L'energia è il cuore di un'azienda, l'acqua è il sangue

L'energia può essere un fattore dominante sia nella separazione dell'aria che nella produzione di idrogeno e nella cogenerazione, ma la gestione dell'acqua non è certo messa in secondo piano.

Con un consumo di acqua di 79 milioni di metri cubi all'anno, Air Liquide eguaglia il consumo idrico dei suoi clienti. Circa settanta professionisti in tutto il mondo si occupano attualmente del tema dell'acqua. Paul McNicholas è a capo di questi esperti dell'acqua e offre la sua visione su un approvvigionamento idrico accessibile, affidabile e sostenibile.

Air Liquide è uno dei noti fornitori di gas per l'industria siderurgica, petrolchimica, chimica, di processo e alimentare. Altri ambienti tipici in cui questi gas vengono utilizzati sono l'industria del vetro e quella automobilistica. L'azienda fornisce inoltre gas altamente specializzati e di alta qualità per l'industria elettronica high-tech e gas medicali.

Alcuni di questi gas sono prodotti dalla scissione dell'aria. L'azienda produce anche idrogeno gassoso attraverso il reforming a vapore di biogas o gas naturale, oppure attraverso l'elettrolisi dell'acqua. Un sottoprodotto di questo processo è il monossido di carbonio, che ha un suo mercato. A seconda del loro volume, i gas arrivano al cliente tramite tubature, camion o bombole di gas. I gas sono spesso essenziali per il processo. L'azienda opta quindi per una produzione vicina al cliente, o "over the fence", come la chiama l'azienda. In questo modo Air Liquide è in grado di garantire un tasso di affidabilità del 99,99%, grazie alla ridondanza dei gas e alla loro distribuzione. Air Liquide possiede 324 grandi impianti di separazione dell'aria e 46 fabbriche di idrogeno e monossido di carbonio in tutto il mondo.

Un'altra parte importante dell'azienda è il settore della cogenerazione, che garantisce la fornitura di vapore ed elettricità a numerose grandi aziende chimiche internazionali. L'impianto Pergen presso la sede di Shell Pernis, ad esempio, è interamente gestito da Air Liquide. Anche la sede di Huntsman comprende una centrale elettrica di Air Liquide. Esistono diciassette impianti di questo tipo in tutto il mondo.

Una delle divisioni dell'azienda francese che non è altrettanto nota agli olandesi è quella del trattamento delle acque (reflue). Si tratta di un'attività logica, dovuta all'uso dell'ossigeno per produrre ozono nel mondo dell'acqua. La ricerca e le applicazioni, tuttavia, non si limitano ai gas. Il dipartimento di Ricerca e Sviluppo dell'azienda studia anche l'uso delle membrane per ottimizzare la distribuzione dei gas nell'acqua.

Consumo di acqua

Non sorprende che l'energia sia un fattore dominante nella separazione dell'aria, nella produzione di idrogeno e nella cogenerazione. Ma la gestione dell'acqua non è certo trascurata. Circa settanta professionisti in tutto il mondo stanno esaminando il tema dell'acqua. Il britannico Paul McNicholas è a capo di questi esperti dell'acqua e, mentre si trova accanto all'installazione di Pergen, elabora la sua visione di un approvvigionamento idrico accessibile, affidabile e sostenibile: "Per quanto riguarda il consumo di acqua, siamo quasi in linea con i nostri clienti", spiega McNicholas. Rivela una tabella del 2015 in cui il consumo d'acqua di 79 milioni di metri cubi all'anno è di poco inferiore a quello di DOW Chemical e supera addirittura quello di BASF. Le aziende petrolchimiche battono ampiamente Air Liquide per quanto riguarda l'assunzione di acqua, ma molta di quest'acqua alla fine finisce nuovamente nel sistema idrico. "Quando scindiamo l'aria, utilizziamo l'acqua per raffreddare l'aria compressa", continua McNicholas. "Circa il settanta per cento dell'acqua evapora durante questo processo, mentre il restante trenta per cento viene trattato in loco o scaricato nel più vicino impianto locale di acque reflue. Questo processo rappresenta il sessanta per cento del nostro consumo di acqua, mentre il restante quaranta per cento è dovuto ad altri processi, come la cogenerazione. La maggior parte di quest'acqua scompare nei processi dei clienti".

Scomparire è forse un'esagerazione, dato che il vapore acqueo fa parte dell'intero sistema, ma l'azienda ha sempre bisogno di acqua e di energia per continuare a fornire vapore trattato ai suoi clienti. "I nostri clienti, inoltre, hanno esigenze sempre più elevate in termini di qualità del vapore", aggiunge McNicholas. "In alcuni casi, produciamo noi stessi quest'acqua, come nella nostra sede di Bayport (Stati Uniti, ndr), dove non solo separiamo l'aria e produciamo idrogeno, ma produciamo anche vapore dalla nostra acqua prodotta. Il vantaggio di un sistema integrato di questo tipo è che si può produrre in modo molto più economico ed efficiente dal punto di vista energetico. Una combinazione di processi esotermici ed endotermici richiede relativamente poca energia aggiuntiva. È inoltre possibile riutilizzare il calore residuo nell'acqua di ritorno. Questo approccio integrale, purtroppo, non è sempre possibile. Nel caso di Shell Pernis, forniamo vapore al sito ed energia a Eneco. Dalla messa in funzione di Pergen nel 2008, l'acqua è stata fornita da Evides Industriewater. In collaborazioni come questa, puntiamo ovviamente alla massima efficienza possibile, ma l'affidabilità della fornitura è altrettanto importante".

Lo stabilimento demiwater è stato recentemente ampliato con un impianto di trattamento della condensa. Questa unità di lucidatura della condensa (CPU) tratta l'acqua che rimane dopo che il vapore ha trasferito il suo calore al processo, per raggiungere una qualità adatta alla creazione immediata di vapore.

Stress idrico

Nei Paesi Bassi il recupero dell'acqua è meno prioritario che in qualsiasi altra parte del mondo: "L'acqua che utilizziamo di solito finisce in un impianto collettivo di trattamento delle acque reflue o in un impianto di depurazione comunale", continua McNicholas, "Nel caso della separazione dell'aria, utilizziamo l'acqua solo per il raffreddamento dell'aria, che difficilmente contamina l'acqua. Il riutilizzo dell'acqua può essere interessante per gli impianti di cogenerazione, poiché spesso contiene energia sotto forma di calore".

Lo stress idrico è più evidente in altri Paesi, dove si sta investendo molto per diminuire la domanda di acqua: "Gli esempi migliori vengono da Singapore e dalla Cina", secondo McNicholas. Lo stress idrico in queste aree è percepito a tal punto che le autorità devono intervenire sul consumo d'acqua." In Cina, ad esempio, siamo obbligati a riciclare e riutilizzare il 65% dell'acqua. Lo stesso vale per il Brasile, dove siamo riusciti a ridurre il 63% del consumo di acqua. In alcuni casi in Cina non possiamo scaricare nemmeno una goccia d'acqua. I requisiti sono molto severi: l'unica cosa che può uscire dalla fabbrica è la polvere. Ogni goccia d'acqua deve essere riutilizzata.

Scarico zero di liquidi

McNicholas dubita che queste soluzioni a scarico zero di liquidi siano, dal punto di vista energetico e ambientale, le migliori: "In molti casi è meglio lasciare che la natura faccia il suo corso e trattare l'acqua in modo naturale. Nelle aree con un forte stress idrico, si applicano altre considerazioni, se non altro perché le autorità locali sono in grado di imporre queste richieste. La legislazione è quindi la migliore motivazione per l'innovazione e gli investimenti nel risparmio e nel trattamento dell'acqua. McNicholas è convinto che questa legislazione diventerà più severa: "Con il persistere dei cambiamenti climatici, aumenteranno le aree di stress idrico. Secondo le previsioni per il 2050, la domanda di acqua aumenterà del 55%. La maggior parte di questa percentuale è dovuta all'industria manifatturiera, che in questo arco di tempo vedrà aumentare la propria domanda del quattrocento per cento. Anche il consumo di acqua delle aziende di servizi pubblici aumenterà, secondo le stime, del 140%. Anche la popolazione mondiale è in rapido aumento, il che corrisponde a un incremento del 130 percento dell'uso domestico dell'acqua. Se l'industria continuerà in questo modo, potrebbero verificarsi delle carenze. Le persone vengono sempre anteposte ai processi e quindi l'industria dovrà trovare il modo di ridurre il consumo di acqua.

Qualità dell'acqua

Oltre alla quantità, un'altra preoccupazione è la qualità dell'acqua: "Il microinquinamento e i sottoprodotti dei biocidi, in particolare, creano un problema crescente nel trattamento dell'acqua. In molti Paesi, anche in Europa, si sta valutando una legislazione per ridurre questa contaminazione. Molte di queste contaminazioni possono essere risolte utilizzando l'ozono. Noi forniamo ossigeno puro, che può essere utilizzato per produrre ozono".

McNicholas non è ancora del tutto convinto che l'acqua riceva l'attenzione che merita da parte dell'industria: "Il nostro consumo di energia e i relativi costi superano di gran lunga quello dell'acqua. Esiste un legame diretto tra energia e acqua: l'energia è il cuore di un'azienda e l'acqua è il sangue".

Pergen

L'impianto di cogenerazione di Pergen, presso la sede di Shell Pernis, fornisce settecento tonnellate di vapore all'ora e genera circa trecento megawatt di elettricità. Per un impianto di cogenerazione altamente efficiente come Pergen, la qualità è, insieme alla sicurezza dell'approvvigionamento idrico, un'altra questione importante. Uno dei requisiti è una conducibilità inferiore a 0,2 micro Siemens e un contenuto di carbonio organico totale inferiore a duecento parti per miliardo.

Con una capacità totale di 1.055 metri cubi di acqua demineralizzata all'ora, l'impianto è uno dei più grandi del suo genere in Europa. L'impianto è alimentato con acqua industriale proveniente da Evides Industriewater. Poiché l'acqua è costante e di alta qualità, le dimensioni dell'impianto di acqua di processo rimangono piuttosto modeste. Il processo di demiwater si basa sullo scambio ionico, in quanto questa tecnologia di trattamento ha un recupero relativamente elevato. Ciò consente di risparmiare sull'acqua di alimentazione e di ridurre lo scarico delle acque reflue. L'acqua di alimentazione scorre attraverso due condotte fino a due serbatoi di rottura da 10.000 metri cubi ciascuno. Da questi serbatoi, l'acqua viene pompata all'impianto demi, composto da cinque linee di produzione in totale. Ogni linea di produzione comprende un filtro cationico con una resina debole e una altamente acida, una torre di degassificazione della CO2, un filtro anionico con una resina alcalina debole e una altamente forte e un filtro a letto misto come lucidatore. La fase finale di lucidatura prevede il passaggio dell'acqua attraverso un impianto a osmosi inversa, per raggiungere infine i bassi valori di TOC stabiliti nel contratto.

Questo articolo è stato pubblicato originariamente su UTILITIES pagine 9-11 NUMMER 01 - Febbraio 2017, ACHTTIENDE JAARGANG.