Produrre con riguardo

Il laterizio dalle energie rinnovabili
Fritz Moedinger  

La nostra società e la qualità della vita che conosciamo vengono sostenute da prodotti il cui utilizzo è causa diretta o indiretta di gran parte dell'inquinamento, della riduzione delle risorse e del degrado ambientale. La sfida è raggiungere uno sviluppo equo per tutti, comprese le future generazioni, conservando al contempo l'integrità dell'ambiente mondiale. Detto in altre parole, la crescita attuale non deve compromettere la crescita futura. Affrontare tale sfida significa puntare su nuovi paradigmi di qualità creando ricchezza e competitività sulla base di prodotti più ecologici e sostenibili, che nel loro ciclo produttivo utilizzano minori risorse non rinnovabili, presentano minore impatto per l'ambiente, riducono la produzione di rifiuti, sono smaltibili con basso rischio e dispiego di energie. In ambito edilizio questo vuol dire porsi ad esempio sin dal momento della progettazione il problema di come i vari componenti verranno riciclati o rottamati alla fine del ciclo. Il laterizio è un materiale che risponde meglio di altri a tali esigenze: non vengono generati rifiuti nel processo produttivo, l'effetto ceramico vetrifica ogni potenziale nocività e, se non contaminato da altri materiali, risulta completamente riciclabile. Unico neo è la consistente quantità di energia termica, quasi sempre di origine fossile, assorbita in fase di produzione.
L'incidenza ambientale di una costruzione in cemento/calcestruzzo è almeno doppia rispetto a quella di una costruzione in laterizio e l'obiettivo non può che essere l'ulteriore miglioramento delle performance ambientali del laterizio. L'unica fornace presente in provincia di Bolzano ha intrapreso, con l'aiuto pubblico, un programma di ricerca e sviluppo teso a sostituire completamente con energie rinnovabili i combustibili fossili di norma utilizzati per mandare in temperatura il forno a tunnel destinato alla cottura dei pezzi. Dall'agosto 2003 vengono qui utilizzati esclusivamente combustibili rinnovabili, riducendo l'impatto ambientale in maniera notevole.
Attualmente tale fornace copre il proprio fabbisogno termico per il 90% con grasso animale e per il 10% con biogas direttamente prodotto mediante un impianto pilota. Con la primavera/estate 2005, allorché sarà completato l'impianto a biogas, questo coprirà l'80% del fabbisogno. Inoltre un sistema di microturbine produrrà il 100% del fabbisogno elettrico, con ulteriore riduzione di impatto ambientale. Può essere interessante stabilire quale sia in termini energetici il risparmio determinato da una fornace alimentata con combustibili rinnovabili: si tratta di circa 40-50TEP (tonnellate equivalenti di petrolio) ogni 1000 t di laterizi, il che evita una emissione pari a 100-200t di CO2 . Il risultato è dunque un mattone ecologico e sostenibile.
I risultati finali lusinghieri sono stati conseguiti affrontando un percorso – attualmente ancora in atto – che ha evidenziato sin dai primi passi una serie di difficoltà in funzione della scarsa documentazione disponibile e quindi dell'alta indeterminatezza della ricerca. Innanzitutto, con l'obiettivo primario di generare energia, sono state fatte prove per individuare quali fossero le sostanze disponibili più adatte ad essere trasformate nell'ambito di un processo industriale. Importante criterio di selezione è stato quello di abbattere le percentuali di rifiuti secondari generati nel processo; per esempio nel caso della gassificazione, ogni residuo solido o liquido doveva prestarsi o ad essere utilizzato in fornace oppure allo smaltimento ordinario. Il pseudo-impiego dei residui, comune alla maggior parte degli impianti a biogas, quale ipotetico fertilizzante in agricoltura, è stato escluso a priori. Si partiva dagli esperimenti con biogas (soprattutto con gas proveniente da discarica) tentati da fornaci olandesi e spagnole con risultati poco soddisfacenti. La ragione di tali insuccessi è emersa durante le prove: la composizione chimica del gas da discarica non è adatta, cosiccome è risultato scarsamente adatto, se non previo costoso pre-trattamento, anche il gas prodotto nei tradizionali impianti, soprattutto quelli nei quali si utilizza letame. La convinzione che nell'industria laterizia l'integrazione di un processo di produzione ed uso di biogas potesse risultare vincente in termini ambientali, ha comunque sostenuto l'impegno.
In sostanza, si configura un sistema a ciclo chiuso, laddove tutti i prodotti della digestione anaerobica trovano idonea collocazione ed utilità. Le prove effettuate con una grande varietà di sostanze organiche sono iniziate in piccolo con un sistema da laboratorio composto essenzialmente da un contenitore in vetro tenuto a bagnomaria a temperatura di ca. 40°C e da un sistema di raccolta all'interno del contenitore in vetro del gas generato dalla fermentazione. Passando alla fase successiva, cioè a un impianto sperimentale containerizzato, i risultati di laboratorio si sono il più delle volte dimostrati scarsamente attendibili. Con il gas ottenuto sono state quindi fatte prove di cottura dei laterizi. Il primo impianto sperimentale realizzato ad hoc è costituito da due sezioni:
• fermentatore;
• sistema di raccolta gas e sistemi di controllo.
L'alimentazione della biomassa avviene tramite un sistema a tramoggia con pompa a vite. Ad intervalli regolari di un'ora, la biomassa viene introdotta nel digestore e miscelata con il materiale già fermentato per mezzo di un miscelatore ad elica libera, il cui asse è attraversato da acqua calda per consentire il controllo della temperatura del digestore. Dopo una permanenza di circa 30 giorni, il substrato viene prelevato dal fermentatore ed inviato ad un silo di raccolta.
Sul digestore è installata una cupola di raccolta del gas prodotto; la stessa può essere usata per controllare l'altezza di riempimento del fermentatore. Il volume del gas prodotto viene misurato da un apposito contatore e controllato qualitativamente tramite l'analizzatore di gas, Schmack SSM6000 (circa 60% metano CH 4 e 40% CO2 , in condizioni di saturazione con vapore d'acqua). Il gas viene quindi stoccato nell'apposita sezione ed inviato, con l'ausilio di una girante, al bruciatore posizionato sul forno di cottura dei laterizi (forno a tunnel).
L'impianto è composto da:
• Contenitore per substrato
– Tramoggia di 2 m³ ;
– Attacco 2 1 / 2 ” con valvola a sfera;
– Miscelatore 1,5kW, 900giri/min.
• Fermentatore in acciaio, isolato e rivestito all'interno
– Volume 48 m³ ;
– Miscelatore orizzontale 3kW;
– Attacco 1” per acqua calda.
• Installazioni
– 2 valvole a sfera 1” per campionamento;
– Sifone PVC DN80 per pressione gas;
– Cupola raccolta gas, in acciaio zincato.
• Impiantistica
– Serbatoio gas 25 m³ , attacco 1 1/2”;
– Pompa substrato 4kW, 12 m³/h;
– Pompa acqua 0,3kW, 3 m³/h;
– Scambiatore calore, attacco 1”.
• Strumentazione di controllo
– Contatore ad induzione per il controllo della quantità di substrato;
– Misuratore a tamburo per il controllo della quantità di gas;
– Analizzatore Schmack SSM6000 per la qualità del gas.
• Sensori
– Controllo della temperatura del substrato;
– Tipo PT100 4-20mA nel fermentatore;
– Riscaldamento indicatore 0-100°C.
• Gestione dati
– PC con strumentazione di acquisizione dati, tramite sensori.
• Condotti
– Substrato 2 1/2” tubo aspirazione attacchi StorzB;
– Gas dal fermentatore al serbatoio PVC, DN50;
– Dal serbatoio alla girante PVC, DN 50 ;
Le prove con questo impianto sono durate dalla primavera del 2002 fino a tardo autunno dello stesso anno. Sulla base delle esperienze raccolte con questa prima struttura ed ulteriori prove di laboratorio, è stato poi progettato è costruito un vero è proprio impianto precursore di quello che sarà quello definitivo. Il sistema, oggi brevettato, funziona alla stessa maniera di uno stomaco di ruminante: i vari processi biologici sono separati e non avvengono più all'interno di uno stesso contenitore come avviene nella quasi totalità degli altri impianti a biogas. Il sistema di fermentazione a cascata determina infatti condizioni ideali per ogni ceppo di batteri utilizzato nelle varie fasi delle fermentazione e quindi garantisce la più alta produzione di gas partendo dal minor volume. Nel processo in esame il substrato organico (vinacce, residui della filtrazione dei succhi di frutta ed eventualmente rifiuti umidi provenienti dalla raccolta differenziata) viene triturato finemente e poi sottoposto ad un processo d'idrolisi termico, enzimatico o nel caso, termo-enzimatico. Quindi sottoposto ad acidificazione (determinata dagli acidi organici che si producono all'interno del substrato stesso) e conseguentemente fermentato. Alcune sostanze, come ad esempio gli amidi, richiedono un particolare pre-trattamento. Il processo d'idrolisi avviene a temperature tra 50 e 100°C mentre il processo successivo a temperature tra 38 e 45°C.
L'impianto è attualmente composto da quattro contenitori: idrolisi, acidificazione e due fermentatori. L'impianto definitivo sarà costituito da quattro idrolizzatori, un acidificatore e cinque fermentatori. La capacità produttiva dell'impianto definitivo sarà di ca. 250-300 m³ di biogas, sufficienti per coprire il fabbisogno energetico della fornace.