Quali indicatori di sostenibilità (energia, CO2, acqua) si possono riportare in modo utile per i processi di miscelazione?
Per i processi di miscelazione industriali sono particolarmente adatti indicatori di sostenibilità specifici, riferiti al prodotto, integrati da valori assoluti di energia, emissioni e acqua. Questa combinazione consente di inquadrare i processi nel tempo, tra ricette, impianti e siti, di individuare potenziali di efficienza e di integrare i dati in sistemi di gestione e reporting riconosciuti. Presupposto per confronti solidi sono un confine di sistema definito in modo univoco, un'unità funzionale chiara — ad esempio una tonnellata di prodotto vendibile o un lotto — nonché metodi di misura e di calcolo coerenti.
Per la valutazione energetica di un processo di miscelazione, il consumo energetico specifico è un indicatore centrale. Viene solitamente espresso come energia elettrica in kWh per tonnellata, chilogrammo o metro cubo di prodotto vendibile. Nei miscelatori discontinui può inoltre essere utile il consumo energetico per lotto. Determinante è che non venga considerato solo l'assorbimento di energia dell'azionamento di miscelazione, ma — a seconda del confine di sistema scelto — vengano incluse anche le apparecchiature ausiliarie come organi di dosaggio, tecnica di trasporto, generazione del vuoto, aria compressa, aspirazione, termoregolazione e tecnica di controllo. Solo così è possibile valutare in modo tracciabile il fabbisogno energetico effettivo della fase di miscelazione.
L'assorbimento di potenza elettrica del miscelatore in kW, come andamento temporale, integra il consumo energetico specifico. I profili di carico rendono visibili picchi di avviamento, fasi di funzionamento a vuoto, sollecitazioni insolite e oscillazioni di potenza legate al processo. Particolarmente significativa è la considerazione della quota di energia di funzionamento a vuoto, di allestimento, di pulizia e di standby sul consumo energetico complessivo della fase di miscelazione. Valori elevati possono indicare tempi di attesa evitabili, passaggi di consegne tra turni sfavorevoli, cambi di prodotto lunghi, sequenze di ricetta inadeguate o parametri di controllo inefficienti. Con mezzi ad alta viscosità, processi di dispersione o compiti di miscelazione intensivi, può essere inoltre rilevata l'energia di agitazione specifica in kWh/kg o Wh/L.
Se un miscelatore viene riscaldato, raffreddato, essiccato o impiegato per processi esotermici, anche il fabbisogno energetico termico dovrebbe essere valutato separatamente. Indicatori utili sono, ad esempio, il fabbisogno di calore o di freddo in kWh ovvero MJ per lotto o per tonnellata di prodotto. In questo caso possono essere considerati vapore, olio diatermico, riscaldamento elettrico, acqua di raffreddamento, acqua refrigerata o altri vettori energetici. Un indicatore di recupero energetico è opportuno soprattutto quando dall'aria di scarico, dai circuiti di raffreddamento, dai mezzi termici o dal calore di processo viene effettivamente recuperata energia utilizzabile e impiegata in un'altra fase di processo. Nei classici processi di miscelazione a secco di polveri senza fonti di calore rilevanti, un simile indicatore ha spesso un valore informativo limitato.
Per le emissioni di CO₂ e di gas serra, la fase di miscelazione dovrebbe essere chiaramente distinta dall'impronta complessiva del prodotto. Le emissioni dirette derivanti da combustibili impiegati in loco per calore, vapore, olio diatermico o apparecchiature alimentate direttamente vengono rilevate come Scope 1. Le emissioni indirette derivanti da elettricità, vapore, calore e freddo acquistati vengono indicate come Scope 2. Il GHG Protocol distingue in questo caso il metodo location-based, che utilizza fattori di emissione medi della rispettiva rete elettrica, e il metodo market-based, che considera determinate informazioni contrattuali ovvero specifiche del fornitore relative all'approvvigionamento. Nei mercati con strumenti contrattuali e dati idonei, entrambe le prospettive Scope 2 dovrebbero essere riportate in modo tracciabile.
Un indicatore centrale riferito al prodotto è l'intensità di CO₂ della fase di miscelazione, ad esempio in kg CO₂e per tonnellata di prodotto vendibile, per chilogrammo o per lotto. Consente il confronto tra diverse modalità operative, impianti o siti, a condizione che confine di sistema, unità funzionale, fattore di emissione elettrica, periodo di rendicontazione e metodo di calcolo coincidano. Indicatori come kg CO₂e per ora di funzionamento possono essere utili in aggiunta, ma da soli sono meno significativi, poiché non considerano la quantità effettivamente prodotta. Un Product Carbon Footprint dovrebbe essere indicato solo se il suo confine di sistema è descritto in modo univoco. Un PCF gate-to-gate si riferisce alla fase di produzione definita, mentre un PCF cradle-to-gate può includere anche emissioni a monte rilevanti derivanti da materie prime, additivi, imballaggi, materiali ausiliari e trasporti. Proprio con materie prime ad alta intensità di emissioni, queste emissioni a monte sono spesso più rilevanti dell'assorbimento di energia del miscelatore vero e proprio.
Le emissioni evitate non dovrebbero essere mescolate con le emissioni Scope 1, Scope 2 o Scope 3 contabilizzate. Si prestano come indicatore separato di progetto o di confronto, ad esempio in caso di retrofit, ottimizzazione della ricetta, miglioramento dello svuotamento residuo o cambio del vettore energetico. Presupposto è uno scenario di riferimento documentato in modo trasparente, con la stessa unità funzionale, confini di sistema identici, ipotesi chiare, condizioni operative comparabili e fattori di emissione tracciabili.
Gli indicatori relativi all'acqua dovrebbero distinguere tra prelievo idrico, consumo idrico e scarico delle acque reflue. L'acqua può essere impiegata nel processo di miscelazione come componente della ricetta, mezzo di raffreddamento, mezzo di pulizia o materiale ausiliario. Il prelievo idrico dovrebbe essere rilevato in m³ o litri all'anno e inoltre riferito a un'unità di produzione, ad esempio m³ per tonnellata di prodotto. Una suddivisione sensata distingue acqua di processo, acqua di pulizia, acqua di raffreddamento e altri consumi. Il consumo idrico descrive la quantità d'acqua che non viene restituita allo stesso ambiente o a un ambiente comparabile. Può essere determinato, in linea di principio, come prelievo idrico al netto dello scarico e delle variazioni delle riserve idriche. Il GRI 303 tratta pertanto prelievo idrico, scarico idrico e consumo idrico come dati correlati.
Con cambi di prodotto frequenti o elevati requisiti igienici, il consumo di acqua di pulizia per pulizia o per cambio di prodotto è particolarmente rilevante. Può essere espresso in litri o metri cubi per ciclo di pulizia CIP, WIP o manuale, nonché in relazione alla quantità di prodotto realizzata. Oltre alla quantità d'acqua, dovrebbe essere rilevato anche il consumo di prodotti chimici di pulizia, se rilevanti per l'impatto ambientale o per i costi. Il volume delle acque reflue può essere riportato come m³ per tonnellata di prodotto o per lotto. A seconda del settore e delle condizioni di scarico, sono inoltre opportuni parametri di carico rilevanti come domanda chimica di ossigeno, domanda biologica di ossigeno, carico di solidi, valore pH, conduttività o altri parametri specifici del prodotto.
Un tasso di riutilizzo o di riciclo dell'acqua può essere indicato se l'acqua trattata viene effettivamente reimpiegata in applicazioni consentite. In questo caso deve essere chiaramente specificato se si tratta di un ricircolo interno, di un utilizzo per pulizia, raffreddamento o altri processi ausiliari. Il semplice ricircolo dell'acqua di raffreddamento non costituisce automaticamente un riutilizzo nel senso di un risparmio di risorse aggiuntivo. Il significato del consumo idrico dovrebbe inoltre essere considerato nel contesto del sito. I prelievi in regioni a rischio di stress idrico possono essere più rilevanti dal punto di vista ecologico rispetto a quantità notevolmente maggiori in siti ricchi d'acqua. È quindi opportuna una classificazione in base a indicatori di stress idrico riconosciuti. Il GRI 303 richiede una considerazione separata dei prelievi idrici nelle aree a rischio di stress idrico.
Indicatori di processo complementari aiutano a rendere visibili le cause di un elevato consumo di energia, CO₂ o acqua. Tra questi rientrano l'Overall Equipment Effectiveness, i tempi di fermo non pianificati, i tassi di scarto e rilavorazione, le quantità residue dopo lo svuotamento, la durata di pulizia, la frequenza di pulizia e la coerenza da lotto a lotto. Una bassa disponibilità dell'impianto o lotti difettosi aumentano il consumo di risorse per quantità di prodotto vendibile, poiché energia, acqua e materie prime vengono impiegate senza che si generi una corrispondente creazione di valore. Un buono svuotamento residuo e una conduzione di processo stabile possono ridurre le perdite di prodotto, l'onere di pulizia e le rilavorazioni.
Per un reporting di sostenibilità significativo, i valori annui assoluti e gli indicatori specifici di prodotto dovrebbero essere indicati congiuntamente. I valori assoluti mostrano l'impatto ambientale complessivo di un sito o di un'azienda. I valori specifici rendono visibili le variazioni di efficienza, anche quando quantità di produzione, mix di prodotto o ore di funzionamento oscillano. Una base di indicatori adatta alla pratica comprende quindi almeno il consumo energetico totale e l'intensità energetica per tonnellata di prodotto, le emissioni Scope 1 e Scope 2, l'intensità di CO₂e della fase di miscelazione delimitata, il prelievo idrico, il consumo idrico, il volume delle acque reflue, l'acqua di pulizia per cambio di prodotto, nonché indicatori rilevanti su scarto, rilavorazione e svuotamento residuo.
La rilevazione dei dati dovrebbe avvenire, per quanto possibile, in modo automatizzato tramite contatori di elettricità, calore, acqua ed eventualmente acque reflue idonei e tarati in modo tracciabile. Il collegamento con il sistema di conduzione del processo, il sistema di gestione dell'energia, i sistemi di conduzione e produzione sovraordinati, l'ERP o il software di manutenzione facilita l'attribuzione a lotti, ricette, quantità di produzione e cause di fermo. Per dati coerenti e verificabili dovrebbero essere documentati confini di sistema, unità funzionali, periodi di rendicontazione, metodi di misura, lacune nei dati, fattori di emissione, metodi di calcolo e responsabilità. L'inquadramento può orientarsi al GHG Protocol, alla ISO 50001, alla ISO 14064, al GRI 302, al GRI 303 e al GRI 305, nonché — per le aziende soggette a obbligo di rendicontazione — ai requisiti pertinenti dell'ESRS E1 per il clima e dell'ESRS E3 per acqua e risorse marine.
Così amixon® risolve questo compito
Per amixon® sostenibilità significa considerare congiuntamente impiego di energia, resa delle materie prime, onere di pulizia, manutenzione e vita utile. L'effettivo impatto ambientale ed economico dipende tuttavia sempre da prodotto, ricetta, dimensione del lotto, grado di riempimento, compito di miscelazione, requisiti igienici e modalità operativa. amixon® valuta pertanto i parametri di processo essenziali nel modo più possibile legato all'applicazione — ad esempio tramite prove con il prodotto originale nel centro prove o tramite misurazioni nell'esercizio successivo.
L'efficienza energetica di un miscelatore è determinata in modo sostanziale dal principio di miscelazione, dalla geometria dell'utensile, dalla velocità di rotazione, dal grado di riempimento e dal tempo di miscelazione necessario. In molte applicazioni, i miscelatori amixon® lavorano con basse velocità periferiche degli utensili di miscelazione. Ciò può consentire un ricambio di prodotto delicato e limitare l'apporto energetico meccanico. La velocità di rotazione ottimale e il fabbisogno di potenza effettivo vengono tuttavia sempre adeguati al rispettivo compito di miscelazione. Nel miscelatore Gyraton® GM per lotti grandi, l'attenzione è rivolta a un compito di miscelazione preciso, delicato sul prodotto e realizzabile con una potenza installata relativamente bassa. La potenza installata concreta e il consumo energetico specifico per lotto o tonnellata di prodotto dipendono da prodotto, grado di riempimento, ricetta, tempo di miscelazione e omogeneità richiesta.
Tempi di miscelazione brevi possono ridurre il consumo energetico per lotto, a condizione che la qualità di miscelazione richiesta venga raggiunta in modo riproducibile. Nel miscelatore KoneSlid® KS, amixon® indica una qualità di miscelazione ottimale dopo circa 20-30 giri dell'utensile. Questo dato è specifico per prodotto e non è trasferibile senza ulteriori verifiche ad altri tipi di miscelatore, ricette o gradi di riempimento. Per una valutazione solida, il consumo energetico specifico dovrebbe quindi essere determinato tramite prove nel centro prove o misurazioni operative. Indicatori significativi sono, ad esempio, kWh per lotto, kWh per tonnellata di prodotto e l'assorbimento di potenza nell'andamento temporale.
Una leva centrale per l'impiego efficiente delle materie prime è lo svuotamento il più possibile completo del miscelatore. Quantità residue ridotte possono diminuire le perdite di prodotto, l'onere di pulizia aggiuntivo e, nei cambi di prodotto, anche i rischi di contaminazione crociata. A seconda di prodotto, tipo di miscelatore ed esecuzione, i miscelatori amixon® possono raggiungere gradi di svuotamento elevati. Con la tecnologia ComDisc®, in condizioni idonee, sono possibili gradi di svuotamento fino al 99,997% e oltre. Lo svuotamento residuo raggiungibile deve tuttavia essere valutato con il rispettivo prodotto originale, poiché comportamento di scorrimento, umidità, dimensione delle particelle, densità apparente e tendenza all'adesione hanno un'influenza sostanziale.
Camere di miscelazione a bassa presenza di spazi morti, ben accessibili, e una pulizia adeguata al prodotto possono ridurre il fabbisogno di acqua, prodotti chimici di pulizia e interventi manuali. Nelle applicazioni con incorporazione di liquidi, un dosaggio finemente distribuito e adeguato al prodotto può contribuire a limitare le adesioni locali. Se ne derivino tempi di pulizia ridotti o un minor consumo di detergenti dipende da ricetta, prescrizioni igieniche, frequenza dei cambi e dal rispettivo procedimento di pulizia. Con polveri sensibili alla temperatura, un principio di miscelazione delicato può aiutare a limitare un apporto termico indesiderato. Se ciò consenta effettivamente di risparmiare energia di raffreddamento dovrebbe essere valutato per via strumentale per il processo concreto.
Anche una lunga vita utile economica può contribuire al risparmio di risorse. Costruzioni robuste, materiali idonei, buona accessibilità per la manutenzione, approvvigionamento di ricambi e opzioni di retrofit aiutano a gestire gli impianti di miscelazione per molti anni e ad adeguarli a requisiti mutati. amixon® supporta i gestori con manutenzione, approvvigionamento di ricambi, modernizzazione e retrofit. Secondo quanto indicato da amixon®, i ricambi vengono immagazzinati tra l'altro presso sedi in Germania, Stati Uniti e Giappone, per limitare il più possibile i tempi di fermo. Le modernizzazioni possono riguardare, ad esempio, azionamenti, sistemi di controllo, sensoristica, funzioni di sicurezza, tecnica di dosaggio, pulizia o documentazione di processo.
Per un reporting di sostenibilità tracciabile sono determinanti indicatori legati all'applicazione. Tra questi rientrano in particolare il consumo energetico specifico per lotto o tonnellata di prodotto, l'assorbimento di potenza nell'andamento del processo, la quantità residua dopo lo svuotamento, il tasso di perdita di prodotto, il consumo di acqua e detergenti per pulizia o cambio di prodotto, il consumo di componenti di usura, nonché la vita utile dell'impianto. A seconda del concetto di automazione, i corrispondenti dati operativi e di processo possono essere rilevati, documentati e utilizzati per analisi di energia, CO₂, risorse o OEE in base al progetto specifico.
Prima di un investimento, il compito di miscelazione concreto può essere sperimentato nel centro prove amixon® con il prodotto originale. Presso la sede principale di Paderborn sono disponibili a tal fine più di 30 impianti di prova in diverse taglie. amixon® gestisce inoltre centri tecnici negli Stati Uniti, in Cina, Giappone, India, Thailandia e Corea del Sud. Le prove possono essere condotte con gradi di riempimento e dimensioni di lotto vicini all'applicazione, nonché con gli intervalli di temperatura e pressione previsti. Vengono valutati, tra l'altro, qualità di miscelazione, delicatezza sul prodotto, apporto energetico, svuotabilità, pulibilità e riproducibilità. I risultati documentati aiutano i gestori nella scelta di un'esecuzione idonea e nella valutazione dei rischi tecnici ed economici prima di un investimento.
Un tempo di miscelazione breve non è in ogni applicazione l'obiettivo prioritario. Quando qualità del prodotto, delicatezza sul prodotto e una bassa potenza elettrica installata sono al centro dell'attenzione, un'omogeneizzazione più lunga e deliberatamente condotta a bassa velocità può essere vantaggiosa. Il silo miscelatore Gyraton® segue questo principio: l'utensile di miscelazione può lavorare con una velocità di rotazione molto bassa e rimescolare il prodotto sfuso in modo delicato. Ciò consente di mantenere bassa la potenza di azionamento necessaria in rapporto alla grande quantità del lotto. I miscelatori Gyraton® sono disponibili per dimensioni di lotto fino a 100 m³ e sono adatti a solidi sfusi asciutti, umidi e bagnati. Il tempo di miscelazione concreto e la potenza del motore vengono progettati di volta in volta in base a prodotto, dimensione del lotto, grado di riempimento e qualità di miscelazione richiesta.