Mitigare l’impatto ambientale delle emissioni e promuovere una gestione più razionale della risorsa idrica nei processi industriali che utilizzano generatori di vapore alimentati a biomassa. A fare luce su questo aspetto è uno studio del politecnico di Torino, condotto insieme all’università di Ribeirão Preto, sulle tecniche per la riduzione del particolato, partendo dal caso studio dell’industria della canna da zucchero in Brasile.
Il funzionamento delle caldaie a biomassa e la gestione dei contaminanti
Per decenni, nell’industria della canna da zucchero, le wet scrubbers, ovvero le “torri di lavaggio a nebulizzazione”, sono state utilizzate per controllare il particolato (PM) emesso dalle caldaie alimentate a bagassa. In questi dispositivi, partendo dagli scarti di lavorazione, l’acqua si “polverizza” in una colonna per inglobare le particelle di PM. Il vapore e l’energia, ottenuti per mezzo della combustione della bagassa, sono necessari al funzionamento degli impianti per la produzione di zucchero e alcool.
Questa scelta è stata giustificata dalle loro prestazioni accettabili nel rispetto degli standard ambientali, dall’abbondanza di risorse idriche e dal fatto che il loro funzionamento era più semplice e meno costoso di altre operazioni di lavaggio a secco.
Tuttavia, il progressivo inasprimento dei limiti di emissione di PM, nonché la necessità di una gestione più razionale delle risorse idriche e il trattamento dei fanghi, generati in queste applicazioni, ha cambiato tale aspetto del settore. Nonostante l’ampia letteratura tecnica sulle wet scrubbers, la mancanza di indicatori aggiornati delle loro prestazioni, nelle industrie della canna da zucchero, ha impedito fin qui l’ottimizzazione dei processi.
Lo studio sperimentale: bilancio energetico, sprechi e inefficienze nei processi di produzione della canna da zucchero.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Springer Nature Content Sharing Initiative, e gli autori Paolo Tronville – docente di fisica tecnica ambientale al dipartimento energia “Galileo Ferraris” del politecnico di Torino – insieme a Murilo Innocentini – docente di ingegneria chimica presso l’università di Ribeirão Preto, puntano a dimostrare come l’uso delle wet scrubbers possa comportare significative perdite di acqua e calore, nonché elevati costi operativi per le stazioni di trattamento delle acque reflue (Wts).
Gli indicatori chiave delle prestazioni della caldaia e del depuratore sono stati valutati sperimentalmente nel corso di una stagione di raccolto e sono stati confrontati con le emissioni legali di particolato e i requisiti di qualità dell’acqua in Brasile. La caldaia ha lavorato in media 114,8 t/h di bagassa contenente il 46,8% di umidità e ha generato 4,75 t di gas e 28,2 kg di PM per ogni tonnellata di bagassa bruciata secca. Del totale di PM (ceneri e fuliggine), il 68% è stato raccolto come materiale secco nella griglia, negli scambiatori di calore e nel multi ciclone; Il 25%, invece, nelle wet scrubbers; il 7%, infine, è stato emesso in atmosfera, in conformità con gli standard brasiliani.
Il funzionamento del Wts, legato al sistema di depurazione del gas, è risultato inefficiente avendo utilizzato il 70% dell’acqua per convogliare il PM secco trattenuto in caldaia, negli scambiatori di calore e nel multiciclone, e solo il 30% per azionare il wet scrubbers. L’evaporazione ha causato la perdita nell’atmosfera del 10,5% dell’acqua di lavaggio. Il funzionamento del Wts ha rappresentato il 62% della spesa in conto capitale totale del sistema di pulizia, mentre le wet scrubber solo il 38%.
Schema di funzionamento del sistema di abbattimento delle emissioni di particolato (wet scrubbers) con le relative problematiche
L’ottimizzazione dei processi con tecnologie di lavaggio a secco
L’analisi illustrata nell’articolo dimostra che l’uso di torri di lavaggio causa una perdita di energia e risorsa idrica che può essere ovviata con l’adozione di sistemi che si basano su tecnologie a secco che non richiedono l’uso di acqua, e che garantiscono il controllo delle emissioni. I problemi di queste tecniche innovative sono rappresentati dai costi di investimento iniziali e, molto spesso, dalle abitudini consolidate che non vengono messe in discussione, specialmente perché la maggior parte dei produttori di zucchero e alcol sono restii alla riconversione dei sistemi di produzione.
“Grazie ai risultati ottenuti con questo studio – commenta Paolo Tronville – ci auguriamo di potere presto installare in Brasile un impianto pilota che possa concretamente dimostrare come è possibile coniugare un minore impatto ambientale e costo di esercizio pur mantenendo il controllo delle emissioni”.
“La gestione dell’acqua utilizzata per la pulizia dei fumi prodotti da generatori di vapore alimentati a bagassa è ancora trascurata e antieconomica – sottolinea Murilo Innocentini – Gli stessi problemi possono verificarsi in tutti i generatori di vapore alimentati a biomassa dove si usa acqua per controllare le emissioni di particolato. La nostra partnership propone alternative per l’implementazione e l’ottimizzazione di tecnologie di pulizia dei fumi a secco per aiutare le industrie a rispettare i limiti delle emissioni di PM ma con risparmi nel processo”
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