nel processo di pulizia delle membrane di filtrazione è stata costantemente applicata la massima pressione sulle membrane per garantire elevate forze di taglio e un forte flusso di risciacquo per la massima efficacia del lavaggio meccanico", spiega Mørk. "Abbiamo messo in discussione la convinzione che per una pulizia efficiente e completa sia necessaria una sollecitazione elevata e costante". Il risultato è stato quello di utilizzare un software per far funzionare le pompe di pressione in modo intermittente, a impulsi, anziché in continuo. "Come si è visto, possiamo mantenere l'efficacia del processo CIP consumando una quantità nettamente inferiore di energia elettrica".
Il team del Centre of Competence for Membrane Filtration Technologies di GEA che ha sviluppato la soluzione Smart Filtration CIP e Flush. (Immagine: GEA)
"Nettamente inferiore" è un eufemismo. A parità di efficienza di pulizia, il software Smart Filtration CIP riduce il consumo energetico fino al 46%. Per un grande impianto di proteine del siero di latte che esegue un ciclo CIP una volta al giorno, ciò si traduce in un risparmio energetico fino a 400 kWh al giorno e quasi 150.000 kWh all'anno, sufficienti a coprire il fabbisogno di circa 40 famiglie tedesche per un anno.
Inoltre, il funzionamento intermittente a impulsi richiede meno energia per mantenere le temperature, il che significa che è necessaria molta meno acqua di raffreddamento durante il CIP. "Non aggiungere 400 kilowatt significa non dovere rimuovere 400 kilowatt di calore" afferma Mads Bjerre Andersen, Technical Sales Manager, Membrane Filtration Technologies di GEA. "È un altro grande esempio di aumento dell'efficienza e vediamo che i clienti tornano a scegliere le soluzioni GEA perché le nostre spese operative (OPEX) sono ora molto più basse rispetto alla concorrenza".
Il software complementare a Smart Filtration CIP è Smart Filtration Flush, che gestisce il flussaggio dell'impianto di filtrazione. "L'approccio convenzionale consiste nel determinare la durata del ciclo di flussaggio in base al volume d'acqua utilizzato. Questo si basa su dati storici, quindi rimane un'approssimazione - e non ottimale", spiega Mikkelsen. Grazie alla moderna tecnologia dei sensori, il nuovo software del team misura le proprietà del prodotto in tempo reale, in modo che gli operatori sappiano esattamente quando nei singoli flussi di processo è stato effettuato un lavaggio sufficiente. Non appena i risultati vengono raggiunti, il processo si interrompe. "Il tempo di flussaggio e il volume d'acqua vengono ottimizzati basandosi sulle misurazioni effettive in linea, non sul volume d'acqua utilizzato" afferma Mikkelsen.
Anche in questo caso, i risultati sono sorprendenti. Il software riduce fino al 52% il consumo di acqua dolce durante il CIP rispetto ai sistemi di filtrazione a membrana convenzionali. "Un tipico processo di concentrazione delle proteine del siero di latte richiede da due a quattro impianti di filtrazione interconnessi, una configurazione che può richiedere più di 100.000 litri di acqua per ogni ciclo di pulizia", spiega Mikkelsen. "Oggi, grazie ai test condotti sugli impianti, sappiamo che possiamo risparmiare fino a 50.000 litri di acqua per ogni lavaggio in impianti di grandi dimensioni e da 500 a 700 litri per CIP nelle piccole produzioni". Utilizzando il software, un singolo impianto di grandi dimensioni potrebbe risparmiare fino a 100.000 litri al giorno e circa 36 milioni all'anno, sufficienti a rifornire circa 400 famiglie tedesche. "Un lavaggio più efficiente significa anche meno tempo necessario per il CIP, che si traduce in un maggiore tempo di produzione", afferma Mikkelsen. "Un minore prelievo di acqua significa anche un minore carico idraulico sul sistema delle acque reflue".
Il caseificio Ammerland, nel nord della Germania, produce più di 400 tonnellate di formaggio al giorno, oltre ad altri prodotti.
Il potere della digitalizzazione
Questa soluzione rappresenta un ottimo esempio di come si possa sfruttare il potere della digitalizzazione per ottenere un'innovazione che consenta di risparmiare risorse, un obiettivo fondamentale della strategia Mission 2030 di GEA. Di solito questi risparmi di risorse si realizzano sotto forma di graduali incrementi di efficienza; in questo caso si è trattato piuttosto di un vero e proprio passo da gigante. "A volte si trova una soluzione come la nostra e ci si rende conto che si può operare con molta meno energia e acqua semplicemente esaminando in modo critico i processi esistenti", afferma Mikkelsen. "E la digitalizzazione è stata risolutiva per noi. In questo modo dalle pompe, dai flussometri e da altri strumenti di processo riusciamo a ricavare molte più informazioni che ci consentono di conoscere l'effetto concreto delle diverse velocità e delle diverse pompe sul consumo di energia e di acqua. Ha eliminato ogni margine d'incertezza sul processo e rappresenta un'enorme opportunità per aumentare l'efficienza dei costi delle risorse per i nostri clienti".
Il team GEA ha recentemente installato il software CIP e Flush presso il caseificio Ammerland, nel nord della Germania. Una delle più grandi e moderne cooperative lattiero-casearie del mondo, Ammerland produce 400 tonnellate di formaggio al giorno, oltre a 60 tonnellate di burro e 160 tonnellate di latte in polvere, esportando metà dei suoi prodotti in oltre 60 Paesi. Nell'aprile 2024, il sito produttivo di Ammerland a Wiefelstede ha installato il software Smart Filtration CIP e Flush di GEA su tre impianti di filtrazione a membrana per ottimizzare la pulizia nel processo di filtrazione a membrana. Questo includeva un impianto di filtrazione a membrana di un fornitore non GEA. A novembre 2024, Ammerland aveva ridotto il consumo di acqua del 48% e di energia fino al 77% per il processo CIP.
"Considerando il numero di impianti di filtrazione tangenziale a membrana nel mondo, il potenziale totale di riduzione del consumo energetico e dell'impatto ambientale è notevole", afferma Mørk, "È fantastico vedere come questa soluzione digitale abbia un impatto così profondo sul consumo energetico".
Add Better in azione
Smart Filtration CIP
- riduce il consumo di energia elettrica fino al 46% durante lo Smart CIP
- richiede una minore quantità di acqua di raffreddamento per mantenere una temperatura costante, per cui è possibile ridurre anche il consumo di acqua di raffreddamento di una fabbrica, recuperando i costi di installazione
- è standard in tutte le nuove installazioni di filtrazione a membrana GEA, ma può anche essere installato in un secondo momento in sistemi non GEA (nei settori lattiero-caseario, delle bevande e del new food)
Smart Filtration Flush
- il CIP Flush consuma fino al 52% di acqua in meno
- rende il flussaggio più efficiente, il che significa meno tempo richiesto per il CIP e maggiori tempi di produzione
- scarica meno acque reflue nell'impianto di trattamento
- riduce il consumo di acqua e i costi complessivi di installazione nell'impianto di filtrazione a membrana
