La produzione di cellulosa e carta svolge un ruolo essenziale nelle economie di molti Paesi. Sebbene ci siano industrie che emettono molto più emissioni di gas serra (GHG) rispetto alla cellulosa e alla carta, la produzione di gas serra del settore (stimata in circa il 9% a livello globale) è abbastanza grande da attirare l’attenzione di governi e consumatori.
Il gas serra più rilevante per l’industria della carta è l’anidride carbonica (CO2), con quantità minori di metano e protossido di azoto. Queste emissioni sono generalmente riportate come massa di anidride carbonica equivalente (CO2eq). Dodici Paesi rappresentano l’80% della produzione mondiale di tissue e asciugamani.
Le emissioni di carbonio dell’industria della carta dell’Unione europea sono diminuite del 48% per tonnellata nel periodo dal 1990 al 2019. L’UE ha definito una serie di obiettivi ambiziosi per limitare l’aumento delle temperature medie globali. Questi includono la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra del 40% entro il 2030 e dell’80-95% prima del 2050 (rispetto ai livelli del 1990).
Il consumo di energia specifico per il tissue è il più alto dei gradi standard, principalmente a causa del processo di asciugatura. In uno studio sulle cartiere statunitensi, la produzione di tissue è stata la seconda più alta per intensità di gas serra totale (dietro ai tipi di carte speciali) a 1720 kg di CO2eq per tonnellata metrica di prodotto da carburante, elettricità acquistata, fibra, prodotti chimici e trasporti. Ci sono chiaramente opportunità e sfide per i produttori di tissue e asciugamani per quanto riguarda la riduzione delle emissioni di gas serra e il rafforzamento del rapporto con i consumatori che preferiscono sempre più prodotti a emissioni zero.
Modi pratici per ridurre l’impronta ecologica del tissue
In una cartiera la produzione effettiva di tissue/asciugamani emette una quantità relativamente piccola di gas serra, soprattutto se l’energia elettrica e il vapore provengono da fonti di combustibili non fossili. Tuttavia, oltre alla combustione dei combustibili in loco, l’industria del tissue viene valutata anche in base al suo utilizzo delle emissioni indirette di GHG dovute alla generazione fuori sede di calore, vapore ed elettricità che vengono acquistati o trasferiti allo stabilimento.
La sfida di ANDRITZ come partner tecnologico con l’industria del tissue non consiste solo nell’offrire soluzioni per la conservazione dell’energia e delle materie prime all’interno del complesso della cartiera, ma anche nell’offrire soluzioni che aiutino a mitigare o sostituire le emissioni di gas serra da fonti “upstream” di fibra, elettricità, acqua e prodotti chimici.
Questo lavoro fa parte dell’iniziativa globale CircleToZero, per raggiungere zero emissioni e zero rifiuti. Le emissioni di ogni tipo possono essere considerate perdite o sprechi. Il recupero, il riutilizzo e il ricircolo di queste potenziali perdite offrono chiari vantaggi ambientali e finanziari per i clienti.
Passo dopo passo verso la riduzione dell’impronta ecologica
L’osservazione, basata su decenni di esperienza personale al servizio dei clienti tissue in tutto il mondo, è che ogni cartiera è unica. Certo, ci sono soluzioni di prodotto e moduli tecnologici che sono “mattoni” per molte macchine e cartiere.
Ma in generale, questi elementi costitutivi richiedono esperienza di progettazione e ingegneria, lavorando a stretto contatto con ogni cartiera, per ottenere i migliori risultati.
ANDRITZ offre soluzioni per ridurre l’impronta ecologica di una cartiera tissue nelle categorie di energia, fibre, acqua, prodotti biochimici e digitalizzazione. Secondo i suoi calcoli (Figura 1) si stima che una “tipica” macchina tissue che utilizza tecnologie convenzionali (es. rulli pressa aspiranti e Yankee in ghisa) e che produce 200 tonnellate al giorno, emetta poco più di 47.000 ton/ anno di CO2eq. Questo vale per il sistema di preparazione dell’impasto e la macchina stessa, e non per altri processi a monte o a valle.
Alcuni dei moduli tecnologici che riducono kW/t, e quindi CO2eq/t, sono mostrati in Figura 2. L’implementazione di questi moduli, ognuno dei quali ha i propri vantaggi in termini di ROI, consente di ridurre i kW/t fino al 17% e la CO2eq/t di circa il 15%. Si tratta di riduzioni significative.
- Modifica dell’impianto testa macchina (doppia diluizione) per ridurre di circa il 10% l’energia consumata dalla pompa di alimentazione e dal depuratore.
- Isolare le testate dello Yankee per ridurre le perdite di energia e ridurre il consumo di vapore di circa il 5%.
- Utilizzo di pompe a vuoto invece di pompe ad anello liquido per risparmiare circa il 25% di energia nei motori principali. L’aria di scarico delle pompe è abbastanza calda da poter essere utilizzata in diversi sistemi di riscaldamento e per azionarli è necessaria meno acqua dolce.
- L’installazione di un rivestimento ad alte prestazioni Rebel (Figura 3) sul rullo aspirante del tissue può migliorare l’asciugatura del foglio dopo la pressa dell’1% e oltre, consentendo un aumento della velocità della macchina o un risparmio energetico nella sezione di asciugatura tra 50-100 kWh/t di carta prodotta. Rebel può funzionare senza raffreddamento ad acqua, consentendo un risparmio energetico fino al 25% del fabbisogno di potenza di azionamento del rullo iniziale.
- Installazione di una pressa a scarpa PrimePress XT Evo (Figura 4) per ridurre il consumo di fibra e/o risparmiare energia. La pressa a scarpa è caricata da due tubi pressurizzati, consentendo allo stabilimento di mettere a punto il profilo del nip per il massimo grado di secco, o la massima voluminosità, o una via di mezzo. Se l’obiettivo è un elevato grado di secco, PrimePress XT Evo offre un aumento di grado di secco post-stampa di circa il 6% rispetto a un rullo aspirante convenzionale, il che significa un risparmio di energia termica fino al 24%. Se l’obiettivo è una voluminosità più elevata allo stesso grado di secco target, la grammatura o le fibre possono essere ridotte fino al 10%, riducendo le corrispondenti emissioni di CO2eq. In combinazione con la pressa a scarpe PrimePress XT Evo, ANDRITZ fornisce nastri per pressa a scarpa e feltri per pressa per ottenere la massima consistenza post-stampa per il minor consumo energetico possibile.
- Installazione di un sistema di generazione di vapore a recupero di calore PrimeDry YES (Figura 5). La soluzione consiste nell’utilizzare l’aria di scarico di una cappa Yankee a gas e la condensa dello Yankee con un generatore di vapore (scambiatore di calore) per produrre il 15% del vapore necessario per lo Yankee, risparmiando fino al 5% nel consumo di energia termica.
- Installazione di uno Yankee PrimeDry in acciaio di diametro maggiore in combinazione con un PrimeDry Hood riscaldato a vapore. Il vapore generato con la biomassa viene utilizzato in entrambi i sistemi e cha come conseguenza un sistema di essiccazione con zero emissioni di CO2eq.
- Un’altra possibilità è utilizzare la biomassa per generare bio-syngas rinnovabile per sostituire i combustibili fossili quando si accendono i bruciatori Yankee. Sofidel, uno dei principali produttori di tissue europei, ha avviato una collaborazione a lungo termine con Meva Energy per costruire e gestire un impianto di generazione di syngas presso lo stabilimento Sofidel di Kisa, in Svezia, utilizzando la biomassa come materia prima. Ciò consentirà allo stabilimento di ridurre le emissioni di CO2eq di 8500 t/a. Al progetto, che coinvolge anche il Dipartimento di Energia dell’Università di Pisa, collaborano gli esperti di aria ed energia di ANDRITZ Novimpianti e gli esperti di bruciatori ANDRITZ.
- Alcuni produttori di tissue stanno prendendo in considerazione la cogenerazione di elettricità on-site, soprattutto quando non ci sono fonti di energia rinnovabile per l’elettricità acquistata. ANDRITZ offre la possibilità di utilizzare l’aria calda proveniente dallo scarico della turbina per riscaldare la cappa Yankee, consentendo lo spegnimento dei bruciatori della cappa convenzionale (Figura 6). L’aria calda di scarico può essere utilizzata anche per generare vapore per lo Yankee. Con la cogenerazione in atto, la cartiera può essere autosufficiente dal punto di vista elettrico e può essere in grado di vendere i kW in eccesso alla rete per generare entrate.
- L’idrogeno (acquistato o prodotto on-site tramite elettrolisi) può sostituire il gas naturale e ridurre significativamente le emissioni di CO2eq. L’idrogeno può essere utilizzato per sostituire il 100% del carburante utilizzato per riscaldare la cappa dello Yankee, sostituendo anche parzialmente il carburante utilizzato in un sistema di cogenerazione. La combustione dell’idrogeno fornisce una riduzione diretta di CO2eq e delle emissioni di CO2 di circa il 15%.
Per gli stabilimenti situati in regioni in cui le emissioni di CO2eq sono limitate, ma in cui ci sia un crescente interesse dei consumatori per prodotti di qualità superiore, può essere presa in considerazione una macchina PrimeLineTEX di nuova tecnologia (Figura 7).
Il PrimeLineTEX produce un foglio “strutturato” con una qualità molto migliore della crespatura a secco e vicino al TAD. L’energia richiesta è leggermente superiore a quella della crespatura a secco, ma circa la metà di quella del TAD.
La miglior qualità dei prodotti TEX apre la possibilità di ridurre sostanzialmente (fino al 30%) l’apporto di fibra rispetto alla crespatura a secco. Sebbene la riduzione del consumo di acqua non sia direttamente correlata alla riduzione delle emissioni di CO2eq, il trasporto e il trattamento dell’acqua in una cartiera richiede energia e prodotti chimici.
ANDRITZ dispone di un portafoglio di soluzioni di prodotti per chiudere il circuito dell’acqua nello stabilimento, oltre alla capacità di recuperare l’acqua evaporata dai sistemi Yankee/Hood e di riciclarla per la produzione di tissue. Prove di laboratorio sono in corso presso l’ANDRITZ Tissue Innovation and Application Center (PrimeLineTIAC) in collaborazione con un leader globale nella fornitura di sostanze chimiche per sviluppare biochimici sostenibili e all’avanguardia per la produzione tissue.
Questi prodotti biorinnovabili contribuiranno alla riduzione complessiva delle emissioni di carbonio. Qualsiasi cartiera inoltre può trarre vantaggio dalla digitalizzazione per migliorare l’efficienza e la ripetibilità. Le soluzioni digitali come ANDRITZ Metris sono adatte ad ottimizzare la produzione riducendo al minimo le emissioni totali di gas serra di una cartiera.
Dal momento ad oggi che ci sono pochissimi stabilimenti di tissue integrati che hanno accesso al vapore generato da fonti di combustibili non fossili come il liquor nero o le caldaie alimentate a scarti del legno. La soluzione Metris APC Tissue Energy Balance sarebbe utile per ridurre al minimo il fabbisogno di vapore ed elettricità.
Il risultato è una minore domanda dei principali requisiti di vapore dello stabilimento, consentendo una riduzione dell’utilizzo di combustibili fossili (e la corrispondente riduzione delle emissioni di GHG). Altre soluzioni Metris includono controlli avanzati dell’essiccatore per risparmiare energia in modo significativo con un eccellente ritorno dell’investimento.
Le soluzioni Metris APC migliorano i controlli normativi standard o il livello di DCS che si trovano in una cartiera tipica e sono specificamente focalizzate sull’ottimizzazione della produttività, della qualità e dei costi. Un grande vantaggio per i produttori di tissue è l’uso integrato di Intelligenza Artificiale (AI) e Machine Learning (ML), sistemi digitali che possono duplicare le decisioni dei migliori operatori per evitare rotture dei fogli e altri tempi di fermo.
Questi sistemi “ricordano” anche le sequenze di avvio e arresto, per ridurre al minimo gli sprechi o le interruzioni e possono gestire condizioni mutevoli e adattarsi di conseguenza.
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