Nel presente documento sono descritte le attività di ricerca svolte per la valutazione delle prestazioni di un modulo a membrana per separazione di ossigeno e dei vantaggi energetici ed economici conseguibili attraverso l’impiego di tali membrane in processi siderurgici.
Studi precedenti avevano messo in luce l’interesse per il processo di produzione dell’acciaio, vista l’ampia diffusione dell’industria siderurgica e il suo ruolo fondamentale sia a livello industriale che economico. Inoltre, il processo è particolarmente energivoro, opera a temperature molte elevate, offre la possibilità di recuperi di calore e fa un importante uso dell’ossigeno. Tra le possibili fonti di energia utili per il riscaldo del modulo a membrana, i gas di processo in uscita dal forno elettrico ad arco (EAF) risultano potenzialmente utilizzabili in quanto si trovano in condizioni di alta temperatura e alta portata.
Nella presente annualità è proseguito lo studio volto ad identificare la modalità di integrazione del modulo a membrana nel processo produttivo dell’acciaio, focalizzando l’attenzione sulla discontinuità tipica del processo e sulla necessità di mantenere a temperatura costante il modulo a membrana. È stata proposta una configurazione di base del sistema integrato EAF-membrana, che comprende il compressore per comprimere la corrente di aria a 4 bar, lo scambiatore di calore aria/gas di processo per raggiungere la temperatura desiderata, il modulo a membrana e una microturbina per il recupero di energia dall’aria in uscita dal modulo.
È stata dunque condotta un’analisi basata su un caso studio reale, considerando il forno elettrico dello stabilimento di Ferriere Nord. In questo stabilimento non sono installati sistemi di recupero dell’energia e l’ossigeno prodotto dal modulo a membrana può essere alimentato direttamente nel forno elettrico.
È stato effettuato un dimensionamento dei componenti del sistema integrato e la stima dei costi di investimento e operativi. Il costo dell’ossigeno prodotto con un sistema a membrana è nettamente inferiore rispetto al costo di produzione industriale, e quasi del tutto trascurabile rispetto al costo di acquisto tipico da parte di un utente industriale. Inoltre, in futuro, si può ottenere una riduzione dell’“impronta di carbonio” del processo, grazie alla riduzione delle emissioni indirette per la produzione di ossigeno con sistemi a membrana.
Le maggiori criticità rilevate riguardano il livello di maturità tecnologica (TRL) dei sistemi di separazione a membrana e della necessità di ulteriori sforzi e test per poter introdurre la tecnologia in processi industriali.