Il riscaldamento delle billette e il suo impatto sull'ambiente

Mentre l’attenzione mondiale si sposta sugli impatti dei cambiamenti climatici e sull’ambiente, l’industria ne sta prendendo atto. In quasi ogni ambito della vita umana si stanno adottando misure reattive volte a determinare in che modo, collettivamente, possiamo frenare il ritmo dei cambiamenti climatici: dal divieto di utilizzo dei combustibili fossili all’aumento delle tasse sulle emissioni. Il settore della lavorazione dei metalli non fa eccezione: sono già stati intrapresi passi in direzione di una maggiore sostenibilità ambientale, ma ne occorrono molti altri prima di poter parlare di un’“industria verde”. Realisticamente, un’“industria verde” dipende da una moltitudine di fattori che vanno ben oltre i confini di un singolo settore e sui quali un singolo settore non può facilmente influire. Detto questo, piccoli cambiamenti alle fondamenta possono innescare un cambiamento radicale nello stato generale dell’ambiente.

Questo articolo si propone di mettere in evidenza alcuni dei principali fattori di impatto ambientale e le modalità con cui è possibile contrastarli nell'ambito del processo di riscaldamento delle billette.

L'ambiente

I settori dei metalli ferrosi e non ferrosi rappresentano l’8% delle emissioni globali di gas serra, più di quattro volte quelle del settore dell’aviazione[1]. Il fattore principale all’origine dei cambiamenti climatici è il rilascio di gas serra[2]. I gas serra sono così denominati per via dell’effetto serra che provocano. Uno strato isolante costituito da questi gas, quali l’anidride carbonica (_CO₂), il metano (_CH₄) ecc., provoca un accumulo eccessivo di calore nell’atmosfera, causando così l’innalzamento del livello del mare a causa dello scioglimento dei ghiacci marini.

Si dice che entro il 2050, dato l’attuale ritmo di aumento della temperatura, la Terra sarà più calda di 3 °C rispetto ai livelli preindustriali. “Lo scenario 2050” prevede che un tale aumento delle temperature comporterebbe un innalzamento del livello del mare di circa 3 metri entro il 2100 – un innalzamento che vedrebbe paesi come i Paesi Bassi in gran parte sommersi[3]. Uno scenario forse ancora più allarmante è quello della «Terra serra». Secondo questa ipotesi, se le temperature aumentassero di 2 °C rispetto ai livelli preindustriali, gli effetti sarebbero irreversibili: non ci sarebbero misure in grado di arrestare l’innalzamento del livello del mare né di evitare danni irrevocabili agli ecosistemi. La soglia dei 2 °C è stata quindi fissata come riferimento per l’Accordo di Parigi[4].

---

Metodi di riscaldamento delle billette

Il riscaldamento delle billette ferrose e non ferrose è un processo ad alto consumo energetico. Solitamente, le billette vengono riscaldate utilizzando forni a gas oppure tramite un processo di riscaldamento a induzione. Entrambi i metodi hanno dato prova della loro efficacia nel settore nel corso di molti decenni di estrusione e presentano vantaggi pratici. Al fine di effettuare un confronto significativo, sono stati selezionati un riscaldatore a gas e un riscaldatore a induzione, entrambi in grado di fornire temperature e portate di massa nominalmente simili.

†^{1 m³}di gas^naturalecorrisponde a circa 10,28 kW, ipotizzando un’efficienza di combustione del 100%.

Gas e induzione

Storicamente, l’uso di riscaldatori a gas è generalmente più diffuso nel settore. Questi tendono ad avere costi di investimento leggermente inferiori e, a seconda del paese di utilizzo, costi di esercizio più bassi. Nel terzo trimestre del 2020, il costo medio per kWh del gas nel Regno Unito era di 0,180 sterline. Il costo medio dell’elettricità per kWh, secondo lo stesso parametro, è di 0,810 sterline[5]. Questi costi di esercizio più bassi sono considerati vantaggiosi nel breve termine. Tuttavia, il Comitato sui cambiamenti climatici stima che tali prezzi subiranno variazioni drastiche entro il 2030. Le previsioni indicano un aumento del 100% del prezzo per kWh del gas naturale entro il 2030, rispetto a un aumento del 42% per kWh di elettricità nel grande settore manifatturiero[6]. Questa disparità risulta ancora più evidente in altri paesi europei.

I forni a gas richiedono un periodo di preriscaldamento per raggiungere una temperatura prestabilita prima che le billette possano essere riscaldate. Questo tempo dipende interamente dalle dimensioni del forno e da un adeguato isolamento termico. Per questo motivo, i forni a gas tendono a rimanere “accesi” alla temperatura desiderata per lunghi periodi di tempo, consumando energia indipendentemente dal fatto che le billette vengano riscaldate o meno. Al contrario, quando si utilizza l’induzione, l’energia viene consumata solo durante il riscaldamento attivo di una billetta e, in sostanza, non se ne consuma alcuna quando la billetta non è sottoposta al processo di riscaldamento. Questo è talvolta considerato un metodo più flessibile per gli operatori delle linee di stampaggio, poiché la fornitura di billette riscaldate può essere modificata per adattarsi più facilmente alle velocità di produzione delle presse senza sprecare energia.

Un aspetto positivo del riscaldamento a gas è la semplicità del suo design. Ciò consente una maggiore facilità di installazione e gestione da parte del personale dell’impianto. Questo è spesso considerato un vantaggio fondamentale che spinge un’azienda a scegliere un riscaldatore a gas piuttosto che un’alternativa tecnologicamente più avanzata. Man mano che le billette attraversano il riscaldatore, si omogeneizzano alla temperatura impostata in ogni loro parte. Questo processo richiede un tempo notevolmente più lungo rispetto all’induzione e può spesso causare la formazione di incrostazioni sulla superficie esterna delle billette, compromettendo la qualità finale dell’estrusione.

Il vantaggio principale dell’utilizzo dell’induzione è che consente il riscaldamento conico. Il riscaldamento conico viene utilizzato per ottenere un gradiente lungo tutta la lunghezza della billetta – un fattore chiave per ridurre l’usura degli stampi di pressatura e per consentire l’estrusione isotermica a piena velocità di pressatura. La progettazione dei forni a gas prevede un rivestimento interno che deve essere sostituito periodicamente; ciò può comportare tempi di fermo prolungati sulle linee di pressatura. Analogamente, anche le bobine a induzione devono essere sostituite, sebbene questa operazione possa richiedere appena trenta minuti. Negli ultimi anni si sono registrati progressi tecnologici nei sistemi relativi al recupero dei gas di combustione e_agliscrubber_{per la CO₂}. Questi consentono rispettivamente una maggiore efficienza e emissioni più basse.

Altri metodi

I metodi di riscaldamento delle billette non si limitano ai due processi sopra citati. I riscaldatori magnetici e l’uso dei superconduttori stanno iniziando a dare risultati positivi nel settore. Entrambi questi metodi si avvalgono dell’elettricità, anziché dei combustibili fossili, per funzionare.

Impatto ambientale

Entrambi i metodi di riscaldamento delle billette descritti nell’articolo comportano un impatto ambientale negativo a causa del rilascio di gas serra. Nel caso del riscaldamento a gas, la_{CO₂ viene}rilasciata presso lo stabilimento di produzione. Il riscaldamento a induzione dipende interamente dalla rete energetica di ciascun Paese e, di conseguenza, dal mix energetico locale. Utilizzandola Figura 1, èpossibile stabilire le potenziali_{emissioni di CO₂}per ciascun caso. La combustione del gas naturale rilascia 0,185 kg/kWh di_CO₂, mentre la produzione di energia elettrica nel Regno Unito ne produce 0,256 kg/kWh[7].

La notevole differenza tra i due metodi è strettamente legata ai tempi di "accensione" di ciascun sistema: l'induzione consuma energia solo per ogni singolo billetta. Man mano che il Regno Unito sposta la propria attenzione verso le fonti di energia rinnovabile, si prevede che_{le emissioni di CO₂}, attualmente pari a 0,256 kg/kWh, scenderanno a 0,100 kg/kWh entro il 2030[8].

Come illustrato nellaFigura 3, leemissioni_{di CO₂}previste sono destinate a diminuire nell’ambito della strategia climatica del Regno Unito denominata “Net Zero by 2050”.

Utilizzando i valori determinati nellefigure 2 e 3è possibile calcolare le_{emissioni di CO₂}previste su un periodo di 10 anni.

I dati riportatinella Figura 4si basano su una produttività di 1000 kg/h, 16 ore al giorno, 5 giorni alla settimana, 52 settimane all’anno. Di per sé, questi valori non sono particolarmente quantificabili dal punto di vista personale. È più facile visualizzarli come segue. Un Boeing 747-400 a pieno carico emette circa 90 kg/h di_{CO₂ per ogni}ora di volo per passeggero[9]. Le emissioni totali in 10 anni di un forno a gas per billette relativamente piccolo, come quello specificato nellaFigura 1, sonoall’incirca equivalenti a quelle prodotte da un Boeing 747 che vola da Heathrow al JFK per34 volte. Oppurea quelle prodotte da un’Aston Martin DB9 che va sulla Luna e torna indietro per27 volte.

Un impatto ambientale di questa portata non è sostenibile.

Il futuro

Il mercato dell'estrusione di metalli ferrosi e non ferrosi è in espansione. I dati attuali stimano un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 3,8% tra il 2021 e il 2027[10]per l'estrusione dell'alluminio. Questo CAGR previsto comporterebbe un aumento del fatturato di mercato da 57,3 miliardi di dollari a 91,67 miliardi di dollari entro il 2027. Ciò causerà inevitabilmente un impatto sempre maggiore sull'ambiente man mano che il settore si espande.

Il governo britannico ha recentemente lanciato un’iniziativa rivolta alla grande industria che offre sovvenzioni volte ad aumentare l’efficienza energetica e a ridurre l’impronta di carbonio. La Fase 1 stanzia fino a 40 milioni di sterline per “progetti che implementano tecnologie volte a migliorare l’efficienza energetica dei processi industriali” e “studi di fattibilità e ingegneristici sull’efficienza energetica e sulle misure di decarbonizzazione profonda per i processi industriali”[11]. Altri paesi, come la Norvegia, hanno recentemente quadruplicato il prezzo per tonnellata di_{CO₂ emessa}[12]. Ulteriori sviluppi nel campo del recupero dei gas di combustione e_{degli scrubber di CO₂}per i forni a gas stanno contribuendo ad aumentare l’efficienza e a ridurre_{le emissioni di CO₂}.

Le misure reattive sono quelle su cui noi, come società, abbiamo fatto affidamento, ma non sono altro che un cerotto. Dobbiamo passare da un approccio reattivo a uno proattivo. Apportare attivamente cambiamenti che siano migliori per l’ambiente. A livello individuale è facile distanziarsi dalle decisioni che vengono prese in materia ambientale. Possiamo scegliere l’opzione più facile o più economica proprio perché è, appunto, più facile e più economica. Ciò che invece è più difficile da accettare è il danno che abbiamo causato, che causiamo e che causeremo al nostro pianeta. Ma è possibile apportare cambiamenti per arrestare questo danno. L’umanità sta affrontando una crisi climatica. È possibile fermarla.

Thomas Postins, laureato in ingegneria

Responsabile vendite Banyard – Inductotherm Heating and Welding

Per ulteriori informazioni sui prodotti per il riscaldamento a induzione delle billette, clicca qui.