Articolo pubbliredazionale
Acqua ed energia: un nesso “naturale”. Basti pensare che al settore delle utility collegate al trattamento e alla distribuzione dell’acqua va ogni anno il 4% dell’elettricità globale, una quantità pari all’intera domanda energetica di un Paese avanzato come l’Australia. Energia che serve per estrarre, distribuire e trattare l’acqua potabile e le acque reflue provenienti in gran parte da impianti industriali e utenze cittadine. A ciò si aggiunge la necessità di avere acqua dolce per una popolazione globale in crescita e sempre più addensata intorno ai grandi centri urbani, che porterà a un graduale aumento dei consumi degli impianti di trattamento. Ecco che, nel contesto di decarbonizzazione che ci vedrà impegnati da qui al 2050, diventerà sempre più importante rendere efficienti tutti i processi di trasformazione e trattamento dell’acqua.
Un esempio virtuoso in questo senso è quello del Marselisborg Wasteater Treatment Plant in Danimarca, dove grazie al decennale know-how ingegneristico e alle soluzioni efficienti di Danfoss, il grande impianto di trattamento di acque reflue cittadino produce più calore ed elettricità di quanta ne consumi. A oggi il sito genera sia elettricità che calore, con cui alimenta attraverso un sistema di teleriscaldamento la città di Aarhus, Danimarca. L’obiettivo del settore è quello di sviluppare tecnologie innovative e strategie di controllo per ridurre il parametro principale che descrive l’efficienza dei processi: l’energia consumata per ogni litro di acqua processato.
Il case-study di Marselisborg
Fornisce acqua potabile a più di 300 mila persone e garantisce il trattamento delle acque reflue processando più di 35 milioni di metri cubi ogni anno. Questi sono i numeri del primo impianto al mondo a diventare energy-positive, ovvero con surplus di energia prodotta rispetto a quella consumata. Succede ad Aarhus, il secondo comune della Danimarca per numero di abitanti e principale porto del Paese. Lo stabilimento è attivo dal 1990, ma dal 2010 si è trasformato passando dall’obiettivo di minimizzare l’energia impiegata dai suoi sistemi, a quello di massimizzare il surplus energetico netto. In altre parole, il Marselisborg Wastewater Treatment Plant produce oggi ben 2.5 GWh ogni anno, ovvero il 30% in più di energia rispetto a quella di cui necessita per i processi di trasporto e depurazione. In questo modo, l’impronta carbonica complessiva è stata ridotta del 35%; una sfida vinta grazie alla tecnologia di Danfoss, gruppo danese da più di 37 mila dipendenti in tutto il mondo, attivo da anni nei vari ambiti della decarbonizzazione, dall’elettrificazione alla digitalizzazione e all’ottimizzazione dei processi energetici.
“Ci siamo sempre serviti dei drives Danfoss VLT® per le loro caratteristiche uniche – spiega Flemming Husum, Plant Manager dello stabilimento –. Ogni singolo processo oggi necessita di una precisione nei controlli infinitamente più elevata rispetto a 25 anni fa e che solo i convertitori VLT® possono offrirci”. E così, a Marselisborg, i drives targati Danfoss sono montati oggi su oltre 100 tra motori elettrici e altro equipaggiamento in moto, garantendo all’impianto la massima flessibilità di carico. Il core business di Danfoss, con la divisione Drives, è la produzione di inverter, convertitori e tutto ciò che rientra nell’ambito dell’elettronica di potenza.
Ottimizzare i processi con la conversione di potenza
All’interno di una grande metropoli, il maggior consumatore di energia elettrica è quasi sempre il sistema di trattamento dell’acqua cittadino che può arrivare a coprire il 25-40% dei consumi complessivi della città. Una quota elevatissima, che origina non solo da processi altamente energy-intensive, ma anche dalla necessità di essere operativi 24/7 e 365 giorni l’anno, festività comprese. Proprio per questo, è fondamentale all’interno di un impianto di trattamento delle acque reflue un completo bilanciamento del carico elettrico, caratterizzato da variazioni anche molto estese, sia sul ciclo delle 24 ore, che in quello stagionale durante l’anno. L’impiego di inverter è una soluzione sempre più comune per controllare e adattare alla domanda i vari componenti a motore elettrico come ventilatori e pompe, fondamentali per l’impianto. “Usiamo inverter Danfoss VLT® in ogni angolo dell’impianto per cercare in ogni fase il punto di funzionamento ideale – prosegue Husum – l’obiettivo è quello di massimizzare i kWh consumati per metro cubo di acqua processata. Il nostro standard attuale è 0.32 kWh/m3”.
Alcuni esempi sono l’ottimizzazione dei processi di rimozione dell’azoto, che necessitano di un livello di aerazione da controllare con grande precisione e adattato tramite convertitori di frequenza che permettono di ridurre i consumi e di aumentare la quantità di carbonio raccolto dal sistema. Un meccanismo simile accade per la decomposizione aerobica dei fanghi, la cui efficienza cambia al variare della temperatura e del carico dell’impianto. Qui i controlli con convertitori di frequenza sulle pompe di ritorno dei fanghi sono fondamentali per raggiungere una riduzione significativa dell’energia consumata. I drives vengono poi impiegati anche nella produzione simultanea di calore ed elettricità (Combined Heat and Power), sfruttando il gas metano estratto dai processi di digestione aerobica dei fanghi di depurazione, raggiungendo efficienze che superano il 90%. La sfida per il WWTP di Marselisborg è quella di implementare gradualmente e in maniera massiva nuove tecnologie come la digestione anaerobica e incrementare la capacità di processamento fino ad alimentare 500 mila persone. L’obiettivo della Danimarca è di diventare nei prossimi anni il primo Paese del mondo a raggiungere la neutralità climatica nel settore domestico delle utility dell’acqua.