Cina: innovazioni nell’utilizzo dell’ossigeno? 

Quando si parla di “utilizzo dell’ossigeno”, molte persone pensano immediatamente ai grandi impianti metallurgici o chimici o alle gigantesche unità di separazione dell’aria (ASU). Ma la realtà, almeno quella che ho osservato negli ultimi dieci anni in Cina, è molto più interessante e, diciamo, “più terra terra”. Non stiamo parlando tanto di raccolta ed elaborazione globale, ma di ottimizzazione locale, quasi punto per punto, dei processi, dove si trova questo “ossigeno”. - spesso una risorsa sottoprodotto, in eccesso o, al contrario, scarsa - diventa un punto di innovazione. E qui gli ingegneri cinesi, soprattutto negli istituti di design privati, mostrano una flessibilità sorprendente. A volte i loro approcci sembrano non standard, persino rischiosi, ai colleghi occidentali, ma consentono di risolvere problemi che sarebbero considerati non redditizi nel quadro degli schemi classici.

Da dove viene il “extra”? ossigeno?

La prima e più ovvia fonte sono quelle stesse impostazioniseparazione dell'aria. Criogenico o ad adsorbimento. Producono principalmente azoto, spesso l'ossigeno è un sottoprodotto. In precedenza, veniva semplicemente... rilasciato nell'atmosfera. Al giorno d'oggi questo è considerato uno spreco. La seconda fonte sono i processi tecnologici, ad esempio nell'industria chimica, dove viene rilasciato gas con un elevato contenuto di O2. Il terzo, meno ovvio, riguarda i flussi arricchiti di ossigeno nelle industrie in cui i parametri sono regolati con precisione. Il compito è non lasciare che questo gas scompaia.

Ma ecco un punto chiave che spesso sfugge agli articoli teorici: il gas in sé non è una risorsa. Deve essere portato alla purezza e alla pressione richieste, garantire una fornitura stabile e, soprattutto, trovare un consumatore a pochi passi. La logistica dell’ossigeno liquefatto o compresso è un ulteriore grattacapo e fattore di costo. Pertanto, i progetti di riciclaggio di maggior successo che ho visto sono sempre legati alla simbiosi delle imprese su un sito o in un parco industriale.

Ad esempio, c'era un progetto per un impianto per la produzione di polisilicio. Lì, il processo ha prodotto un gas contenente ossigeno come sottoprodotto. Da un lato potrebbe essere purificato e utilizzato per arricchire l'esplosione dei forni del vicino sito metallurgico. D'altro canto sono sorte domande riguardanti la stabilità della composizione e la sicurezza. La soluzione si è rivelata non essere la supertecnologia, ma un sistema flessibile per il monitoraggio e la miscelazione dei flussi. Ingegneri daChengdu Yizhi Technology Co.Sono semplicemente specializzati in questi "non standard". integrazioni. Non si limitano a vendere l’installazione, ma progettano il sistema per uno specifico puzzle tecnologico.

Fallimenti e lezioni: quando nasce l?innovazione? dipende dall'economia

Ti racconterò di un episodio che mi ha insegnato molto. Circa quattro anni fa si tentò di introdurre in un cementificio un sistema di recupero dell'ossigeno con una piccola ASU. L'idea era bellissima: utilizzare l'ossigeno in eccesso per arricchire l'aria nel forno, aumentare la temperatura di combustione, ridurre il consumo di carburante e le emissioni. Tecnicamente, tutto ha funzionato nell'impianto pilota.

Ma su vasta scala sono sorte complicazioni inaspettate. In primo luogo, la corrosione nei condotti del gas è accelerata a causa dell'aumento del contenuto di ossigeno e vapore acqueo. Abbiamo dovuto cambiare urgentemente il materiale in alcune aree: questo ha consumato la maggior parte dei risparmi. In secondo luogo, l'automazione responsabile della miscelazione non è riuscita a far fronte alle fluttuazioni di pressione nel flusso principale di ossigeno proveniente dall'ASU. Di conseguenza, il processo è diventato instabile. Il progetto è stato congelato. La conclusione principale è che il riciclaggio non può essere considerato isolatamente. Abbiamo bisogno di un audit di sistema di tutte le apparecchiature associate e di un margine di sicurezza integrato in termini di denaro e tempo per tali “sorprese”.

È stato dopo questi casi che aziende come Yizhi Technology hanno iniziato a prestare maggiore attenzione all'analisi dei rischi pre-progetto, soprattutto per le applicazioni non standard. Il loro sito webyzkjhx.ruora, tra l'altro, riflette questo approccio: ci sono molti casi sull'integrazione dei flussi di gas in catene tecnologiche complesse, e non solo un catalogo di apparecchiature.

Dove va effettivamente l’ossigeno riciclato?

Se ignoriamo questioni di alto livello come la medicina (dove i requisiti di pulizia sono proibitivi), l’applicazione principale è, ovviamente, l’industria. Ma anche qui c’è evoluzione. In precedenza, il principale consumatore era la metallurgia. Ora vedo la crescita in due direzioni.

Il primo è il trattamento delle acque reflue (aerazione). Sembrerebbe banale. Ma le nuove tecnologie di membrana e di adsorbimento consentono di ottenere l'ossigeno alla concentrazione richiesta (85-93%) sul posto in modo più economico e affidabile rispetto all'importazione di bombole. Per i grandi impianti di trattamento delle acque reflue nei nuovi ecoparchi in Cina, questo è diventato quasi uno standard. La seconda direzione è la chimica su piccola scala e la produzione di nuovi materiali, ad esempio grafene o ossidi di elevata purezza, dove il controllo dell’atmosfera nel reattore è fondamentale. Ciò di cui abbiamo bisogno qui non sono migliaia di metri cubi all'ora, ma 10-50 metri cubi stabili con la massima stabilità dei parametri.

Ed ecco la cosa interessante: i grandi impianti criogenici sono inefficaci per tali esigenze. Stanno diventando sempre più importanti le unità compatte PSA (adsorbimento) o a membrana, che possono essere integrate direttamente nella linea di processo. Sono progettati e configurati da istituti come Yizhi Technology. La loro nicchia non è la capacità dei gigawatt, ma l'adattamento preciso al processo.

Il ruolo degli istituti di design: perché sono diventati protagonisti?

Il modello cinese, dove esiste un forte istituto di design con un capitale sociale di 120 milioni di yuan (comeChengdu Yizhi Technology Co., Ltd.) lavora in collaborazione con un'azienda tecnologica (Huaxi Technology) e ha dimostrato la sua efficacia in questi settori di nicchia. I giganti statali sono utili per progetti standard su larga scala. E quando sono necessari un pensiero ingegneristico non standard, un rapido adattamento e la volontà di assumersi rischi tecnologici, questi attori entrano in gioco.

Funzionano secondo il principio “dal problema alla soluzione”. Un cliente si rivolge a loro non con la richiesta “comprarci un'unità di recupero dell'ossigeno?”, ma con il compito: “abbiamo questo flusso di gas con questi e tali parametri, dobbiamo ridurre il costo di questo processo o utilizzare queste emissioni?”. E l'istituto inizia a modellare e offrire opzioni: in alcuni luoghi è possibile cavarsela con un'ulteriore messa a punto delle apparecchiature esistenti, in altri è necessario un nuovo modulo e in altri è più redditizio dal punto di vista economico cambiare completamente parte del processo tecnico di base.

È questa la vera “innovazione nel riciclo”? in pratica. Non è sempre associato a una tecnologia innovativa per la produzione o la purificazione dell’ossigeno. Più spesso si tratta di un'innovazione nel pensiero sistemico e nell'integrazione ingegneristica. Sul loro sito web è chiaro che si posizionano specificamente come integratori di progetti, il che è pienamente coerente con le mie osservazioni sul mercato.

Qual è il prossimo passo? Tendenze e limiti

Se guardiamo ai prossimi 5-10 anni, la tendenza sarà verso un ulteriore decentramento e un’integrazione “intelligente”. Sistemi basati sull'IoT che bilanciano in tempo reale il flusso di diversi gas (ossigeno, azoto, argon) tra diverse officine o anche stabilimenti vicini. Qualcosa di simile alle reti energetiche, ma per i gas di processo. Ciò aumenterà l’efficienza complessiva dell’uso delle risorse nel sito industriale a un nuovo livello.

Ma ci sono anche gravi limitazioni. Il primo è la sicurezza. L'ossigeno è un pericoloso agente ossidante. Qualsiasi sistema per il suo smaltimento, soprattutto con l'utilizzo di compressori e raccordi complessi, richiede una progettazione impeccabile in termini di sicurezza contro le esplosioni. Il secondo è la volatilità economica. Oggi è redditizio fornire ossigeno a un impianto vicino e domani chiuderà o passerà a un'altra tecnologia. Pertanto, i progetti moderni prevedono la possibilità di reindirizzare i flussi o addirittura di modificare il prodotto finale (ad esempio, da gassoso a liquido per la logistica a lunga distanza).

Di conseguenza, rispondendo alla domanda del titolo: sì, c'è innovazione. Ma non si tratta tanto di creare qualcosa di fondamentalmente nuovo da zero, quanto di applicare in modo flessibile, pragmatico e sistematico tecnologie conosciute per risolvere specifici problemi industriali. E i conducenti qui sono proprio quei team che sono profondamente immersi nei processi tecnologici dei loro clienti, sono pronti per le iterazioni e non hanno paura delle soluzioni non standard. Come quelli sopra menzionati. Questo è, a mio avviso, il principale know-how cinese in questo settore apparentemente ristretto.