Il più grande impianto solare-termico di essiccamento dei fanghi di depurazione al mondo

Oltre 12 km di tubi di acciaio a parete normale installati nel più grande impianto solare-termico di essiccamento dei fanghi di depurazione al mondo.
In Germania, sulla strada statale B224 di Bottrop, è in costruzione un impianto solare-termico per l’essiccamento dei fanghi di depurazione (parte dell’"impianto energetico ibrido Emscher") che sarà molto probabilmente il più esteso al mondo. Data l’entità dell’opera, il progetto richiesto per realizzarla al meglio rappresenta una sfida da ogni punto di vista; soprattutto nell’ottica della progettazione di tutti gli impianti, nei minimi dettagli, per tutti gli step di costruzione della struttura. 

Un esempio della complessità dell’opera: la necessità di collegare diverse centinaia di aerotermi nelle 32 camere di essiccamento. Dato che le camere si trovano su suolo non solidificato, le strutture dovranno avere una resistenza sul lungo periodo per reggere ai notevoli stress termici, corrosivi e meccanici a cui saranno sottoposte. Ecco perché sono stati scelti tubi d’acciaio a parete normale nelle dimensioni da 1 ¼ a 4" (da DN 32 a DN 100 in combinazione con raccordi Megapress (da ⅜ a 2") e Megapress S XL (da 2 ½ a 4") che - in puro stile Viega - sono stati pressati a freddo, e non saldati.

L'obiettivo: risparmiare energia
Il depuratore di Bottrop è uno dei più grandi in Germania. E non solo purifica, tratta o incenerisce le acque reflue di oltre 5 milioni di persone da tutta l’area del fiume Emscher, ma lavora anche i fanghi diretti all’impianto di essiccamento. Un processo tanto complesso quanto intenso dal punto di vista energetico. Per riuscire a incenerire le 120.000 tonnellate annue di fanghi nelle 2 fornaci dell’attiguo impianto di cogenerazione di energia-calore a 450 °C circa, i fanghi devono avere un preciso grado di essiccamento. Il tenore di materia secca ottimale è quello compreso tra il 60-70%. In precedenza, questo risultato si otteneva aggiungendo 20.000 tonnellate di carbon fossile durante il processo d’incenerimento; In futuro - grazie alle soluzioni dell’impianto energetico ibrido Emscher nel suo complesso - l’impianto solare-termico di essiccamento (STT) punterà a ridurre questa quantità il più possibile, minimizzando le combustioni per contribuire alla salvaguardia dell’ambiente e preservare risorse preziose al contempo.

Per raggiungere il traguardo, i fanghi di depurazione saranno pre-essiccati in 32 camere. Costruite come serre, le camere di essiccamento si trovano su circa 61.000 m² di suolo non solidificato, l’ex sede dei bacini dei fanghi di depurazione. In futuro, delle macchine caricatrici distribuiranno i fanghi alle camere di vetro attraverso un corridoio centrale, secondo una dettagliata analisi di flusso dei materiali. Nelle camere di vetro, i fanghi verranno essiccati tra i 10-14 giorni sotto la luce del sole e movimentati regolarmente da un processo automatizzato - un’altra prova esemplare di responsabilità ambientale. In caso di luce solare insufficiente, gli aerotermi disposti sotto i tetti delle camere verranno alimentati dall’impianto a ciclo combinato stesso oppure da un impianto di cogenerazione a cascata a quattro stadi della potenza termica di 10 MW.  Un aspetto in particolare evidenzia le dimensioni dello stabilimento in termini di capacità: ogni anno, circa 100.000 m³ di acqua evaporano dai fanghi quando l’impianto di essiccamento opera a piena potenza. In pratica, un totale equivalente alla quantità d’acqua potabile consumata in un solo giorno dall’intera città di Francoforte sul Meno.

Strutture leggere "sempre in movimento"
Un impianto di essiccamento dei fanghi di depurazione di questa scala è un grandissimo passo in avanti, specie se confrontato ad impianti simili realizzati in passato, che arrivavano al massimo al 10% della capacità di depurazione di quello attuale”, spiega Norbert Schepers, responsabile di progetto per Emscher Wassertechnik GmbH, studio a capo del progetto. Il riferimento è alle sfide che l’impianto pone dal punto di vista ingegneristico, quali ad esempio la valutazione di come le considerevoli dilatazioni termiche delle strutture leggere e in particolare delle tubazioni (il cui percorso si sviluppa lungo corridoi lunghi oltre 160 m, superando addirittura i 200 m nel corridoio centrale) possano essere compensate, soprattutto nel caso in cui variazioni del microclima dovute a fenomeni atmosferici rendano queste dilatazioni interferenti o altamente divergenti. Grazie all’impiego del sistema Viega Megapress, fino ad ora è stato possibile installare più di 12 km di tubazione in acciaio. Sui lunghi tratti rettilinei sono stati utilizzati appositi compensatori delle dilatazioni e curve di espansione ad ampio raggio; nei punti di uscita della linea di distribuzione principale verso le singole camere di essiccazione, così come in corrispondenza dei collegamenti agli aerotermi, tuttavia, si è reso necessario installare degli speciali compensatori “a tubo flessibile”. La motivazione? Oltre ai sopracitati stress termici, anche i movimenti dovuti alla dinamica delle strutture leggere sottopongono le installazioni a ulteriori sollecitazioni. Collegamenti e raccordi di tipo fisso sarebbero soggetti a carichi estremi. Non è il caso dei componenti flessibili, che permettono disaccoppiamenti strutturali a compensare qualsiasi sforzo di taglio.