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L’industria della ceramica, di cui fanno parte 17 000 imprese che occupano più di 240 000 persone, svolge un ruolo essenziale nell’economia dell’UE, generando ricavi per quasi 30 miliardi di euro. Tuttavia, questo settore è anche un grande consumatore energetico: per produrre solo una tonnellata di piastrelle in ceramica, infatti, sono necessari 1,67 MWh di energia.
La maggior parte di questa energia (il 55 %) viene utilizzata nel corso del processo di cottura, in cui l’argilla e gli smalti vengono portati a una temperatura molto elevata. Questa procedura di riscaldamento si effettua normalmente avvalendosi di gas naturale che, in quanto combustibile fossile, comporta la generazione di una considerevole quantità di gas a effetto serra. Dato che questi gas sono sottoposti a norme rigorose, non sorprende che l’industria della ceramica disponga del maggior numero di installazioni nel sistema di scambio di quote di emissione dell’UE.
Per ridurre questa impronta di carbonio risulta fondamentale creare una fornace più efficiente, ovvero esattamente quanto è stato compiuto dal progetto DREAM, finanziato dall’UE.
«Per accompagnare l’evoluzione delle fornaci verso un paradigma più sostenibile, il progetto DREAM ha concepito, sviluppato e dimostrato un'architettura radicalmente migliorata per i forni industriali destinati alla ceramica», afferma Gabriele Frignani, coordinatore del progetto DREAM e responsabile della ricerca applicata presso Sacmi, una società multinazionale attiva nel settore della ceramica. «Il risultato è una nuova fornace d’avanguardia caratterizzata da un consumo energetico ottimizzato, emissioni ridotte e minori costi operativi».
Effettuare test grazie alla tecnologia
L’industria della ceramica riduce tradizionalmente le emissioni inquinanti installando un filtro a manica nel camino di scarico della fornace. Sebbene così facendo sia possibile contenere i livelli delle emissioni appena al di sotto del limite legale, non viene impedita la diffusione nell’aria di sostanze inquinanti quali gli ossidi di azoto e di zolfo. Questa lacuna, insieme al fatto che è prevista una riduzione dei livelli accettabili di emissioni, implicava la necessità di trovare una soluzione migliore.
Per ovviare a questo problema, il gruppo responsabile del progetto DREAM si è affidato alla tecnologia sviluppando e testando un modello di simulazione basato su software in grado di analizzare tutti i processi termici che si verificano in una fornace, tra cui quelli di pre-riscaldamento, di cottura e di raffreddamento. Grazie a questo sistema è stato possibile non solo individuare le aree di inefficienza in modo rapido, ma anche testare a livello digitale varie modifiche e soluzioni.
«Queste simulazioni consentono di risparmiare tempo e denaro durante la fase di sviluppo, in quanto mettono velocemente in evidenza i percorsi promettenti e quelli che probabilmente condurranno a un punto morto», spiega Frignani. «Questo approccio è particolarmente prezioso in questo tipo di progetto di ricerca per cui, a causa di vincoli in termini di tempo e di bilancio, è necessaria una precisa tabella di marcia».
Mediante lo svolgimento di esercizi di simulazione, ad esempio, è stato possibile prevedere che la sostituzione delle turbine di grandi dimensioni con microturbine sulla linea di produzione avrebbe prodotto un livello personalizzato di elettricità per una data macchina. In tal modo non si elimina solo l’utilizzo (e lo spreco) di energia in eccesso, ma si riduce anche il tempo necessario a ripristinare le condizioni termiche in seguito a blackout elettrici, contribuendo pertanto a diminuire l’impronta di carbonio delle fornaci.
Un tipo migliore di fornace
Nonostante i loro vantaggi, gli strumenti di simulazione hanno anche i propri limiti. Per esempio, non sono in grado di prevedere se una variazione nel processo di cottura potrebbe incidere negativamente sullo stesso materiale. Per colmare questa lacuna, il progetto ha condotto test a livello industriale applicando il proprio modello virtuale su una fornace di produzione reale.
«Questi test hanno dimostrato in maniera definitiva che, con il nostro software, le aziende ceramiche possono usufruire di un monitoraggio in tempo reale e della capacità di intervenire direttamente, in base alle necessità, al fine di migliorare l’efficienza di una singola fase», spiega Frignani. «Il risultato finale è una fornace in grado di produrre in modo migliore e, al tempo stesso, consumare e inquinare di meno».
Frignani osserva che, a causa del tempo e degli investimenti richiesti, questo tipo di ricerca e sviluppo è divenuto quasi impossibile da sostenere economicamente per le singole imprese, in particolare nell’ambito di un settore competitivo come quello della ceramica. «I progetti di ricerca con caratteristiche simili a quelle di DREAM svolgeranno un ruolo sempre più importante nello sviluppo della tecnologia e del know-how necessari a realizzare le soluzioni ecocompatibili del futuro», conclude.