Verso la fonderia ecologica

L’Università di Bologna ha realizzato uno studio di fattibilità presso la fonderia SCM di Rimini, inserendosi in un più vasto intervento finanziato dalla Regione Emilia Romagna a sostegno della ricerca e della crescita. Esistono una serie di azioni progettuali e organizzative in grado di trasformare una fonderia di ghisa tradizionale in una fonderia ecologica a ridottissimo impatto ambientale. Gli interventi coinvolgono tutti gli aspetti del processo fusorio e della gestione della produzione: dal risparmio di energia elettrica e dallo sfruttamento ottimale del calore, attraverso l’abbattimento delle polveri e degli odori, fino al recupero degli scarti.

La ricerca dell’Università di Bologna per realizzare la fonderia ecologica

Questa azione di Ricerca industriale si è posta l’obiettivo di studiare e di implementare componenti/soluzioni complesse necessari a validare le tecnologie indagate e a sviluppare tutte quelle soluzioni metodologiche e impiantistiche doverose allo scopo del rilevamento, del monitoraggio e, infine, dell’abbattimento degli odori sgradevoli.

Il cosiddetto cattivo odore può dipendere dalla presenza nell’aria di una grande varietà di sostanze molecolari, spesso organiche, le quali, anche se presenti in bassissima concentrazione, possono provocare un notevole fastidio. L’odore diventa, quindi, un fenomeno molto complesso da studiare e da combattere in merito al quale non esiste ancora una normativa, anche in considerazione del fatto che esso rappresenta più un problema di disagio che non di tossicità.

Dalle analisi ambientali effettuate in fonderia emerge come le sostanze che producono un cattivo odore siano del tutto innocue per la salute degli addetti e degli abitanti della zona. Tuttavia, anche per la particolare posizione dell’azienda, la volontà di ridurre al minimo il disagio sociale è elevata e altrettanto importante è l’obiettivo di rafforzare l’immagine della fonderia come un’azienda davvero moderna, concretamente interessata a produrre nel massimo rispetto dell’ambiente.

I più classici interventi di contenimento (per esempio la realizzazione di nuove paratie di isolamento) e convogliamento degli odori sono affiancati a una serie di studi tra i quali: la messa a punto di un dispositivo prototipale per la captazione degli odori, il loro rilevamento sperimentale, il riconoscimento chimico con la misurazione della loro eventuale tossicità, la mappatura delle sorgenti di emissione, la definizione delle zone sensibili, le simulazioni di diffusione in azienda e fuori, e altro.

Ma la forte innovazione è data dallo sviluppo e dall’adozione di un sistema prototipale per l’abbattimento degli odori attraverso filtri biologici i quali, nutrendosi delle molecole organiche, purificano l’aria rendendola gradevole all’olfatto.

Per dare riscontro oggettivo e misurabile alle emissioni olfattive, le soglie di percettibilità degli odori campionati in fonderia saranno valutate statisticamente su un campione di tester attraverso il metodo olfattometrico presso laboratori di Olfattometria dinamica certificati. Si stima che questo genere di interventi possa portare a un abbattimento del 50% nella concentrazione dell’odore a inizio progetto, misurata in unità odorimetriche secondo la norma EN 13725.

Le attività previste sono:

1. Raccolta preliminare di informazioni sulle caratteristiche molecolari degli odori industriali;
2. Stato dell’arte sui sistemi di monitoraggio delle emissioni olfattive per scopi industriali;
3. Ricerca, acquisizione e messa in stato operativo dei sensori necessari al monitoraggio degli odori;
4. Misura sperimentale dell’efficienza dei sensori nel rilevare gli odori (alle varie concentrazioni);
5. Pre-screening sperimentale della tipologia odori presenti in fonderia;
6. Riconoscimento delle molecole e verifiche su eventuali problematiche di tossicità;
7. Progettazione di un sistema integrato per la misura delle emissioni olfattive in fonderia;
8. Valutazione qualitativa e quantitativa delle emissioni olfattive nella fonderia (cioè la mappa degli odori);
9. Analisi tecnica dei vari processi produttivi e del loro contributo alla creazione di odori;
10. Studio di soluzioni per il contenimento e il convogliamento degli odori;
11. Studio di soluzioni per l’abbattimento degli odori (impianto a biofiltro);
12. Campagne di misura su emissioni olfattive, sia indoor che outdoor, per verificare l’efficienza nell’abbattimento degli odori (nelle differenti condizioni di lavoro ed atmosferiche).

I risultati attesi sono:

1. Know-how di base relativo al problema degli odori industriali e della chimica associata;
2. Know-how specifico relativo a soluzioni per la rilevazione degli odori industriali;
3. Know-how specifico relativo a soluzioni per il filtraggio degli odori industriali mediante biofiltri;
4. Sistemi di sensori e dispositivi portatili per rilevazione di particolari molecole che creano il cattivo odore;
5. Sistema di sensoristica integrata per il monitoraggio delle emissioni olfattive;
6. Mappe degli odori per la fonderia con indicazione dei differenti punti di emissione;
7. Un documento di analisi delle emissioni olfattive al variare dei processi produttivi;
8. Soluzioni impiantistiche per il contenimento e il convogliamento delle emissioni olfattive;
9. Impianto prototipale di filtraggio degli odori mediante biofiltri;
10. Protocollo interno per la salvaguardia ambientale in termini di abbattimento degli odori;
11. Miglioramento delle condizioni di lavoro nei reparti produttivi per riduzione degli odori;
12. Miglioramento dell’ambiente esterno alla fonderia per riduzione degli odori con dimezzamento delle Unità Odorimetriche (UO) oggi emesse;
13. Documento di certificazione dei miglioramenti ottenuti in termini di riduzione degli odori;

Recuperare gli scarti per ridurre l’impatto sull’ecosistema

Questa azione di Sviluppo sperimentale si è posta l’obiettivo di studiare e di rendere operativa tutta una serie di soluzioni di tipo tecnico e organizzativo al fine di massimizzare il recupero dei materiali di scarto della fonderia.

Le strategie di recupero e di riutilizzo dei materiali primari e ausiliari di fonderia (come per esempio la scoria, i refrattari), compresi i particolati presenti nei fumi (per esempio carburo e polveri); il loro ricondizionamento e reinserimento nel ciclo di lavorazione, nascono dalle esigenze di massimo rispetto ambientale e di minimo l’impatto sull’ecosistema dell’attività industriale oltre che da considerazioni di sostenibilità economica nel lungo periodo.

Ma ridurre le emissioni e gli scarti significa, in fin dei conti, ridurre l’entropia dei processi preservando così energie e materiali, trasformando queste politiche in uno strumento razionale per ottimizzare le risorse e massimizzare la competitività. L’obiettivo strategico è quello di abbassare in modo netto la quota di materiale di scarto da conferire in discarica pur conservando la massima competitività in sede di scelta delle soluzioni di recupero.

La ricerca intende dimostrare come il rispetto ambientale possa trasformarsi in un buon affare attraverso l’adozioni di moderne soluzioni tecniche e organizzative. La sabbia esausta può essere impiegata nella fabbricazione di anime attraverso il nuovo processo cold box che può arrivare a utilizzare sino a oltre il 70% di sabbia esausta (e rigenerata opportunamente) mischiandola per la parte rimanente con sabbia vergine. Soluzioni sperimentali consentono il recupero delle polveri dei forni e del carburo con la re-immissione diretta nelle tubiere del cubilotto. Queste attività avranno l’obiettivo di una riduzione generalizzata dell’impatto ambientale dei processi di fonderia secondo una duplice valenza ambientale ed economica derivante da un notevole innalzamento degli standard qualitativi del processo e dei prodotti.

Le attività previste sono:

1. Stato dell’arte sui sistemi di recupero dei materiali esausti in ambito industriale e di fonderia;
2. Studio e modellazione dei processi di fonderia in ragione dei materiali esausti;
3. Valutazione qualitativa e quantitativa dei materiali esausti nella fonderia (mappa degli scarti e analisi di tipo LCC);
4. Ipotesi tecniche su soluzioni di smaltimento, recupero e ricondizionamento dei materiali esausti;
5. Verifiche di fattibilità tecnica e convenienza economica delle soluzioni di riciclo;
6. Documento tecnico per la realizzazione di una fonderia pulita a scoria zero;
7. Studio e sviluppo di soluzioni realizzative per il recupero e ricondizionamento/riciclo terre di formatura (l’esempio è il cold box);
8. Studio e sviluppo di soluzioni realizzative per il recupero e ricondizionamento/riciclo dei fumi/polveri fini;
9. Studio e sviluppo di soluzioni realizzative per il recupero e ricondizionamento/riciclo delle polveri grossolane;
10. Studio e sviluppo di soluzioni realizzative per il recupero e ricondizionamento/riciclo sfridi metallici e boccame;
11. Valutazione del grado di riciclo e di riutilizzo ottenuto (una nuova mappa degli scarti).

I risultati attesi sono:

1. Know-how relativo al problema del recupero degli scarti industriali e alla relative soluzioni;
2. Sistema di recupero e ricondizionamento integrato per tutti gli scarti di fonderia;
3. Recupero e ricondizionamento delle terre di formatura fino all’80% mediante procedimento cold-box e fino al 98% tramite altri recuperi interni;
4.  Recupero e ricondizionamento delle scorie del forno e sottoprodotti di trattamento del metallo fino al 90%;
5. Recupero e ricondizionamento dei fumi di combustione e dei carburi con riciclo nei processi fusori fino al 90%;
6. Recupero delle polveri in altri settori industriali quali i laterizi, i cementifici e i bituminosi (riduzione dei conferimenti fino a valori inferiori al1% del materiale in ingresso);
7. Riduzione dei quantitativi di materiale da conferire in discarica e/o da smaltire per vie alternative pari ad almeno 2.000 tonnellate all’anno;
8. Documento di certificazione dei miglioramenti ottenuti in termini di recupero dei materiali di scarto.

 Fondere rispettando sia l’uomo sia l’ambiente

Questa azione di ricerca industriale mira a creare una piattaforma Ict (basata cioè sulla tecnologia informatica e delle telecomunicazioni) per il monitoraggio in continuo e l’intervento in real time sul sistema produttivo in modo da garantire la massima eco-sostenibilità del processo.

L’intervento, realizzato secondo un approccio di virtual factory, cioè di fabbrica virtuale, punta alla definizione e allo sviluppo di un sistema di simulazione e di controllo unico, quale integrazione dei sottosistemi sviluppati all’interno dei precedenti OR.

Il sistema centrale è in grado di acquisire i flussi di segnali provenienti da una larga tipologia di sensori sparsi per l’impianto, trasformarli in traffico telematico, di gestirli a livello gerarchico e infine di strutturarli opportunamente in relazione alle differenti utilizzazioni. L’intervento intende poi sviluppare metodologie avanzate per la rielaborazione dei dati, la simulazione e per l’attivazione di logiche automatiche di intervento verso la messa a punto di sistemi esperti per la gestione della fonderia. Le informazioni in tempo reale possono essere rese disponibili al personale attraverso output specifici (per esempio gli indici di performance e gli allarmi sonori) e personalizzati in base al tipo di finalità. Questo sistema di supervisione consente anche un monitoraggio nel tempo della fonderia con il controllo del superamento di eventuali livelli di guardia quale garanzia del continuo miglioramento dell’eco-sostenibilità della produzione.

Le attività previste sono:

1. Studio di un sistema per il monitoraggio in continuo dei consumi energetici dell’impianto;
2. Studio di un sistema per il monitoraggio in continuo dei consumi e dissipazioni di calore;
3. Studio di un sistema per il monitoraggio in continuo dei fumi e delle emissioni polveri;
4. Sviluppo ed integrazione dei sistemi in un piattaforma ICT unica di monitoraggio ambientale (il supervisore);
5. Studio e validazione di algoritmi per la simulazione del livello di ecosostenibilità dei processi (per aspetto quali efficienze, dissipazioni di calore, emissioni di fumo);
6. Definizione di regole e logiche di intervento sul impianto a garanzia del massimo livello di ecosostenibilità dei processi e produzioni;
7. Implementazione (nel supervisore di impianto) di un sistema esperto, (mediante algoritmi fuzzy educati in autoapprendimento), per la regolazione in automatico delle logiche di intervento;
8. Definizione di protocolli interni di certificazione per l’etichettatura energetica del processi;
9. Definizione di protocolli per l’etichettatura energetica del singolo prodotto (Embedded energy).

I risultati attesi sono:

1. Know-how specifico nel campo in alcuni settori specifici dell’Ict;
2. Sistema di supervisione per il monitoraggio degli aspetti ambientali;
3. Sistema esperto (a supporto dell’operatore) per la gestione semiautomatizzata dell’impianto;
4. Migliore controllo di processo e aumento della produttività;
5. Standardizzazione dei metodi e delle procedure di lavoro di intervento per la soluzione dei problemi;
6. Migliore gestione dell’impianto grazie alla disponibilità di uno “storico” di dati di funzionamento;
7. Miglior livello di servizi ai clienti: la “consistenza” dei processi porta ad una maggiore prevedibilità ed affidabilità nei livelli di risposta ai clienti;
8. Protezione degli investimenti: la capacità integrativa di questi sistemi consente il riutilizzo totale o parziale delle applicazioni informatiche esistenti;
9. Procedura di certificazione sull’impatto energetico dei principali processi;
10. Procedura di certificazione del fabbisogno energetico dei prodotti (Embedded energy).