Contesto normativo e trend di mercato
A cura di Nazario Martino, Client Manager Energy & Utilities e Maria Vittoria Trussoni, Head of Sustainability & Green Tech
Negli ultimi anni le politiche ambientali si sono poste degli obiettivi sempre più sfidanti e il contesto normativo ha di conseguenza subito un'accelerazione significativa, riflettendo una maggiore attenzione globale verso la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra e la sostenibilità. In particolare, gli usi finali dell’energia hanno visto l’introduzione e il potenziamento di strumenti finalizzati alla riduzione delle emissioni dirette ed indirette: basti pensare in Europa al Green Deal e al suo complesso schema di iniziative strategiche quali ad esempio, sul fronte della produzione industriale, la Direttiva ETS con le sue più recenti modifiche ed integrazioni, che prevede meccanismi incentivanti la riduzione delle emissioni attraverso sistemi caratterizzati da quote di compensazione a titolo oneroso. Sulla stessa linea, ma in un orizzonte allargato in chiave di sostenibilità, anche l’introduzione della Direttiva CSR che richiede alle aziende, tra le altre cose, di definire obiettivi in ambito ambientale, sociale e di governance (ESG) nonché di rendere pubblici i progressi nel loro raggiungimento. Questi macro trend stanno esercitando una pressione crescente sulle industrie, incluse le raffinerie di petrolio, che devono adattarsi per mantenere la conformità e la competitività.
Nel mondo industriale le raffinerie sono certamente tra le realtà caratterizzate da un impatto ambientale significativo sotto il profilo delle emissioni di gas ad effetto serra, essendo i processi di raffinazione energivori sia in termini elettrici che termici. Per affrontare queste sfide, le raffinerie devono migliorare l'efficienza dei loro processi e ridurre le emissioni. Inoltre, è essenziale allineare il modello di business con il modello di sostenibilità interpretando efficacemente gli obiettivi di transizione energetica, poiché è il core business delle raffinerie stesse a essere messo in discussione dalle nuove normative e dalle aspettative sociali. Questo allineamento è cruciale per rendere le raffinerie "futureproof", ossia pronte ad affrontare le sfide future in un contesto sempre più orientato alla sostenibilità. Investimenti in tecnologie avanzate, come il digital twin, possono essere cruciali per ottimizzare le operazioni e ridurre i consumi energetici, contribuendo al traguardo degli obiettivi ambientali. Il digital twin consente di creare una replica virtuale delle raffinerie, permettendo di monitorare, simulare e ottimizzare i processi in tempo reale, contribuendo a una maggiore sostenibilità e competitività del settore.
I processi di raffinazione e la produzione di CO2
Le raffinerie sono la fonte della maggior parte dei carburanti utilizzati per i trasporti e nel settore industriale, come benzina, diesel, cherosene, olio combustibile e altri derivati.
Sebbene sempre di più, nel prossimo futuro, nel settore de trasporti verranno utilizzati combustibili rinnovabili ed energia elettrica da fonti rinnovabili, i combustibili fossili e i prodotti chimici prodotti nelle attuali raffinerie di petrolio continueranno ad avere un ruolo fondamentale negli usi finali.
Per costruire un futuro più sostenibile, quindi, è importante ottimizzare i processi stessi di raffinazione del petrolio, che oggi impiegano prevalentemente fonti convenzionali ed emettono conseguentemente CO2 nell’ambito delle differenti sezioni del ciclo di lavorazione, quali ad esempio:
- Combustione
Molti dei processi di raffinazione – in primis la distillazione del petrolio – sono endotermici e necessitano conseguentemente di energia che viene fornita tramite combustibili tipicamente di origine fossile che originano CO2.
- Processi chimici
Alcuni dei processi chimici utilizzati nelle raffinerie, come ad esempio quello per la produzione dell’idrogeno necessario alla desolforazione di benzina e gasolio, impiegano metano ed emettono CO2 come sottoprodotto di reazione.
- Flaring
Un ulteriore possibile punto di emissione di CO2 è la torcia, che deve essere presente nelle raffinerie per assicurare adeguati livelli di sicurezza nella gestione delle operazioni.
Verso una maggiore sostenibilità
Le raffinerie stanno sperimentando diverse strategie per ridurre l'impatto ambientale, supportate da dati significativi del settore. L'Agenzia Internazionale dell'Energia (IEA) ha evidenziato che l'efficienza energetica nelle raffinerie potrebbe migliorare del 10-20% attraverso l'adozione di tecnologie avanzate. Inoltre, il Global CCS Institute ha riportato che l'implementazione di sistemi di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) potrebbe ridurre le emissioni di CO2 del 90% nei processi di raffinazione. Questi dati sottolineano l'importanza di investire in tecnologie innovative per raggiungere gli obiettivi di sostenibilità. Il digital twin, in particolare, consente di raccogliere e analizzare dati in tempo reale, facilitando l'ottimizzazione delle operazioni e la riduzione delle emissioni.
I vantaggi del digital twin applicato alle raffinerie
NTT DATA ha sviluppato un framework di digital twin che ha già dimostrato il suo valore in progetti significativi. Ad esempio, NTT DATA ha realizzato un digital twin di un datacenter che comprendeva anche il monitoraggio ambientale. Questo progetto ha permesso di ottimizzare l'efficienza operativa del datacenter, migliorando il controllo delle condizioni ambientali e riducendo i consumi energetici. Un altro progetto di rilievo è stato il digital twin di un territorio per il monitoraggio del patrimonio naturale e la quantificazione dei carbon sink. Questo progetto ha fornito strumenti avanzati per la gestione sostenibile del territorio, permettendo di monitorare in tempo reale le condizioni ambientali e di valutare l'efficacia delle iniziative di conservazione.
Questi casi dimostrano l'applicabilità e l'efficacia del framework di digital twin di NTT DATA in contesti diversi, e suggeriscono che una simile tecnologia potrebbe portare benefici significativi anche nelle raffinerie. Il digital twin consente di creare un modello virtuale dettagliato di tutti i processi, attraverso cui è possibile simulare diversi scenari operativi per migliorare le prestazioni e ridurre i costi. Inoltre, permette di monitorare in tempo reale l'impianto, migliorandone l'efficienza operativa, riducendo i consumi energetici e semplificando la manutenzione grazie all'analisi dei dati storici e in tempo reale. Le informazioni ricavate dal digital twin abilitano una maggiore ottimizzazione di tutti i processi, contribuendo a migliorare anche la sostenibilità degli impianti sul lungo periodo e permettendo di simulare anticipatamente interventi specifici per ridurre l’impatto ambientale della raffineria.
Impatto del digital twin sugli indicatori non solo di performance, ma anche ambientali e sociali
L'implementazione del digital twin ha un impatto significativo su diversi indicatori di performance delle raffinerie, così come su quelli ambientali e sociali, contribuendo a rendere le operazioni più sostenibili. In termini economici, il digital twin può ottimizzare i cicli di lavorazione e di conseguenza ridurre i costi di produzione. Monitorando in tempo reale le operazioni, permette di massimizzare l'utilizzo della capacità produttiva disponibile e migliorare l'efficienza operativa attraverso la simulazione di scenari operativi diversi. Questo porta a una riduzione dei consumi energetici e a una maggiore efficienza dei processi. Inoltre, prevedendo e prevenendo guasti critici, il digital twin contribuisce a ridurre i costi operativi e i tempi di inattività, aumentando la redditività complessiva.
Dal punto di vista ambientale, il digital twin consente di monitorare e ottimizzare continuamente i processi di raffinazione, contribuendo a ridurre le emissioni di CO2. Le simulazioni in tempo reale permettono di identificare le fasi del processo più energivore e di adottare misure correttive per diminuire l'impatto ambientale. Inoltre, il monitoraggio continuo e la possibilità di simulare diversi scenari operativi migliorano l'efficienza energetica degli impianti, riducendo il consumo energetico e le emissioni associate. Per quanto riguarda la gestione dei rifiuti e delle acque reflue, il digital twin aiuta a ottimizzare questi processi, riducendo la quantità di rifiuti prodotti e migliorando la qualità delle acque reflue trattate, con un impatto positivo sull'ambiente circostante e sulla conformità alle normative ambientali.
In termini di risorse naturali, il digital twin permette di monitorare l'uso delle risorse, adottando pratiche più sostenibili che riducono il consumo di acqua e altre risorse critiche, particolarmente importante in aree dove le risorse sono scarse.
Dal punto di vista sociale e comunitario, implementare tecnologie sostenibili come il digital twin può migliorare l'immagine pubblica delle raffinerie, rafforzando le relazioni con le comunità locali e contribuendo a creare un ambiente più sano. Questo può tradursi in un maggiore supporto da parte delle comunità e delle autorità locali.