Approcci alla decarbonizzazione nell'industria mineraria e metallurgica

Le industrie metallurgiche e minerarie contribuiscono a circa l'8% dell'impronta di carbonio globale. L'industria siderurgica, in particolare, genera enormi quantità di CO2, poiché il 70% del carbone e del coke viene bruciato negli altiforni per produrre acciaio. Ogni tonnellata di acciaio prodotto genera attualmente 1,85 tonnellate di anidride carbonica. L'uso di combustibili alternativi nelle miniere e nelle acciaierie è un modo per ridurre le emissioni. Questo articolo contiene una panoramica della situazione e quali sensori di SICK supportano questi processi.

Benvenuti alla quinta parte della nostra serie sulla decarbonizzazione, che si concentra sull'estrazione mineraria e sulla produzione di metalli. 

La decarbonizzazione dell'industria mineraria sulla via di un futuro ecosostenibile

Per garantire un'estrazione e una lavorazione delle materie prime più ecologica e sostenibile, le società minerarie stanno adottando misure significative per ridurre il loro impatto ambientale. 

Le principali strategie includono:

• Miglioramento dell'efficienza energetica
• Elettrificazione di veicoli e macchine
• Utilizzo di combustibili alternativi
• Ottimizzazione dei processi
• Utilizzo di soluzioni di automazione
• Integrazione nella catena di fornitura

Adottando un approccio olistico, le società minerarie stanno attuando misure per ridurre le emissioni in ogni fase. Queste includono le emissioni dirette delle operazioni minerarie, le emissioni indirette dell'energia acquistata e le emissioni lungo l'intera catena del valore.

Il settore minerario 4.0 svolge un ruolo importante in questo contesto: entro il 2027 il 75% delle aziende avrà equipaggiato le proprie macchine e veicoli principali con sensori intelligenti. La trasformazione digitale nel settore minerario significa maggiore sicurezza, maggiore produttività, maggiore efficienza e redditività, oltre a un'attività più sostenibile.

Migliorare l'efficienza energetica

L'efficienza energetica è uno dei fattori chiave per la decarbonizzazione. È essenziale investire in tecnologie avanzate e processi migliori per ridurre al minimo il consumo energetico e le emissioni di gas serra. Ottimizzando i processi e utilizzando apparecchiature ad alta efficienza energetica, come motori ad alto rendimento, batterie e sistemi di controllo intelligenti, le aziende possono ottenere risparmi energetici significativi e ridurre la loro impronta di carbonio.

Nelle grandi miniere, ad esempio, è particolarmente importante conoscere la posizione esatta dei singoli veicoli e degli strumenti. I tag a banda ultra larga, in combinazione con il sistema gateway TDC (Telematic Data Collector), sono una soluzione adatta per localizzare le attrezzature in impianti minerari di grandi dimensioni. Il sistema invia le coordinate spazio-temporali a un database centrale e trasmette i dati di monitoraggio in tempo reale, indipendentemente dal fatto che l'attrezzatura si trovi in superficie o sottoterra.

I dumper sono utilizzati nelle miniere a cielo aperto per trasportare grandi volumi di copertura, carbone o minerale. Il volume dell'area di carico deve essere massimizzato senza sovraccaricare il veicolo. Allo stesso tempo, però, si deve anche controllare che l'area di carico sia completamente vuota prima che il ribaltabile venga caricato di nuovo. La tecnologia LiDAR viene utilizzata per misurare direttamente il volume del carico. Un sistema di misurazione del volume del carico montato sopra il veicolo scansiona l'area di carico caricata. Determina il volume secondo il principio del tempo di volo senza che il camion ribaltabile si fermi. La differenza di tempo tra la trasmissione e la ricezione del segnale da parte del sensore LiDAR fornisce le informazioni necessarie per la misurazione del volume. I sensori LiDAR di SICK sono robusti, affidabili e precisi, il che li rende ideali per le condizioni difficili del settore minerario.

Per motivi di sicurezza e produttività, le società minerarie vogliono poter localizzare i propri veicoli all'interno dell'area mineraria. A tal fine, un lettore RFID RFU630 robusto e posizionato sul tetto dei veicoli minerari scansiona continuamente l'area circostante alla ricerca di tag. Questi sono installati in tutto il sito minerario. Se un veicolo passa davanti a un tag, il sensore registra i dati esatti sulla posizione del veicolo.

Il MINESIC700 GHG utilizza l'analizzatore di gas estrattivi S715 e il misuratore di flusso di gas a ultrasuoni FLOWSIC100 per registrare continuamente le emissioni di gas serra delle miniere di carbone sotterranee. I sensori ad alta precisione misurano anche la temperatura e la pressione. Opzionalmente, è possibile integrare anche la misurazione dell'umidità. È possibile utilizzare un software di reporting personalizzato per creare rapporti sulle emissioni approvati per la presentazione alle autorità fiscali.

I sensori LiDAR LD-MRS  e LMS sono requisiti importanti per i veicoli da trasporto autonomi. Il sistema di misurazione lineare MAX^® garantisce il monitoraggio in tempo reale dello stato e la manutenzione predittiva dei cilindri idraulici delle macchine minerarie. Resiste a elevate sollecitazioni meccaniche come urti e vibrazioni.

Integration into the upstream and downstream supply chain: steel production

More and more mining companies are collaborating with downstream and upstream partners to create a more sustainable and better networked supply chains. We will now consider the steel industry more closely.

Steel is the most versatile industrial material in the world. It therefore plays an important role in society. The energy transition projects, and the infrastructure needed to produce steel, require thousands of tons of industrial raw materials, so the demand for steel continues to increase. Efficient steel recycling and decarbonization are therefore essential.

The production process of high quality iron ore pellets, for example, has proven to be an environmentally friendly solution. These pellets provide a superior alternative for the direct reduction of iron (DRI) process by reducing emissions and increasing the efficiency of steel production. Furthermore, by replacing the sinter material in traditional steel production with lump ore or pellets, the emissions and waste generation can be substantially reduced.

The switch from coke and coal burned in blast furnaces to the direct reduction process (Direct Reduced Iron, “DRI”) using hydrogen as the reduction agent is the biggest trend when it comes to plans to decarbonize iron and steelmaking. The huge quantities of hydrogen required are produced by electrolysis. The electricity required for this is ideally supplied from renewable energy sources.

The sensors from SICK support iron and steel producers in optimizing their processes, with safety aspects in production, and in meeting emission requirements.

Example 1: Monitoring of process gases in direct reduction plants

In direct reduction plants, it is necessary to reduce the oxygen in shaft furnaces. A preheated reduction gas mixture is therefore introduced into the furnaces. A combination of different extractive gas analyzers with ATEX certifications simultaneously measure all gas components relevant to this process. The analyzers with hot/wet extractive measurement technology detect up to six components – including those such as H₂O that condense at low temperatures. The analyzers with cold/dry extractive measurement technology, however, are connected to different sensors to measure, among other things, H₂, CO and CO₂. The gas analyzers also check the quality of the various process gas streams in the shaft furnaces. The devices also check the ratio of hydrogen to carbon monoxide in the finished syngas mixture. SICK offers several variants of the analyzers to suit the different explosion protection requirements of the ATEX Directive. This enables numerous applications in many different sectors to be catered for.

Example 2: Gas flow measurement in direction reduction plants

A direct reduction plant is filled with iron ore pellets. Reduction gas with a high concentration of carbon monoxide and hydrogen simultaneously fed into the plant removes oxygen atoms from the iron ore. This creates solid iron sponge. Thanks to their ultrasonic technology, the rugged FLOWSIC100 Flare-XT gas flow measuring instruments precisely and reliably measure the speed, volume and flow of the contaminated, humid and explosive gas mixtures. Throttle valves allow the device to be cleaned and serviced without interrupting the gas flow. The intelligent device monitoring of the FLOWSIC100 Flare-XT also enables predictive maintenance. This improves plant availability.

Sources

₁ https://www.futurecoal.org/coal-facts/

₂ https://www.carbonclean.com/blog/steel-co2-emissions

Leggi le altre parti della nostra serie sulla decarbonizzazione:

Leggi la prima parte della serie sulla decarbonizzazione

Read more in part two of our series on decarbonization

Read more in part three of our series on decarbonization

Leggi la quarta parte della serie sulla deciarbonizzazione