Verso il vapore a emissioni nette zero
Efficienza, elettrificazione e ingegneria lavorano insieme
Sean Spencer, Solution Development Manager
5 minuti
Ha svolto un ruolo vitale nel nostro passato, lo ricopre oggi e continuerà a essere essenziale anche per il nostro progresso futuro. Le sue qualità di energia termica superiore lo rendono un elemento fondamentale nella produzione di tante cose che ogni giorno diamo per scontate E grazie alla tecnologia in rapida evoluzione e ai passi da gigante dell’ingegneria, possiamo aspettarci di godere dei suoi numerosi vantaggi in un mondo a emissioni nette zero nel nostro futuro
Non bisogna inventare nulla: è sulla Terra da più tempo di noi. Potete vederlo ancora al suo stato naturale, durante l’eruzione di un geyser, crea uno spettacolo mozzafiato. La sua forza e la sua potenza allo stato puro danno un’idea del perché il vapore è il termovettore più usato al mondo. Inoltre, ne evidenziano la sua natura elementare.
Per la capacità intrinseca di trattenere una notevole quantità di energia da usare sia meccanicamente, ad esempio per far girare una turbina, che come calore per attivare molti processi, il vapore è una risorsa sostenibile e rinnovabile. Grazie al circuito vapore - condensa, l’acqua utilizzata può essere riciclata da sistemi efficienti, risparmiando allo stesso tempo energia.
Considerando l’elevata efficienza, la bassa tossicità, la facilità di spostamento, il calore specifico superiore e il costo limitato rispetto ad altre alternative, un mondo senza vapore è impensabile. Dobbiamo ringraziare il vapore per i numerosi progressi tecnologici della società negli ultimi 300 anni. Benché i meccanismi che usano e richiedono vapore siano cambiati, il vapore in sé è rimasto fondamentale per la nostra evoluzione.
Svolge un ruolo chiave nel settore farmaceutico, garantendo una produzione di medicine e vaccini sicura, affidabile e in quantità elevate. Le strutture sanitarie si affidano al vapore per la sicurezza degli strumenti durante i trattamenti. Il settore chimico e quello petrolifero hanno bisogno del vapore per il regolare funzionamento degli impianti e la creazione degli innumerevoli prodotti di cui ci avvaliamo ogni giorno. Dalla plastica al poliestere (il materiale per indumenti più comune al mondo) fino alla produzione di ammoniaca, che fornisce i fertilizzanti necessari per nutrire il mondo. Inoltre, i numerosi utilizzi nel settore Food and Beverage ci evitano di preoccuparci della sicurezza e della scadenza di ciò che mangiamo e beviamo.
Questi sono solo alcuni dei vantaggi che offre il vapore. Per questa ragione, il vapore non è considerato solo un fenomeno utile, bensì una tecnologia naturale. Un mezzo sicuro, sostenibile e affidabile per migliorare la qualità della vita, quasi senza confronto.
Tuttavia, oltre all’occasione di scattare una foto, i geyser non ci offrono grandi possibilità di uso pratico e, tranne che per qualche posto al mondo, il vapore come energia geotermica non costituisce un’opzione. Pertanto, per sfruttare il valore del vapore, dobbiamo generarlo noi. E proprio qui ci attende il test a garanzia del suo futuro sostenibile.
Abbiamo bisogno di grandi quantità di vapore per proseguire il nostro sviluppo e mantenere la nostra qualità di vita. Per generare vapore, è necessario abbandonare al più presto l’uso di gas, carbone o petrolio in favore di fonti con energia rinnovabile.
ACCOGLIERE NUOVE POSSIBILITÀ
La crisi energetica globale sta accelerando importanti cambiamenti nelle modalità di produzione di energia. Prima di tutto, c’è una quota in rapida crescita che deriva da fonti rinnovabili (soprattutto eoliche e solari, ma con una produzione variabile). Secondo, il potenziale per l’idrogeno verde basato su energia rinnovabile ed elettrolisi aumenta di giorno in giorno. Terzo, c’è una crescente accettazione della necessità di elettrificazione del calore nell’industria e nell’edilizia. Infine, stanno emergendo nuove tecnologie per l’accumulo di calore ed energia e presto saranno disponibili su larga scala.
cambiamenti simili nel modo di operare nell’industria non si verificano all’improvviso. Ma il tempo è essenziale se si vogliono raggiungere i rigorosi obiettivi di emissioni nette zero. Per questo motivo, opzioni pratiche che colmino la lacuna tra la domanda e la fornitura di energia sono fondamentali per realizzare delle aziende sostenibili. Nella transizione, saranno cruciali innovazioni come lo stoccaggio di energia termica, dove catturare la fornitura da fonti rinnovabili e trattenerla fino al bisogno. La Figura 1 illustra perché dobbiamo trovare dei modi per ottimizzare la nostra efficienza quando si tratta di sfruttare fonti rinnovabili come l’energia solare:
INTRAPRENDERE SUBITO AZIONI POSITIVE
Nel complesso, il calore è responsabile di più del doppio della domanda energetica di produzione globale di elettricità e produce il 55% delle emissioni globali di energia.¹ Abbassare quel numero comporta un considerevole obiettivo di decarbonizzazione,² ma finora, i tentativi sono spesso stati isolati, rivolti ad aree quali elettrificazione, idrogeno, biomassa e cattura, utilizzo e stoccaggio di carbonio (carbon capture, utilisation, and storage; CCUS) separatamente, e concentrati su particolari usi finali.
Per questo la strada verso la neutralità carbonica a volte sembra così difficile, in attesa di nuove tecnologie che rimpiazzino quelle a cui ci siamo affidati per decenni o perfino per secoli. Per fortuna, i mezzi per usare vapore prodotto in modo sostenibile sono a portata di mano.
Via via che l’esigenza di decarbonizzare il pianeta si fa più pressante, è rassicurante che ciò non implichi perdere del tutto il vapore. Tutti sappiamo che i giorni dei veicoli a benzina e diesel finiranno, che l’uso di gas naturale verrà limitato e che si dovranno prendere decisioni difficili per garantire il futuro del pianeta.
Non è così per il vapore. Abbandonare le caldaie a combustibili fossili non richiede anni in attesa di nuove alternative. E non implica una revisione completa degli impianti esistenti. C’è già la capacità di adattare le caldaie con tecnologia di riscaldamento elettrico. Quando le vecchie apparecchiature devono essere sostituite, sono già subito disponibili opzioni elettriche più efficienti. Man mano che la produzione di energia si allontana dal carbone, gas e petrolio, il vapore sarà pronto per dimostrare il suo potenziale a emissioni zero.
Di pari passo, ci sarà una crescente esigenza di fare di più con meno, valutando e migliorando costantemente misure di efficientamento che renderanno il vapore ancora più importante per i tanti settori che a esso si affidano. Gli approcci basati sui dati a livello di sistema saranno i più efficaci a tal fine.
Poiché il vapore è largamente usato in tanti settori, esiste una vasta gamma di dimensioni, configurazioni, applicazioni finali e pratiche operative per i sistemi a vapore. Pertanto, esistono molte opzioni per identificare opportunità di miglioramento delle prestazioni degli impianti a vapore.
Come il vapore ha consentito alle civiltà di tutto il mondo di crescere e svilupparsi, ora tocca agli ingegneri consentire al vapore di conservare il suo posto nella storia. Finora, il vapore ci ha condotti attraverso un viaggio appagante e continuerà a farlo nei secoli futuri.
Sono gli ingegneri specializzati in ogni campo che progetteranno, costruiranno, adatteranno, azioneranno e renderanno sicure le infrastrutture e le tecnologie volte al raggiungimento di un Paese decarbonizzatoNational Engineering Policy Centre, Royal Academy of Engineering
Fonti:
¹ “Global Energy Perspective 2022,” McKinsey, April 26, 2022.
² Note that reaching net zero is not just about CO2 emissions but all greenhouse gases, including methane and F-gases. Here we use decarbonisation to cover all relevant emission reductions.
National Engineering Policy Centre, Royal Academy of Engineering (https://raeng.org.uk/media/b4jpdttw/net-zero-a-systems-perspective-on-the-climate-challenge-final-nepc.pdf)
“Net-zero heat: Is it too hot to handle?”, McKinsey Sustainability, July 22, 2022. (https://www.mckinsey.com/capabilities/sustainability/our-insights/sustainability-blog/net-zero-heat-is-it-too-hot-to-handle)