Um pesquisador da EPFL desenvolveu um modelo matemático para otimizar a transferência de calor nas fábricas e reduzir drasticamente o consumo de água e energia. O modelo poderia, em teoria, reduziu o uso de água em 60 por cento em uma fábrica de papel canadense e permitiu que a instalação produzisse até seis vezes mais energia.

A fabricação de bens de consumo requer grandes quantidades de água, calor e eletricidade. As empresas que fabricam esses itens produzem grandes quantidades de CO ₂ emissões e têm um grande impacto no meio ambiente. Na conferência climática COP21 em Paris, Os líderes mundiais destacaram o papel proeminente que os fabricantes podem desempenhar no combate às mudanças climáticas, reduzindo as emissões de gases de efeito estufa.

Maziar Kermani, pesquisador do grupo de Engenharia de Sistemas de Energia e Processos Industriais (IPESE) da EPFL, que é chefiado pelo Professor François Maréchal, surgiu com um modelo matemático pioneiro que poderia reduzir a quantidade de água e energia usada em processos industriais. Ele desenvolveu uma maneira de reciclar calor e energia perdidos e empregar tecnologias de biorrefinaria - combinando turbinas e fluidos orgânicos - para aumentar a produção de energia.

Kermani aplicou seu modelo a uma fábrica de papel canadense. Ele descobriu isso, em teoria, poderia reduzir a quantidade de água que a empresa usava de 820 kg para 230-300 kg por segundo (uma queda de cerca de 60 por cento). Também poderia permitir que a fábrica produzisse mais de seis vezes mais eletricidade (de 3 MW a cerca de 20 MW). Suas descobertas foram publicadas na Energies.

Reciclagem contínua de água e calor

Kermani testou sua teoria sobre polpação kraft - de longe o método de fabricação de papel mais popular da indústria.

Lascas de madeira são molhadas, cozido (em digestores), lavado, secos e branqueados para fazer polpa. Tudo isso produz grandes quantidades de vapor que, além de ser usado no próprio processo, gera eletricidade mais do que suficiente para alimentar a planta. A energia excedente pode então ser vendida.

De acordo com Kermani, Contudo, o sistema atual está longe de ser o ideal. "Grandes quantidades de água e energia são desperdiçadas porque as etapas do processo não estão conectadas, "ele explica." Por exemplo, a fábrica usa água fria para lavar e resfriar a polpa. Mas aquela água, que contém calor valioso, é então descartado. Da mesma forma, o vapor de alta pressão é produzido pela queima de licor negro em temperaturas extremamente altas - cerca de 1, 200 ° C. O vapor alimenta turbinas para gerar eletricidade e fornece uma fonte de calor para outros processos, mas é muito intensivo em energia para produzir. "

Fluidos orgânicos

Em seu jornal, Kermani descreve várias maneiras de reutilizar a água aquecida. Ele também recomenda a introdução de ciclos orgânicos de Rankine, que contam com uma propriedade especial dos fluidos orgânicos:o fato de se transformarem em vapor de alta pressão a temperaturas relativamente baixas (250 ° C). "Usar fluidos orgânicos permitiria à usina produzir o vapor de que precisa usando água quente recuperada em temperaturas baixas a médias, " ele explica.

A empresa canadense expressou interesse no modelo de Kermani. "Em comparação com métodos estritamente matemáticos e limitados, a abordagem proposta fornece informações perspicazes para o projeto preliminar de redes de trocadores de calor industriais envolvidos em papel e celulose, "diz o especialista canadense em processos industriais Marzouk Benali, quem tem a tarefa de otimizar os processos dessa empresa. "Sua flexibilidade oferece oportunidades para avaliar os impactos diretos da integração de tecnologias emergentes de biorrefinaria em grandes instalações existentes."

O modelo de Kermani tem aplicações potenciais em outros setores e indústrias também.