Recupero di Cascami Termici tramite Sistemi ORC – Parte UNO

Articolo a cura di Marco Roncelli

Negli ultimi due decenni si è assistito ad una crescente consapevolezza dei problemi di carattere ambientale e climatico. Con due trattati internazionali ratificati, il Protocollo di Kyoto e poi l’Accordo di Parigi, molte nazioni sono oggi impegnate nel limitare l’impatto antropico, oltre che nell’adottare strategie di adattamento. Se per la sostenibilità della produzione di energia le azioni da intraprendere si riassumono nell’adottare una maggiore quota di sistemi a fonti energetiche rinnovabili (FER) e nella rivalutazione delle diverse filiere dell’energia nucleare, la riduzione dei consumi è principalmente affidata al concetto di efficienza energetica, sia essa nel settore residenziale, industriale, dei trasporti o di altra natura. È nato quindi il bisogno di introdurre nuove tecnologie in grado di recuperare, da fenomeni ed attività di varia tipologia, energia che altrimenti verrebbe dissipata in ambiente. Le sorgenti di natura termica sono senz’altro le più consistenti. In questa prima parte riportiamo alcuni dati circa le potenzialità e pregi del recupero di cascami termici.

Alcuni studi indicano come, nel panorama industriale, il 20-50% dell’energia introdotta nei sistemi viene dissipata in ambiente a media o bassa temperatura, dunque con un basso valore exergetico. Nonostante ciò, è possibile recuperarne una parte attraverso opportuni sistemi “bottoming”, tra cui i più diffusi sono i cicli Rankine a fluido organico (ORC -Organic Rankine Cycle), di cui abbiamo parlato in questo articolo.

Nazione	Potenziale ORC settore cemento [MW]	Potenziale  ORC settore acciaio [MW]
Italia	86,7	114,6
Germania	70,3	156,2
Spagna	117,3	111,3
Francia	49,9	73,2
Regno Unito	25,3	47,4
Belgio	10,7	54,5
Austria	10,5	16,5
Rep. Ceca	12,8	10
Altri	192,5	164,3
Totale	576	748

Le applicazioni più significative sono quelle industriali, in particolare cementifici, complessi siderurgici e in generale i processi energivori, dove sono tipicamente resi disponibili fumi a temperature comprese tra i 200 e i 600°C. Sono anche possibili recuperi termici da stazioni di ricompressione del gas naturale, turbine a gas di media e piccola taglia o motori a combustione interna per la produzione di potenza elettrica. Le potenzialità dei sistemi ORC in Europa sono rappresentate nella tabella sottostante limitatamente alle due principali applicazioni, mentre invece la figura mostra il numero di stazioni di compressione di gas naturale:

Adottando un sistema ORC è possibile recuperare energia da sorgenti termiche sia ad alta che a media o bassa temperatura attraverso opportune scelte del fluido e dei componenti d’impianto. Oltre al grande obiettivo dell’efficienza, l’uso di questi sistemi per WHR (Waste Heat Recovery) introduce altri vantaggi, anche rispetto ad alcune principali fonti rinnovabili: la generazione di potenza è distribuita, dunque con ridotte perdite di trasmissione o distribuzione, e spesso può essere totalmente auto-consumata limitando lo sbilanciamento del sistema elettrico, a cui è sempre più richiesta flessibilità a causa della maggior quota coperta da fonti aleatorie come eolico e solare; numero di ore equivalenti particolarmente elevato, come mostrato nella figura seguente; non sono richiesti elevati spazi né risorse naturali particolari (il cascame termico è automaticamente disponibile a processo avviato).

Nella seconda parte dell’articolo indaghiamo lo Stato dell’Arte della tecnologia.