I cambiamenti climatici e il surriscaldamento globale sono sfide importanti che spingono le aziende del settore cartario a dei rapidi mutamenti di scenario e alla continua riduzione delle proprie emissioni di CO2. La moderna tecnologia può giocare un ruolo fondamentale verso la transizione ad un’economia ad impatto zero, come dimostrano numerose applicazioni in cartiera.
Limitare l’impatto sull’ambiente dell’industria cartaria, infatti, permette di intervenire su molti dei parametri strategici individuati dall’Agenda 2030: dalla tutela della salute dei consumatori e dei lavoratori alla conservazione delle risorse idriche ed energetiche, dalla limitazione delle emissioni in atmosfera e, quindi, delle conseguenze sul clima, alla salvaguardia degli habitat naturali grazie a prodotti eco-compatibili e che prevengono, quanto più possibile, la produzione di rifiuti. Il settore cartario è già un pioniere e campione di economia circolare e di sostenibilità, con un tasso di circolarità superiore al 50%, secondo i dati del Rapporto Ambientale dell’Industria Cartaria Italiana.
Ora il comparto sta vivendo un’epoca di grandi opportunità grazie anche al contesto normativo comunitario che, da un lato con la Direttiva SUP (Single Use Plastics) limita il consumo di materiali in plastica monouso, dall’altro con le Direttive sull’economia circolare favorisce la produzione e il commercio di materiali che già possiedono un alto potenziale di circolarità, quali appunto carta e cartone. Il Convegno MIAC Paperboard, che si è svolto durante l’ultima edizione del MIAC, la fiera internazionale dell’industria cartaria che si svolge ogni anno in ottobre a Lucca, fornisce una visione di alto livello sugli ultimi sviluppi dei fornitori di macchinari e attrezzature verso una maggiore sostenibilità della produzione cartaria.
Al Convegno, moderato da Alessandro Bisso, Principal Project Manager di AFRY Management Consulting, hanno partecipato le aziende Valmet, Cannon Artes, Toscotec, Voith, Smurfit Kappa Ania e Runtech Systems. La parte introduttiva ha visto invece la presenza di AFRY Management Consulting che ha presentato l’evoluzione dello scenario a livello di normative europee.
Gli sviluppi del quadro normativo europeo
Christoph Euringer, Principal AFRY Management Consulting
L’importante coscienza ambientale condivisa che si è sviluppata nel corso dell’ultimo decennio ha portato allo sviluppo della Green Economy e ad una sensibilità crescente da parte dei consumatori verso i temi della sostenibilità. In questo scenario la sostituzione della plastica a favore di materiali più sostenibili è oggi un elemento al primo posto nella mente dei consumatori, dell’industria e dei responsabili politici.
L’Unione Europea ha fatto molto dal punto di vista normativo verso la transizione verde, soprattutto con la Direttiva SUP che si pone come obiettivo quello di ridurre l’uso della plastica monouso, non biodegradabile e non compostabile. Anche la nuova Direttiva RED – che si inserisce nell’ambito della strategia “Pronti per il 55%” (FIT for 55) adottata dalla Commissione europea nel luglio 2021 – ha la finalità di adeguare la legislazione corrente in materia di clima ed energia e raggiungere il nuovo obiettivo dell’UE di riduzione minima del 55% di emissioni di gas serra (GHG) entro il 2030. Uno degli elementi del pacchetto è proprio la revisione della direttiva sulle energie rinnovabili, che aiuterà l’UE a raggiungere tale obiettivo.
In base alla direttiva, l’UE è tenuta a garantire che, entro il 2030, almeno il 32% del suo consumo energetico provenga da fonti rinnovabili. Ci troviamo oggi in una nuova fase della politica a livello europeo che influenzerà l’intera supply chain degli imballaggi a base di carta, dalle fibre al prodotto finito. Nel futuro dovremo fare in modo di potenziare la responsabilità dei produttori nell’uso del packaging e nel limitare il problema dell’overpackaging, ovvero dell’utilizzo di scatole dai volumi spropositati rispetto ai prodotti che contengono, oppure con un eccessivo impiego di carta e cartone. In quest’ottica anche la Tassonomia Verde dell’UE intende guidare gli investimenti privati verso la neutralità climatica entro il 2050: ha infatti lo scopo di contribuire a migliorare i flussi monetari verso attività sostenibili in tutta l’Unione Europea, orientando dunque gli investitori verso tecnologie e imprese più sostenibili.
Per rispondere a queste sfide, le imprese del settore cartario saranno impegnate su più fronti: a livello di innovazione tecnologica per rendere i flussi di materiali più efficienti e sostenibili dal punto di vista ambientale; di prevenzione – sia per il riuso che per la riciclabilità dei prodotti – e infine nella ricerca per nuovi impieghi e applicazioni per le materie prime seconde derivanti dal riciclo.
Valmet: verso un futuro a zero emissioni
Laura Puustjärvi, Head of Sustainability Valmet
In Valmet crediamo che la tecnologia giochi un ruolo chiave nella transizione verso un tipo di economia a zero emissioni. Il nostro scopo è quello di far ottenere ai nostri clienti una produzione al 100% priva di emissioni di CO2 e di migliorare l’efficienza energetica del 20% sulla nostra attuale offerta entro il 2030.
Già oggi possiamo offrire una vasta gamma di soluzioni per ridurre il quantitativo di materie prime, il fabbisogno energetico, idrico ed il consumo di sostanze chimiche. L’obiettivo di raggiungere una tipologia di economia a zero emissioni è per molte aziende la priorità principale. Uno dei punti di svolta è stato l’Accordo di Parigi sul Clima che ha dato un impulso ai paesi firmatari a mitigare i cambiamenti climatici attraverso una riduzione importante delle emissioni.
Valmet ha fissato gli obiettivi di riduzione della CO2 e delle azioni concrete per l’intera catena del valore
Nel 2021 Valmet ha lanciato il suo ambizioso programma sul clima – Forward to a carbon neutral future (Verso un futuro a zero emissioni) – che fissa degli obiettivi per l’intera catena del valore, inclusa quella di fornitura, gli aspetti operativi di Valmet e la fase di utilizzo delle diverse tecnologie. Valmet ambisce ad una riduzione dell’80% nelle emissioni di CO2 nelle proprie fasi operative e del 20% nella filiera di fornitura entro il 2030 rispetto al 2019. Nell’utilizzo delle proprie tecnologie, Valmet persegue un ulteriore taglio del 20% nel consumo energetico rispetto all’attuale offerta tecnologica. Il fine ultimo è quello di realizzare dei processi produttivi di cellulosa e carta totalmente privi di emissioni di CO2 entro il 2030.
Verso dei processi produttivi a impatto zero entro il 2030
In Valmet abbiamo stimato che circa il 95% del nostro impatto ambientale è dovuto all’utilizzo della nostra tecnologia durante l’intero ciclo di vita. Il rimanente 5% è da attribuire alla filiera di fornitura ed alle proprie attività operative. L’industria di cellulosa e carta vuole essere un precursore nella transizione verso un’economia a ridotte emissioni.
Attraverso il nostro continuo lavoro di Ricerca e Sviluppo, puntiamo a far sì che i nostri clienti vadano gradualmente verso una produzione ad impatto zero entro il 2030. L’impatto deriva dall’investire nelle tecnologie più all’avanguardia, nell’ottimizzare la progettazione degli impianti e nel selezionare la corretta automazione, le soluzioni Industrial Internet e Service per la produzione di tissue, cellulosa, cartone e carta.
Per esempio l’offerta Valmet Industrial Internet include una vasta gamma di soluzioni ed applicazioni per un controllo avanzato, la previsione dell’aumento della capacità produttiva, l’operatività della macchina e l’efficienza energetica e per ridurre le perdite di qualità e in generale i costi operativi.
L’efficienza energetica e la sostituzione dei combustibili fossili sono la chiave per ridurre le emissioni
Nel Programma sul Clima di Valmet, l’efficienza energetica è una priorità chiave. Attualmente ci sono due importanti aspetti di interesse nella strategia Valmet per il risparmio energetico. Stiamo studiando la possibilità di ridurre il fabbisogno idrico nel processo produttivo della carta, che farà sì che anche le necessità di asciugatura del prodotto verranno ridotte.
Un’altra area di attenzione è quella di trovare nuovi modi di sfruttare il calore a bassa temperatura, che spesso non viene recuperato nel processo produttivo della carta. Un altro passo fondamentale è l’eliminazione totale dell’utilizzo di combustibili fossili fornendo ai clienti le attuali soluzioni energetiche di Valmet che permettono la produzione di energia ad impatto zero utilizzando le biomasse.
La crescente richiesta di tecnologie di processo, automazione e service che permettano dei processi industriali ad impatto zero è evidente. Anche se le situazioni e la legislazione sono diverse nei vari Paesi e nei continenti, si può concludere che Valmet, i propri clienti e gli utilizzatori finali stanno operando per ottenere i medesimi risultati.
Risultati sperimentali di processi a membrana per il riutilizzo dei reflui in cartiera
Fabio Lucariello, Sales & Technical Area Manager Cannon Artes
Cannon Artes nasce nel 1977 come azienda impegnata nella progettazione e realizzazione di impianti per il trattamento acqua. Nel 1988 entra a far parte della multinazionale italiana Cannon ed avvia il percorso che l’ha portata oggi ad essere un player riconosciuto a livello internazionale attivo in diversi settori industriali, tra cui quello cartario.
L’azienda supporta i clienti nella fornitura di soluzioni all’avanguardia per il riutilizzo delle acque ed opera quindi con realtà industriali che sono estremamente attente allo sviluppo sostenibile del loro modo di fare impresa. Di fatto l’acqua rappresenta da sempre un elemento fondamentale nella produzione cartaria e nel trattamento di questa preziosa risorsa la sostenibilità si declina principalmente nella riduzione degli scarichi – quindi nell’aumento del riutilizzo dell’acqua all’interno del processo produttivo – e nel contenimento degli inquinanti che vengono immessi in atmosfera. Tutto questo avviene in un contesto globale che vede aumentare sempre di più l’attenzione verso l’ottimizzazione dell’utilizzo della risorsa idrica.
Bisogna riconoscere che il settore cartario è storicamente molto attento alla gestione della risorsa acqua e nel corso del tempo il consumo idrico per la produzione di carta si è ridotto mediamente in modo significativo. Negli ultimi anni questa tendenza si sta riducendo poiché le tecnologie disponibili sono state quasi in toto utilizzate. Lo stato dell’arte nel riutilizzo delle acque si basa infatti fondamentalmente sull’utilizzo di processi a membrana: facciamo riferimento all’ultrafiltrazione (solidi sospesi e colloidi, sostanze organiche sospese), impianti biologici a membrana EmbioArt – MBR (solidi sospesi e colloidi, sostanze organiche e sospese, miglioramento dell’abbattimento delle sostanze organiche disciolte) e tecnologia a osmosi inversa RO (rimozione sostanze organiche disciolte, riduzione della salinità).
Incrementare la possibilità di riutilizzare l’acqua reflua proveniente da un impianto di depurazione comporta diverse criticità poichè contiene ancora elevate concentrazioni di solidi sospesi, concentrazioni importanti di sostanze organiche e anche un’elevata concentrazione di solidi disciolti che possono dare sulle membrane problemi di precipitazioni. Bisognava quindi studiare un processo che consentisse di utilizzare le membrane in condizioni operative di stress superiori agli utilizzi convenzionali e da qui è nata l’idea di realizzare un impianto pilota con l’obiettivo di ottenere un’acqua che rispettasse le caratteristiche richieste dal committente e di andare a settare delle condizioni operative che fossero oggettivamente realizzabili.
Parliamo nella fattispecie di un refluo di una cartiera che produce carta da imballaggio sottoposta a un trattamento con impianto biologico doppio step anaerobico/ aerobico. L’impianto realizzato in container è composto da un doppio step di filtrazione, ultrafiltrazione ed osmosi e munito di un sofisticato sistema di monitoraggio e di gestione da remoto di circa 30 parametri digitali con strumenti in campo.
L’impianto pilota era in grado di trattare una portata di 2 m3/h e la sperimentazione è stata condotta per circa due mesi (gennaio/marzo 2022). Obiettivo della sperimentazione è stato la verifica delle performance del sistema e l’ottimizzazione di consumi chimici e di energia. I risultati principali hanno indicato che l’uso dei carboni attivi non comporta miglioramenti al sistema; è stata definita la migliore configurazione di dosaggi chimici per il lavaggio della SUF; l’ottimizzazione del pH operativo e dosaggio antiscalante per osmosi. L’impianto così configurato rappresenta il primo passo verso la chiusura dei cicli – ZLD (Zero Liquid Discharge).
Concetto di ottimizzazione delle sezioni di formazione e presse: un pacchetto completo di miglioramento per il sistema del vuoto, il drenaggio e la raschiatura
Massimiliano Listi, Managing Director Smurfit Kappa Ania
Mario Battiston, Sales Manager Runtech Systems
Il risparmio di risorse e la competitività dei costi spingono i produttori di carta a trovare soluzioni nuove e innovative per migliorare l’efficienza delle macchine. Nella produzione quotidiana ciò significa ad esempio efficienza energetica massimizzata, consumo idrico ridotto al minimo e applicazione continua ed efficace delle migliori soluzioni pratiche.
Il concetto di ottimizzazione delle sezioni di formazione e presse, combina le turbo soffianti a velocità variabile, il flusso d’aria assistito, la raschiatura con un sistema di misurazione del drenaggio con l’esperienza di Runtech in termini di macchinabilità e prestazioni della parte umida. Nei tipici progetti di ricostruzione, è stato ottenuto un risparmio energetico del 40-60%.
Le soffianti EP Turbo sono moderne soffianti con motore ad alta velocità integrato controllato da un convertitore di frequenza: la velocità di rotazione e il livello di vuoto possono essere regolati in base alle esigenze del processo e il sistema può essere ottimizzato rapidamente senza usare aria falsa, con minime perdite di strozzamento e di espansione.
Il funzionamento è completamente privo di acqua. La misurazione del drenaggio EcoFlow fornisce un feedback accurato in tempo reale sulle prestazioni di quest’ultimo sulla macchina continua, che può essere utilizzato per ottimizzare i livelli di vuoto e drenaggio nelle sezioni di formazione e presse. Il risparmio energetico è notevole. Meno energia e niente acqua contribuiscono a ridurre le emissioni di CO2 e le emissioni di carbonio. Ad oggi, più di 950 Turbo Blower sono state vendute ai produttori di carta in tutto il mondo.
La funzione principale delle sezioni tela e presse in una macchina continua è rimuovere l’acqua dal foglio di carta. Per comprendere l’efficacia dei singoli elementi (come le gronde di raccolta e le casse aspiranti), è necessario misurare i valori di drenaggio. Senza questo, la revisione del flusso d’aria critico (cioè il livello di vuoto) e la conseguente ottimizzazione non possono essere eseguite con successo.
Una parte importante del concetto è il sistema di misurazione del drenaggio EcoFlow. EcoFlow aiuta a raggiunger il massimo secco del foglio dopo la sezione presse, una migliore macchinabilità e la massima efficienza energetica, fornendo al contempo ai produttori di carta un accurato feedback in tempo reale sulle prestazioni del drenaggio lungo la macchina continua. Oltre 600 macchine continue al mondo sono dotate di EcoFlow.
Gli EcoFlow sono progettati per funzionare con il sistema di raschie per ottenere la massima efficienza energetica. Il drenaggio e la raschiatura non sono solo correlate al consumo di energia, ma hanno anche un grande effetto sulla macchina, sull’efficienza e sull’intera redditività della stessa, nonché sui profili della carta. Un sistema di drenaggio e raschiatura ben progettato e gestito è uno dei fattori chiave per una macchina efficiente in produzione ed efficiente dal punto di vista energetico.
Molte macchine continue hanno questi sistemi ma non sono efficaci e non hanno la possibilità di regolazione necessaria per ottimizzarli in modo efficace. Per ottenere tutti i vantaggi dall’aumento del drenaggio, sono necessari un monitoraggio online del drenaggio, uno scarico efficiente dell’acqua e la prevenzione della ribagnatura del foglio. Runtech Ecoflow, save-all e double doctor possono soddisfare perfettamente queste esigenze. Diversi casi di successo confermano l’efficacia del concetto.
Smurfit Kappa Ania PM2 è una macchina liner/fluting con sezione di formatura fourdrinier e sezione pressa Combi. Qui, l’ottimizzazione della macchina ha incluso un turbo soffiante che sostituisce le vecchie pompe ad anello liquido insieme a salvatutto e dottori. È stato installato un sistema di misurazione della disidratazione per massimizzare il potenziale di ottimizzazione. La nuova attrezzatura, insieme a un lavoro di ottimizzazione sistematico con aspiratori e disidratazione, ha portato a una significativa riduzione del consumo di energia dell’aspiratore e del consumo specifico di vapore, nonché al risparmio di acqua.
L’ottimizzazione è stata eseguita in più fasi. Nella prima fase è stata ottimizzata la disidratazione. Sono state installate nuove misure di salvataggio e raschiatura con misure di disidratazione della sezione di formatura e pressa e il sistema del vuoto è stato modificato con valvole di controllo e trasmettitori di pressione.
Successivamente tutti i livelli di vuoto potrebbero essere ottimizzati in base alla rimozione dell’acqua. Di conseguenza, 4 pompe ad anello liquido su 7 e parte delle uhle box sono state fermate. Nella seconda fase, un EP Turbo Blower ha sostituito le restanti pompe. Dopo l’ottimizzazione, la SEC è scesa del 70%, ca. 4 GWh all’anno. Significa anche più di 1000 tonnellate di CO2 e 35.000 m3 di risparmio idrico all’anno.
Papierfabrik Niederauer Mühle: un progetto congiunto di ricostruzione di Voith e Toscotec
Giancarlo Gianlorenzi, Sales Manager
Toscotec Oliver Thomas, Sales Manager Voith
La ricostruzione della PM2 della cartiera Niederauer Mühle a Kreuzau in Germania segna la prima collaborazione tra Voith e Toscotec su un progetto di rebuild. Il produttore di white top testliner Niederauer Mühle, che ha una capacità produttiva di 350.000 tonnellate all’anno con l’uso di fibra riciclata al 100%, ha deciso di realizzare un upgrade della propria macchina PM2.
Il progetto mette in luce quanto la sinergia e le competenze specifiche di Voith e Toscotec possano tradursi in una soluzione innovativa e attraente per il cliente. Gli obiettivi del rebuild erano di aumentare la qualità del prodotto finito e ridurre il consumo energetico della PM2 attraverso una ricostruzione completa della sezione seccheria.
Un approccio condiviso al progetto
Toscotec ha fornito 22 cilindri essiccatori in acciaio TT SteelDryer, che grazie al ridotto spessore del manto offrono uno scambio termico migliore rispetto agli essiccatori in ghisa e assicurano una capacità di asciugamento fino al 30% superiore. In combinazione con la nuova cappa, i cilindri TT SteelDryer garantiscono un’ottimizzazione del consumo energetico e riducono i costi operativi della PM2.
Voith ha fornito una film size press SpeedSizer HP con un design specifico per nip elevati e un moisturiser ModulPro per il controllo del profilo trasversale dell’umidità. Inoltre, è stato installato un sistema di passaggio coda completamente senza l’uso di corde, attraverso l’uso di tappetini di trasferimento dal portafoglio Voith Prevo.
La SpeedSizer HP applica uniformemente una pellicola di amido e permette una migliore penetrazione dell’amido nella carta, migliorandone notevolmente la qualità. In caso di rottura carta, il sistema Prevo di passaggio coda senza corde consente un rapido riavvio della macchina riducendo drasticamente i tempi di passaggio coda, e migliorando quindi la produttività. Contemporaneamente, la sicurezza degli operatori viene sensibilmente aumentata grazie alla completa automatizzazione.
Rapida esecuzione: 9 mesi dall’ordine alla consegna
Nonostante le condizioni di restrizioni legate alla pandemia nel 2021, il progetto è stato realizzato in soli 9 mesi dall’ordine alla consegna. La stretta collaborazione tra Toscotec/ Voith e Niederauer Mühle ha garantito il rispetto delle tempistiche di progetto. Inoltre, è stata eseguita una scansione 3D completa dell’area occupata dalla PM2 che ha agevolato le attività di ingegneria.
Eccellenti risultati
- Miglioramento del profilo trasversale di umidità grazie anche alla nuova ventilazione delle tasche (blowing doctors).
- Alta efficienza e facile gestione del passaggio coda nella seccheria ed attraverso la size press, completamente senza l’uso di corde.
- Nuovo sistema centralizzato di lubrificazione ad olio.
- Nonostante l’inserimento di una nuova size press, le caratteristiche dell’equipaggiamento installato hanno permesso di mantenere la capacità asciugante pre-ricostruzione.
- L’eliminazione della sezione dei riduttori degli essiccatori e la riduzione nella potenza utilizzata nei raffinatori e disperger ha ridotto il consumo di energia elettrica.
- Il nuovo design della cappa con alto punto di rugiada ha permesso un’ottimizzazione dei consumi energetici. Con l’applicazione di amido attraverso la hard nip size press, l’obiettivo del miglioramento delle qualità della carta è stato completamente raggiunto, eccedendo anche le aspettative della cartiera.
OnView.DigitalEye – Rilevazione della qualità della carta da macero e del contenuto di rifiuti mediante telecamera applicata all’alimentazione dello spappolatore e al convogliatore scarti
Flavio Granito, Global Product Manager Stock Prep 4.0 Voith
Nella produzione cartaria ci sono molti tipi di materie prime con ampie fluttuazioni di sostanze al loro interno che impattano sulla qualità finale della carta. Da questo punto di vista, le materie prime a base macero sono una sorta di “buco nero” all’interno del processo dove non ci sono molte informazioni disponibili in grado di fornire una corretta misurazione della qualità del materiale in ingresso. Occorre ricordare che più del 70% della carta prodotta in Europa viene recuperata da carta riciclata.
Al giorno d’oggi, la valutazione della qualità della carta riciclata è generalmente limitata a un’ispezione delle merci in entrata che assume la forma di un’ispezione visiva o di un processo di campionamento casuale che comporta soluzioni costose o laboriose.
Tuttavia, la qualità della carta riciclata non è nota immediatamente prima che venga spappolata per la fabbricazione della carta, il che può comportare un elevato grado di incertezza per il processo produttivo. Voith ha sviluppato una soluzione per affrontare questo problema. OnView.DigitalEye si basa sull’intelligenza artificiale, anche se utilizza immagini da telecamere a colori convenzionali, il che mantiene i costi di investimento relativamente bassi.
Con l’aiuto dello strumento di analisi digitale OnView.DigitalEye sviluppato da Voith è possibile per la prima volta determinare l’esatta qualità della carta riciclata anche prima del processo di preparazione dello stock. Una soluzione fortemente innovativa, sostenibile e di grande valore aggiunto per i clienti che è attualmente in fase di test finale in installazioni pilota presso alcuni clienti in Germania e in altri Paesi.
Il fulcro di OnView.DigitalEye è una rete neurale artificiale che sfrutta le conoscenze degli esperti per apprendere come assegnare la carta riciclata con un alto grado di precisione al rispettivo grado commerciale. In combinazione con l’analisi delle immagini, vengono generati segnali aggiuntivi preziosi per le proprietà della carta riciclata che possono essere utilizzati per un controllo efficiente del processo. Con lo sviluppo di questa tecnologia, sono già allo studio altre applicazioni, come l’analisi degli scarti ad uno stadio precoce del processo di riciclaggio della carta. Attualmente, gli scarti non vengono adeguatamente ispezionati a causa delle difficoltà nel misurare gli scarti solidi e nel separarli dal contenuto di fibre che viene contemporaneamente scaricato.
Fondendo le due applicazioni e con l’aiuto di risorse di intelligenza artificiale, sarà possibile creare una connessione tra entrambe le soluzioni e predire il carico di scarti per le balle che vengono introdotte nel sistema. Con l’analisi superficiale della balla e del contenuto di umidità non è possibile ottenere tale previsione. La soluzione digitale OnView. DigitalEye rappresenta quindi un’innovazione nel settore cartario che consente di risparmiare sensibilmente risorse.
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