Il presente documento è il risultato di attività eseguite nell’ambito del sottoprogetto SCEL della Ricerca di Sistema. SCEL ha per oggetto l’esplorazione sistematica del complesso degli usi finali energetici nei settori industriale e domestico/terziario. Nel primo semestre 2001 l’attività è stata rivolta all’esplorazione del settore cartario. Il principale obiettivo di questo studio è la produzione di dati documentati e utilizzabili in studi di scenario, che mostrino in qual modo tecnologie energetiche efficienti e pulite, applicate alla produzione di carta e cartone, concorrano a vincere le sfide legate all’energia che il Paese dovrà affrontare. Queste sfide includono i cambiamenti climatici, l’inquinamento atmosferico, la vulnerabilità degli approvvigionamenti di combustibili, la variabilità del prezzo dell’energia, le inefficienze nella produzione e negli usi finali dell’energia stessa. Per " tecnologie energetiche efficienti e pulite " si intendono quelle tecnologie che comportano una minor emissione di carbonio e di inquinanti liquidi e gassosi per servizio energetico fornito. In particolare, per ciascuna tecnologia energetica considerata vengono valutati: – i consumi energetici del processo produttivo e delle sue fasi, – le emissioni, e rispetto alle tecnologie correnti: – il risparmio energetico, – la riduzione delle emissioni. Nel cap.2 viene descritta la metodologia adottata per l’esecuzione dello studio oggetto di questo rapporto. Nel cap. 3 viene presentato il settore della carta, descritto il processo produttivo e, per ogni sua fase vengono forniti i consumi specifici. Nel cap. 4, in accordo al processo produttivo presentato nel capitolo 3, viene descritto il macchinario impiegato per la fabbricazione della carta e vengono indicati i valori dei consumi energetici dei suoi componenti. Il capitolo termina con la descrizione dell’utilizzo dell’acqua e dei relativi circuiti e vengono forniti valori di consumo specifico di acqua propri dei vari utilizzi.

Nel cap. 5 vengono considerate le emissioni in acqua, in aria e la produzione di rifiuti solidi connessi alla produzione della pasta per carta, della carta e del cartone. Per tutti i processi produttivi, vengono riportati i valori specifici di emissione degli inquinanti più comuni. – Le emissioni nell’acqua sono dominate da sostanze organiche che consumano ossigeno, misurate come COD e BOD, che vengono rilasciate nella fase acquosa in forma di sostanze organiche disperse o disciolte e dagli effluenti degli impianti di sbianchitura, formati principalmente da composti organici del cloro misurati come AOX (Adsorbable Organic Halides) – Le emissioni in atmosfera sono dovute principalmente a composti organici volatili, la cui concentrazione dipende dalla qualità e dalla freschezza del legno. – I rifiuti solidi consistono di corteccia e residui di legno derivanti dalla scortecciatura, dal lavaggio e dalla cernita del legname; di fibre di scarto (fanghi primari); di ceneri provenienti dalla produzione di energia e di fanghi provenienti dai depuratori per il trattamento delle acque. E’ opinione comune che i rifiuti solidi diventeranno il tipo di emissione ambientale verso cui l’interesse crescerà gradualmente. Nel cap. 6, per ogni fase del processo produttivo, vengono descritte le migliori tecnologie disponibili e già industrialmente applicabili. Vengono descritti: – la scortecciatura a secco, – il riciclo dell’acqua, – i processi continui di delignificazione, – le misure di risparmio energetico. Nel cap. 7 vengono descritte alcune tecnologie "emergenti". Il termine emergenti denota tecnologie che si trovano sia allo stato precommerciale e quindi prossime alla commercializzazione, sia tecnologie che già sono sul mercato ma con quote molto piccole (inferiori al 5 %). Per ciascuna di esse viene indicato lo stato di sviluppo, i risparmi energetici ottenibili e, quando disponibili, i costi. Vengono esaminati: – La gassificazione della liscivia nera. Le opportunità per questa tecnologia sono notevoli, tuttavia si ritiene che fino al 2010 questa tecnologia avrà un ruolo marginale. Il risparmio potenziale di energia primaria stimato per una capacità di produzione elettrica di 2.000 kWh/t, che rappresenta una media tra vari sistemi è di circa 7 GJ/t di pasta. I costi, per impianti commerciali di nuova installazione, variano tra i 270 e 340 $/t di pasta, in funzione della complessità del recupero dei composti chimici e dei sistemi di pulizia del gas. I costi operativi annuali sono stimati essere leggermente maggiori (2 – 8 $/t )rispetto a quelli dei sistemi esistenti.. – La caustificazione elettrolitica diretta della liscivia nera. Questa tecnologia è ancora allo stato precommerciale, è compatibile con la gassificazione della liscivia nera ed è destinata a diventare un componente dei più moderni progetti di impianti di produzione di pasta Kraft. Dal punto di vista energetico ci si attende che il processo consumi circa il 50 % in meno di quello attualmente usato,

con un consumo stimato tra i 247 e 272 kWh/t di pasta. Il costo di un sistema completo di caustificazione per un impianto da 1.000 t/d è stimato attorno ai 22 milioni di dollari: circa 60 $/t di pasta. – La formatura a secco del foglio di carta. Originariamente concepita come tecnologia per qualunque tipo di carta, la formatura a secco ha trovato una propria nicchia di utilizzo nella fabbricazione di prodotti "non tessuto". Il vantaggio risiede nel risparmio dell’energia richiesta per l’evaporazione dell’acqua nella successiva essiccazione. Si stima un risparmio del 50 % nel consumo di combustibile per la fase di essiccazione ed un aumento dei consumi elettrici di 50 – 250 kWh/t di prodotto per l’alimentazione dei motori. – La formatura del foglio ad alta densità. E’ adatta per carta pesante; la carta leggera non è adatta ad essere prodotta con questa tecnologia. Le aspettative iniziali facevano supporre un elevato risparmio energetico, prove successive hanno mostrato un risparmio, nella fase di essiccazione, del 15 – 20 %. Poiché la formatura a secco riduce il contenuto di acqua del foglio la seccheria può essere di dimensioni ridotte rispetto allo standard attuale, con un risparmio del 15 – 20 % sul costo capitale. Si sono stimati risparmi di 10 – 11 $/t di carta ed un leggero aumento dei costi operativi e di manutenzione attorno ai 0,6 – 0,7 $/t di carta. – Il processo Condebelt per l’essiccazione del foglio. Questa tecnologia, oramai nello stadio di commercializzazione, consente di sostituire completamente la seccheria delle macchine convenzionali con un tasso di essiccazione da 5 a 15 volte più elevato di quello del metodo corrente, aumenta significativamente (20 – 60 %) la resistenza della carta, la levigatezza delle superfici, la stabilità dimensionale e la resistenza all’umidità. Applicato alle fibre riciclate è possibile ottenere gli stessi valori di resistenza delle fibre vergini nella essiccazione convenzionale. Il costo totale di installazione di una macchina per carta varia tra 850 e 1.300 $/t. I costi operativi e di manutenzione non dovrebbero variare rispetto agli attuali. La piena penetrazione di questa tecnologia è prevista per il 2015. – Essiccazione ad alta temperatura. E’ una tecnologia ancora in fase sperimentale e non sono noti i tempi di commercializzazione. L’essiccazione ad alta temperatura aumenta la quantità di acqua asportata meccanicamente, riduce il consumo di vapore del 45 – 50 %, ma comporta un aumento dei consumi elettrici del 5 – 10 %. Prove di utilizzo di questa tecnologia hanno mostrato che la carta prodotta è più sottile, più liscia e più resistente di quella ottenibile con i processi correnti e aumenti della produttività attorno al 20 %. Si ritiene che i costi di installazione varino tra 70 – 100 $ /t di carta mentre i costi operativi e di manutenzione dovrebbero essere uguali a quelli attuali. – Essiccazione del foglio mediante infrarosso elettrico. Questa tecnologia è proposta nella produzione di carte fini e cartoncino leggero. Si stima un risparmio di 0,7 GJ di calore per t di prodotto ed un aumento dei consumi elettrici di 0,08 GJ/t di carta (circa 22 kWh/t di carta). Il costo capitale è valutato attorno a 1,12 $/t di prodotto con tempi di ritorno dell’investimento di un anno tenendo in conto l’aumento di produttività.

Nel cap. 8 le nuove tecnologie vengono applicate alla produzione nazionale di carta e cartone e vengono dedotti i possibili risparmi energetici e le relative emissioni. Nel contesto dell’industria cartaria nazionale, con riferimento all’anno 1999, sono stati analizzati due scenari: – il primo ipotizza l’utilizzo generalizzato delle migliori tecnologie disponibili e calcola il relativo potenziale risparmio di energia primaria, – il secondo presuppone l’applicazione delle tecnologie emergenti e determina il risparmio energetico conseguibile. – Pur con tutte le riserve ascrivibili alla mancanza di dati disaggregati di produzione, i risultati mostrano che l’industria cartaria italiana è abbastanza ben allineata con i migliori standard di consumo energetico; infatti il consumo di energia elettrica e di calore nel 1999 sono stati rispettivamente di 6.970 GWh e di 69.994 TJ a fronte di 6.244 GWh e di 59.460 TJ calcolati ipotizzando l’utilizzo delle migliori tecnologie disponibili. I calcoli mostrano la possibilità di recuperi del 10% per l’elettricità e del 15% per il calore. Nel cap. 9 vengono riportate alcune riflessioni sul lavoro svolto e indicate le tematiche bisognevoli di ulteriori studi e ricerche. Sebbene l’industria della carta abbia continuamente ridotto i consumi energetici specifici, esistono ancora delle possibilità per una riduzione ulteriore. Per contribuire al raggiungimento di alti standard qualitativi nella produzione, al controllo dei consumi energetici e al miglioramento della qualità dell’ambiente interno ed attorno alle cartiere sono necessari studi e ricerche per lo sviluppo e l’applicazione di avanzati sensori di processo, sistemi computerizzati di controllo, l’utilizzo di tecnologie basate su sistemi esperti, e sistemi informativi di stabilimento. La riduzione dell’inquinamento da effluenti gassosi comporta la necessità di un efficace controllo della combustione e di un accurato e continuo monitoraggio. Il processo di fabbricazione della carta dovrà utilizzare minori quantità di acqua. L’asportazione dell’acqua è una delle operazioni più costose e ad alto utilizzo energetico. Le fasi della formatura, pressatura ed essiccazione del foglio sono oggetto di ricerche che tendono al miglioramento della qualità e alla riduzione dei costi e dei consumi di acqua e di energia. La riduzione del consumo di acqua richiede la chiusura dei cicli di cartiera. Gli impianti di sbianchitura potrebbero risultare ambientalmente più compatibili adottando un più esteso impiego di processi di sbianca a base di ossigeno e l’abbandono dell’utilizzo del cloro. Benefici ambientali e risparmio energetico possono provenire dall’utilizzo di carta da macero che contribuisce a ridurre il volume dei rifiuti e il consumo di energia. Questo processo non è ancora allo stadio ottimale e, nell’industria del riciclo, esistono notevoli potenzialità di risparmio.