Oilon ha organizzato un’indagine interna sulla sostenibilità dei prodotti per bruciatori dell’azienda. Il punto di partenza principale è stata la tassonomia dell’UE, che stabilisce i requisiti per gli investimenti a sostegno dello sviluppo sostenibile. I risultati sono stati impressionanti: ben il 92% dei prodotti per bruciatori dell’azienda soddisfaceva i criteri.
Uno degli obiettivi principali di Oilon è quello di essere un produttore leader di tecnologie di combustione pulita. L’azienda destina oltre il 6% del fatturato allo sviluppo dei prodotti. Negli ultimi anni, Oilon ha investito molto nella tecnologia delle pompe di calore. Tuttavia, i prodotti per la combustione pulita continuano a svolgere un ruolo fondamentale nell’attività di Oilon.
“In futuro, una parte consistente della combustione sarà sostituita da tecnologie basate sull’elettricità, come pompe di calore e caldaie elettriche. Questo è particolarmente vero nelle applicazioni a bassa temperatura”, afferma il Responsabile tecnologico del Gruppo Oilon Joonas Kattelus. Ci sono ancora molte applicazioni in cui è necessaria la combustione. Nelle navi e negli aerei, ad esempio, i carburanti sono un ottimo modo per immagazzinare energia. Possono anche essere utilizzati per equilibrare la domanda e l’offerta di riscaldamento. In tali applicazioni, sostituire i carburanti con delle semplici batterie non è ragionevole. Di conseguenza, le applicazioni industriali e di processo continueranno a richiedere le alte temperature di uscita fornite dalla tecnologia di combustione, anche in futuro.
Il carburante è il fattore più importante
Di norma, i combustibili fossili gassosi generano emissioni inferiori rispetto ai combustibili fossili liquidi. Durante la combustione, gli oli combustibili rilasciano non solo CO2, ma anche anidride solforosa, ossidi di azoto e varie emissioni di particolato, come la fuliggine. Rispetto al petrolio, il gas naturale brucia in modo estremamente pulito. Non ha emissioni di anidride solforosa e fuliggine.
Secondo Kattelus, la maggior parte del portfolio dell’azienda è stata riconosciuta come sostenibile. Sono stati inclusi tutti i prodotti che bruciano combustibili sostenibili, i bruciatori di gas naturale tradizionali e a bassa emissione di NOx, nonché i bruciatori di avviamento e di supporto forniti agli impianti di incenerimento dei rifiuti e agli impianti che utilizzano biocarburanti.
“Questa ripartizione si basa sull’idea che se sostituiamo la combustione del carbone con il gas naturale in Cina, ad esempio, otteniamo una massiccia riduzione una tantum delle emissioni di Nox, delle particelle e della CO”. Kattelus stima che la combustione del carbone generi circa il doppio di CO2 rispetto alla combustione del gas naturale.
Come ogni combustibile fossile, la combustione del gas naturale produce emissioni di CO2, che aumentano e intensificano l’effetto serra. Secondo Kattelus, Oilon è riuscita a ridurre le altre emissioni a un livello così basso che la combustione stessa è estremamente pulita.
L’aggressione della Russia nei confronti dell’Ucraina e, la conseguente guerra, ha cambiato radicalmente il panorama energetico globale. Questo cambiamento è indice di un progressivo abbandono del gas naturale come fonte di energia. L’idea è ulteriormente supportata dal fatto che i combustibili rinnovabili hanno in genere emissioni di CO2 inferiori a quelle dei combustibili fossili.
“Attualmente, i governi di tutto il mondo, sono molto interessati all’idrogeno. L’idrogeno può essere prodotto per elettrolisi con energia elettrica sostenibile, come l’energia eolica. In questa applicazione, serve come forma di accumulo di energia”, dice Kattelus.
Dal punto di vista della combustione, l’idrogeno è pulito, poiché il suo prodotto di combustione è l’acqua. Tuttavia, l’idrogeno brucia molto intensamente e con una fiamma calda. Più la fiamma è calda, più si formano i dannosi ossidi di azoto, o composti NOx. Nei bruciatori Oilon ACE, le emissioni di NOx sono ridotte al minimo grazie alla dispersione dell’aria di combustione e del combustibile, che si traduce in una fiamma ampia e fredda. Inoltre, i gas di scarico generati durante la combustione vengono reindirizzati nella fiamma all’interno della caldaia, raffreddando ulteriormente la fiamma.
L’idrogeno non è una soluzione infallibile. Le infrastrutture attuali non sono adatte allo stoccaggio e al trasporto dell’idrogeno senza un’ampia ristrutturazione; inoltre, l’idrogeno richiede una maggiore attenzione alla sicurezza. Un’alternativa all’idrogeno pulito è il metano sintetico ricavato dall’idrogeno. Il metano ha quasi esattamente le stesse proprietà del gas naturale, il che consente di utilizzarlo direttamente nei sistemi attuali. L’idrogeno può essere utilizzato anche per produrre ammoniaca, completamente priva di emissioni di CO2. L’ammoniaca non è priva di problemi: è tossica e ha elevate emissioni di NOx.
“Gli operatori dell’Estremo Oriente sembrano essere particolarmente interessati all’ammoniaca. In Giappone e Corea del Sud si stanno studiando nuove soluzioni”, afferma Kattelus. Nelle grandi centrali a carbone, l’ammoniaca è vista come un combustibile del futuro e molti produttori di caldaie hanno già chiesto se le loro caldaie possono essere convertite all’uso dell’ammoniaca.
L’adozione di carburanti rinnovabili richiede investimenti. Secondo Tapio Murtonen, Direttore commerciale di Oilon, se si vuole utilizzare un altro combustibile in un bruciatore industriale Oilon, in genere è necessario un nuovo bruciatore. Nei bruciatori di processo e nelle centrali elettriche è necessario un adeguamento meno esteso.
“In un tipico progetto di retrofit, installiamo le lance e le valvole necessarie e apportiamo alcune modifiche all’automazione”, spiega Murtonen.
Realizzare l’economia circolare e proteggere l’ambiente
Nelle attività industriali, gran parte del vapore laterale va comunque sprecato. Un tempo era consuetudine sbarazzarsi dei combustibili di processo più impegnativi attraverso la combustione in torcia. Non è più così, perché l’interesse per i combustibili alternativi e per l’utilizzo dell’energia di scarto è aumentato a causa di norme sempre più severe sulle emissioni e dell’aumento dei prezzi dell’energia.
“Inizialmente i gas venivano rilasciati nell’atmosfera, poi è stata inventata la combustione in torcia. L’energia veniva dispersa dai venti, ma i livelli di emissione sono effettivamente diminuiti. Nelle soluzioni moderne, i gas vengono bruciati in una caldaia, consentendo alle aziende di recuperare l’energia contenuta nel gas”, spiega Murtonen.
Più i flussi laterali dell’industria di processo vengono sfruttati, più aumenta la gamma di combustibili disponibili. Già oggi, Oilon fornisce bruciatori per vari combustibili difficili, come il gas d’altoforno e il gas di cokeria generati dalla produzione di acciaio. Inoltre, l’azienda vanta decenni di esperienza nel settore dei gas di raffineria e di processo.
“I combustibili prodotti come sottoprodotto non sono sempre uniformi e la pressione di ingresso può variare. Dobbiamo progettare le apparecchiature in modo che la differenza sia sotto controllo. Ciò richiede sensori diversi, regolatori e soluzioni di automazione speciali”, afferma Kattelus.
Secondo Kattelus, gli oli di pirolisi hanno recentemente iniziato a suscitare un nuovo interesse. Dopo l’inizio degli anni 2000, sono stati scartati come troppo impegnativi per essere utilizzati come combustibile. Essendo acidi, gli oli di pirolisi corroderebbero i componenti e le loro proprietà potrebbero cambiare improvvisamente, intasando i tubi del carburante. Ci sono vari studi che mostrerebbero come gli oli di pirolisi più recenti abbiano proprietà migliori. Il valore del PH è ancora basso, il che significa che i componenti devono essere realizzati in acciaio antiacido.
I bruciatori Oilon sono utilizzati anche nelle caldaie a letto fluido come bruciatori di avviamento e di supporto. Queste caldaie sono utilizzate per la combustione di biocarburanti e per la produzione di energia dai rifiuti urbani rimasti dopo il riciclaggio e il riutilizzo.
“Le caldaie a letto fluido, utilizzate più spesso per la combustione di cippato e biocombustibili simili, sono state riconosciute come sostenibili. La caldaia viene prima riscaldata a 850 °C con i bruciatori di avvio e di supporto, dopodiché la biomassa o i rifiuti urbani vengono immessi nella caldaia”, spiega Murtonen.
Per molti tipi di rifiuti pericolosi, l’incenerimento è l’unica opzione di smaltimento ragionevole. Negli impianti di gestione dei rifiuti pericolosi, i gas e i liquidi vengono bruciati con bruciatori speciali. Una parte dei rifiuti passa dai bruciatori alla caldaia, dove viene incenerita in modo sicuro. In questo modo si evita che i rifiuti pericolosi danneggino l’atmosfera, i corsi d’acqua e il terreno.
L’ultimo otto per cento: un problema o un’opportunità?
Oilon produce ancora bruciatori che non soddisfano i criteri di sviluppo sostenibile. L’ultimo 8% del portfolio è costituito da bruciatori di olio pesante e olio combustibile leggero, utilizzati principalmente dall’industria navale.
“I bruciatori che utilizzano solo olio come combustibile rappresentano una parte relativamente piccola. Per la maggior parte, i prodotti sono bruciatori a gas e gas/olio combustibile leggero”, spiega Murtonen. A lungo termine, Murtonen ritiene che la quota dei bruciatori a olio diminuirà ulteriormente, poiché la normativa marina diventa ogni anno più severa. Quando si parla di futuri carburanti per l’industria nautica, tre candidati spiccano sugli altri: ammoniaca, metano sintetico e metanolo sintetico.
“L’industria nautica è alla ricerca di nuove soluzioni. Abbiamo anche alcuni progetti sul metanolo, in corso. Abbiamo iniziato a discutere con le società di classificazione, valutando il tipo di equipaggiamento e i sistemi di sicurezza necessari. Inoltre, abbiamo avviato iniziative di sviluppo con alcuni dei nostri clienti”, afferma Murtonen.
“Il metanolo è un’opzione che sembra comparire spesso”, conferma Kattelus. “Si tratta di un combustibile rinnovabile: un combustibile liquido che non ha bisogno di essere pressurizzato, il che semplifica la logistica. Per molti aspetti, il metanolo è simile all’olio combustibile leggero, il che significa che la nostra tecnologia attuale può essere utilizzata con modifiche relativamente minime”.
Il metanolo è un flusso secondario dell’industria forestale e un sottoprodotto della produzione di biodiesel. Può essere prodotto da biomassa, idrogeno e fonti fossili. Indipendentemente dalla fonte, il metanolo ha emissioni sostanzialmente inferiori rispetto ai combustibili fossili tradizionali.
Nelle applicazioni terrestri, i biodiesel hanno dimostrato di essere un’eccellente alternativa agli oli combustibili tradizionali. Secondo Kattelus, le proprietà del biodiesel finlandese Neste My sono così simili a quelle dell’olio combustibile tradizionale che possono essere utilizzate con la tecnologia attuale e, allo stesso tempo, ridurre i livelli di emissioni dell’impianto. Nei bruciatori Oilon, in genere è sufficiente sostituire il rilevatore di fiamma per rendere l’intera gamma di bruciatori compatibile con il biodiesel.
I migliori bruciatori al mondo sono realizzati per le condizioni del mondo reale
Oilon utilizza la fluidodinamica computazionale (modellazione CFD) come parte del processo di sviluppo del prodotto. Gli esperti dell’azienda creano prototipi digitali e simulano il funzionamento del bruciatore prima di realizzare un prototipo fisico.
I limiti di emissione sempre più severi richiedono una progettazione estremamente accurata e test approfonditi. Con la modellazione CFD, Oilon può simulare decine o addirittura centinaia di geometrie diverse di bruciatori prima di creare il primo prototipo.
Antti Hämäläinen lavora come sviluppatore di prodotti presso Oilon. Uno dei suoi compiti principali è quello di testare i prodotti per bruciatori Oilon ACE.
“Apportiamo innumerevoli modifiche al prototipo. Non capita spesso che il bruciatore sia completamente pronto dopo la CFD”, afferma Hämäläinen. “Quando testiamo i nostri prodotti, l’obiettivo è quello di ottenere condizioni il più possibile simili a quelle dello stabilimento del cliente. Abbiamo molte caldaie diverse e scegliamo sempre quella che si avvicina di più alla caldaia del cliente”.
Gli sviluppatori del prodotto tracciano le linee di alimentazione al bruciatore e costruiscono l’automazione necessaria. La temperatura, l’umidità e la pressione dell’aria influenzano il processo di combustione. Esistono numerosi altri fattori, alcuni dei quali possono essere impossibili da prendere in considerazione. Per questo il feedback dal campo vale oro.
“La situazione presso il cliente può cambiare rapidamente”, spiega Hämäläinen. “Qui a Oilon siamo in grado di fare quasi tutto, ma il personale sul campo non dispone di una singola cassetta degli attrezzi che gli consenta di armeggiare con i dettagli minori. Per questo motivo testiamo diverse impostazioni in diversi forni, assicurandoci che il prodotto sia pronto. L’obiettivo è quello di poter semplicemente avvitare l’unità alla caldaia e premere avvio. In caso di problemi, ricreeremo le condizioni il più possibile in laboratorio e risolveremo il problema attraverso i test”.
I siti di installazione e le esigenze dei clienti variano notevolmente e nel corso dei decenni ci sono state alcune sorprese. L’ingegnere meccanico Jarmo Haverinen ricorda i vari problemi causati da disposizioni di trasporto insolite. In un caso, i bruciatori sono stati collegati a caldaie già presenti nello stabilimento del cliente. Le combinazioni bruciatore-caldaia sono state trasportate al sito di installazione con un camion e alcuni bruciatori si sono danneggiati durante il trasporto. Una volta identificato il problema, è stato possibile consigliare al cliente come sostenere i bruciatori, evitando di danneggiarne le flange.
I problemi di accensione sono un altro argomento su cui Oilon raccoglie dati dal campo. Le esperienze pratiche hanno dimostrato che un’attenta verifica è essenziale. Quando la produzione di un determinato trasformatore di accensione è terminata, l’azienda ha dovuto trovare un sostituto nel più breve tempo possibile. Presso la sede del cliente, è emerso che il nuovo componente aveva una corrente di accensione inferiore, che causava problemi con i cavi di accensione lunghi. Il problema è stato risolto e Oilon ha imparato una lezione preziosa.
“Eseguiamo così tanti test in laboratorio che la macchina è totalmente operativa e pronta all’uso. Eseguiamo prove su prove e facciamo funzionare la macchina in tutte le combinazioni possibili. Il prodotto finale ha un aspetto completamente diverso da quello iniziale. È questo il senso di sviluppare il prodotto”, conclude Hämäläinen.
I prodotti standardizzati garantiscono la disponibilità
Murtonen concorda sul fatto che è essenziale assicurarsi che i prodotti siano pronti all’uso. Nonostante le prestazioni e i livelli di emissioni siano una priorità, l’affidabilità è la base.
“I bruciatori devono essere affidabili, il che significa che devono essere robusti e pronti all’uso in qualsiasi momento. In una parola, i bruciatori devono avere un’eccellente disponibilità”, afferma Murtonen. Un altro fattore significativo è il range di capacità del bruciatore. Le caldaie a vapore, ad esempio, richiedono un ampio rapporto di turndown.
I siti di installazione e le applicazioni variano notevolmente. I bruciatori utilizzati in ambienti marini e quelli che utilizzano combustibili corrosivi devono essere resistenti alla corrosione. Fortunatamente, i clienti possono anticipare le loro esigenze future – una considerazione importante, dice Murtonen, dato che un bruciatore servirà il cliente per circa 25 anni.
La diminuzione della disponibilità di gas naturale in Europa ha generato una forte domanda di bruciatori a doppia alimentazione e di altre soluzioni alternative. Sempre più spesso i clienti scelgono un prodotto con emissioni minime e il petrolio non è più considerato una soluzione sostenibile.
“Ciò che ci distingue dalla concorrenza è che otteniamo le emissioni più basse al mondo con una buona efficienza e un basso livello di ossigeno residuo”, afferma Murtonen.
Ad esempio, i bruciatori a bassissimo tenore di NOx basati sulla tecnologia a premiscelazione possono raggiungere livelli di emissione inferiori a 2,5 ppm (5 mg/Nm3). Nonostante le prestazioni di alto livello, i bruciatori sono facili da mantenere e installare. La maggior parte della tecnologia è la stessa dei bruciatori tradizionali.
L’adattamento della tecnologia di combustione pulita a condizioni diverse richiede il bilanciamento di innumerevoli fattori. Tuttavia, poiché i prodotti sono standardizzati, la progettazione di un sistema richiede poco tempo e le prestazioni stabili sono garantite. Secondo Murtonen, il cliente deve semplicemente indicare i requisiti di emissione e, sulla base di queste informazioni, viene scelto il bruciatore adatto. Se il cliente ha bisogno di un bruciatore a bassissimo NOx, ad esempio, non ci sarà alcun lavoro aggiuntivo, da fare.
Le centrali elettriche possono richiedere soluzioni con bruciatori multipli. In questi progetti, dobbiamo considerare la collocazione dei bruciatori, cioè la loro posizione sulle pareti della caldaia per ottenere prestazioni ottimali in termini di emissioni”, spiega Murtonen. “Il team di esperti di Oilon si occuperà di questo e troverà una soluzione selezionando i bruciatori e l’automazione necessaria”. Una volta completata questa operazione, la consegna procede come di consueto”.
La selezione di prodotti Oilon promuove l’economia circolare. I bruciatori dell’azienda possono essere utilizzati per produrre energia pulita e sfruttare i flussi laterali. Le pompe di calore industriali Oilon, a loro volta, consentono agli operatori di utilizzare il calore prodotto in modo più efficiente e di sfruttare l’energia che altrimenti sarebbe evaporata nell’atmosfera.
In futuro si utilizzeranno sempre più fonti basate sull’elettricità, riducendo la quota della tecnologia di combustione. Allo stesso tempo, alla luce delle norme sulle emissioni sempre più severe e dell’ampliamento della gamma di combustibili puliti disponibili, sarà necessario trovare soluzioni di combustione sempre più versatili. Le soluzioni sostenibili per i bruciatori e i sistemi basati sulle energie rinnovabili si completano e si supportano a vicenda.
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