Riduzione delle emissioni di CO₂ tramite uno scambio termico efficiente

Gli operatori di navi nel settore marittimo sono sottoposti a una crescente pressione per migliorare l’efficienza. Le emissioni di CO₂ derivanti dal trasporto marittimo rappresentano circa il 3% delle emissioni globali e l’IMO intende ridurle drasticamente entro il 2050, con l’obiettivo di raggiungere emissioni zero. In qualità di pionieri del settore, con oltre 20 anni di esperienza e più di 500 progetti all’anno che servono oltre 1.000 navi, sappiamo che uno dei modi migliori per decarbonizzare è ottimizzare i sistemi di scambio termico a bordo delle navi. Guidato da oltre 100 tecnici elettrici e meccanici, il nostro team partecipa regolarmente a soluzioni per il recupero del calore di scarto, che spaziano da scambiatori di calore a fascio tubiero e a piastre fino a unità ibride basate sul ciclo termodinamico S-CO₂, con l’obiettivo di contribuire al risparmio di carburante. Di seguito descriviamo quattro modi chiave in cui un efficiente scambio termico riduce direttamente le emissioni di CO₂.

Recupero del calore di scarto: trasformare le perdite in energia

I moderni motori diesel marini raggiungono un’efficienza termica di circa il 50%; l’energia residua del carburante viene dispersa sotto forma di calore, principalmente attraverso i gas di scarico (solitamente a oltre 250 °C) e l’acqua di raffreddamento del giubbotto. Questa energia termica dispersa viene recuperata mediante scambiatori di calore ad alta efficienza per essere utilizzata come potenza utile o come calore a bordo. Nelle applicazioni marittime, i sistemi di recupero del calore di scarto (WHR), come quelli basati sul ciclo Joule, possono incrementare la potenza complessiva del motore dal 2% al 12%. Ciò deriva direttamente dalla riduzione del consumo di carburante per miglio nautico e, di conseguenza, dalla diminuzione delle emissioni di CO₂ per ogni traversata. L’energia recuperabile dai gas di scarico varia in funzione del carico del motore e del rapporto tra le capacità termiche, a seconda della quantità di gas di scarico da recuperare e del fluido di lavoro. Tale processo viene ottimizzato all’interno di un circuito di recupero termico progettato dal team ingegneristico di SME, che può operare con diverse capacità termiche dei gas di scarico e del fluido di lavoro.

Supporto ai sistemi di cattura del carbonio a bordo

Uno scambio termico efficiente è molto importante per alcuni sistemi del progetto OCCS destinati a essere installati su una nave. Ad esempio, la CO₂ viene catturata come parte di un sistema di cattura e la CO₂ catturata deve essere separata dal solvente catturante applicando una quantità sufficiente di energia termica, nel caso in cui il sistema di cattura utilizzi la monoetanolamina (MEA) come solvente. Gli scambiatori di calore alimentati da SME consentono di utilizzare il calore sensibile dei gas di scarico del motore come principale fonte energetica per questo processo di rigenerazione energetica, riducendo o eliminando così la necessità di riscaldamento ausiliario a combustibile aggiuntivo. Se ottimizzati, i tassi di riduzione della CO₂ ottenuti con sistemi di recupero del calore abbinati a sistemi di cattura possono superare il 70%. Per le navi impiegate in climi freddi, il vantaggio aggiuntivo offerto da scambiatori di calore avanzati o specializzati consiste anche nel recupero del calore per l’abitabilità della nave e il preriscaldamento del carburante, riducendo così la richiesta di caldaia ausiliaria, un’altra notevole fonte di emissioni aggiuntive.

Cicli di potenza a CO₂ supercritica per efficienza compatta

A causa dello spazio limitato a bordo, sono richieste alta densità e miniaturizzazione dei dispositivi di generazione di energia. SME contribuisce anche al dispiegamento di cicli Brayton a CO₂ supercritica, che trasferiscono il calore residuo dai gas di scarico al CO₂ nello stato supercritico tramite scambiatori di calore. Rispetto ai tradizionali cicli Rankine, il ciclo S-CO₂ presenta un’impronta più ridotta e un’elevata efficienza di conversione energetica. I progetti degli scambiatori di calore, che includono l’effetto della temperatura di ingresso, della massa e della pressione di ingresso dei gas di scarico, svolgono un ruolo critico nelle prestazioni di questi sistemi. Queste variabili sono incluse nelle specifiche tecniche di SME, cosicché gli scambiatori di calore ibridi, che combinano piastre incise e alette, forniscono i migliori risultati termici possibili riducendo al minimo le perdite di carico di pressione.

Recupero del freddo dalla vaporizzazione del GNL

Esiste un'opportunità speciale per le navi a GNL che vengono rifornite di GNL, grazie al recupero dell'energia fredda derivante dalla vaporizzazione del GNL. La capacità del GNL di assorbire una grande quantità di energia termica durante il riscaldamento fino a diventare gas consente di utilizzare questa risorsa "fredda" negli scambiatori di calore per condensare la CO₂ catturata, destinata a stoccaggio liquefatto, oppure per migliorare l'efficienza dei sistemi di climatizzazione e refrigerazione della nave. Le soluzioni SME per scambiatori di calore integrano sistemi di recupero del freddo (CRS) in grado di ridurre il carico elettrico sui compressori, diminuendo il consumo di energia a bordo e il conseguente consumo di carburante. Le nostre PMI garantiscono lo stesso livello di efficienza anche sulle navi esistenti, grazie ai nostri processi certificati ISO e al nostro stabilimento di Nantong di 5000 m². Possiamo applicare le stesse tecniche alle navi già in servizio, in particolare a quelle con un rapporto favorevole tra dimensione della nave e consumo di carburante GNL.

Conclusione: L'impegno delle PMI per la decarbonizzazione

Scambio termico efficace: un’area cruciale in cui l’azione odierna può generare un impatto significativo sulla riduzione delle emissioni a livello globale della flotta marittima. SME Group fornisce soluzioni ingegneristiche per il trasferimento di calore finalizzate a ridurre il consumo di carburante e l’impronta ambientale, compresi il recupero del calore di scarto, il supporto alla cattura del carbonio, i cicli a CO₂ supercritica (S-CO₂) e il recupero del freddo dal LNG. Accreditato da ANAB, IAF e UKAS, certificato ISO 9001 e ISO 14001, SME Group dispone di oltre 100 specialisti e offre servizi tutto l’anno in tutti i cantieri navali del mondo, in particolare nella Cina continentale. Offriamo una garanzia di 12 mesi, accompagnata da un impegno storico denominato "Beyond Concern", per assicurare che ogni progetto contribuisca a un futuro marittimo più verde e sostenibile. Contattate oggi gli esperti di SME per scoprire come uno scambio termico energeticamente efficiente possa aiutarvi a ridurre l’impronta di carbonio della vostra nave e a contenere le spese operative.