Como a reutilização do calor desperdiçado pode levar o alumínio um passo mais perto de se tornar uma indústria mais verde

11 May 2021 por Corinna Barnstedt
Como a reutilização do calor desperdiçado pode levar o alumínio um passo mais perto de se tornar uma indústria mais verde

As novas tecnologias de recuperação de calor residual podem levar a indústria um passo mais perto de alcançar métodos de produção mais limpos. O alumínio é o segundo metal mais produzido e um dos produtos mais reciclados do mundo. Em algumas indústrias, mais de 90% dele é reciclado e 75% do alumínio já produzido ainda está em circulação hoje em dia. A produção de alumínio deixa pegadas no meio ambiente que incluem emissões de acidificação. Recuperadores, pré-aquecedores de ar ou bombas de calor são algumas das alternativas que mencionam. Os trocadores de calor de tubos de calor são o coração do projecto ETEKINA, que visa recuperar mais de 40% dos

de calor residual acessível em fluxos perdidos para a atmosfera por indústrias intensivas em energia. O processo requer um nível de energia tão intensivo que, nos Estados Unidos, consome aproximadamente 5% de toda a eletricidade gerada naquele país, de acordo com a Associação Americana de Alumínio. A maior parte dos processos utiliza altas temperaturas, o que significa que uma grande parte dessa energia.


Conteúdo relacionado   #permutadores de calor  #calor residual  #recuperação de calor 


O alumínio é um dos produtos mais reciclados do mundo, mas os processos envolvidos na produção deste metal ainda deixam um elevado impacto ambiental no planeta. As novas tecnologias de recuperação de calor residual podem levar a indústria um passo mais perto de alcançar métodos de produção mais limpos.

 

O alumínio é o segundo metal mais altamente produzido e um dos produtos mais reciclados do mundo. Esta capacidade de ser recuperado e reutilizado indefinidamente dá à indústria o potencial de oferecer uma alternativa mais ecológica e mais limpa a outros materiais nocivos para o ambiente. No entanto, factores como o enorme consumo de energia e a utilização ineficiente do calor envolvido tanto na produção primária deste metal a partir do minério de bauxite como na produção secundária a partir de sucata, retiram essa oportunidade; tornando a indústria do alumínio responsável por pelo menos 1% das emissões de gases com efeito de estufa adicionados à atmosfera pela actividade humana e por 2,5% deCO2.

 

"A beleza do alumínio é que em algumas indústrias, mais de 90% deste é reciclado e 75% do alumínio alguma vez produzido ainda hoje está em circulação", diz Daniel Brough, investigador PhD no Institute of Energy Futures da Universidade de Brunel de Londres e engenheiro de instalações de alumínio secundário. Ele faz parte de um grupo de peritos que concebem permutadores de calor de tubos de calor no âmbito do projecto ETEKINA, um programa financiado pela União Europeia que visa recuperar mais de 40% do conteúdo de calor residual acessível em fluxos perdidos para a atmosfera de indústrias intensivas em energia.

 

"Existem diferentes tecnologias que podem ser implementadas para reduzir as emissões de gases com efeito de estufa [no fabrico de alumínio], a mais influente é o projecto Elysis que está sediado em Montreal. Mas a recuperação de calor desperdiçado é uma parte enorme da equação - a indústria do alumínio é um enorme produtor de calor desperdiçado que poderia ser visado", acrescenta ele.

 

A produção de alumínio deixa pegadas no ambiente que incluem emissões de acidificação, danos relacionados com a utilização de combustíveis fósseis e resíduos sólidos problemáticos, tais como a lama vermelha deixada pela bauxite ou a escória salina que resulta da reciclagem deste metal. Contudo, a indústria tomou algumas medidas para diminuir o seu impacto negativo sobre o planeta.

 

Uma delas pode ser encontrada na vasta adopção da energia hidroeléctrica, que alimenta actualmente 75% da produção de alumínio primário. Outra é a modernização do equipamento, embora ainda possam ser tomadas outras medidas nesta matéria. Por exemplo, os fornos utilizados pelas fundições de alumínio ainda estão a ser concebidos por métodos semi-empíricos, apesar da existência de tecnologia que poderia ser utilizada para os conceber de forma mais eficiente em termos energéticos, como análises de dinâmica de fluidos computacional.

 

Estas são algumas das descobertas que o Sr. Brough e o Professor Hussam Jouhara da Universidade de Brunel de Londres descrevem no seu artigo A indústria do alumínio: Uma análise sobre tecnologias de ponta, impactos ambientais e possibilidades de recuperação de calor residual, publicada no International Journal of Thermofluids. A sua investigação fornece um esboço completo dos processos e tecnologias utilizadas pela indústria do alumínio, bem como as ferramentas já disponíveis para a recuperação de calor.

 

Recuperadores, pré-aquecedores de ar ou bombas de calor são algumas das alternativas que mencionam. Entre elas, os permutadores de calor de tubos de calor, o coração do projecto ETEKINA, são apontados como um dos dispositivos mais promissores para evitar o desperdício de calor. O Prof. Jouhara, que coordena as actividades técnicas dentro da ETEKINA, explica que as tecnologias convencionais já tentaram anteriormente abordar a recuperação de calor desperdiçado na indústria do alumínio sem grande sucesso. "Não eram adequadas para alguns dos rigorosos fluxos que resultaram dos processos na indústria do alumínio", diz ele.

 

A recuperação de calor da produção de alumínio não é uma tarefa fácil, uma vez que tem de ser recapturada a partir de fluxos que transportam gases de escape que podem levar à corrosão ou à sujidade. Por conseguinte, pode ser necessária a manutenção ou substituição frequente de componentes, tornando a recuperação de calor economicamente inviável. De acordo com ambos os peritos, os permutadores de calor de tubos de calor a serem desenvolvidos no âmbito do projecto ETEKINA oferecem uma solução mais duradoura e económica no caminho para "recuperar o irrecuperável" porque são mais eficazes na transferência de calor, têm medidas superiores de contaminação cruzada e cada tubo de calor individual funciona independentemente, negando o risco de falha de todo o sistema.

 

"Os tubos de calor não têm partes móveis, por isso, desse ponto de vista, o que pode correr mal é muito limitado. A única manutenção que requerem é uma limpeza regular", explica o Prof. Jouhara. "Ter esta nova tecnologia significa que podemos agora abordar áreas que eram impossíveis de abordar devido à natureza corrosiva destes exaustores, isto é algo que a tecnologia dos tubos de calor tornou possível. Assim, os avanços na concepção de permutadores de calor estão a levar-nos o mais perto possível de tornar viável um processo verde na indústria do alumínio".

 

Três aplicações para o calor desperdiçado

A produção de alumínio requer um nível de energia tão intensivo que, nos Estados Unidos, consome aproximadamente 5% de toda a electricidade gerada nesse país, de acordo com a Associação Americana do Alumínio. A maioria dos processos utiliza temperaturas elevadas, o que significa que uma grande parte desta energia é perdida para o ambiente sob a forma de calor desperdiçado. Para evitar isto, os autores sugerem a combinação de diferentes tipos de permutadores de calor para visar as maiores perdas das fases mais intensivas de energia do processo.

 

Os pré-aquecedores de ar, economizadores e permutadores de calor de tubos de calor podem ajudar a reutilizar o calor desperdiçado dos gases de escape, enquanto que os termo-compressores podem ajudar a reutilizar o vapor. O documento descreve três potenciais aplicações diferentes para a recuperação de calor desperdiçado através destas tecnologias:

 

  1. Aquecimento espacial e distrital: dependendo do clima da localização da fundição, o calor residual recuperado pode ser redireccionado para fornecer aquecimento para escritórios adjacentes ou para a comunidade local. A viabilidade de fornecer às comunidades vizinhas aquecimento distrital a partir do calor residual está actualmente a ser realizada para a AlcoaFjarðaál, uma fundição de alumínio na Islândia.
  2. Optimização da produção de alumínio: o calor residual pode ser utilizado para encurtar certas fases de produção e alcançar resultados mais eficientes. Estas aplicações potenciais incluem o descoating e o pré-aquecimento de sucata para remover a humidade e reduzir a quantidade de energia necessária para a sua fusão, utilizando tecnologia especializada de queimadores que reutilizam o calor desperdiçado.
  3. Produção de electricidade: dependendo do grau de calor, podem ser utilizados diferentes métodos para transformar o calor desperdiçado em electricidade a fim de reduzir os custos operacionais.

 

A redução das despesas é um argumento tentador para as empresas investirem em tecnologias de recuperação de calor desperdiçado, mas não é o único, como explica o Sr. Brough: "Há duas razões principais adicionais. A mais importante é a utilização sustentável e consciente dos recursos naturais para evitar qualquer impacto futuro sobre o planeta e as gerações futuras. A outra é uma imagem melhorada da responsabilidade empresarial e social das empresas".

 

Ambos os peritos esperam que os permutadores de calor de tubos de calor tornem a recuperação de calor desperdiçado mais eficiente e acessível em indústrias de alta intensidade energética como o alumínio, o aço e a cerâmica. Mas especialmente, diz o Prof. Jouhara, para oferecer uma solução onde outras tecnologias tenham falhado: "Não competimos com os sistemas convencionais se os fluxos forem padrão e os desenhos convencionais puderem lidar com eles. Os tubos de calor podem ser benéficos em áreas onde não há solução disponível ou a situação é desafiante ao ponto de não haver um sistema convencional disponível para lidar com a aplicação de recuperação de calor residual".

 

Autor: Stefania Gozzer