As grandes bombas de calor que transformam gás

Por Johnny Wood

Num mundo cada vez mais digital, a nossa crescente dependência dos ecrãs é um sinal ameaçador para os fabricantes de papel, à medida que a utilização de papel de jornal, de escrita e de impressão diminui. No entanto, a procura de papel de embalagem, de qualidade inferior e de papel doméstico continua a expandir-se, aumentando 2% anualmente.

A produção de celulose e papel foi responsável por 2% das emissões globais de CO₂ da indústria em 2021 e espera-se que a produção continue a aumentar até 2030, de acordo com a Agência Internacional de Energia (AIE), o que levanta questões importantes sobre a sustentabilidade a longo prazo da indústria.

É aí que entram as bombas de calor. Os fabricantes de equipamentos com visão de futuro estão a superdimensionar os designs convencionais de bombas de calor utilizados nas residências, para ajudar a descarbonizar indústrias com utilização intensiva de gás, como a pasta e o papel.

A produção de papel requer calor intenso para evaporar grandes quantidades de água no processo de secagem: calor que poderia ser reutilizado em vez de desperdiçado. A secagem representa mais de dois terços da energia utilizada na fabricação de papel.

A ampliação da tecnologia de bomba de calor permite que os fabricantes de papel aproveitem grandes quantidades de calor residual de baixa temperatura da produção e o reaproveitem para uso em altas temperaturas no processo de secagem.

A empresa do Grupo Mitsubishi Heavy Industry (MHI), Turboden, assinou um contrato com uma empresa europeia líder na indústria de celulose e papel para criar uma grande bomba de calor (LHP) sob medida com capacidade de gerar vapor de alta temperatura sem emissões de CO₂ na produção processo.

Usando líquido refrigerante, a tecnologia LHP da Turboden se integrará a um compressor mecânico de vapor para transformar calor de baixa qualidade, variando entre 10 e 12°C, em vapor superaquecido de mais de 200°C, necessário para produzir papel.

O LHP transfere energia térmica da fonte de calor de baixa temperatura para um trocador de calor, transformando um líquido refrigerante natural em gás. O compressor transmite energia ao gás, fazendo com que sua temperatura e pressão aumentem ainda mais. O calor do gás refrigerante pressurizado é então liberado, pronto para ser utilizado para aquecer o condensado em vapor superaquecido, enquanto deixa o refrigerante retornar à forma líquida à medida que esfria ainda mais por despressurização, pronto para o ciclo começar novamente.

O projeto também é um encontro de mentes entre duas empresas do Grupo MHI, reunindo o conhecimento industrial da Turboden e o conhecimento e experiência da Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation, para desenvolver um sistema de fornecimento de calor mais limpo e eficiente.

A combinação destas duas tecnologias ajudaria a empresa europeia de pasta e papel a reduzir até 23.200 toneladas de CO₂ anualmente provenientes do seu processo de aquecimento.

Para indústrias com uso intensivo de gás, como celulose e papel, a combinação das tecnologias LHP e compressor de vapor fornece uma maneira eficiente de reduzir as emissões industriais de gases de efeito estufa associadas à produção de energia térmica. Essas duas tecnologias poderiam reduzir em mais da metade a energia usada para secar papel, afirma o relatório do grupo de trabalho EHPA/Cepi.

Esforços alternativos para tornar a fabricação de papel mais eficiente em termos energéticos também se concentram na melhoria do processo de secagem do papel. Um consórcio de universidades técnicas nos Países Baixos está a trabalhar para desenvolver tecnologias não térmicas de remoção de água baseadas em forças eléctricas, observa a IEA.

Também estão em curso pesquisas na Alemanha e na Escandinávia para desenvolver métodos de fabrico de papel sem utilizar água, embora ainda haja algum caminho a percorrer para implementar tais soluções em escala.

Atualmente, as bombas de calor fornecem cerca de 10% da procura final de energia industrial em regiões como a Europa, de acordo com um grupo de trabalho conjunto da Associação Europeia de Bombas de Calor (EHPA) e da Confederação das Indústrias Europeias de Papel (Cepi). Isto está a ajudar a aumentar a eficiência energética e a reduzir as emissões em muitos setores industriais, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis.

A siderurgia é outra indústria com utilização intensiva de calor e difícil de reduzir, onde a reciclagem do calor residual pode produzir enormes ganhos de eficiência e reduções de emissões. Turboden também está trabalhando em outro projeto de desenvolvimento de uma solução LHP para a Ori Martin na indústria siderúrgica italiana. A Turboden criou uma solução LHP para a fábrica de aço Ori Martin, na região da Lombardia, no norte da Itália. A grande solução de bomba de calor transforma o calor residual de baixa temperatura do circuito de resfriamento do forno elétrico a arco em água pressurizada, que alimenta a rede de aquecimento distrital da cidade vizinha de Brescia.