Implementazione di sistemi di cogenerazione nel settore alimentare: due casi di studio

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Impianto di essiccazione di frutta alimentato da sistema di cogenerazione. 

Negli ultimi anni l’interesse da parte dell’industria alimentare per i sistemi di cogenerazione (Combined Heat and Power, CHP) è in continuo aumento grazie alla loro capacità di ridurre i costi energetici.

Tali sistemi forniscono, in modo simultaneo, energia termica ed energia elettrica, aumentando l’efficienza complessiva degli impianti ad essi associati. In uno studio recente, effettuato da un gruppo di ricercatori indiani (Faal et al., 2015), viene analizzato l’essiccamento di campioni di albicocca in un essiccatore pilota (a film sottile), accoppiato ad un sistema CHP.

In particolare, quest’ultimo consiste di un motore a combustione, alimentato a gas naturale, e da un generatore di corrente elettrica da 2 kW. Il calore dei fumi di combustione viene convogliato direttamente nella camere di essiccazione. I test sono stati effettuati variando l’impostazione della potenza del motore nell’intervallo 25-100% e, di conseguenza, la temperatura all’interno della camera di essiccazione nell’intervallo 50-80°C.

La velocità dell’aria è stata mantenuta costante e pari a circa 0.5 m/s. Durante l’analisi dei dati, sono stati valutati 11 diversi modelli matematici per predire il comportamento di essiccamento del prodotto, tra i quali quello logaritmico si è dimostrato essere il più affidabile, con un valore di ROTM (radice dell’errore quadratico medio) pari a 0.0001.

Come atteso, la potenza del sistema CHP influenza fortemente il processo, con una significativa riduzione del tempo di essiccamento in conseguenza di un aumento del valore di questo parametro. Tuttavia, nel caso del test effettuato con il motore al massimo il consumo di gas naturale è risultato eccessivo e la temperatura generata ha provocato significativi danni strutturali ai campioni. Perciò, lo studio permette di concludere che, considerando l’economia del processo e la qualità dell’alimento, le condizioni ottimali del sistema sono quelle ottenute impostando il motore al 75% della potenza massima.

Applicazione della cogenerazione alla coltivazione in serra. I sistemi CHP sono considerati una tecnologia efficace non solo per ridurre i consumi energetici, ma anche per diminuire le emissioni di anidride carbonica e, quindi, per limitare il fenomeno del riscaldamento globale.

In questo contesto, in letteratura sono disponibili diversi lavori scientifici in cui viene proposta l’implementazione di tali sistemi in serre per la coltivazione di differenti prodotti alimentari. In particolare, in uno di questi studi, condotto da un gruppo di ricercatori belgi (Compernolle et al., 2011), vengono analizzati due scenari: la coltivazione della lattuga e la coltivazione del pomodoro.

I risultati dimostrano che la potenza del sistema CHP dipende fortemente dal tipo di prodotto, essendo superiore nel caso del pomodoro, piuttosto che in quello della lattuga. In entrambi i casi, comunque, l’investimento risulta conveniente, come dimostrato dai valori positivi di NPV (Net Present Value).

Attraverso un’analisi di sensitività, è stato osservato che l’efficienza del sistema CHP è il parametro con la maggiore influenza sulla fattibilità economica di questa applicazione. Secondo gli autori, l’utilizzo della tecnologia CHP garantisce una riduzione delle emissioni di CO2 pari a circa il 30 ed il 39%, rispettivamente, per la coltivazione del pomodoro e per quella della lattuga, in confronto con i sistemi energetici convenzionali.

Concludendo, lo studio evidenzia chiaramente che l’implementazione dei sistemi CHP in serre per la coltivazione fornisce vantaggi sia economici, sia ambientali. Tuttavia, tale implementazione richiede nuove competenze tecniche e manageriali, necessarie per gestire la produzione di energia, ed un aumento degli investimenti, con un conseguente incremento del rischio finanziario. Per favorire la diffusione di questi sistemi, è auspicabile, infine, poter disporre di strumenti legislativi di supporto non solo nazionali, ma anche europei.

Riferimenti bibliografici. Faal et al., Journal of Food Science and Technology, 52, 2015, 2950-2957; Compernolle et al., Energy, 36, 2011, 1940-1947

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