Cemento Hi-Tech a Wietersdorf: Così la Qualità Sposa la Sostenibilità!
Amici, parliamoci chiaro: l’industria del cemento ha una bella gatta da pelare quando si tratta di emissioni di CO2. Ma sapete una cosa? Non siamo qui a piangerci addosso, anzi! Siamo in prima linea per trovare soluzioni intelligenti e, lasciatemelo dire, dannatamente affascinanti. Oggi voglio portarvi con me in un viaggio virtuale nel cementificio di Wietersdorf, un posto dove l’innovazione sta letteralmente cambiando le carte in tavola per produrre un cemento di qualità superiore e, soprattutto, più amico del nostro pianeta.
La Sfida: CO2 e Materie Prime “Ballerine”
L’industria del cemento, in Austria come altrove, ha una responsabilità non da poco: circa il 3,5% delle emissioni nazionali di CO2 vengono da qui. Ecco perché gruppi come Alpacem, un gigante nel settore cemento e calcestruzzo nell’area Alpe-Adria, si sono rimboccati le maniche. Hanno lanciato una strategia ambiziosa chiamata “Compass to Zero CO2”, con l’obiettivo di arrivare a cemento e calcestruzzo a zero emissioni nette entro il 2035. Mica male, eh?
Una delle strade maestre per tagliare le emissioni è ridurre quelle legate al processo di produzione del clinker, il componente base del cemento. Come? Sostituendo le materie prime carbonatiche tradizionali (che liberano CO2 quando vengono “cotte”) con materie prime alternative a basso contenuto di CO2. In Austria, nel 2019, eravamo già a un buon 14,9% di sostituzione nella produzione della farina cruda (l’impasto base per il clinker). Ma Alpacem vuole spingersi oltre il 25%! Il guaio è che queste materie prime alternative sono un po’ “ballerine” nella loro composizione chimica. Senza un controllo precisissimo, si rischia di compromettere sia il processo di cottura (immaginatevi ingorghi e blocchi nell’impianto) sia la qualità finale del clinker e del cemento. Un bel rompicapo!
Wietersdorf: Un Laboratorio di Innovazione a Cielo Aperto
Ed è qui che entra in gioco il cementificio di Wietersdorf. Questo impianto è già uno dei più “verdi” al mondo, un vero pioniere. Grazie a tecnologie all’avanguardia come impianti di post-combustione termica rigenerativa, sistemi di riduzione del mercurio e di denitrificazione, Wietersdorf era il candidato ideale per sperimentare un aumento massiccio dell’uso di materie prime alternative.
La vera magia, però, sta nel come gestiscono la farina cruda. Dimenticatevi i classici letti di miscelazione enormi dove tutto viene omogeneizzato. Qui a Wietersdorf hanno un sistema super flessibile con ben 25 dispositivi di dosaggio separati! Questo significa che possono creare ricette su misura, quasi in tempo reale, prelevando i materiali da 13 silos per le materie prime grezze (sia quelle estratte in loco che quelle consegnate da fornitori esterni) e da una speciale “cassetta di carico” per i materiali sfusi con proprietà di scorrimento più difficili. Ci sono poi altri 10 silos per materiali fini secchi e persino un silo per fanghi pompabili. Un’orchestra di componenti che lavorano all’unisono!
Fino al 2019, il controllo qualità si basava su campionamenti automatici all’uscita del mulino della farina cruda, analizzati poi con fluorescenza a raggi X. Ma per fare il salto di qualità serviva qualcosa di più.
Il Cervellone Elettronico: Controllo Qualità Proattivo
Nel 2022, la svolta: l’introduzione di due analizzatori in linea della Thermo Fisher Scientific. Questi gioiellini usano una tecnologia chiamata PFTNA (Pulsed Fast Thermal Neutron Activation – una specie di “interrogatorio” ai neutroni) per darci, minuto per minuto, un’analisi media della composizione chimica del materiale che passa sul nastro trasportatore. Pensateci: dati freschi e continui!
Come sono posizionati?
- Analizzatore 1: Sul nastro che carica i 13 silos principali. Così sappiamo esattamente cosa c’è dentro ogni silo, creando un modello virtuale del suo contenuto.
- Analizzatore 2: Sul nastro collettore che porta la miscela di materie prime (dai silos e dalla cassetta di carico) direttamente al mulino. Questo ci dice la composizione del mix poco prima che venga macinato.
I materiali fini e i fanghi, che rappresentano circa il 5% del totale, non passano sotto questi analizzatori in linea, ma vengono comunque tenuti in conto.
Con tutti questi dati (in linea e di laboratorio), l’obiettivo era passare da una correzione manuale e reattiva degli errori a un sistema che prevenisse automaticamente le deviazioni di qualità. Un vero e proprio sistema di controllo proattivo! Lo sviluppo è avvenuto in due fasi: prima una simulazione su Excel per definire la logica di controllo, poi la creazione di un software basato sul web in collaborazione con VTU Engineering GmbH.
La logica di ottimizzazione della ricetta è fighissima: si basa su una funzione di costo obiettivo che considera sia i costi delle materie prime sia le emissioni di processo. Minimizzando questa funzione, nel rispetto dei parametri di qualità e dell’impianto, otteniamo una ricetta ottimizzata sia per i costi che per le emissioni di CO2. E dato che i costi dei certificati di CO2 sono una bella fetta della torta, le due cose vanno a braccetto!
Come Funziona il Sistema di Controllo? Un Ciclo Virtuoso in 5 Passi
Immaginate un ciclo che si ripete continuamente, tipicamente ogni 8-12 minuti:
- Calcolo Ricetta Iniziale (opzionale): Se cambiamo tipo di prodotto, il sistema calcola una ricetta di partenza basandosi sui dati di qualità dei componenti disponibili (dai modelli dei silos o da dati storici di laboratorio).
- Previsione della Composizione Attesa: Finito un intervallo, il sistema calcola la ricetta effettivamente realizzata e prevede quale dovrebbe essere la composizione della farina cruda.
- Determinazione della Composizione Reale: L’analizzatore in linea 2 misura la composizione effettiva del mix di materie prime. Questa misura viene poi corretta per tenere conto dei materiali fini e dei fanghi non analizzati in linea.
- Confronto Atteso vs. Reale: Qui si vedono le differenze. Possono dipendere da fluttuazioni nella qualità delle materie prime, imprecisioni nelle analisi o errori di pesatura.
- Ottimizzazione della Ricetta: Per il prossimo intervallo, le specifiche di qualità vengono aggiustate esattamente per compensare le deviazioni riscontrate. Si assume che l’errore sia simile tra due intervalli consecutivi. E via, si applica la nuova ricetta ottimizzata!
Un dettaglio non da poco: c’è anche una prognosi integrata degli oligoelementi. Questo è cruciale per garantire che i cementi finali rispettino le normative, specialmente quando si usano tante materie prime alternative.
La Prova del Nove: Validazione sul Campo
Bello sulla carta, ma funziona davvero? Certo che sì! Il sistema è stato testato in due scenari:
- Condizioni Standard: Con un tasso di sostituzione di materie prime del 10-15%, tipico del settore.
- Prove “On TrACK”: Vere e proprie sfide per spingere al massimo l’uso di materie prime alternative e vedere come se la cavava il sistema in condizioni estreme.
L’indicatore chiave per la qualità della farina cruda è il cosiddetto “standard del calcare” (Kalkstandard). Più le sue oscillazioni (misurate dalla deviazione standard) sono basse, più la qualità è costante, e questo è fondamentale per un processo di cottura stabile. Bene, guardando i dati dal 2021 a giugno 2024 (prima dell’implementazione completa), la deviazione standard media era 4,2. Da luglio 2024, con il sistema a pieno regime, è scesa a 3,1 – una riduzione del 26%! E questo mantenendo un tasso di sostituzione di materie prime intorno al 15% dal 2023.
Ma la vera sfida erano le prove On TrACK. L’obiettivo? Produrre un clinker con il minimo fattore di emissione di CO2.
Nella prima serie di prove On TrACK I, durata tre giorni, abbiamo prodotto una farina cruda con ben il 45% di materie prime alternative, usando una ricetta a cinque componenti e la simulazione Excel per il controllo. Risultato? Standard del calcare medio di 102,4 con deviazione standard di 3,8 – perfettamente in specifica! Il contenuto di CO2 della farina cruda è sceso al 28,6%, un bel -15,4% rispetto alla media del settore.
Nella seconda serie, On TrACK II (due giorni), il sistema software web è andato in modalità completamente automatica. Qui la ricetta era ancora più complessa: 15 componenti diversi, un tasso di sostituzione del 38,9% e un contenuto di CO2 della farina cruda del 27,5% (un -18,6% sulla media!). Ci sono stati un sacco di problemi con i dosaggi dei materiali fini e dei fanghi, che hanno richiesto ben 53 aggiustamenti della ricetta. Manualmente sarebbe stato un incubo! Ma il software ha gestito tutto, mantenendo uno standard del calcare medio di 100,6 con deviazione standard di 3,8. Una dimostrazione di robustezza incredibile!
Non è Finita Qui: Sfide e Prospettive Future
Questo sistema di controllo qualità è una vera pietra miliare, non c’è dubbio. Apre la porta a un uso molto più spinto di materie prime alternative. Ma, come in ogni avventura che si rispetti, ci sono ancora sfide da affrontare per rendere questa pratica uno standard per tutto il settore.
Prima di tutto, bisogna trovare le fonti giuste di materie prime alternative. E poi, studiare a fondo come queste influenzano la qualità del clinker, del cemento e l’intero processo. Nelle prove On TrACK, ad esempio, nonostante la farina cruda fosse perfetta, abbiamo notato una ridotta formazione di tricalciumalluminato nel clinker, che ha cambiato i tempi di presa e la resistenza iniziale dei cementi sperimentali. Dettagli importanti!
Servono anche concetti logistici efficienti per raccogliere, trattare e distribuire queste materie. E perché non esplorare sinergie tra diverse industrie per usare i loro sottoprodotti? La ricerca su metodi di pretrattamento e preparazione delle materie prime alternative è fondamentale.
Infine, c’è l’aspetto normativo. Le leggi attuali vanno analizzate, gli ostacoli identificati e bisogna proporre aggiornamenti. Definire chiaramente quando un materiale smette di essere un “rifiuto” (il famoso “end-of-waste”) potrebbe semplificare molto le cose, ma serve una spinta politica.
Tutti questi temi sono al centro di un progetto di ricerca austriaco chiamato “Produzione ottimizzata in termini di risorse e CO2 di clinker di cemento innovativi”. I risultati saranno cruciali per mantenere l’Austria all’avanguardia in Europa. La collaborazione tra industria, ricerca e politica è la chiave per superare queste sfide complesse e spianare la strada verso una produzione di cemento davvero sostenibile. E noi, ve lo assicuro, siamo pronti a fare la nostra parte!
Fonte: Springer
