PRIMO PROTOTIPO DELLA POMPA: TEST

Nonostante l'imprecisione inerente alla tecnologia di fabbricazione siamo stati in grado di fare funzionare il prototipo della pompa a vite d'Archimede, completamente realizzata con la Sinterizzazione Laser Selettiva di polvere a base di nylon.

Ecco un video:

IL BILANCIO ENERGETICO DEL RECUPERO MECCANICO

I lavori di recupero degli idrocarburi sversati hanno un elevato costo energetico oltre a causare un inquinamento secondario causato dall'uso di motorizzazioni inquinanti.

Inoltre all'utilizzo di tecnologie antidiluviane, il maggior contributo all'aumento dell'energia consumata durante i lavori è causato dalla diminuzione di efficienza dello skimmer utilizzato, ovvero, l'aumento del volume di acqua nella sostanza recuperata.

Ad esempio, uno skimmer a stramazzo recupera una grande quantità di acqua che varia dal 50% (spessore strato sopra 25 mm) ed il 90% (spessori tra 1 e 8 mm), ciò significa che se siamo di fronte a una fuoriuscita di 1.000 m³ di idrocarburi recupereremo tra i 1.000 m³ e 9.000 m³ di acqua. Tra altre cose, stiamo moltiplicando per 10 il tempo necessario per la bonifica degli idrocarburi sversati.

Uno skimmer selettivo (spazzole, dischi, tamburo) può funzionare con un rendimento massimo del 95% (5% di acqua nella sostanza recuperata) che sarà notevolmente ridotto dal movimento delle onde, fino al 50%. In questo caso si recupererano tra 50 m³ e 1000 m³ di acqua, quest'ultimo è il caso più probabile.

La conseguenza di questa inefficienza degli skimmer è un aumento dei costi energetici nelle operazioni di recupero così suddivisi:

1. Aumento del tempo di funzionamento degli skimmer. Nel caso di un skimmer che lavora al 50% di efficienza dobbiamo operare il doppio del tempo rispetto ad un'operazione ideale (100% di efficacia). Uno skimmer selettivo che lavora al 50% consuma 66 kWh fronte agli 35 kWh dello skimmer con un'efficienza del 95%.

2. Aumento del consumo totale delle pompe di trasferimento tra skimmer e serbatoi di stoccaggio temporaneo. Nel caso di un skimmer a stramazzo lavorando con spessori di idrocarburi superiori a 25 mm l’energia necessaria per spingere i 1.000 m³ di olio sversato più altri 1.000 m³ acqua è 1.120 kWh mentre nel caso di spessori inferior al centimetro il consumo sale fino ai 5.600 kWh. In una situazione ideale, considerando una efficienza del 95%, il consumo sarebbe pari a 590 kWh, tra un 50% ed un 90% inferiore ai casi reali.

3. Aumento del consumo totale delle pompe di rilancio tra i serbatoi di stoccaggio temporaneo ed il separatore acqua-olio. Saremo in una simile situazione punto 2.

4. Costo energetico della separazione dei due fluidi. Già nella nave che da suporto ai lavori dovremo separare la maggior parte dell'acqua dagli idrocarburi, con l’aiuto di un separatore. Quest’acqua dovrebbe avere un contenuto di acqua inferiore a 15 ppm di idrocarburi. Il costo energetico di questa operazione è pari a 1.800 kWh nel primo caso di studio e 16.200 kWh nel secondo. Se avessimo lavorato con un sistema di recupero veramente efficace (95%), avremmo consumato 100 kWh per 1.000 m³ di olio sversato.

I calcoli di cui sopra sono estremamente indicativi e potrebbero subire variazioni significative a seconda di molti fattori, ma offrono una conferma eclatante della necessità di migliorare i metodi di recupero di olio versato, perché non solo si parla di un costo economico, ma di un costo elevato in termini di operatività, la reattività e l'autonomia dei mezzi.

IL PROBLEMA DELL'EFFICACIA DEL RECUPERO MECCANICO (II)

A causa della limitata efficienza dei mezzi di recupero in condizioni reali nonché in presenza di onde la quantità di acqua nei serbatoi di stoccaggio di sostanza recuperata è troppo alta.

A seconda dell'ambiente di lavoro le conseguenze negative possono aumentare.

In un ambiente industriale il costo della separazione di olio / grasso aumenta proporzionalmente alla quantità d’acqua, giacché i gestori dei rifiuti ci fanno pagare il metro cubo trattato: per cui la presenza di acqua fa moltiplicare il costo. 

Inoltre, se la sostanza recuperata viene trattata in situ, i costi operativi salgono a causa del aumento del consumo delle unità di pompaggio e peggiorano le prestazioni dei depuratori, oltre ad aumentare i tempi di lavorazione.

In un ambiente marittimo, in risposta ad uno sversamento di olio, oltre ai problemi citati in ambiente industriale si verificano un peggioramento ed un aumento significativo della complessità delle condizioni di funzionamento. I serbatoi di stoccaggio temporaneo delle navi presenti durante le operazioni di pulizia, vedono ridotta la loro autonomia giacché una parte importante del volume è l'acqua. Per evitare questo problema, le navi sono costrette ad attrezzarsi con sistemi di separazione acqua / olio in modo che l'acqua separata può essere restituita al mare. Questo sistema di separazione dovrebbe essere approvato dalle autorità marittime internazionali, certificato IMO MEPC e di rispettare le norme internazionali (come la MARPOL 73/78) e locali, che possono essere ancora più restrittive rispetto alle prime.

In ogni caso, come vedremo in futuri post, i tempi di separazione si allungano o diventano onerosi sia nell'installazione che nell'operazione.

In sintesi, abbiamo trovato una serie di problemi dovuti alla inefficacia dei mezzi di recupero:

• Riduzione dell'autonomia dei mezzi.
• Aumento del tempo di risoluzione dei problemi, in quanto il processo non conclude con il pompaggio della sostanza recuperata dallo skimmer al serbatoio di stoccaggio.
• Aumento dei costi di installazione, sono richiesti ulteriori e complessi sistemi di separazione.
• Aumento costi operativi, in quanto la presenza di acqua moltiplica i consumi energetici, soprattutto durante il pompaggio e durante il funzionamento degli impianti di separazione.

IL PROBLEMA DELL'EFFICACIA DEL RECUPERO MECCANICO (I)

Il recupero meccanico dell’olio sversato è la tecnica di pulizia più comunemente usata ad oggi. Il recupero meccanico avviene grazie all’uso di denominati disoleatore o "skimmer", i quali recuperano gli idrocarburi ed i grassi che galleggiano sulla superficie dell'acqua.

Ci sono diversi tipi di skimmer, tra cui i più diffusi quelli a stramazzo e quelli olefilici.

I primi, grazie all'azione di una pompa generalmente installata nello proprio skimmer, generano un flusso in ingresso attraverso un anello galleggiante. L’anello è tarato per galleggiare sull'acqua ma non su un liquido più leggero, come è il caso di più idrocarburi, in modo tale che il fluido in ingresso è, in teoria, l'olio versato.

I secondi eseguono un recupero molto più preciso grazie all'adesione della idrocarburi ad una superficie in movimento, generalmente rotatorio al quale l'acqua non aderisce. Gli skimmer oleofilici possono utilizzare diverse superfici di contatto per aderire gli idrocarburi, ad esempio spazzole, dischi, tamburo, mop.

In tutti i casi, gli idrocarburi vengono spinti in serbatoi temporanei dove sono immagazzinati durante le operazioni di pulizia.

Nonostante gli sforzi dei produttori per migliorare l'efficacia dei loro prodotti, la realtà è che l'efficienza di recupero (RE = recupero di efficienza,%) degli skimmer è molto inferiore al 100%. (L'efficienza di recupero viene definita come il rapporto tra il volume dell'olio e il volume totale recuperato dal skimmer, espresso in punti percentuali)

Ci sono diversi motivi che giustificano le prestazioni variabili ed imperfette degli skimmer:

• Tipo: Gli skimmer a stramazzo presentano un RE inferiore agli skimmers oleofili. Gli skimmer oleofili presentano notevoli differenze a seconda del tipo.
• Materiali di costruzione: Nel caso di skimmer oleofili è stato verificato da diversi studi l’essistenza di notevoli differenze nel RE a seconda del materiale utilizzato per la costruzione del materiale di contatto (polipropilene, polietilene, alluminio, pvc, acciaio inossidabile, ...).
• Velocità di funzionamento: Ogni tipo di skimmer ha una velocità d’operazione ideale (a seconda della viscosità del fluido recuperato) oltre la quale il contenuto di acqua nella sostanza recuperata è sempre in aumento, diminuendo in modo tale il RE.
• Viscosità della sostanza sversata al momento della pulizia
• Stato del mare e meteo: Quanto peggiore è  lo stato del mare e più alte le onde, tanto minore sarà il RE dello skimmer.

In sostanza, se l’efficienza di recupero (RE) in condizioni ideali degli skimmer esistenti sul mercato oscila tra il 50% ed il 85-90% si può dire che il RE reale difficilmente supererà il 50%. Le condizioni ideali possono essere date soltanto in caso di mare calmo assoluta ed in presenza di un’elevata concentrazione d’idrocarburi, oltre in impianti industriali.

La conseguenza è che la soluzione allo sversamento causa un ulteriore problema: la presenza in parti uguali di acqua nella sostanza recuperata e per tanto la necessità di purificarla in modo che essa possa tornare al mare con concentrazioni d’idrocarburi accettabili / legali.