Quatro jovens cientistas falam sobre o futuro da recuperação de calor desperdiçado

Na encruzilhada da sustentabilidade, as indústrias intensivas em energia enfrentam enormes desafios - a recuperação de calor desperdiçado é uma das opções mais promissoras para poupar energia, alimentar uma economia circular e tornar-se verdes. Há mais de três anos, um grupo de cientistas de quatro países europeus tem vindo a trabalhar na ETEKINA projecto para reinventar uma tecnologia incrivelmente eficiente para recuperar e reutilizar o calor em excesso.

No âmbito do projecto ETEKINA, os investigadores desenvolveram três novos permutadores de calor de tubos de calor (HPHE) para enfrentar os desafios específicos de diferentes indústrias de energia intensiva. Agora, a apenas meses da conclusão do projecto da UE, quatro das mentes mais jovens envolvidas neste projecto reuniram-se numa videochamada no mês passado para partilhar as suas ideias e esperanças sobre o impacto que esperam do inovador HPHE em sectores que registam algumas das maiores pegadas de carbono do mundo.

Os seus nomes são Matevz Pusnik, Nerea Nieto, Lujean Ahmad e Matteo Venturelli. Os quatro concordam que uma das características mais valiosas do projecto é a criação de uma ferramenta revolucionária que irá beneficiar indústrias intensivas em energia com um potencial inexplorado para reutilizar o calor desperdiçado. "O HPHE é uma solução compacta e robusta para indústrias intensivas em energia num momento em que a utilização do calor desperdiçado é um tema quente em todo o mundo", diz Matevz. "E é muito inovador".

Os HPHE da ETEKINA foram concebidos com o objectivo de recuperar entre 57% e 70% dos fluxos de calor residual em três sectores específicos: aço, alumínio e cerâmica. Estes investigadores esperam que os HPHE contribuam para a dinâmica que se está a construir em torno dos sistemas de aproveitamento de calor residual - à medida que a consciência das alterações climáticas aumenta, o mesmo acontece com o mercado global de tecnologias de recuperação de calor residual. Esta indústria deverá registar aumentos anuais de 6% nos próximos anos até atingir 16,8 mil milhões de dólares em 2023, de acordo com a empresa de pesquisa de mercado Technavio. Matevz, Nerea, Lujean e Matteo acreditam que, no futuro, todas as indústrias intensivas em energia terão de utilizar algum tipo de sistema de recuperação de calor. "Essa é a esperança e o objectivo", diz Lujean.

Unindo forças de toda a Europa

Durante mais de três anos, os jovens investigadores têm conjugado esforços de quatro países diferentes. Na Eslovénia, Matevz Pusnik, de 39 anos, é a pessoa responsável pelo desenvolvimento de uma ferramenta de gestão de software de recuperação de calor multiuso a ser utilizada num dos estudos de caso da ETEKINA, uma empresa de produção de aço na cidade de Ravne na Koroškem. "A ferramenta é uma ferramenta personalizada que proporciona optimização de custos e pode ser utilizada por outras indústrias intensivas em energia para optimização de processos e avaliação baseada em cenários", explica ele. Matevz é investigador no Instituto Jozef Stefan, onde também aplica a sua perícia na gestão de energia industrial à preparação de modelos de apoio aos documentos estratégicos e políticos nacionais.

A mais de 1.600 quilómetros de distância, no Norte de Espanha, a engenheira Nerea Nieto, de 34 anos, está ligada a esta conversa. Ela é membro da equipa do instituto de investigação Ikerlan que supervisiona a implementação do HPHE numa instalação de fundição sob pressão de alumínio em Arrasate-Mondragón. Tem participado activamente na ETEKINA desde o início, ajudando a preparar a proposta e desenvolvendo uma ferramenta para identificar se o HPHE se adequa às necessidades do cliente. "Trabalhamos com parceiros industriais para identificar qual o fluxo de calor residual com maior potencial para a nossa tecnologia, bem como o processo interno onde este calor recuperado pode ser reutilizado", explica Nerea. Tudo isto enquanto procura novas ideias com o potencial de se tornar um projecto da UE.

Cientistas como ela e Matevz estão habituados a multitarefas, dividindo o seu tempo entre diferentes projectos. Matteo, um estudante de doutoramento de 29 anos da Universidade de Modena e Reggio Emilia, está actualmente a participar em dois projectos da UE, incluindo a ETEKINA. "Estou em contacto directo com o produtor de azulejos de cerâmicaAtlas Concorde, um dos três utilizadores finais onde o HPHE será instalado e testado", diz ele. As suas funções incluem a validação da unidade HPHE que será instalada na fábrica que a empresa tem na cidade italiana de Fiorano Modenese.

No Reino Unido, os resultados alcançados por estes três investigadores e pelas suas equipas permitirão à Lujean, de 31 anos, conceber a melhor estratégia para colocar o HPHE da ETEKINA no mercado. É a gestora de desenvolvimento comercial do Heat Pipe and Thermal Management Research Group da Brunel University London. "Analisamos o mercado identificando as tendências e destacando o valor e a vantagem competitiva que o HPHE da ETEKINA pode trazer". Também desenvolvemos a proposta de valor, o ciclo de vida do cliente e os modelos de negócio", explica. Lujean está envolvida em seis projectos Horizonte 2020 relacionados com tecnologias de tubos de calor, onde fornece um foco de negócio e participa na divulgação de resultados.

Estes investigadores reconhecem as vantagens económicas que o seu projecto pode trazer às indústrias intensivas em energia, mas são os benefícios verdes que eles destacam com entusiasmo. "O HPHE da ETEKINA visa reduzir o custo da energia devido ao menor consumo, uma vez que as empresas irão agora reutilizar a energia térmica residual recuperada. Ajudará na redução das emissões de gases com efeito de estufa, permitindo às empresas aderir às directivas de eficiência energética", explica Lujean, "isto oferecerá grande ajuda a cerca de 450.000 empresas nos 27 estados membros da UE". Em países com sistemas de aquecimento distrital, como a Eslovénia, estes benefícios podem ser alargados à comunidade, como acrescenta o seu colega Matevz Pusnik - "No nosso estudo de caso, estamos a integrar na unidade tecnologia para produzir calor que pode ser transferido para a rede local de aquecimento distrital. Este é um tema quente na Europa neste momento".

Lujean diz que o feedback de parceiros e peritos tem sido muito positivo, especialmente, quando se compara o HPHE com permutadores de calor de concha e tubos, a tecnologia padrão no sector. "Há tantos elementos diferentes com os quais os permutadores de casco e tubo não conseguem lidar, mas este HPHE consegue, tais como a recuperação de calor residual mesmo com aspectos desafiantes nos fluxos de calor como a gestão de incrustações, altas temperaturas de funcionamento e a capacidade de multi-sink para citar alguns. Vejo que Matteo concorda comigo sobre isto... Além disso, a nossa ferramenta de análise de replicabilidade que foi desenvolvida é excelente porque o cliente pode vir a centros de investigação, adicionar dados como temperaturas e taxas de fluxo, por exemplo, e a ferramenta fornecerá uma comparação: 'Isto é o que se obterá com um HPHE e isto é o que se obterá com um permutador de calor de concha e tubo'. E também fará uma comparação aproximada da economia", explica ela.

"O HPHE permite a recuperação de calor desperdiçado a partir de fluxos muito desafiantes", acrescenta Matteo. "Por exemplo, em Itália, estamos a recuperar calor de gases de escape que contêm partículas... Como diz Lujean, um permutador de calor tradicional pode ter problemas como incrustações ou condensados ácidos. Mas a tecnologia HPHE impede isto porque a temperatura dentro do sistema é uniforme, pelo que não há pontos frios onde o escape possa condensar. O HPHE aborda a recuperação de calor de correntes muito difíceis, enquanto o calor não é normalmente recuperado dos gases de escape industriais, devido ao ambiente agressivo".

Um desafio inesperado

Nestes três anos, a equipa superou desafios como persuadir os parceiros industriais a participar no projecto. "Não foi fácil", admite Nerea Nieto, "o seu negócio é produzir, esse é o seu principal objectivo. Portanto, mesmo que a eficiência energética seja um tema quente, não é a sua prioridade e envolver-se em projectos da UE vai além da parte técnica - é preciso preparar relatórios económicos e há muitas outras tarefas".

"Gostaria de acrescentar que as indústrias intensivas em energia tendem a ser bastante tradicionais quando se trata de novas tecnologias", diz Matevz Pusnik. "Eles preferem implementar coisas que têm estado a funcionar há alguns anos ou mesmo décadas e, como Nerea mencionou, há a parte administrativa, eles precisam de ter apoio nisso".

"Mas creio que o maior desafio é bastante óbvio", diz ele referindo-se à pandemia de Covid-19, "é um momento realmente infeliz para visitar locais e, como Nerea disse, o timing é crucial para as indústrias. Para os nossos parceiros, todas as paragens podem ser traduzidas em dinheiro. É necessária muita coordenação... mas estamos num bom caminho".

Matteo concorda: "Houve alguns atrasos devido à pandemia, mas conseguimos instalar duas das três unidades nas instalações dos nossos parceiros industriais (Espanha e Eslovénia). Penso que isto é um grande feito".

As unidades HPHE foram concebidas pelo professor Hussam Jouhara da Universidade Brunel de Londres e a sua equipa precisa de estar presente durante as comissões quentes, o que se tornou complicado devido a restrições de viagens internacionais para evitar a propagação do Covid-19. "Viajar para instalar e comissionar estas unidades é um ponto crucial no nosso projecto para assegurar que os procedimentos correctos são seguidos", explica Lujean. "Apesar dos desafios, viajámos duas vezes em Dezembro de 2020 e percorremos a milha extra para nos certificarmos da nossa presença em Espanha quando se depararam com alguns problemas técnicos. Houve muita quarentena para o pessoal do Brunel, digamos assim".

Neste momento, algumas empresas europeias como estes três estudos de caso estão a ter o seu primeiro contacto com tecnologias de recuperação de calor em excesso, mas muitas outras estão ainda por aprender os benefícios económicos e ambientais que podem proporcionar. No entanto, os quatro investigadores estão convencidos de que esta é uma tendência de mercado que veio para ficar.

"Eu diria que todas as empresas intensivas em energia terão de utilizar de alguma forma o seu calor desperdiçado. Isto é um facto, uma vez que os preços dos cupões de energia e CO2 estão a subir", diz Matevz. "Muitos países europeus já puseram a utilização do calor desperdiçado nos seus planos energéticos e climáticos nacionais. Por isso, vai ser feito, depende apenas de qual a tecnologia específica. A HPHE aborda um determinado nicho e acredito que as tecnologias de utilização do calor desperdiçado estarão sujeitas a um importante impulso nos próximos 10 anos... Por isso, é um futuro brilhante para a utilização do calor desperdiçado".

Nerea, Matevz, Lujean e Matteo ainda têm sete meses para testar e optimizar as unidades HPHE da ETEKINA concebidas para as indústrias do aço, alumínio e cerâmica e estão entusiasmados por ver os resultados de um projecto que iniciaram em 2017. "A motivação dos jovens investigadores é normalmente muito elevada. Quando se está no início da carreira, quer-se assumir este tipo de desafios, provar coisas novas e aprender muito", diz Nerea.

"Penso que é porque fazes parte de um projecto de investigação tão grande e inovador que, esperemos, irá para o mercado", concorda Lujean. "Está motivado para o conseguir e para ir mais longe".

Para Matevz, projectos como o ETEKINA oferecem aos jovens cientistas uma oportunidade rara de trabalhar em ambientes industriais que de outra forma não teriam: "Pode ir às suas instalações, ver as máquinas e tudo. Deixa-nos uma marca e aprendemos muito com as pessoas que lá trabalham - eles enfrentam problemas completamente diferentes do que pensávamos. É importante que os jovens investigadores tenham uma visão sobre o ambiente industrial real".

Autor: Stefania Gozzer