Tecnologia naturale: la transizione verso tecnologie più ecologiche

Il vapore è il fluido che si ottiene dall'ebollizione dell'acqua e possiede proprietà totalmente uniche. La distribuzione di vapore nei processi industriali può essere fatta con la sicurezza di trattarsi di un elemento familiare come l'acqua, ma con caratteristiche termiche molto superiori. Per questo motivo, il vapore si è affermato come metodo ideale per fornire energia termica ed energia motrice nel corso dello sviluppo dell'industria. 

I metodi di produzione del vapore si sono evoluti con il progredire della tecnologia, tanto che gli attuali metodi di produzione del vapore si sono adattati per essere più sostenibili attraverso l'integrazione delle energie rinnovabili. 

L'attuale sistema di generazione energetica si è prefissato l'obiettivo di una transizione ecologica non solo a livello industriale ma anche a livello sociale, pertanto la generazione di vapore si adatta anch'essa alle nuove esigenze che mirano a investire e sviluppare soluzioni sempre più efficienti e sostenibili.

Il vapore è fondamentale per la transizione verso tecnologie più ecologiche e di seguito esamineremo le tecnologie emergenti legate al vapore.

Tecnologie a vapore più ecologiche emergenti

Cosa si sta facendo attualmente e come possiamo evolvere per sviluppare una tecnologia in grado di affrontare le esigenze di decarbonizzazione? Vediamo le tecnologie che saranno decisive per un futuro più sostenibile.

• • Idrogeno verde: Si posiziona con forza come alternativa alla combustione del gas naturale. Viene generato attraverso l'elettrolisi con energie rinnovabili e a livello mondiale si stanno promuovendo numerosi progetti di impianti di generazione di idrogeno verde che utilizzano energie rinnovabili per il loro funzionamento, pertanto in un futuro prossimo, questo tipo di tecnologia acquisirà sempre maggiore importanza.
  • Elettrificazione avanzata: Fino ad ora esistevano caldaie a vapore elettriche associate a processi di piccole dimensioni, ma i progressi nell'elettrificazione consentono di sviluppare tecnologia ad alta tensione per ottenere una maggiore resa termica delle caldaie. Esiste anche la possibilità di riattrezzare le caldaie a gas esistenti con elementi elettrici. Si sta studiando come può integrarsi armoniosamente con altre tecnologie per diversi processi ed è per questo che ci sono sempre più soluzioni termiche per l'uso con l'elettricità.
  • Batterie termiche: Le batterie termiche consentono di immagazzinare energia termica sotto forma di calore per rilasciarla quando necessario. È un sistema di accumulo adattato alla natura non flessibile delle energie rinnovabili e riduce la domanda istantanea delle infrastrutture elettriche perché può essere alimentato sia dalla rete elettrica che dalla generazione di energia da altre fonti rinnovabili (fotovoltaico o eolico). L'effetto di questo tipo di accumulo tramite batteria termica sfida il concetto delle batterie agli ioni di litio, poiché è una soluzione più sostenibile per l'acquisizione di energia e la sua longevità è paragonabile a quella di una caldaia tradizionale.

Per capire meglio come funziona una batteria termica, abbiamo il seguente schema:

1. Ottenimento di energia:  energia elettrica ottenuta da fonti rinnovabili in qualsiasi momento della giornata
2. Conversione: L'energia elettrica viene convertita in modo efficiente in energia termica utilizzando un riscaldatore
3. Processo di caricamento: il calore viene immagazzinato come acqua calda ad alta pressione
4. Processo di scarico: l'acqua ad alta pressione genera vapore istantaneo quando si verifica una caduta di pressione
5. Distribuzione: Il vapore viene distribuito per soddisfare le esigenze dal suo uso per il riscaldamento degli edifici ai processi industriali

Tutto questo ha generato un'opportunità elettrica sul mercato, poiché il vapore rimane il fluido di trasferimento più potente, ma è necessario investire in infrastrutture elettriche per poter adattare i sistemi a queste nuove tendenze.

L'industria ha già investito sull'infrastruttura esistente e c'è un'importante opportunità di combinare elettricità e accumulo termico. Le infrastrutture attualmente disponibili sono:

• Elettrico: L'infrastruttura elettrica deve essere aggiornata per evitare il cablaggio e per migliorare la sottostazione in modo da operare con la capacità esistente. L'infrastruttura elettrica a vapore e per il trattamento delle acque non necessita di un aggiornamento iniziale.
• Vapore: La distribuzione del vapore è esattamente la stessa e le apparecchiature dell'utente finale non cambiano 
• Acqua: Non variano neanche le infrastrutture dipendenti dall'acqua come i sistemi di addolcimento, osmosi inversa, serbatoi di acqua di alimentazione, sistemi di dosaggio dei prodotti chimici e sistema di condensato

Il che comporta una serie di benefici legati allo sfruttamento dell'infrastruttura esistente, come: evitare la formazione di operatori, la fiducia nella conoscenza del sistema esistente e la riduzione dei costi.

Se consideriamo le caratteristiche delle tre opzioni (batteria elettrica, accumulatore di vapore e caldaia elettrica) possiamo combinarle per ottenere un risultato ottimale. 

Il batteria elettrica fornisce un accumulo di energia elettrica, ha un'offerta scollegata dalla domanda e può essere utilizzata con energie rinnovabili o con la rete. Da sola una batteria elettrica non può generare energia termica e c'è la probabilità che si scarichi durante il ciclo di carica. 

Il accumulatore di vapore è un serbatoio di energia termica e l'offerta è scollegata dalla domanda. Di per sé non può generare energia termica e non si scarica come una batteria elettrica, ma ha una dipendenza dai combustibili fossili.

 A caldaia elettrica È un generatore di vapore istantaneo ed è compatibile con la rete elettrica e con le energie rinnovabili. Non ha capacità di stoccaggio e l'offerta si adatta alla domanda dei processi.

Integrazione di accumulo termico

Per uno stoccaggio termico dobbiamo avere un generatore di energia termica. La generazione può essere indipendente dalla domanda e può utilizzare energia rinnovabile intermittente a basso costo fuori rete che minimizza l'impatto ambientale e il ciclo di scarica è dinamico e flessibile.  

L'alimentazione elettrica, proveniente sia dalla rete elettrica sia da una generazione rinnovabile come un impianto fotovoltaico o un parco eolico, è direttamente collegata all'accumulo termico che, a sua volta, riceve anche un apporto idrico. Viene generato vapore che viene utilizzato nelle apparecchiature che lo richiedono e parte di questo vapore ritorna attraverso la condensa per essere incorporato nello stesso ciclo. Esiste anche un sistema di recupero e smaltimento del calore dello spurgo e del calore di drenaggio che  vengono utilizzati per pre-riscaldare l'acqua di alimentazione. 

Investire in questo tipo di soluzioni è un modo piuttosto ottimale per decarbonizzare facilmente un impianto industriale. e ottenere così una transizione verso tecnologie più ecologiche.