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L’integrazione industriale tra cartiere e altre tipologie di impianti

Impianti tissue chiavi in mano | Fabrizio Tonello, 2 marzo 2021

In natura si parla spesso di simbiosi. Nella sua forma più virtuosa, questa avviene quando un organismo o un’intera specie si associa ad un’altra per fruire in modo mutualistico delle risorse messe a disposizione dalla natura.

I due organismi simbiotici, oltre a trarre direttamente dalla natura una parte delle risorse di cui ciascuno ha bisogno, se ne scambiano reciprocamente altre in modo tale che lo sforzo complessivo compiuto dai due per approvvigionarsi sia inferiore alla somma degli sforzi che avrebbero dovuto compiere se avessero agito singolarmente.  La simbiosi mutualistica è il modo in cui la natura fa spontaneamente “efficienza”.

Questo concetto viene ovviamente applicato in modo attivo e consapevole dall’uomo nelle molte realtà che costituiscono la società civile, nei molti settori produttivi e, in particolare, nel settore industriale. Anche l’industria della carta presenta svariate opportunità di simbiosi mutualistica o integrazione virtuosa con altri settori industriali o servizi. Si pensi per esempio al fatto che, essendo la carta un bene “riciclabile” in molte delle sue forme, la cartiera può ricevere dalla comunità materia prima attraverso il servizio di raccolta differenziata e fornire alla stessa la carta per i suoi molteplici utilizzi.

Tipologie di integrazione industriale

Nel caso delle cartiere, le integrazioni con altri tipi di impianto sono classificabili in due tipologie principali: quelle a fini energetici e quelle per l’approvvigionamento di materie prime.

Per quanto riguarda le prime, inizieremo col dire che la cartiera è una grande utilizzatrice di energia elettrica e termica. L’industria cartaria assorbe infatti nel mondo circa il 10% dell’energia prodotta, ed è seconda solo a quella dell’acciaio. Gran parte dell’energia termica viene trasferita alla macchina sotto forma di vapore, principalmente per le macchine continue multicilindriche, o di gas ad alta temperatura, nel caso degli impianti per la produzione delle carte Tissue.

La proprietà fondamentale del vapore è quella di poter trasportare grandi quantità di energia sotto forma di calore latente e di ricevere o cedere quest’energia in modo rapido ed efficiente attraverso i cambiamenti di stato, rispettivamente l’evaporazione e la condensazione. Per poter sfruttare appieno queste proprietà, le macchine da carta vengono progettate per utilizzare vapore saturo che, condensando nelle batterie di cilindri essiccatori, cede l’energia termica necessaria per asciugare la carta. La macchina da carta è quindi un condensatore per eccellenza.

Energia elettrica, vapore e gas ad alta temperatura sono gli stessi fluidi che troviamo nelle centrali termoelettriche. Com’è noto queste centrali hanno una necessità fisica, dettata dai principi ineludibili della termodinamica, di smaltire una quantità di energia termica pari almeno all’energia elettrica prodotta. Quest’energia è a tutti gli effetti uno “scarto” di processo, tipicamente sotto forma di vapore saturo, che deve essere dissipato in qualche modo per poter condensare il vapore stesso e far sì che il condensato derivante possa riprendere la via del ciclo termico successivo. La centrale termoelettrica ha quindi bisogno di un condensatore. Utilizzare l’ambiente (l’atmosfera, il fiume o il mare) come condensatore è a tutti gli effetti un spreco di energia e un danno dal punto di vista della sostenibilità ambientale.

Ecco che, unendo le conclusioni dei due paragrafi precedenti, si può intuire l’opportunità di integrazione della cartiera con la centrale termoelettrica

Modalità di integrazione e vantaggi reciproci

Quest'integrazione può avvenire in due modi:

  • Costruendo una cartiera nelle vicinanze di una centrale termoelettrica
  • Dotando la cartiera di una sua centrale termoelettrica che possa da un lato fornirle l’energia elettrica e dall’altro riceverne indietro il condensato derivante dal raffreddamento del vapore. 

Quest’ultimo concetto, chiamato cogenerazione, prende la forma di un impianto ausiliario capace di generare simultaneamente e in modo virtuoso le due forme di energia necessarie alla cartiera eliminando da un lato la necessità di attingere energia elettrica dalla rete e dall’altro di dover bruciare gas per produrre il solo vapore in una caldaia.

Un tipico impianto di cogenerazione adottato dalle cartiere è quello di tipo turbogas. In questi impianti i gas di scarico della turbina vengono utilizzati in due modi:

  • Direttamente, per produrre il vapore necessario all’alimentazione delle seccherie multicilindriche
  • Nel caso di impianti Tissue, vengono prima fatti passare nella cappa ad alta temperatura associata al cilindro monolucido e solo successivamente utilizzati per la generazione del vapore adibito al riscaldamento dall’interno del cilindro monolucido stesso.

Quando la cartiera è invece connessa ad una centrale termoelettrica indipendente riceve da quest’ultima vapore con il quale scaldare direttamente i cilindri essiccatori oppure, nel caso della macchina Tissue, riscaldare aria da inviare nella cappa Yankee.

La cartiera, dal canto suo, può fornire alla centrale termoelettrica materia prima combustibile. Una centrale termoelettrica del tipo “a letto fluido”, ad esempio, può utilizzare come combustibile i residui organici di un impianto cartario, in particolare quelli derivanti dai cicli di pulizia dell’impasto cartario e dalla depurazione delle acque reflue. Tali residui possono essere di relativa scarsa entità per gli impianti che usano cellulosa vergine, ma possono rappresentare percentuali a doppia cifra per gli impianti che utilizzano come materia prima carta riciclata e in cui la frazione di scarto può essere dello stesso ordine di grandezza della produzione netta dell’impianto. Con norme ambientali sempre più stringenti e una crescita costante dei costi associati agli smaltimenti, l’utilizzazione virtuosa di questi residui è in molti casi una condizione irrinunciabile per la sostenibilità dell’impianto stesso.

Gli stessi residui di cui abbiamo parlato sopra possono avere impieghi più nobili costituendo vera e propria materia prima per cartiere che producono cartoni medi e pesanti come il coreboard (o cartoncino per le anime), nei quali i residui organici dispersi nella matrice fibrosa costituiscono un ottimo riempitivo a basso costo. In questo modo viene infatti eliminato un significativo costo di smaltimento che l'impianto cedente dovrebbe sostenere.

In mancanza di alternative percorribili, tipicamente per ragioni storiche di localizzazione la cartiera può scegliere di dotarsi di un impianto a biomassa per la digestione biologica dei propri residui organici. Il processo associato a tale impianto produce biogas ad alto contenuto energetico che può essere bruciato, tipicamente, per generare vapore o per scaldare altri fluidi di processo.

Ulteriori esempi di integrazione: smaltimento plastiche ed energia solare

Residui organici particolari sono le plastiche. Nell’impianto cartario derivano dalla pulizia dei maceri, specialmente quelli derivanti dagli imballaggi. I residui plastici che si ottengono a valle dello spappolamento delle balle di macero non sono normalmente riciclabili direttamente nella filiera della plastica a causa della loro eterogeneità. Una possibile alternativa allo smaltimento come rifiuto è la combustione in forma pellettizzata o diretta in caldaia allo scopo ancora di generare energia termica nobile ad uso del processo cartario. La combustione della plastica è materia complessa a causa delle emissioni potenzialmente nocive come le diossine; esistono tuttavia oggigiorno tecnologie di combustione ad alta temperatura e filtrazione che permettono di bruciare le plastiche senza rischi ambientali.

Per quanto riguarda l’energia solare, questa rappresenta sicuramente il punto di arrivo dell’approvvigionamento energetico futuro a livello planetario. La captazione dell’energia solare attraverso gli impianti fotovoltaici comporta la disponibilità di grandi superfici esponibili al sole e non utilizzabili per altri scopi. 

La cartiera, con i suoi enormi depositi di materia prima e stoccaggi di prodotto finito, è caratterizzata da grandi superfici, spesso coperte, che possono risultare ideali per ospitare impianti fotovoltaici di grandi dimensioni. Questi possono anche essere installati al di sopra dei depositi di materia prima a cielo aperto, se sono stati previsti i punti di appoggio delle intelaiature essenziali di sostegno. Si pensi ad esempio che la copertura di un deposito di materia prima di 10 mila metri quadrati può generare in una giornata di sole una potenza di 1 Megawatt, sufficiente a far funzionare tutti i motori di una macchina da carta Tissue di medie dimensioni.

E’ quindi virtuoso ai giorni nostri, nel momento in cui viene progettato un nuovo impianto cartario, prevedere dal punto di vista strutturale, ergonomico e di sicurezza l’inserimento di un impianto fotovoltaico su tutte le superfici di livello superiore non utilizzate per altri scopi

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