Perché lacqua è importante dal punto di vista operativo

Come è cambiata la disponibilità idrica negli ultimi cinque-dieci anni?
Il cambiamento più significativo è la minore prevedibilità. Molti siti stanno registrando una maggiore variabilità nella disponibilità idrica, nella qualità dell'acqua e nelle restrizioni operative. Le medie storiche stanno quindi diventando meno affidabili come base per le decisioni operative e di investimento.

Nel suo ruolo, ha osservato una crescente pressione dovuta a siccità, bassi livelli dei fiumi, condizioni meteorologiche estreme o domanda concorrenziale di acqua?
Sì. La pressione non è più limitata alle regioni tradizionalmente soggette a scarsità idrica nel sud dell’Europa. I periodi senza precipitazioni sono più lunghi e distribuiti in modo più uniforme in tutta Europa, mentre in passato, nei periodi di siccità, l'acqua era ancora disponibile nei fiumi e nei laghi di altre regioni. Siccità, bassi livelli dei fiumi, caldo, inondazioni e domanda concorrenziale (ad esempio quando la limitata disponibilità idrica deve essere condivisa tra agricoltura e industria) possono influire sulla quantità, sulla qualità o sulle condizioni di scarico dell'acqua. Per un sito industriale, questi eventi esterni si trasformano rapidamente in problemi operativi.

Quali sono oggi i rischi relativi all'acqua che preoccupano maggiormente la leadership dei siti?
La continuità aziendale e produttiva è solitamente la preoccupazione centrale, poiché è il filo conduttore che collega gli altri rischi. Una carenza di acqua di prelievo, una ridotta efficienza di raffreddamento, una capacità limitata di trattamento delle acque reflue, un'autorizzazione allo scarico più restrittiva o un aumento dei costi possono, ciascuno a sé stante, limitare la produzione. La leadership ha sempre più bisogno di una visione integrata di questi rischi, piuttosto che trattarli separatamente.

Quando il rischio idrico diventa un vincolo tecnico

Quali limitazioni tecniche si riscontrano comunemente prima di avviare gli interventi di miglioramento?
​​​​​​​Le limitazioni sono spesso distribuite in tutto il sito. La disponibilità limitata di acqua di raffreddamento richiede un controllo più rigoroso della composizione chimica dell'acqua; poiché l'evaporazione rimane invariata, i sali nel circuito di raffreddamento diventano più concentrati quando le portate sono ridotte, determinando un rischio maggiore di incrostazioni e corrosione, nonché un potenziale aumento del consumo energetico dovuto all'intasamento degli scambiatori di calore. La qualità dell'acqua di alimentazione della caldaia è fondamentale per il suo funzionamento sicuro ed efficiente dal punto di vista energetico. Potrebbe essere necessario un maggiore impegno per garantire una qualità stabile dell'acqua di alimentazione della caldaia attraverso un pretrattamento migliorato. Una capacità insufficiente di trattamento delle acque reflue può causare lo sversamento occasionale di contaminanti nell'ambiente, il che potrebbe violare i vincoli delle autorizzazioni e i limiti di scarico termico. Il sistema può continuare a funzionare, ma con un margine minore, un maggiore intervento manuale e una maggiore vulnerabilità in condizioni anomale.

​​​​​​​Cosa accade a livello operativo durante i periodi di ridotta disponibilità idrica?
Gli impianti stanno reagendo in modi diversi, anche in relazione alla gravità e alla durata della ridotta disponibilità idrica e alle misure attuate dalle autorità locali. Inizialmente, le operazioni possono proseguire prestando maggiore attenzione all'ottimizzazione dei flussi idrici e a un monitoraggio più attento degli utenti critici. In caso di periodi prolungati di ridotta disponibilità idrica, specialmente se associati a temperature esterne elevate e quindi a un'elevata evaporazione dell’acqua, si può ricorrere a modifiche dei programmi di produzione o a una riduzione della produttività per diminuire il fabbisogno di raffreddamento e riscaldamento. 
Allo stesso tempo, una portata fluviale più bassa o temperature più elevate possono inasprire le condizioni di scarico, poiché vi è un volume d'acqua minore per diluire la temperatura o i componenti dello scarico. Una portata fluviale più bassa è spesso correlata a una qualità inferiore dell'acqua di prelievo, il che comporta fasi di pretrattamento aggiuntive per l'utilizzo di acqua dolce con conseguenti perdite idriche supplementari. Ciò crea un doppio vincolo: per la produzione potrebbe essere disponibile meno acqua di qualità inferiore, mentre anche la finestra di scarico accettabile si restringe.

Perché i sistemi di raffreddamento e a vapore sono particolarmente importanti?
Sono direttamente collegati all'affidabilità della produzione. Una gestione inadeguata delle acque può aumentare la formazione di incrostazioni, la corrosione, le contaminazioni e i rischi microbiologici. Ciò, a sua volta, può comportare una riduzione del trasferimento di calore e un raffreddamento inefficiente dei fluidi di produzione, con possibili ripercussioni sulla qualità del prodotto, sull'efficienza delle reazioni, sulla sicurezza della produzione, nonché un aumento del fabbisogno energetico, una maggiore necessità di manutenzione e un rischio più elevato di tempi di fermo.

​​​​​​​Perché la capacità di trattamento delle acque reflue può diventare un collo di bottiglia produttivo?
Il trattamento delle acque di scarico è spesso considerato come la fase finale, ma la sua capacità e stabilità possono determinare la quantità che lo stabilimento è in grado di produrre. I sistemi di trattamento delle acque di scarico sono normalmente progettati per una produzione media e per gestire picchi temporanei. Se il carico idraulico supera i parametri di progetto, o se la qualità dell'acqua è peggiore di quanto sia possibile gestire, l'intero sistema di trattamento delle acque di scarico può diventare inefficiente nel gestire i flussi variabili e i picchi di contaminanti causati, ad esempio, dalla pulizia dei reattori a lotti. Pertanto, un margine di trattamento insufficiente può limitare lo scarico entro i limiti previsti dall'autorizzazione e, di conseguenza, limitare i volumi di produzione e rendere meno affidabile il riuso dell'acqua.

Come vengono gestite e riportate le performance

Quali KPI vengono generalmente monitorati?

​​​​​​​In tutta Europa, le raffinerie, gli impianti petrolchimici e gli stabilimenti di produzione chimica sono tenuti, ai sensi delle autorizzazioni previste dalla Direttiva sulle emissioni industriali (IED), a monitorare e riportare regolarmente i volumi di prelievo idrico, i volumi di scarico delle acque di scarico e vari parametri idrici presenti nei loro effluenti. Sebbene le autorità preposte alla rendicontazione differiscano da Paese a Paese e, all'interno degli stessi Paesi, anche in base ad aree geografiche più ristrette, i parametri monitorati sono in gran parte armonizzati attraverso le Conclusioni sulle Migliori Tecnologie Disponibili (BAT) e i requisiti nazionali delle autorizzazioni. I parametri operativi chiave, quali la portata e il pH, vengono in genere monitorati in modo continuo, mentre le analisi di laboratorio relative a COD, nutrienti, idrocarburi e metalli vengono generalmente riportate con cadenza mensile o trimestrale; nella maggior parte delle giurisdizioni è richiesta una rendicontazione annuale sulla conformità ambientale. 

Le aspettative normative si stanno inoltre estendendo oltre la conformità in materia di scarichi per includere i prelievi idrici, il consumo, i tassi di riciclo e riuso, riflettendo la crescente enfasi sull'efficienza idrica, la circolarità e la gestione delle risorse ai sensi della IED rivista e del Regolamento sul Portale delle Emissioni Industriali.

​​​​​​​Molte aziende industriali mettono in relazione il prelievo di acqua dolce e il consumo idrico con il proprio volume di produzione. Tra i KPI tipici figurano l'intensità idrica per unità di produzione, ad esempio m3 per barile di petrolio prodotto. All'interno degli impianti, le aziende determinano in genere l'efficienza dei cicli di raffreddamento e le relative prestazioni, il recupero da caldaie e condensato, la portata e la qualità delle acque reflue, la conformità alle autorizzazioni, il volume di riutilizzo, l'uso di sostanze chimiche ed energia, nonché l'affidabilità delle apparecchiature. L'insieme preciso di indicatori dovrebbe riflettere i rischi operativi del sito e gli obiettivi aziendali.

Come vengono prese le decisioni relative all'acqua?

Poche aziende agiscono esclusivamente sulla base degli obiettivi di sostenibilità che hanno comunicato ai propri azionisti e alle parti interessate. La maggior parte delle aziende petrolchimiche e delle raffinerie, tuttavia, approva gli investimenti idrici quando vi è un chiaro ritorno sull'investimento e un tempo di recupero ragionevole, oppure quando l'acqua diventa un vincolo aziendale misurabile in termini di produzione, autorizzazioni, espansione o costi, non semplicemente perché un progetto migliora la sostenibilità.

Esempi recenti di aziende petrolchimiche e raffinerie che investono nell'acqua presentano uno specifico fattore scatenante operativo o finanziario, come ad esempio:

• un forte aumento previsto del costo dell'acqua acquistata;
• una disponibilità idrica insufficiente per la crescita della produzione;
• riduzione delle autorizzazioni per il prelievo idrico; 
• vincoli relativi alle autorizzazioni di scarico;
• capacità limitata di raffreddamento, di produzione di vapore o di trattamento delle acque di scarico;
• una conversione della raffineria, progetti relativi all'idrogeno, ai carburanti sostenibili (SAF), ai biocarburanti o altri grandi progetti di investimento;
• deterioramento della qualità dell’acqua di alimentazione o delle acque di scarico.

Come vengono riportati internamente i dati relativi alle performance idriche?

Le organizzazioni mature combinano le dashboard operative con la reportistica gestionale. ​​​​​​​Gli operatori hanno bisogno di informazioni tempestive e di allarmi. La leadership del sito ha bisogno di trend, eccezioni, rischi e azioni. ​​​​​​​I team aziendali hanno bisogno di una visione coerente dei progressi rispetto agli impegni in materia di acqua, resilienza e sostenibilità.

L’acqua è un'iniziativa di sostenibilità, un'iniziativa operativa o entrambe le cose?

​​​​​​​Negli ultimi anni assistiamo a un cambiamento. Fino a circa un decennio fa, l'acqua era vista principalmente come una risorsa abbondante necessaria per la produzione. Gli investimenti idrici erano principalmente legati al miglioramento delle performance operative. 

La crescente consapevolezza riguardo all’uso sostenibile dell'acqua, alla riduzione delle emissioni di carbonio da fonti fossili e al cambiamento climatico ha portato a un aumento degli sforzi volti a migliorare l'efficienza idrica, anche perché ciò ha effetti benefici sul costo totale di esercizio. Il nesso acqua-energia gioca un ruolo fondamentale in questo contesto: ad esempio, l'acqua richiede energia per il pompaggio, il miglioramento della qualità, il riscaldamento e il raffreddamento; pertanto, minori volumi di acqua pompata o trattata equivalgono a un minor consumo di energia e quindi a una riduzione dei costi operativi.

Negli ultimi anni, l'acqua è vista sempre più dalle industrie come una risorsa strategica. La mancanza d'acqua può compromettere la continuità operativa; una scarsa qualità dell'acqua può influire sulle performance produttive e sui costi. L'uso sostenibile dell'acqua è vantaggioso per l'ambiente, ma è la rilevanza operativa a rendere duraturi i progressi. La riduzione del consumo idrico e il riuso dell'acqua sostengono gli obiettivi di sostenibilità, mentre l'affidabilità del raffreddamento, del vapore, dell'acqua di processo e del trattamento delle acque di scarico tutela la produzione, la qualità, la conformità e i costi. Il business case è più solido quando vengono affrontate entrambe le dimensioni.

Prepararsi a un futuro idrico meno prevedibile

Il sito valuta formalmente i rischi relativi all'acqua?

La maggior parte delle aziende ha una buona visione d'insieme dei rischi operativi legati all'acqua. Tuttavia, tali rischi non si presentano solo internamente nella gestione di uno stabilimento chimico o di una raffineria, ma possono derivare anche da altre aziende operanti nello stesso bacino idrografico o nella stessa area fluviale, oppure da fattori climatici esterni quali piogge eccessive o siccità. I siti all'avanguardia valutano sia il rischio legato al bacino idrografico sia il rischio operativo. ​​​​​​​La prospettiva del bacino idrografico evidenzia le pressioni esterne, mentre il bilancio idrico del sito identifica gli utenti critici, le perdite, i vincoli e le potenziali fonti alternative o opportunità di riuso.

​​​​​​​Gli scenari di siccità sono inclusi nella pianificazione della continuità operativa?

​​​​​​​Dovrebbero esserlo. Un piano utile contro la siccità definisce i punti di attivazione, i poteri decisionali e le risposte pratiche per diversi livelli di restrizione. ​​​​​​​Dovrebbe distinguere le azioni che possono essere intraprese immediatamente dalle misure che richiedono interventi ingegneristici o investimenti di capitale con notevole anticipo. Notiamo tuttavia che molte aziende sono state colte di sorpresa dall'impatto delle lunghe siccità e dai bassi livelli idrici nei fiumi e nei laghi locali durante l'ultima estate. 

La resilienza climatica è entrata a far parte della pianificazione degli investimenti?

​​​​​​​Sempre di più, sì. Osserviamo un numero crescente di aziende che si stanno attivando per valutare gli scenari migliori in cui investire, al fine di rendere il proprio ciclo idrico più resiliente  di fronte alla futura riduzione della disponibilità idrica, alla variabilità delle fonti idriche, ai limiti di scarico e agli eventi meteorologici estremi. Ciò modifica il business case, che passa dal semplice ritorno sull'investimento alla riduzione del rischio, alla protezione della produzione e al mantenimento della capacità di crescita.

Quali ipotesi vengono formulate riguardo alla futura disponibilità idrica?

L'ipotesi più prudente è che la disponibilità e la qualità saranno più variabili e che le autorizzazioni diventeranno più restrittive, mentre le normative europee alla base di tali vincoli diventeranno più rigorose. ​​​​​​​La pianificazione dovrebbe quindi avvalersi di scenari anziché di una singola media storica e dovrebbe identificare i punti in cui il sito presenta un margine operativo limitato.

​​​​​​​Le aziende hanno modificato il proprio approccio alla luce dei recenti episodi di siccità in Europa?

L'industria petrolchimica e di raffinazione europea sta affrontando una forte concorrenza sul mercato globale. Sebbene sia generalmente riconosciuto che gli investimenti idrici siano necessari per garantire la continuità operativa, allo stesso tempo occorre considerare il costo totale di esercizio per rimanere competitivi sul mercato globale. Pertanto, l'orientamento si sta spostando da una risposta reattiva a una pianificazione strutturata della resilienza. ​​​​​​​Le aziende stanno prestando maggiore attenzione ai bilanci idrici, alle opzioni di riutilizzo, ai piani di emergenza in caso di siccità e alle roadmap di investimento. ​​​​​​​La sfida consiste nel trasformare la consapevolezza in progetti finanziati ed eseguibili, nonché in finanziamenti sostenibili.

​​​​​​​In che modo le future carenze idriche vengono integrate nella pianificazione operativa?

​​​​​​​Si inizia identificando gli utenti critici e la quantità e qualità minima di acqua necessarie per mantenere una produzione sicura. ​​​​​​​Successivamente si definiscono i livelli di allerta, le risposte operative, le fonti alternative, le opzioni di stoccaggio o riutilizzo e gli investimenti necessari prima che si verifichi una restrizione.

Come può concretizzarsi un miglioramento pratico

​​​​​​​I sistemi di raffreddamento sono stati modificati o ottimizzati?

Nell'industria petrolchimica e di raffinazione, il raffreddamento di processo rappresenta uno degli impieghi idrici più significativi per un'azienda. L'ottimizzazione del raffreddamento è spesso uno dei punti di partenza di maggior valore. Una maggiore automazione, volta a ottenere un miglior controllo dei processi chimici, dei cicli, del trasferimento di calore, dello spurgo, delle incrostazioni e del rischio microbiologico, può ridurre la domanda di acqua dolce, salvaguardando al contempo l'affidabilità degli impianti e le performance energetiche.

Sono state introdotte iniziative di riuso o riciclo dell'acqua?

Sì, disponiamo di diversi esempi di aziende che riciclano in modo sicuro e affidabile i propri effluenti e riutilizzano l'acqua. Tuttavia, la sequenza delle misure da adottare è fondamentale per evitare soluzioni di riciclaggio "end-of-pipe" sovradimensionate, costose e difficili da gestire. ​​​​​​​Innanzitutto occorre ridurre la domanda evitabile e stabilizzare i processi che generano acque reflue, separando i flussi ove possibile. È necessario garantire che l'impianto di trattamento delle acque di scarico produca effluenti di qualità stabile e affidabile, attraverso procedure digitali e operative migliorate. Successivamente, occorre adeguare la qualità dell'acqua al riuso previsto. 
Poiché ogni sito produttivo presenta configurazioni, apparecchiature di processo e procedure operative generali diverse, si raccomanda di condurre una prova pilota in loco per comprendere le dinamiche relative alla quantità e alla qualità dell'acqua 24/7 prima di progettare la soluzione definitiva. 

Sebbene la progettazione del sistema di riciclo sia importante, il corretto funzionamento dell'impianto di trattamento delle acque di scarico e dell'impianto di riciclo è ancora più critico.  Una minima variazione nella qualità dell'effluente può compromettere l'investimento di capitale e i costi operativi del sistema di riciclo dell'acqua.  

Il monitoraggio dei siti è diventato più sofisticato?

​​​​​​​È necessario che lo diventi. I dati relativi alla portata, alla qualità e alle performance degli impianti forniscono un avvertimento in caso di perdite, contaminazione o deterioramento delle performance di trattamento. ​​​​​​​Il monitoraggio digitale è particolarmente prezioso quando supporta decisioni operative chiare, piuttosto che limitarsi a generare ulteriori dati. ​​​​​​​È di fondamentale importanza implementare un monitoraggio sofisticato durante il funzionamento dei sistemi di riciclo, poiché le prestazioni e gli indicatori chiave di prestazione (KPI) finanziari dipendono fortemente da una pulizia tempestiva e adeguata degli impianti di filtrazione.

Le tecnologie di trattamento hanno consentito un maggiore riuso dell'acqua?

In particolare, i progressi nella tecnologia di filtrazione a membrana hanno accelerato il riuso dell'acqua. ​​​​​​​Tuttavia, non esiste una soluzione miracolosa che fornisca un sistema di riuso "plug & play" funzionante in ogni circostanza. ​​​​​​​La scelta della tecnologia deve basarsi su un solido bilancio idrico, sulla caratterizzazione dei flussi e sulla comprensione delle dinamiche di produzione e della variabilità idrica, su studi di trattabilità e su chiari requisiti di qualità per il riuso.

Quali cambiamenti hanno apportato i maggiori benefici operativi?

​​​​​​​I maggiori benefici derivano solitamente dalla combinazione di disciplina operativa, chimica, tecnologia idrica adeguata, monitoraggio e ingegneria mirata. ​​​​​​​Una singola tecnologia raramente risolve un problema idrico a livello di sito. I risultati migliori si ottengono migliorando l'intero ciclo idrico e collegando ogni azione a sicurezza, affidabilità, conformità, costi e riduzione del consumo idrico.

consigli pratici per i leader del settore industriale

​​​​​​​Che consiglio daresti agli operatori industriali che devono affrontare crescenti limitazioni idriche?

Non aspettate che vengano imposte restrizioni dovute alla siccità o che sorgano problemi con le autorizzazioni. ​​​​​​​Stabilite il bilancio idrico, identifica i sistemi critici e quantifica le conseguenze operative di un malfunzionamento, per poi ottimizzare i cicli del vapore e di raffreddamento, sia in termini di consumo idrico che di performance. Successivamente, elaborate una tabella di marcia per fasi che parta da miglioramenti a costo zero o a basso costo e prepari per tempo gli investimenti più consistenti.

Quali sono i principali equivoci sulla gestione dell'acqua?

Un equivoco è che l'acqua sia poco costosa e quindi difficile da giustificare dal punto di vista finanziario. Il costo reale dell'acqua va oltre il prezzo pagato per l'acqua in entrata e include il trattamento, l'energia per il pompaggio, il riscaldamento, il raffreddamento, lo scarico e lo smaltimento dei fanghi, la manutenzione e il rischio di produzione.

Un secondo equivoco è che l'installazione di un impianto di riciclaggio garantisca automaticamente la resilienza. Senza un controllo upstream e una capacità operativa adeguata, si rischia semplicemente di spostare il problema o di crearne di nuovi.

​​​​​​​Da dove dovrebbero partire le aziende se vogliono migliorare la resilienza idrica?

​​​​​​​Si inizi dai fatti: un'analisi dei rischi del bacino idrografico, un bilancio idrico del sito riconciliato e una revisione delle risorse critiche, delle autorizzazioni e una visione lungimirante delle normative in evoluzione e dei documenti di riferimento BAT applicabili. ​​​​​​​Ciò crea una base di riferimento comune e mostra dove le riduzioni, il riuso diretto, i potenziamenti del trattamento o le fonti alternative avranno il maggior valore. Si mettano in relazione i rischi con l'impatto finanziario operativo e si crei una tabella di marcia degli investimenti.

​​​​​​​Quali investimenti generano il maggiore impatto?

Gli investimenti migliori sono specifici per ogni sito, ma la misurazione e il monitoraggio, l'ottimizzazione dei sistemi di raffreddamento e delle caldaie, il recupero del condensato, la separazione dei flussi e il riuso mirato spesso generano un forte valore aggiunto. ​​​​​​​Investimenti più consistenti nel trattamento dovrebbero essere effettuati solo quando la fonte, la destinazione, i requisiti di qualità e il modello operativo sono chiari.

​​​​​​​Cosa dovrebbero fare ora i leader del settore industriale per prepararsi alle future carenze idriche?

Considerare l’acqua come un rischio operativo strategico. ​​​​​​​Assegnare le responsabilità, includere scenari di siccità e di scarico nella pianificazione della continuità operativa, proteggere i sistemi critici di raffreddamento e di produzione del vapore, sviluppare una tabella di marcia degli investimenti basata sulle priorità e monitorare i risultati attraverso indicatori chiave di prestazione (KPI) operativi. L'obiettivo è passare dal reagire alle restrizioni alla gestione proattiva della resilienza.