Asciugatura elettrica ad alta efficienza energetica con vapore surriscaldato
Il processo di essiccazione consente un notevole risparmio energetico ed elimina la necessità di ricorrere al gas naturale
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I processi di essiccazione industriale consumano grandi quantità di energia e hanno un impatto negativo sul clima, poiché bruciano combustibili fossili per riscaldare l’aria. I ricercatori dell’Istituto Fraunhofer per l’Ingegneria Interfacciale e la Biotecnologia (IGB) stanno collaborando con partner industriali a un nuovo approccio per decarbonizzare questo processo: al posto dell’aria calda, utilizzano vapore surriscaldato. Abbinato a una pompa di calore e a sistemi di controllo intelligenti, il loro processo di essiccazione a vapore surriscaldato consente un notevole risparmio energetico ed elimina la necessità di ricorrere al gas naturale.
L’essiccazione è un processo fondamentale ampiamente utilizzato in molti settori, tra cui l’industria cartaria, del cemento e chimica. Si tratta di una fase chiave nella produzione, lavorazione e trattamento di minerali, alimenti o detergenti, ad esempio. Innumerevoli materiali, prodotti e materie prime vengono essiccati per conservarli, consentirne l’ulteriore lavorazione o mantenerne la qualità. Gli attuali processi di essiccazione si basano sull’aria calda. I ricercatori del Fraunhofer IGB stanno ora adottando un approccio diverso: nel progetto LowCarbDry stanno sostituendo l’aria calda con vapore surriscaldato a pressione atmosferica, elettrificando al contempo il processo di essiccazione tramite una pompa di calore. Il team sta lavorando a stretto contatto con Evonik Operations GmbH e Pergande Group a questo sviluppo. L’obiettivo del progetto è ridurre significativamente il consumo energetico e favorire l’integrazione dei sistemi energetici passando dai combustibili fossili, come il gas naturale, all’elettricità da fonti rinnovabili. Utilizzando vapore surriscaldato generato dall’elettricità, i partner mirano a ridurre il fabbisogno energetico per l’essiccazione di un fattore compreso tra 2 e 4, a seconda del metodo di essiccazione e del livello di temperatura.
Il vapore surriscaldato riduce il consumo energetico
«L’essiccazione industriale consuma una quantità significativa di energia. Durante l’essiccazione ad aria calda, l’aria deve essere riscaldata affinché l’umidità evapori. Ciò comporta solitamente la combustione di gas naturale, il che aumenta drasticamente le emissioni di carbonio. Ma soprattutto, parte dell’energia viene dispersa nell’atmosfera attraverso l’aria di scarico calda», afferma Antoine Dalibard, ricercatore presso il Fraunhofer IGB. «Invece di essiccare i prodotti umidi con aria calda, utilizziamo vapore secco surriscaldato in un sistema a circuito chiuso. La chiusura del circuito del gas di processo riduce al minimo la dispersione di calore verso l’esterno, rendendo il processo più efficiente dal punto di vista energetico rispetto ai tradizionali metodi di essiccazione ad aria calda», spiega Dalibard. Il vapore in eccesso rilasciato dall’essiccazione dei prodotti può quindi essere condensato. Ciò produce calore di condensazione a una temperatura compresa tra circa 90 e 100 °C, che può essere riutilizzato per molti altri processi o immesso in una rete di teleriscaldamento locale.
Aumentare la quota di energia elettrica verde riducendo ulteriormente i costi operativi
Utilizzando una pompa di calore, il processo può essere ulteriormente elettrificato, consentendo di risparmiare energia, aumentare l’efficienza energetica e ridurre i costi operativi. «La pompa di calore aumenta la temperatura del vapore a bassa temperatura proveniente dal processo di essiccazione, in modo che il calore possa essere riutilizzato nel processo di essiccazione successivo», spiega Dalibard. Il recupero del calore in questo modo può migliorare ulteriormente l’efficienza energetica di un impianto industriale. L’utilizzo del vapore surriscaldato come mezzo di essiccazione consente inoltre l’integrazione di uno speciale tipo di pompa di calore aperta: un sistema basato sulla ricompressione meccanica del vapore. I compressori aumentano la pressione del vapore in eccesso generato durante il processo di essiccazione. Il vapore compresso viene quindi condensato e riutilizzato per fornire il calore necessario all’essiccazione, con un conseguente miglioramento significativo dell’efficienza energetica.
Se abbinato a un innovativo sistema di controllo, l’impianto può gestire il processo di essiccazione in modo più flessibile: il controllo predittivo basato su modelli consente al sistema di funzionare solo quando l’elettricità è a basso costo grazie all’elevata disponibilità di energia rinnovabile. Ciò aumenta la quota di elettricità rinnovabile, riducendo al contempo ulteriormente i costi operativi. Insieme, questi tre approcci innovativi — essiccazione a vapore, pompe di calore e maggiore flessibilità — riducono il consumo energetico fino all’80 per cento, decarbonizzando in modo significativo i processi di essiccazione industriale.
La tecnologia a vapore surriscaldato può essere utilizzata in una vasta gamma di essiccatori, tra cui quelli a nastro, a tamburo e a spruzzo. «Abbiamo già testato il nostro processo di essiccazione in un’ampia gamma di applicazioni. Il processo ci ha permesso di essiccare materie prime minerali, materiali da costruzione, residui organici, nonché alimenti e mangimi, preservando la qualità del prodotto e mantenendo un’elevata efficienza energetica», afferma Dalibard. I partner del progetto hanno già messo in funzione impianti pilota per l’essiccazione a spruzzo con vapore surriscaldato.
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