Un investigador de EPFL ha desarrollado un modelo matemático para optimizar la transferencia de calor en las fábricas y reducir drásticamente el consumo de agua y energía. El modelo podría, En teoria, reducir el consumo de agua en un 60 por ciento en una fábrica de papel canadiense y permitir que la instalación produzca hasta seis veces más energía.

La fabricación de bienes de consumo requiere grandes cantidades de agua, calor y electricidad. Las empresas que fabrican estos artículos producen grandes cantidades de CO ₂ emisiones y tienen un gran impacto en el medio ambiente. En la conferencia climática COP21 en París, Los líderes mundiales destacaron el papel destacado que los fabricantes podrían desempeñar en la lucha contra el cambio climático mediante la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Maziar Kermani, investigador del grupo de Ingeniería de Sistemas de Energía y Procesos Industriales (IPESE) de EPFL, que está dirigido por el profesor François Maréchal, ha creado un modelo matemático pionero que podría reducir la cantidad de agua y energía utilizada en los procesos industriales. Ha desarrollado una forma de reciclar el calor y la energía perdidos y de emplear tecnologías de biorrefinería, combinando turbinas y fluidos orgánicos, para impulsar la producción de energía.

Kermani aplicó su modelo a una fábrica de papel canadiense. Encontró que, En teoria, podría reducir la cantidad de agua utilizada por la empresa de 820 kg a 230-300 kg por segundo (una caída de alrededor del 60 por ciento). También podría permitir que la planta produzca más de seis veces más electricidad (de 3 MW a alrededor de 20 MW). Sus hallazgos se han publicado en Energies.

Reciclaje continuo de agua y calor

Kermani puso a prueba su teoría sobre la fabricación de pasta kraft, con mucho el método de fabricación de papel más popular de la industria.

Las astillas de madera se humedecen, cocido (en digestores), lavado, secados y blanqueados para hacer pulpa. Todo esto produce grandes cantidades de vapor que, además de ser utilizado en el propio proceso, genera electricidad más que suficiente para alimentar la planta. A continuación, se puede vender la energía sobrante.

Según Kermani, sin embargo, el sistema actual está lejos de ser óptimo. "Se desperdician grandes cantidades de agua y energía porque las etapas del proceso no están conectadas, "explica". Por ejemplo, el molino usa agua fría para lavar y enfriar la pulpa. Pero esa agua que contiene calor valioso, luego se descarta. Igualmente, El vapor de alta presión se produce quemando licor negro a temperaturas extremadamente altas, alrededor de 1, 200 ° C. El vapor alimenta las turbinas para generar electricidad y proporciona una fuente de calor para otros procesos. pero su producción requiere demasiada energía ".

Fluidos orgánicos

En su papel, Kermani describe varias formas en las que se podría reutilizar el agua calentada. También recomienda introducir ciclos orgánicos de Rankine, que se basan en una propiedad especial de los fluidos orgánicos:el hecho de que se convierten en vapor a alta presión a temperaturas relativamente bajas (250 ° C). "El uso de fluidos orgánicos permitiría al molino producir el vapor que necesita utilizando agua caliente recuperada a temperaturas bajas a medias, " el explica.

La firma canadiense ha expresado interés en el modelo de Kermani. "En comparación con los métodos estrictamente matemáticos y limitados, El enfoque propuesto proporciona información valiosa para el diseño preliminar de redes de intercambiadores de calor industriales involucradas en pulpa y papel. "dice el experto canadiense en procesos industriales Marzouk Benali, quién tiene la tarea de optimizar los procesos de esa empresa. "Su flexibilidad ofrece oportunidades para evaluar los impactos directos de la integración de tecnologías de biorrefinerías emergentes dentro de las grandes instalaciones existentes".

El modelo de Kermani también tiene aplicaciones potenciales en otros sectores e industrias.