Come le pompe di calore contribuiscono all'efficienza energetica della produzione di birra

La birra è una delle bevande più popolari in Svizzera e sempre più persone bevono birra in lattina. Se nel 1980 la quota della birra in lattina era solo di mezzo punto percentuale, nel 2000 era già del 10% - e oggi è un orgoglioso 44%. Ogni anno, i signori svizzeri consumano circa 400 milioni di lattine di birra.

Le lattine offrono grandi vantaggi rispetto al vetro: sono più leggere e offrono un fattore di protezione dalla luce più elevato. È l'ideale per la birra, che deve essere conservata in un luogo fresco e buio. Tuttavia, a causa della loro struttura, le lattine devono essere sottoposte a un ulteriore trattamento termico in un pastorizzatore dopo il riempimento. Questo è il modo in cui la birra viene resa durevole. I grandi birrifici utilizzano spesso un pastorizzatore a tunnel, in grado di trattare volumi elevati.

250 milioni di bottiglie e lattine all'anno

Feldschlösschen a Rheinfelden possiede un pastorizzatore a tunnel di questo tipo. L'imponente macchina è lunga 20 metri e larga quasi 6 metri. Può pastorizzare fino a 55.000 lattine o bottiglie all'ora. I contenitori vengono introdotti nel pastorizzatore su un nastro trasportatore largo 4,5 metri. È suddiviso in dieci zone. Nelle prime tre zone, le lattine e le bottiglie sigillate vengono cosparse di acqua calda e quindi riscaldate a circa 53°C. Nelle successive quattro zone, le lattine e le bottiglie vengono pastorizzate. Nelle quattro zone successive, le bottiglie e le lattine continuano a essere cosparse d'acqua. In questo modo la temperatura viene mantenuta tra i 62°C e i 64°C (temperatura di pastorizzazione) durante la corsa. Infine, nelle ultime tre zone, i contenitori vengono lentamente raffreddati a circa 28°C con acqua fresca. L'intero processo dura circa 40 minuti, durante i quali i contenitori devono essere tenuti al caldo per circa 20 minuti. Di conseguenza, da un lato il processo richiede molta energia per aumentare e mantenere la temperatura durante la pastorizzazione. D'altra parte, le lattine devono essere raffreddate prima della lavorazione e del confezionamento, il che comporta un notevole dispendio di energia. Circa 250 milioni di bottiglie e lattine vengono sottoposte a questo processo ogni anno presso la Feldschlösschen di Rheinfelden.

Fino ad ora, Feldschlösschen ha prelevato tutto il calore per il pastorizzatore a tunnel dalla generazione centrale di calore della caldaia. Qui il 70% del calore è fornito da energie rinnovabili (biogas e alcol dalla produzione di birra) e il 30% dal gas naturale. Un circuito di raffreddamento ad acqua dissipa il calore residuo del pastorizzatore. Quando le temperature esterne sono basse, una torre di raffreddamento raffredda il circuito dell'acqua di raffreddamento; altrimenti, il processo deve essere raffreddato con acqua dolce.

Feldschlösschen ora riscalda l'acqua per il pastorizzatore con una pompa di calore da 400 kW. In questo modo migliorano l'efficienza energetica del processo e riducono le emissioni di CO2. Inoltre, il calore del processo di raffreddamento del pastorizzatore serve come fonte di calore per la pompa di calore e il calore di scarto dei compressori d'aria viene utilizzato dalla pompa di calore. Pertanto, in fase di pianificazione è stato fissato l'obiettivo di ridurre le emissioni di CO2 fino a 400 tonnellate all'anno. Allo stesso tempo, si è cercato di trovare un refrigerante rispettoso del clima per la pompa di calore. La scelta è caduta sul refrigerante HFO R1234ze, che ha un potenziale di riscaldamento globale (GWP) di 3 e rientra quindi nella gamma dei refrigeranti naturali.

L'implementazione è stata accompagnata scientificamente

Gli specialisti di Feldschlösschen hanno pianificato internamente l'implementazione dell'idea e hanno realizzato il progetto insieme all'installatore di lunga data e al fornitore della pompa di calore. Thomas Janssen, responsabile dello sviluppo della sostenibilità di Feldschlösschen Supply AG, ha anche fatto monitorare e valutare scientificamente la conversione dell'alimentazione energetica del pastorizzatore a tunnel dall'Istituto per i sistemi energetici dell'Università di Scienze Applicate della Svizzera orientale.

I risultati di una valutazione durata cinque mesi da parte della dott.ssa Ekaterina Möhr, assistente di ricerca presso l'Università di Scienze Applicate dell'Est, hanno dimostrato che la pompa di calore funziona in modo molto efficiente e raggiunge un COP di 3,2 - questo a una temperatura di condensazione di 73°C e un innalzamento della temperatura di 57°C. Il nuovo sistema è ben integrato nell'impianto. La nuova unità è ben integrata nel sistema e fornisce una capacità di riscaldamento media di 230 kW. Durante le 5.200 ore di funzionamento del pastorizzatore a tunnel, con la pompa di calore si potrebbero risparmiare 275 tonnellate di CO2 nel primo anno di funzionamento. Si tratta di una cifra leggermente inferiore a quella calcolata inizialmente. D'altra parte, il consumo di gas si riduce di conseguenza.

Feldschlösschen ha affrontato due sfide principali nell'integrazione della pompa di calore nel processo di produzione: da un lato, Thomas Janssen e il suo team hanno avuto bisogno di un po' di tempo per familiarizzare con le diverse condizioni operative in inverno e in estate. Questo perché la pompa di calore e i sistemi periferici dovevano essere accuratamente adattati alle diverse condizioni di processo. D'altra parte, l'integrazione nel controllo generale del processo è stata impegnativa. Ma sono proprio queste sfide a essere stimolanti per Thomas Janssen e il suo team. Grazie alla sua pluriennale esperienza nei processi, Thomas Janssen classifica il progetto come una nuova fonte di conoscenza che può aiutare l'azienda a muoversi verso il "net zero".

Nel contesto geopolitico del 2022, la valutazione della redditività economica è difficile. All'inizio del progetto, nel 2020, sono stati ipotizzati costi di investimento di circa 500.000 franchi svizzeri e un periodo di ammortamento di 7,5 anni. Grazie a una sovvenzione federale, il periodo di ammortamento si è ridotto a circa cinque anni. La possibilità di un tempo di ammortamento ancora più breve dipende dall'andamento dei prezzi dell'elettricità e del gas. Il team vede un ulteriore potenziale nell'ulteriore miglioramento dell'impostazione dei parametri di funzionamento e nell'ulteriore integrazione del sistema di riscaldamento dell'edificio come consumatore di calore, al fine di raggiungere l'obiettivo di riduzione delle emissioni di 400 t di CO2.