Manuale per la diffusione di tecnologie e sistemi di produzione più puliti nel settore

AGRO-ALIMENTARE

A cura di

TECNOLOGIE PULITE

Il presente lavoro è stato realizzato nell’ambito delle attività regolate dalla convenzione tra la Regione Emilia Romagna

ed ERVET Emilia Romagna Valorizzazione Economica Territorio S.p.A.

I contenuti del presente documento sono liberamente riproducibili, con l’obbligo di citare la fonte.

A cura di: ERVET S.p.A., Funzione Politiche Ambientali e Sviluppo Sostenibile

Enrico Cancila, Coordinatore della Funzione Carlotta Ranieri e Guido Croce, Responsabili di progetto

Gaspare Antonio Giglio, redazione

Coordinamento e supervisione: Assessorato Ambiente e Sviluppo Sostenibile, Regione Emilia Romagna

Alessandro Di Stefano, Responsabile Servizio Valutazione di Impatto Ambientale Patrizia Bianconi, Direzione Generale Ambiente e Difesa del suolo e della costa.

Dicembre 2006

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Indice PERCHÉ UN MANUALE MONOGRAFICO PER L’AGRO-ALIMENTARE ............................................................... 6

CAPITOLO 1: IL SETTORE AGRO-ALIMENTARE IN EMILIA ROMAGNA .......................................................... 7

SETTORE DI TRASFORMAZIONE DELLA CARNE..................................................................................................................... 8 SETTORE LATTIERO-CASEARIO ...................................................................................................................................... 8 SETTORE CONSERVIERO .............................................................................................................................................. 8 SETTORE VINICOLO ................................................................................................................................................... 8 SETTORE DELLA MOLITORIA ......................................................................................................................................... 9 SETTORE DEL PANE, PASTA E ALTRI PRODOTTI DA FORNO...................................................................................................... 9 SETTORE DELLA PRODUZIONE DI CAFFÈ E DI ACQUA MINERALE E BIBITE ANALCOLICHE ................................................................... 9

CAPITOLO 2: LE LAVORAZIONI DI SETTORE ............................................................................................... 10

MACELLAZIONE DELLE CARNI ...................................................................................................................................... 11 PRODUZIONE DI SALUMI ........................................................................................................................................... 12 PRODUZIONE DEL LATTE E I SUOI DERIVATI .................................................................................................................... 14 PRODUZIONE DI CONSERVE ........................................................................................................................................ 16 PRODUZIONE DI VINI ............................................................................................................................................... 17 PRODUZIONE DI SFARINATI ........................................................................................................................................ 18 PRODUZIONE DI PANE, PASTA ED ALTRI PRODOTTI DA FORNO............................................................................................... 19 PRODUZIONE E CONFEZIONAMENTO DI ACQUA ................................................................................................................. 20 PRODUZIONE DI CAFFÈ ............................................................................................................................................. 21

CAPITOLO 3: GLI IMPATTI SULL’AMBIENTE E LE RELATIVE TECNICHE DI PRODUZIONE PULITE ............. 22

EMISSIONI IN ATMOSFERA ................................................................................................................................. 23 Tecnica: Utilizzo di combustibili a minor impatto ambientale ............................................................................. 23

Olio combustibile ....................................................................................................................................... 23 Gasolio...................................................................................................................................................... 23 Gas naturale.............................................................................................................................................. 23

Tecnica: Bruciatori a bassa emissione di ossidi di azoto (low-NOX) .................................................................... 24 Tecnica: Recupero e purificazione dell’anidride carbonica dai processi fermentativi ............................................ 25 Tecnica: Ricircolo e combustione dei fumi di frittura......................................................................................... 25

CONSUMI ENERGETICI ....................................................................................................................................... 26 Tecnica: Sistemi e tecnologie per il contenimento dei consumi energetici durante la combustione....................... 26

Controllo automatico delle condizioni di combustione................................................................................... 26 Utilizzo di atomizzatori ad aria o vapore in caldaia ....................................................................................... 26 Recupero di calore dai fumi di combustione................................................................................................. 27

Tecnica: Evaporatori multistage ...................................................................................................................... 27 Tecnica: Sistemi e tecnologie per la produzione di vapore................................................................................. 27

Ricompressione meccanica del vapore ........................................................................................................ 27 Recupero del condensato ........................................................................................................................... 28 Automatizzazione dello scarico delle caldaie ................................................................................................ 28

Tecnica: Sistemi di cogenerazione................................................................................................................... 28 Tecnica: Sistemi vari per l’incremento dell’efficienza delle apparecchiature elettriche.......................................... 29

Sistemi di compressione ad alta efficienza ................................................................................................... 29 Convertitori di frequenza............................................................................................................................ 29 Regolatori di velocità per ventole e pompe .................................................................................................. 30 Spegnimento automatizzato dei macchinari ................................................................................................. 30

Tecnica: Sistemi di compressione dell’aria........................................................................................................ 30 Suddivisioni della rete dell’aria compressa in più sottoreti............................................................................. 30 Utilizzo di aria più fredda nei sistemi di compressione dell’aria ...................................................................... 30 Recupero di calore dai compressori di aria e dai gruppi frigo ........................................................................ 31

Tecnica: Sistemi di refrigerazione.................................................................................................................... 31 Sistemi automatici di rilevazione e regolazione della temperatura ................................................................. 31 Sistemi automatici di sbrinamento .............................................................................................................. 31 Sistemi a doppio refrigerante...................................................................................................................... 31 Pre-raffreddamento con scambiatori di calore ad ammoniaca ....................................................................... 32 Celle frigo con porte a chiusura automatica ................................................................................................. 33 Torri evaporative e recupero energetico al posto dei raffreddatori ................................................................ 33

Tecnica: Sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili ...................................................................................... 33 Energia solare ........................................................................................................................................... 33 Biogas....................................................................................................................................................... 35 Energia geotermica.................................................................................................................................... 36

Tecnica: Scambiatore di calore rigenerativo nella pastorizzazione...................................................................... 37

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Tecnica: Parziale omogeneizzazione del latte ................................................................................................... 37 Tecnica: Recupero di calore del siero per il pre-riscaldo del latte nella produzione di formaggio .......................... 38 Tecnica: Soluzioni per il risparmio energetico nei macelli .................................................................................. 38

Isolamento e copertura delle tradizionali vasche ad acqua calda nei macelli .................................................. 38 Installazione di interruttori automatici di erogazione del gas........................................................................ 38 Riutilizzo dei fumi della macchina flambatrice per il preriscaldamento dell'acqua ............................................ 38 Stoccaggio a medie temperature delle pelli bovine e ovine e lavorazione immediata (12 - 15 ore). ................. 38

Tecnica: Recupero di calore nell’industria del caffè........................................................................................... 39 Tecnica: Ricircolo dell’aria durante l’arrostimento del caffè ............................................................................... 39

CONSUMI IDRICI................................................................................................................................................ 40 Tecnica: Soluzioni per il risparmio idrico in operazioni di lavaggio...................................................................... 40

Impianti di lavaggio CIP (Cleaning in Place)................................................................................................. 40 Flessibili dotati di controllo di innesco.......................................................................................................... 40 Idropulitrici a media pressione.................................................................................................................... 41 Lavaggi ad alta pressione (HPLV)................................................................................................................ 41 Lavaggi con schiuma a bassa pressione ...................................................................................................... 41 Lavaggi con gel ......................................................................................................................................... 41 Lavaggi in controcorrente........................................................................................................................... 41

Tecnica: Sistemi e tecnologie per la depurazione dell’acqua e suo riutilizzo ........................................................ 42 Sistemi a membrana .................................................................................................................................. 42 Radiazione uv............................................................................................................................................ 43 Nanofiltrazione .......................................................................................................................................... 43 Utilizzo di ozono ........................................................................................................................................ 43 Riutilizzo delle acque di processo ................................................................................................................ 44 Riciclo delle acque di lavaggio .................................................................................................................... 45 Circuito chiuso delle acque di raffreddamento.............................................................................................. 45

Tecnica: Soluzioni per il contenimento dei consumi idrici nelle fasi di processo................................................... 45 Unità di controllo dell’erogazione dell’acqua................................................................................................. 45 Regolatori di flusso .................................................................................................................................... 46 Utilizzo di iniettori ...................................................................................................................................... 46 Rubinetteria antispreco .............................................................................................................................. 46

Tecnica: Soluzioni per il contenimento dei consumi idrici nelle fasi di lavaggio delle bottiglie............................... 46 Sistema multistadio di sanificazione delle bottiglie ....................................................................................... 46 Riutilizzo della soluzione di lavaggio delle bottiglie ....................................................................................... 47 Riutilizzo dell’acqua di pastorizzazione delle bottiglie .................................................................................... 47

Tecnica: Soluzioni per il risparmio idrico nei macelli.......................................................................................... 47 Abbeveratoi antispreco............................................................................................................................... 47 Docciatura temporizzata per suini ............................................................................................................... 47 Ricircolo delle acque di lavaggio prima della scottatura ................................................................................ 47 Ricircolo delle acque di scottatura all'interno della stessa macchina depilatrice. ............................................. 47 Sostituzione delle docce automatizzate con ugelli orientabili ......................................................................... 48 Riutilizzo dell'acqua di raffreddamento dopo flambatura. .............................................................................. 48 Ugelli sottopressione con fotocellule per lavaggio e trasporto degli intestini con acqua................................... 48

SCARICHI IDRICI................................................................................................................................................ 49 Tecnica: Soluzioni per ridurre i reflui dalle operazioni di lavaggio....................................................................... 49

Prelavaggio e lavaggio a secco dell'area di lavoro ........................................................................................ 49 Pretrattamenti nei lavaggi a umido ............................................................................................................. 50 Utilizzo di aria compressa per la rimozione dei residui .................................................................................. 50 Pigging ..................................................................................................................................................... 50

Tecnica: Soluzioni per ridurre il carico inquinante nei reflui ............................................................................... 50 Schiumatura di grassi e proteine dall’acqua di cottura .................................................................................. 50 Schiumatura di grassi dall’acqua di lavaggio ................................................................................................ 50 Bocchette fognarie antinfiltrazione .............................................................................................................. 50

CONSUMO SOSTANZE PERICOLOSE..................................................................................................................... 52 Tecnica: Sostituzione di prodotti pericolosi con prodotti a minore impatto ambientale ........................................ 52

Utilizzo di gas refrigeranti a minor impatto ambientale ................................................................................. 52 Selezione degli agenti chelanti.................................................................................................................... 53 Selezione di prodotti chimici sanitari per la sterilizzazione e disinfezione di acqua e impianti........................... 54

CONSUMO MATERIE PRIME E IMBALLAGGI .......................................................................................................... 56 Tecnica: Soluzioni per contenere gli sprechi di materie prime e materiali ........................................................... 56

Sistemi automatizzati di imballaggio per la regolazione della velocità e del grado di riempimento.................... 56 Sistemi automatizzati di recupero delle fuoriuscite nel processo di confezionamento ...................................... 56 Macchine per l’estrazione di prodotto già confezionato ................................................................................. 56

Tecnica: Strategie per ridurre gli impatti del packaging..................................................................................... 56 RIFIUTI E SCARTI............................................................................................................................................... 58

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Tecnica: Recupero dei sottoprodotti dell’industria alimentare ............................................................................ 58 Tecnica: Distruzione dei fanghi biologici attraverso utilizzo di ozono .................................................................. 58 Tecnica: Soluzioni per la valorizzazione del siero di latte ................................................................................... 59

Estrazione di proteine ................................................................................................................................ 60 Produzione di acido lattico e bioproteine per via fermentativa....................................................................... 61 Estrazione di zuccheri ................................................................................................................................ 62 Estrazione di sali minerali ........................................................................................................................... 62 Produzione di siero concentrato per l’alimentazione animale......................................................................... 62

Tecnica: Riutilizzo delle filtrine (perlite e diatomee) .......................................................................................... 63 Tecnica: Recupero degli scarti vegetali nell’industria del pomodoro e altri vegetali ............................................. 63

RUMORE............................................................................................................................................................ 65 Tecnica: Attacco alla rete aziendale dei gruppi frigo mobili ............................................................................... 65 Tecnica: Silenziatori per compressori............................................................................................................... 65

LAVORAZIONE DEL LATTE................................................................................................................................... 66 Tecnica: Utilizzo di pastorizzatori in continuo ................................................................................................... 66 Tecnica: Miscelazione just in time ................................................................................................................... 66 Tecnica: Sensori automatici della transizione latte-acqua nelle tubazioni............................................................ 66 Tecnica: Minimizzazione delle perdite durante la produzione di burro ................................................................ 67 Tecnica: Minimizzazione delle perdite di prodotto nella lavorazione del formaggio .............................................. 67 Tecnica: Riutilizzo e riciclo delle acque nei caseifici e nell’industria del latte ....................................................... 67

PRODUZIONE DEL VINO...................................................................................................................................... 68 Tecnica: Riutilizzo della soluzione di pulizia nel processo di stabilizzazione ......................................................... 68 Tecnica: Separazione del tartrato attraverso elettrodialisi ................................................................................. 68

PRODUZIONE DI CONSERVE ALIMENTARI............................................................................................................ 69 Tecnica: Sbucciatura a secco con sostanze caustiche ....................................................................................... 69 Tecnica: Sbucciatore in continuo a vapore ....................................................................................................... 69 Tecnica: Sbucciatore a vapore (processo batch)............................................................................................... 70

MACELLI E LAVORAZIONE SOTTOPRODOTTI DI ORIGINE ANIMALE....................................................................... 70 Tecnica: Interruzione dell'alimentazione degli animali nelle ultime 12 ore prima della macellazione ..................... 70 Tecnica: Uso di spatole per la raccolta periodica del sangue sulle tramogge dei macelli ...................................... 70 Tecnica: Ottimizzazione della raccolta del sangue............................................................................................. 71 Tecnica: Controllo automatico del livello delle vasche di scottatura.................................................................... 71 Tecnica: Scottatura a condensazione del vapore (scottatura verticale)............................................................... 71 Tecnica: Sterilizzazione della sega in una vaschetta con ugelli di acqua calda .................................................... 72 Tecnica: Svuotamento a secco degli stomaci e delle viscere.............................................................................. 72

QUADRO SINTETICO DI CORRELAZIONE TRA TECNICHE PULITE E FATTORI AMBIENTALI........................ 73

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................................. 76

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Perché un manuale monografico per l’agro-alimentare Il settore agro-alimentare costituisce per l’economia dell’Emilia-Romagna uno dei principali comparti produttivi da cui, però,si generano impatti sull’ambiente non trascurabili, in particolare in termini di inquinamento dei corpi idrici, di consumi di acqua e di produzione di rifiuti. Per conseguire l’obiettivo di una maggiore sostenibilità delle produzioni agro-alimentari è pertanto importante individuare ed applicare soluzioni che permettano di prevenire o contenere gli impatti ambientali prodotti. Questa monografia si propone come strumento mirato alla diffusione delle tecniche di produzione pulite per le attività del settore di studio presenti sul territorio regionale. Per tecnologie pulite si intendono impianti, macchinari e prodotti che consentono di ridurre gli impatti ambientali causati dai processi produttivi, privilegiando le soluzioni che permettono di ridurre i consumi di risorse e di evitare, o perlomeno minimizzare “a monte”, l’inquinamento delle diverse matrici ambientali (acqua, aria, suolo) trascurando volutamente le tecnologie “a valle” di depurazione a meno che queste non fossero funzionali ad un recupero di materia o energia. Lo scopo del presente manuale monografico è quello di fornire alle parti interessate, ovvero le aziende agro-alimentari, le associazioni ma anche le amministrazioni pubbliche e la cittadinanza, informazioni utili circa le diverse possibilità adottabili per migliorare il profilo ambientale dei settori agro-alimentari più importanti per l’Emilia-Romagna in relazione alle varie problematiche generate. La peculiarità della monografia è data dall’aver riunito in un unico testo le varie tecniche a basso impatto ambientale applicabili al settore. Con l’intento di agevolare la consultazione dei testi ed incrementare il “potenziale operativo” della monografia, la presentazione delle diverse opzioni tecnologiche e gestionali di miglioramento ambientale, adottabili dalle imprese del comparto agro-alimentare, è stata suddivisa in funzione della problematica ambientale che ciascuna soluzione si propone di migliorare. E’ stato inoltre evidenziato lo specifico campo di applicazione di ciascuna tecnica riportata, mettendo in luce l’esistenza di molteplici soluzioni comuni ai diversi processi, accanto a tecnologie invece specificatamente sviluppate per particolari processi.

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Capitolo 1: Il settore agro-alimentare in Emilia Romagna L’importanza del settore agro-alimentare per la Regione Emilia-Romagna è ben rappresentato dal numero e dall’importanza (qualitativa ed economica) delle denominazioni di origine registrate che ne fa la prima Regione italiana per prodotti DOP – Denominazione di Origine Protetta ed IGP – Identificazione Geografica Protetta (si veda tabella sottostante). Nondimeno è la produzione vinicola regionale con 19 prodotti DOC – Denominazione di Origine Controllata e 1 prodotto DOCG – Denominazione di Origine Controllata e Garantita.

Prodotto Denominazione Prodotto Denominazione Prodotto DenominazioneParmigiano Reggiano DOP Salame

Piacentino DOP Zampone di Modena IGP

Grana Padano DOP Aceto Balsamico tradizionale di Reggio Emilia

DOP Culatello di Zibello IGP

Provolone Val Padana DOP Olio di Brisighella DOP Marrone di Castel

del Rio IGP

Prosciutto di Parma DOP

Aceto Balsamico tradizionale di Modena

DOP Scalogno dell’Emilia Romagna

IGP

Prosciutto di Modena DOP Mortadella di

Bologna IGP Pera dell’Emilia Romagna IGP

Coppa Piacentina DOP Vitellone Bianco dell’Appennino Centrale

IGP Pesca e Nettarina dell’Emilia Romagna

IGP

Pancetta Piacentina DOP Cotechino di

Modena IGP Fungo di Borgotaro IGP

Limitatamente al settore zootecnico e di lavorazione delle carni, in Regione si produce inoltre materia prima per altri 7 prodotti agro-alimentari con denominazioni registrate DOP (di seguito elencati).

• Prosciutto veneto Berico-Euganeo. • Prosciutto di Carpegna. • Prosciutto Toscano. • Salame di Varzi. • Salame di Brianza. • Valle d’Aosta Jambon de Bosses. • Valle d’Aosta Lardo D’Arnad.

Per ciò che concerne il numero di imprese, nel 2005 risultano iscritte in Regione Emilia-Romagna 58.057 imprese manifatturiere, delle quali 9.088 (il 15,7%) appartengono al settore alimentare e delle bevande (si veda tabella sottostante). Dal confronto dei dati dal 2000 al 2005 emerge una riduzione costante della numerosità delle imprese manifatturiere, mentre aumenta del 10,1% il numero delle imprese alimentari. Vi sono comparti che vedono l’Emilia-Romagna certamente protagonista di primo piano, quali quello delle carni con oltre il 22% delle imprese nazionali, il lattiero-caseario, che concentra in Regione poco meno del 15% delle imprese nazionali. Importante è pure la presenza di imprese pastarie, con oltre il 9% del totale nazionale. In particolare, il comparto lattiero-caseario regionale conta ben 1.537 imprese, il 16,9% del numero delle imprese alimentari dell’Emilia-Romagna. L’altro comparto numericamente rilevante è quello della carne, con 1.103 imprese rappresenta il 12,1% del settore alimentare regionale. Alle 9.088 imprese alimentari emiliano-romagnole corrispondono 11.112 unità locali, delle quali 7.825, il 70,4% del totale, risultano iscritte nel registro delle realtà artigianali e 3.287 appartengono all’aggregato dell’industria in senso stretto. E’ interessante notare come alcuni comparti si presentino più industrializzati di altri nell’ambito del territorio regionale e come in taluni casi questa situazione muti se analizzata a livello nazionale. Il comparto delle “Acque minerali e bibite” in Regione vede la componente industriale al 94%; il comparto “Vini” al pari dell’aggregato “Generici” sono rappresentati per l’87% da industrie; il comparto delle “Conserve

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Vegetali” è costituito invece per l’81-85% da industrie e il comparti delle lavorazioni della “Carne” e “Molitorio” si dividono alla pari tra industrie e realtà artigiane.

Imprese Emilia-Romagna Imprese Italia Numero Ateco Comparti

2000 2004 2005 2000 2004 2005 15.00 Generici 32 23 21 1.150 838 582 15.10 Carne 1.113 1.120 1.103 4.768 4.971 4.956 15.20 Pesce 27 25 21 537 579 574 15.30 Conserve Vegetali 124 142 130 2.190 2.426 2.481 15.40 Oli e grassi vegetali 40 39 42 5.280 5.169 5.095 15.50 Lattiero caseario 1.499 1.533 1.537 8.586 10.072 10.362 15.60 Molitoria 205 168 161 2.306 1.944 1.881 15.70 Mangimistica 96 92 95 616 631 642

15.80 Altri prodotti di cui:

4.906 5.603 5.795 56.410 67.584 70.463

15.83 Zucchero 4 3 4 38 30 30 15.85 Paste alimentari 622 528 512 5.755 5.543 5.555

15.90 Bevande di cui:

215 194 183 3.412 3.406 3.308

15.93 Vini 152 134 127 2.056 2.034 1.918 15.98 Acque e bibite 15 12 11 473 429 426

Alimentari e Bevande 8.257 8.939 9.088 85.255 97.620 100.344 Manifatturiera 58.575 58.356 58.057 639.778 643.267 640.054

Fonte: Registro delle Imprese – Camera di Commercio Settore di trasformazione della carne

Rappresenta un settore molto importante sia da un punto di vista quantitativo che qualitativo. La Regione Emilia-Romagna è infatti ai primi posti per numero di capi di allevamento suino, bovino ed avicolo. Lo sviluppo e la diffusione dei macelli è dunque ampio come matura l’industria di trasformazione, che vanta una delle più alte concentrazioni di salumi tipici di’Italia tra cui i più famosi sono il prosciutto di Parma, quello di Modena e ancora lo zampone e il cotechino, i salami, le coppe e le pancette piacentine. In Regione, l’industria di macellazione del suino è concentrata nelle Province, lungo la via Emilia, che vanno da Bologna a Piacenza dove sono altresì concentrate le industrie di lavorazione delle carni suine, mentre quella avicola è più presente nelle Province romagnole di Forlì-Cesena e Ravenna. Per ciò che concerne i macelli bovini, essi sono distribuiti in modo più omogeneo per l’allevamento bovino legato alla produzione di formaggio nel settore occidentale e di quello bovino da carne nell’area collinare del settore orientale. Settore lattiero-caseario

L’allevamento bovino da latte così come la produzione di latte, latticini e formaggi è particolarmente fiorente nel settore emiliani della Regione e in particolare nelle Province di Bologna, Modena, Reggio Emilia, Parma e Piacenza. Particolarmente rilevante è la produzione di parmigiano reggiano (da Bologna a Parma) e di grana padano nella Provincia di Piacenza. Per quanto riguarda invece l’industria del latte, yogurt e latticini la realtà produttiva è caratterizzata da poche grandi aziende nelle Province di Bologna, Reggio Emilia e Parma. Circa il 50% delle aziende che si occupa di trattamento del latte è ubicato in Provincia di Parma, mentre si raggiunge una quota di circa l’87% se si aggiungono le Province di Modena e Reggio Emilia. Settore conserviero

L’industria conserviera comprende principalmente la produzione di succhi di frutta e la lavorazione e conservazione di frutta e ortaggi. Per ciò che concerne la prima tipologia di produzione, in Regione sono presenti 20 stabilimenti di cui 10 nelle Province di Parma e Ravenna (rispettivamente 4 e 6). Gli stabilimenti dediti alla lavorazione e conservazione di frutta e ortaggi sono invece 187. Le aree a maggior vocazione sono le Province di Parma e Ravenna (35 e 31 rispettivamente) e Modena, Ferra e Bologna (24 le prime due e 23 l’ultima). Settore vinicolo

Questo settore è distribuito in modo abbastanza omogeneo su tutto il territorio regionale.

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I territori più vocati sono le aree collinari del settore romagnolo, dalla Provincia di Bologna a quella di Rimini (es. Sangiovese di Romagna, Albana, ecc.), le valli piacentine (es. Gutturnio, Trebbiano, ecc.) e infine le Province di Modena, Reggio Emilia e Parma (Lambrusco). Le cantine di produzione di vino (da uva non di produzione propria) sono in Regione 159, di cui 72 nelle Province di Modena e Reggio Emilia, altre 72 nelle Province di Ravenna, Forlì-Cesena, Bologna e Piacenza, mentre 6 sono presenti complessivamente nelle Province di Ferrara e Rimini. Settore della molitoria

L’industria molitoria è legata in particolare a quella della produzione di pasta e prodotti da forno e all’industria mangimistica. Sono oltre 220 in Regione gli impianti che si occupano dello stoccaggio, essiccazione e trasformazione delle granaglie e si concentrano in maniera abbastanza omogenea tra le Province di Parma, Reggio Emilia, Modena, Bologna e Forlì-Cesena (che ne contano 162). Settore del pane, pasta e altri prodotti da forno

Il settore può essere suddiviso in due differenti classi economiche: la produzione di biscotti, fette biscottate e altri prodotti conservati e la produzione di paste alimentari e prodotti farinacei simili. Per ciò che concerne la prima tipologia di produzione, quasi un terzo dell’intera produzione regionale è ubicata nella Provincia di Parma. Per quanto concerne invece la produzione di pasta alimentare, più di 600 sono le aziende del settore occupate nella Regione Emilia-Romagna. La distribuzione provinciale è alquanto omogenea. Spiccano le Province di Bologna e Ravenna (rispettivamente 116 e 87 unità locali), seguite da quelle di Forlì-Cesena e Modena (76 e 71), mentre Parma, Piacenza, Reggio Emilia e Rimini si attestano in media a 60 unità locali. Settore della produzione di caffè e di acqua minerale e bibite analcoliche

Caratterizzata dalla presenza di marchi storici (in particolare a Bologna e Modena), la lavorazione del caffè rappresenta in Regione un settore di grande importanza non solo storica ma anche economica. Le unità locali (104) sono concentrate per lo più nella Provincia di Bologna, seguita da quelle di Ravenna, Modena, Parma, Ferrara e Reggio Emilia. Per quanto concerne la produzione di acqua minerale confezionata e di bibite analcoliche, nella Regione Emilia-Romagna sono insediate 26 unità locali ubicate soprattutto lungo la zona collinare e montana dell’Appennino in corrispondenza delle sorgenti naturali.

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Capitolo 2: Le lavorazioni di settore Al fine di esplicitare le correlazioni fra attività svolte all’interno delle aziende agro-alimentari e le problematiche ambientali ad esse legate, vengono di seguito presentate le descrizioni dei processi produttivi del settore relativamente a:

• Macellazione delle carni. • Produzione di salumi. • Produzione di latte e i suoi derivati. • Produzione di conserve. • Produzione di vini. • Produzione di sfarinati. • Produzione di pane, pasta ed altri prodotti da forno. • Produzione e confezionamento di acqua. • Produzione di caffè.

Poiché lo scopo dell’analisi è quello di individuare le opzioni gestionali e tecnologiche utili per migliorare l’impatto ambientale delle lavorazioni sopra elencate, l’indagine si è concentrata sulle fasi maggiormente importanti, ovvero:

• arrivo materie prime; • predisposizione e pretrattamento materie prime; • lavorazione materie prime; • confezionamento; • stagionatura.

Mentre le prime quattro attività sono presenti in tutti i processi considerati, la stagionatura è caratteristica della produzione di salumi e formaggi, dove i prodotti vengono stoccati per alcuni mesi in magazzini con temperature controllate al fine di raggiungere un adeguato grado di maturazione. Gli aspetti ambientali più significativi correlati alle diverse attività sono:

Attività Aspetti ambientali significativi Processi produttivi

Arrivo materie prime Consumo di materie prime ed imballaggi. Tutti

Predisposizione e pretrattamento materie prime

Consumi idrici ed energetici; Consumo di sostanze pericolose; Scarichi liquidi; Emissioni atmosferiche; Rifiuti e scarti; Rumore.

Tutti

Lavorazione materie prime

Consumi idrici ed energetici; Consumo di sostanze pericolose; Scarichi liquidi; Emissioni atmosferiche; Rifiuti e scarti; Rumore.

Tutti

Confezionamento Consumo di materie prime ed imballaggi; Consumi energetici; Rifiuti e scarti.

Tutti

Stagionatura Rifiuti e scarti. Produzione di salumi. Produzione di latte e i suoi derivati.

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Macellazione delle carni

Le attività di macellazione partono con il ricevimento degli animali, durante il quale gli animali vengono puliti, lavati e sanificati, e la loro sosta nelle aree di stabulazione in attesa di macellazione. Dopo una docciatura gli animali sono sottoposti a stordimento tramite azione meccanica, elettrica o per soffocamento, e quindi appesi per gli arti inferiori e iugulati. Incidendo le arterie carotidee si provoca il dissanguamento: il sangue viene raccolto sul fondo della zona di dissanguamento ed allontanato per essere riutilizzato, almeno in parte, per fini alimentari o industriali. Le carcasse di bovini sono successivamente sottoposte a scuoiatura mentre quelle di suini a scottatura e depilazione. Prima di passare alla scuoiatrice meccanica, le carcasse di bovini sono preparate tramite l’asportazione delle estremità degli arti, la legatura del retto, l’incisione della pelle a livello delle estremità e della testa. La scottatura delle carcasse suine ha lo scopo di ammorbidire le setole per facilitare la depilazione (effettuata tramite l’utilizzo di rulli rotanti) ed avviene per passaggio in un tunnel di docciatura con acqua calda. Segue l’eviscerazione, operazione che comporta il distacco degli organi (polmonari, respiratori, digestivi) dell’animale dalla carcassa e il successivo allontanamento ed avviene con l’ausilio di divaricatori per evitare la rottura dei prestomaci. L’asportazione della testa viene fatta su apposite pedane ed è preceduta dalla chiusura dell’esofago. Nel caso di bovini si procede a questo punto al taglio in “mezzene” mentre per i suini dopo il sezionamento si procede alo “smontaggio a caldo” delle mezzene, per ottenere pezzi più piccoli. Le carcasse vengono infine rapidamente raffreddate per ridurre lo sviluppo di microbi, dopo di che possono essere inviate alle zone di stoccaggio in attesa di essere inviate ad imprese di trasformazione (industrie conserviere o aziende di produzione salumi) o alla vendita di carne fresca.

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Produzione di Salumi

I diversi processi per la produzione dei vari salumi presentano proprie peculiarità e lavorazioni comuni. Al momento del ricevimento delle materie prime (carni suine fresche) viene sempre effettuata una operazione di controllo e selezione, seguita a volte da un lavaggio delle pezzature in ingresso che vengono poi stoccate in celle frigorifere in attesa di essere inviate alle linee di lavorazione; terminati i processi si ottengono prodotti finiti che possono essere confezionati (in sacchi di plastica o poliaccoppiati di categoria alimentare, eventualmente in condizioni di sotto vuoto o in atmosfera protettiva) prima di essere inviati alla distribuzione. In funzione della tipicità delle fasi di lavorazione realizzate per ottenere i vari prodotti si possono distinguere le linee del prosciutto crudo, del prosciutto cotto e degli insaccati (che a loro volta possono essere sia stagionati che cotti). Prosciutto crudo - Le cosce di suino sono cosparse di sale in due fasi successive, distanziate tra loro di circa una settimana; tra la prima salatura e la seconda salatura le cosce vengono ripulite. All’uscita dalle celle di secondo sale, aree a temperatura controllata dove le cosce permangono per circa due settimane, le cosce sono sottoposte a soffiatura e massaggiatura. Vengono poi asportate le parti superflue (estremità ossee, asperità della carne, grassi, cotenna) e le cosce sono lasciate a riposare per circa 2 mesi. Al termine di questo periodo viene effettuato un processo di rinvenimento per il passaggio a temperatura ambiente. Si effettua quindi una fase di lavaggio (per eliminare patine o eventuali lieviti che possono essersi sviluppati sulla superficie), asciugatura e maturazione. I prosciutti vengono posti successivamente in locali di pre-stagionatura per un periodo di 2-3 mesi, durante i quali sono ossigenati attraverso circolazione dell’aria ambiente; si procede poi alla sugnatura, ovvero l’applicazione di uno strato di grasso di maiale che ammorbidisce e protegge la parte magra del prosciutto, consentendo a questo di continuare a perdere umidità. Il prosciutto così lavorato è quindi collocato nelle cantine per proseguire la stagionatura, per circa 6 mesi. I prosciutti stagionati sono controllati e quindi sottoposti a marchiatura, dopodiché possono essere inviati al confezionamento. Prosciutto cotto - Le carni suine destinate alla produzione dei prosciutti cotti, così come degli insaccati e di altri salumi (coppa, pancetta, culatello, ecc.), subiscono un preliminare trattamento di disosso (asportazione delle ossa) e rifilatura (eliminazione del grasso, dei tendini e dei nervi). Le carni disossate e rifilate vengono iniettate di salamoia (soluzione salina contenente anche aromi e altri ingredienti) mediante siringatrici multiaghi e quindi sottoposte a zangolatura che consiste in un massaggio vigoroso che agevola la distribuzione della salamoia e la coesione delle carni. Per lo stadio di cottura il prosciutto viene posto all’interno di stampi metallici (che conferiscono la forma finale al prodotto) collocati in forni a vapore o direttamente in acqua calda. Terminata la cottura i prosciutti vengono pressati per permettere alle varie parti di aderire bene tra loro. Si ha poi un passaggio di raffreddamento in celle frigorifere dove i prosciutti sostano per circa 24-48 ore. I prosciutti sono estratti manualmente dagli stampi e quindi sottoposti a toelettatura per eliminare le irregolarità e le deformazioni presenti eventualmente in superficie. Per proteggere il prodotto finito da degradazioni operate dal contatto della carne con aria si procede a formare una patina oleosa o di paraffina sulla superficie del prosciutto. Il prodotto può quindi essere inviato al confezionamento. Poichè le diverse manipolazioni effettuate sul prosciutto dopo la fase di cottura vanno a determinare un aumento della carica microbica superficiale, si rende necessario un trattamento di pastorizzazione effettuato sul prodotto confezionato. Al termine del trattamento termico, realizzato in autoclave, si procede ad un finale raffreddamento in celle frigorifere. Insaccati - Come per la produzione di prosciutto cotto la fase di partenza della preparazione di insaccati è data dalla disossatura e rifilatura delle carni. Mediante tritacarni si procede quindi a triturare la carne e il grasso fino ad ottenere la dimensione desiderata che può essere più o meno fine a seconda dei prodotti; le carni e il grasso sono impastate assieme agli altri ingredienti (sale, aromi, spezie e additivi) e l’impasto così ottenuto viene inserito, mediante sistemi sottovuoto, in budelli naturali o artificiali. Gli insaccati stagionati sono quindi sottoposti alla fase di stagionatura mentre per la produzione di insaccati cotti, come la mortadella, non vi è processo di stagionatura, ma la fase di insaccamento è seguita da cottura (in stufe ad aria secca), docciatura con acqua fredda e stabilizzazione mediante sosta finale in cella di raffreddamento.

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Altri prodotti (coppa, pancetta, culatello, ecc.) – Alla disossatura e rifilatura segue il trattamento di salagione delle carni che sono poi lasciate riposare in cella prima di essere sottoposte ad assemblaggio nella forma finale mediante legatura e cucitura. I semilavorati così ottenuti sono inviati alla stagionatura.

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Produzione del latte e i suoi derivati

Svariati sono i prodotti realizzati a partire dal latte di mucca derivante dagli allevamenti bovini: latte fresco o a lunga conservazione, yogurt, panna, burro e formaggio di varia tipologia. Produzione latte - Il latte crudo giunge agli stabilimenti di lavorazione dopo essere stato raffreddato a 4°C, così da bloccare la crescita della carica batterica presente nel latte appena munto. In arrivo vengono effettuati alcuni controlli della materia prima e quindi stoccato in serbatoi refrigerati da cui viene poi inviato alle fasi di trattamento. Per ottenere latte fresco si effettua un trattamento di pastorizzazione (trattamento termico a 72 – 75 °C per 15 secondi), che elimina i batteri patogeni e gran parte dei batteri saprofiti responsabili di possibili alterazioni del gusto del prodotto seguito da omogeneizzazione, volta a ridurre il diametro delle particelle di grasso, che altrimenti si separerebbero e degasazione mediante la quale il latte viene privato degli odori. Il prodotto trattato viene poi confezionato e stoccato provvisoriamente in una cella refrigerata a 4 °C, in attesa di essere inviato alla distribuzione. Per ottenere invece latte a lunga conservazione (o UHT), il trattamento consiste in una fase di sterilizzazione (trattamento termico a 140-150°C per 4/5 secondi dopo essere stato preriscaldato). Una volta raffreddato, il prodotto viene confezionato. Produzione di yogurt - Lo yogurt è derivato dalla fermentazione del latte ad opera di specifici microrganismi che sono presenti anche all’interno del prodotto finale. Il processo produttivo segue le stesse fasi preliminari descritte per la lavorazione del latte (trattamento termico e omogeneizzazione) con successiva concentrazione finalizzata a dare maggiore consistenza al prodotto finito. Il latte così trattato viene stoccato in un maturatore a circa 35-40 °C, innestato con una coltura di microrganismi e lasciato maturare per alcune ore durante le quali si realizza la fermentazione lattica che determina l’abbassamento del pH del latte fino a provocare la coagulazione delle proteine. Una volta che si ottiene il pH desiderato il coagulo viene rotto e rapidamente raffreddato fino a 20 °C in modo da bloccare la fermentazione che porterebbe ad una acidità troppo elevata nel prodotto. Prima del confezionamento si aggiunge l’eventuale aroma in un miscelatore. Il prodotto confezionato è quindi stoccato in celle refrigerate in attesa della distribuzione. Produzione di panna e burro - La panna si ottiene per scrematura del latte fresco (tramite centrifugazione) mentre il burro è un derivato della panna (si tratta di un grasso alimentare tratto dalla lavorazione delle creme di latte di vacca, per separazione del latticello, ovvero la parte acquosa). La burrificazione si realizza partendo dalla pastorizzazione della crema di latte di vacca mediante trattamento a 90-95 °C per 30 secondi con cui si stabilizza il prodotto e liquefa maggiormente la materia grassa, favorendo la successiva cristallizzazione. Essa si ottiene per rapido raffreddamento della crema fino a 6-7 °C. Sono quindi inoculate colture di batteri che conferiscono l'aroma al burro e la crema viene messa in recipienti detti zangole, dove è sbattuta energicamente per 40-50 minuti alla temperatura di 12 °C in modo da agglomerare il grasso in particelle delle dimensioni di un chicco di mais circa, separandosi dalla fase liquida (latticello). Tramite lavaggio con abbondante acqua potabile si ottiene la separazione del burro dal latticello. La massa di burro, che ha una consistenza granulosa, viene poi impastata e resa omogenea; infine viene modellata, tagliata e impacchettata. Produzione di formaggi - Gli elementi che differenziano la produzione delle varie tipologie di formaggio sono principalmente costituiti dalle condizioni di esercizio e non tanto dalle fasi di lavorazione che, ad eccezione della stagionatura che non si effettua per i formaggi freschi, si ritrovano in tutti i processi. La produzione di formaggio parte con la fase di raccolta del latte ed il trasporto con mezzi refrigerati fino agli stabilimenti di lavorazione. Per prima cosa il latte è filtrato per eliminare le impurezze e quindi lasciato in apposite vasche a bassa temperatura per consentire la rimozione della parte grassa che si accumula in superficie (panna). Il latte sgrassato è successivamente trasferito nelle caldaie o botti dove avviene prima di tutto un trattamento termico necessario ad eliminare batteri nocivi o in grado di alterare le qualità del formaggio. Si effettua quindi l’aggiunta di specifici fermenti lattici, differenti a seconda del tipo di formaggio da produrre, e quindi del caglio che consente la coagulazione della caseina con conseguente formazione di una massa

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coagulata detta cagliata. Per agevolare lo spurgo del siero (frazione liquida) dal coagulo si procede alla rottura della cagliata, attraverso sistemi meccanici automatici o manuali, in parti di dimensioni inversamente proporzionali alla durezza del prodotto finale che si vuole ottenere. Sempre in caldaia la cagliata viene quindi lasciata riposare in condizioni di riscaldamento: ciò permette di espellere il siero e di cuocere contemporaneamente il coagulo. Una volta terminata la cottura si procede ad estrarre la cagliata e ad inserirla, in parti più o meno grandi a seconda della pezzatura finale del formaggio, all’interno di appositi contenitori (detti stampi) che conferiscono la forma finale al prodotto e dai quali continua ad essere espulso siero attraverso operazioni di pressatura delle forme. Si procede poi alla salatura delle forme che può essere realizzata a secco oppure attraverso immersione delle forme in vasche contenenti salamoia. Nel caso di formaggi a pasta dura o semi-dura l’operazione di salatura viene seguita dal posizionamento delle forme in camere calde che permettono l’asciugatura, nel caso siano state sottoposte a salatura a umido, oppure la semplice evaporazione del contenuto di acqua. La maturazione, o stagionatura, del formaggio fino alle caratteristiche finali desiderate (controllate tramite espertizzazione), avviene lasciando le forme a riposare in locali con condizioni di temperatura e umidità controllate. Durante la stagionatura le forme sono sottoposte a periodica pulizia delle croste mediante sistemi abrasivi atti a rimuovere muffe superficiali ed impurità. L’ultima fase del processo consiste nell’imballaggio del prodotto prima dell’invio alla fase di vendita.

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Produzione di conserve

Il settore conserviero comprende tutti i processi di trasformazione di materie prime alimentari (ortaggi, frutta, funghi, formaggio, carni) funzionali a produrre elaborati con caratteristiche di minor deperibilità rispetto al prodotto fresco, definite genericamente conserve: si tratta di marmellate; succhi di frutta; frutta sciroppata; conserve di pomodoro; sughi di vario tipo; creme; ortaggi sott’olio, sott’aceto o in salamoia; omogeneizzati; liofilizzati; ecc. Indipendentemente dal tipo di materia prima utilizzata e del prodotto da produrre i diversi processi di lavorazione si possono suddividere in alcune macrofasi sempre presenti, ovvero:

• conferimento delle materie prime e stoccaggio; • cernita e pretrattamento; • lavorazione e riempimento; • imballaggio e quarantena; • distribuzione.

Il tipo di conferimento delle materie prime dipende dalla deperibilità delle stesse e dalla distanza tra luogo di produzione e luogo di trasformazione: vi possono quindi essere sia arrivi di materie prime grezze sia di prodotti semilavorati (in salamoia, disidratati od essiccati) sia di merci fresche che giungono con trasporto refrigerato. Anche le condizioni di stoccaggio variano in funzione del tipo di materia prima in ingresso: ortaggi e frutta freschi sono stoccati solitamente all’aperto e vengono lavorati nel minor tempo possibile così da ridurre al minimo fenomeni di degradazione; i prodotti freschi più facilmente deperibili (come formaggi e carni) sono conservati in celle refrigerate (frigo o freezer) fino alla lavorazione; le materie prime pretrattate giungono confezionate e possono essere stoccate, anche in aree esterne, per tempi più lunghi. Il primo passaggio dei processi per la produzione di conserve consiste in operazioni di cernita e lavaggio. Una volta completata la selezione delle merci che presentano le caratteristiche desiderate ed effettuato il lavaggio si procede con una serie di lavorazioni cosiddette di pretrattamento che consistono sostanzialmente in: dissalatura per le materie prime conservate in salamoia; idratazione per le materie prime liofilizzate o essiccate; eliminazione delle parti di scarto da frutta e verdura (spellatura o sbucciatura, denocciolatura, rimozione semi e torsoli); sminuzzamento (taglio, triturazione, macinazione, estrusione) per ottenere particolati o puree più o meno fini e succhi. Poiché le materie prime sminuzzate sono più esposte a fenomeni di degradazione, si effettuano trattamenti termici a base di vapore (scottatura) o processi di acidificazione per abbassare il pH di alcuni prodotti così da evitare lo sviluppo di determinati batteri dannosi. Lo stadio di lavorazione si compone delle operazioni di aggiunta ingredienti, cottura e concentrazione (per ottenere una riduzione del contenuto di acqua); tali operazioni sono realizzate singolarmente o in combinazione tra loro a seconda del prodotto da ottenere. Terminati i passaggi di lavorazione si procede con la fase di riempimento durante la quale i preparati sono inseriti negli imballaggi primari precedentemente lavati e sanitizzati. Durante la fase di riempimento sono applicate varie tecniche (riempimento sotto vuoto o exaustaggio) volte ad evitare che permanga ossigeno (causa di fenomeni degradativi) dentro alle confezioni. Riempite le confezioni si procede con la loro chiusura e con l’eventuale lavaggio delle confezioni piene e chiuse. Per garantire la conservazione dei preparati ottenuti è necessario sottoporli ad un trattamento termico di pastorizzazione o sterilizzazione (a seconda della tipologia di prodotto e della durata di conservazione). Il prodotto confezionato e stabilizzato viene successivamente sottoposto a imballaggio funzionale al suo imbancalamento per un determinato periodo (definito quarantena) necessario a verificare che non si sviluppino fenomeni degradativi del prodotto che possono aversi in caso di contaminazione delle confezioni, cattivo trattamento termico e altri difetti di produzione. Trascorso il periodo di quarantena si procede a depallettizzazione e a controllo delle confezioni con scarto del prodotto eventualmente degradato. Il prodotto che supera il controllo viene nuovamente pallettizzato per poter essere spedito ai clienti.

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Produzione di vini

Le lavorazioni del settore vitivinicolo sono sostanzialmente composte, oltre che dalla fase primaria di produzione delle uve, dalla fase di vinificazione con cui il succo d’uva estratto dagli acini si trasforma in vino mediante il processo di fermentazione e dalla successiva fase di imbottigliamento. Il processo di vinificazione e gli specifici trattamenti effettuati su mosto e vino variano a seconda della tipologia di vino da produrre: nella produzione di vino rosso il mosto viene fatto fermentare assieme alle bucce; nel caso del vino bianco invece si procede all’immediata separazione delle frazioni solide dal mosto; i vini novelli sono ottenuti con un sistema che accelera le fasi di trasformazione del mosto in vino (mediante macerazione dell’uva con anidride carbonica); i vini frizzanti si ottengono effettuando la fermentazione del mosto in contenitori chiusi (autoclavi) per cui l’anidride carbonica rimane disciolta nel vino. Il processo di vinificazione prevede la fase di pigiatura dell’uva che permette la fuoruscita del mosto, e diraspatura con cui si ottiene la rimozione dei raspi (parte legnosa dei grappoli di uva). Nel caso della vinificazione in bianco si procede quindi alla fase di sgrondatura con cui il mosto viene separato da vinacce (bucce) e vinaccioli (semi). Tale operazione può essere effettuata sia per semplice percolazione del mosto su una griglia che trattiene le parti solide oppure attraverso sgrondatori meccanici. Prima di procedere con la fermentazione il mosto può essere sottoposto a diversi trattamenti e correzioni con cui se ne vanno a migliorare le caratteristiche. Come trattamenti del mosto si possono avere: operazioni di chiarificazione per assorbimento delle sostanze in sospensione e successiva separazione mediante filtrazione o centrifugazione; aggiunta di anidride solforosa (sotto forma gassosa, liquida o solida) che svolge funzioni antiossidanti, antisettiche, di selezione dei lieviti, di solubilizzazione dei pigmenti presenti nelle bucce (nel caso della vinificazione in rosso) e di chiarificazione in quanto agevola la precipitazione delle sostanze colloidali; eventuale termocondizionamento, mediante raffreddamento. Le correzioni possono riguardare il grado zuccherino (mediante tagli con altri mosti di idonee caratteristiche o aggiunta di mosto concentrato), l’acidità (modificabile attraverso aggiunta di acido tartarico o più raramente citrico), il colore e la quantità di tannino (parametri modificabili variando il tempo di contatto mosto-vinacce o effettuando dei tagli con altri mosti). Il mosto è quindi addizionato con lieviti e lasciato a fermentare. Terminata la fase cosiddetta di fermentazione tumultuosa in cui si liberano dal processo di digestione degli zuccheri grandi quantità di anidride carbonica, si procede con la fase di svinatura: essa consiste nella separazione del vino dalle fecce (costituite da lieviti morti, sostanze coagulate o colloidali, sali precipitati) e dalle vinacce (ancora presenti nel caso della vinificazione in rosso). Il vino rosso purificato è sottoposto ad un successivo passaggio di fermentazione seguito dalla fase di maturazione. Il vino bianco viene invece direttamente travasato nei contenitori adibiti alla maturazione (in acciaio inossidabile, vetroresina o cemento). Al termine del periodo di maturazione il vino può subire alcuni trattamenti volti alla correzione e/o alla stabilizzazione delle sue caratteristiche qualitative (correzione del titolo alcolimetrico, correzione dell’acidità, correzione del colore, correzione del tannino, stabilizzazione ottenibile mediante chiarificazione del vino, rifermentazione e pastorizzazione). Effettuati questi trattamenti il vino bianco è pronto per essere imbottigliato mentre il vino rosso viene solitamente destinato ad un periodo di invecchiamento in botti di rovere di varie dimensioni prima di essere imbottigliato. Il processo di imbottigliamento può prevedere una fase preliminare di filtrazione sterilizzante funzionale a prevenire la formazione di microrganismi indesiderati. Prima dell’imbottigliamento si procede al lavaggio delle bottiglie. La stabilità del vino imbottigliato può essere aumentata con una colmatura dello spazio di testa mediante gas inerti oppure tramite l’aggiunta di anidride solforosa. Il confezionamento primario viene finito avvolgendo i tappi con apposite capsule (e con gabbie nel caso di vini frizzanti) ed ettichettando le bottiglie.

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Produzione di sfarinati

La materia prima più largamente utilizzata per la produzione di farina è il grano. Esso giunge in chicchi ai mulini dove viene trasferito in silos di stoccaggio. Inizialmente si procede con un processo di lotta ad eventuali infestanti, effettuato mediante trattamento con gas o calore. Segue quindi una fase di pulizia (realizzata attraverso azioni di vagliatura, sfregatura, spazzolatura ed aspirazione) che consente di allontanare dal grano materiale estraneo costituito da altri cereali, pietre, impurezze metalliche, paglia, pellicole di crusca, semi e polvere). Ultimo passaggio di pretrattamento che anticipa la macinazione è la fase di condizionamento, ovvero umidificazione (mediante vapore) del grano; il condizionamento agevola la separazione della cuticola esterna dal chicco e le lavorazioni di macinazione dei chicchi. La prima fase di macinazione parte dai chicchi interi per arrivare a semilavorati di granulometria ancora abbastanza grossa; è una lavorazione eseguita con una successione di diversi stadi, partendo da una macinazione più grossolana per giungere ad una più fine. Tramite ruote dentate i chicchi vengono separati dalla pellicola esterna (crusca). Dopo ciascuno stadio di macinazione si esegue una vagliatura che permette di separare le particelle più grandi, reimmesse in testa al mulino, la farina, destinata alle lavorazioni finali, e particelle di dimensioni intermedie che, dopo purificazione (ovvero setacciatura tramite cui si rimuovono parti grossolane che possono anche presentare residui di crusca), sono sottoposte ad una nuova fase di macinazione, più spinta della precedente. I prodotti della seconda macinazione sono vagliati, ottenendo la separazione tra farina e crusca. La farina ottenuta può essere essiccata prima del confezionamento, realizzato in sacchi o sacchetti a seconda della destinazione del prodotto (ad altri processi produttivi o al consumatore finale).

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Produzione di pane, pasta ed altri prodotti da forno

I processi per la produzione di pane, pasta e altri prodotti da forno sono accomunati da operazioni di preparazione di impasti a base di farina cui viene data la forma desiderata e quindi sottoposti a trattamenti per ottenere il prodotto finale (asciugatura nel caso della pasta, cottura nel caso del pane e di altri prodotti da forno). Le farine sono conferite agli impianti di lavorazione mediante autosilos e quindi trasferite in silos di stoccaggio da cui, tramite sistemi pneumatici, vengono inviate alle impastatrici. Qui le farine sono miscelate ad acqua e ad altri ingredienti (diversi a seconda del tipo di prodotto da realizzare) e la miscela viene lavorata fino ad ottenere un impasto della consistenza voluta. Prima della formatura nella produzione di pasta l’impasto viene sottoposto a disareazione mentre per la produzione di pane e altri prodotti da forno l’impasto viene fatto lievitare. Il conferimento della forma voluta alle parti di impasto viene effettuato con sistemi diversi a seconda del prodotto: l’impasto della pasta viene estruso; quello del pane viene suddiviso in pagnotte che possono essere manipolate in vario modo; quello dei biscotti può essere anch’esso estruso, tirato e quindi tagliato oppure stampato; quello delle torte viene colato in appositi stampi. Una volta conferita la forma desiderata, l’impasto è sottoposto a trattamento termico: nel caso della pasta si procede all’asciugatura per ridurre il contenuto di acqua e permettere una lunga conservazione del prodotto; nel caso del pane e degli altri prodotti da forno, invece, l’impasto è sottoposto a vera e propria cottura. In uscita da questi trattamenti si procede con una fase di raffreddamento (anticipata, nel caso di produzione di pasta lunga, dall’operazione di taglio del semilavorato asciugato in pezzi della dimensione voluta). I prodotti raffreddati possono essere infine confezionati. Può essere effettuata preliminarmente una affettatura del pane oppure la guarnizione di altri prodotti da forno (es. glassatura).

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Produzione e confezionamento di acqua

La produzione di acqua da bere si basa principalmente sulla captazione e l’imbottigliamento dell’acqua, sia essa minerale od oligominerale. La prima attività riguarda la captazione ed il prelievo della risorsa idrica dalla sorgente o falda mediante i pozzi. Gli emungimenti vengono regolati al fine di rispettare le portate autorizzate e la naturale ricarica della sorgente. L’acqua prelevata viene quindi stoccata in serbatoi di accumulo in attesa dell’eventuale filtrazione e imbottigliamento. In alcuni casi, per rendere l’acqua frizzante, viene addizionata anidride carbonica (CO2) tramite miscelatori, collegati ad un saturatore, inseriti nella linea di alimentazione delle riempitrici. La filtrazione viene effettuata su delle acqua di sorgente o falda con caratteristiche non idonee al consumo umano. A tal fine vengono utilizzati diversi sistemi quali i filtri a carboni attivi, l’osmosi inversa, l’ossidazione tramite raggi UV, la clorazione, ecc. Successivamente all’emungimento e all’eventuale filtrazione, l’acqua viene convogliata nelle linee di riempimento costituite da:

• Una lavatrice e/o sciacquatrice per la pulizia delle bottiglie tramite acqua calda con l’eventuale utilizzo di detersivi nel caso di riutilizzo di bottiglie a rendere.

• Una linea di riempimento delle bottiglie (in vetro o in PET). • Una tappatrice, che può utilizzare tappi corona o in plastica. • Un’etichettatrice.

Il prodotto imbottigliato viene infine imballato e stoccato per le successive attività di commercializzazione.

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Produzione di caffè

Le attività di produzione di caffè iniziano con l’acquisto e il ricevimento di caffè crudo o caffè verde in lotti omogenei (partite) della stessa origine. Le partite ricevute vengono sottoposte a verifiche organolettiche al fine di testare le caratteristiche igienico-sanitarie previste dalla legislazione vigente. Prima di essere inviate nei silos di miscelazione, le partite sono sottoposte a cernita da corpi estranei e selezionate in base al colore. Le miscele vengono costituite da ricette predefinite dal produttore prelevando le diverse qualità di caffè. Successivamente, la miscela, chiamata anche cotta, viene introdotta in macchine tostatrici che riscaldano il prodotto in base alla miscela e al grado di tostatura desiderato. Alla fine della tostatura le cotte vengono raffreddate, pesate e inviate alle linee di confezionamento, oppure in silos di stagionatura nel caso dei serving, dosi di caffè macinato e compresso in strati di carta da filtro termosaldate e adatte ad essere utilizzate su macchine del tipo ESE (easy serving espresso). Il caffè tostato può venire quindi confezionato in grani o macinato. Nel primo caso, le cotte vengono innanzitutto analizzate allo scopo di rilevare l’eventuale presenza di corpi estranei e successivamente pesate ed immesse nelle confezioni (barattoli e/o sacchetti metallici) dove viene creato il vuoto per allungare la conservazione del prodotto. Nel caso del caffè macinato invece, le cotte prima di essere confezionate, vengono polverizzate in appositi macinini dove viene controllato il peso e la granulometria del prodotto finito. Nel caso delle cotte per il serving, come detto precedentemente, vengono stoccate nei silos di stagionatura sotto pressione di gas inerte (anidride carbonica). Completata la stagionatura il caffè viene macinato, mescolato e trasportato alle tramogge di alimentazione delle macchine confezionatrici. Il caffè in grani, macinato o serving, può inoltre essere decaffeinato. Il processo viene effettuato sul caffè crudo o verde attraverso 4 diversi procedimenti:

• acetato di etile: metodo attraverso il quale la caffeina viene estratta lavando il caffè crudo con etile acetato, un solvente naturale.

• acqua: metodo basato sull'utilizzo di estrattori a colonne nei quali i chicchi di caffè sono trattati con un estratto acquoso saturato di sostanze solubili del caffè, diverse dalla caffeina.

• cloruro di metilene: metodo in cui la caffeina viene estratta lavandola con diclorometano, un solvente chimico che evapora naturalmente a temperatura superiore a 40°C.

• anidride carbonica: metodo che consiste nel lavaggio dei chicchi con biossido di carbonio allo stato critico (gas liquido) / P = 250 bar, che agisce da solvente della caffeina.

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Capitolo 3: Gli impatti sull’ambiente e le relative tecniche di produzione pulite Il presente capitolo costituisce il cuore della monografia poiché illustra le tecniche più pulite applicabili all’interno del settore agroalimentare per andare a migliorare le principali problematiche ambientali generate dal comparto. Tecniche e tecnologie di seguito presentate derivano sia dagli indirizzi sulle BAT (Best Available Techniques) contenuti nei BREF1 riguardanti aziende soggette ad Autorizzazione Integrata Ambientale (Direttiva IPPC) sia da altri approfondimenti legati alle specificità del settore agroalimentare. Il capitolo è strutturato nel seguente modo: • descrizione della problematica ambientale che caratterizza le produzioni agroalimentari; • presentazione delle tecniche a basso impatto applicabili per affrontare lo specifico problema

ambientale trattato. Per ogni tecnica è identificata, mediante apposita simbologia, la tipologia di settore in cui può essere utilizzata.

1 Bat REFerence documents, ossia gli studi tecnici redatti dall’EIPPCB (European IPPC Bureau) di Siviglia. Presso l’ufficio comunitario di Siviglia del Joint Research Centre è stato infatti istituito un centro di ricerca che si occupa di definire i parametri che individuano le BAT (migliori tecniche disponibili) tramite lo scambio tra Stati membri, industrie e organizzazioni.

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EMISSIONI IN ATMOSFERA

Tecnica: Utilizzo di combustibili a minor impatto ambientale La necessità di importanti quantitativi di energia termica è caratteristica tipica di molte industrie alimentari tra le quali si ricordano in particolare quelle conserviere, caseifici, panifici e pastifici, salumifici, imprese produttrici di caffè. Nei cicli di produzione di energia termica l’utilizzo di combustibili a basso contenuto di zolfo rappresenta una delle strategie più promettenti per il controllo delle emissioni atmosferiche che si generano per effetto della combustione. Tra i combustibili più comunemente utilizzati per l’alimentazione di centrali termiche o elettriche si hanno:

• olio combustibile; • gasolio; • gas naturale o metano.

A seconda dello specifico combustibile impiegato, oltre che del regime di combustione, variano le emissioni rilasciate. Riferendosi in particolare alle emissioni di ossidi di zolfo, esse si generano esclusivamente a partire da combustibili che contengono tale elemento: in funzione del contenuto specifico di zolfo del combustibile la concentrazione di SOx emessa sarà più o meno elevata. Olio combustibile

La famiglia degli oli combustibili comprende distillati pesanti, o residui della distillazione o di altre operazioni di raffineria, classificati in base alla loro viscosità (oli fluidissimi, fluidi, semifluidi, densi) e al contenuto in zolfo (che viene limitato, dalla normativa in vigore, all’1% in massa per la produzione di calore in campo industriale). Attualmente sono inoltre disponibili oli combustibili definiti “ecologici”, realizzati anche mediante miscela tra olio combustibile e biodisel, il cui contenuto di zolfo raggiunge in alcuni casi percentuali inferiori allo 0,05%. Il potere calorifico medio dell’olio combustibile è pari a 10.000 kcal/kg.

Gasolio

Derivato dalla distillazione primaria del petrolio greggio che contiene diversi classi di idrocarburi come paraffine, aromatici e naftenici in proporzioni che variano da gasolio a gasolio. La qualità del prodotto deriva dalle caratteristiche del greggio di provenienza e dalle modalità di distillazione. Il gasolio da riscaldamento viene utilizzato come combustibile negli impianti termici. La sua principale caratteristica è l'elevato potere calorifico (con un valore medio pari a 15.500 kcal/kg). Il massimo contenuto di zolfo ammesso dalla normativa vigente si attesta sullo 0,2% in peso.

Gas naturale

Il gas naturale è una miscela gassosa composta essenzialmente da idrocarburi, prevalentemente metano ed in minore quantità da etano, propano, ed idrocarburi superiori. Nella miscela possono

Emissioni atmosferiche

Il problema delle emissioni inquinanti nel settore agroalimentare è connesso principalmente alla necessità di disporre di energia termica per le diverse tipologie di cottura (salumi, pane, V gamma, etc.), disidratazione (es. latte in polvere) e trattamenti termici (pastorizzazione, sterilizzazione). I principali inquinanti saranno dunque tipici dei processi di combustione di gas (metano) e liquidi (oli pesanti, gasolio) quali NOX, SOX, CO e idrocarburi incombusti. Oltre che nel presente capitolo tecnologie utili alla riduzione degli impatti delle emissioni atmosferiche saranno presentate nel paragrafo che si occuperà di consumi energetici, in particolari relativamente a quelle tecniche che migliorando l’efficienza di combustione riducono le concentrazioni di inquinanti nei fumi di combustione, e nel capitolo “Sostanze pericolose” nel quale sono trattati i gas refrigeranti che, in caso di fughe accidentali, determinano un impatto ambientale legato alla distruzione dell’ozono troposferico e all’effetto serra.

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essere presenti gas inerti quali l'azoto e l'anidride carbonica. Lo zolfo può essere presente nel gas naturale come solfuro di idrogeno, uno dei principali contaminanti di questa tipologia di combustibile. Esso viene rimosso prima dell’utilizzo. Il potere calorifico medio del metano è pari a 13.500 kcal/kg.

L’emissione di particolato dai processi di combustione risulta più elevata per gli impianti che fanno uso di olio combustibile, seguiti da quelli che impiegano gasolio e, infine, da quelli che utilizzano gas naturale (l’entità dell’emissione decresce al diminuire del peso specifico del combustibile). Relativamente ai combustibili liquidi, l’entità del particolato emesso può essere ridotto ricorrendo a emulsioni stabili di tali combustibili con acqua. Le emissioni di ossidi di zolfo (SOx) risultano più elevate per l’olio combustibile, essendo maggiore in questo caso il contenuto di zolfo tollerato rispetto al gasolio per riscaldamento e gas naturale. La produzione di ossidi di azoto (NOx), per quanto concerne la quota derivante dalla presenza di azoto nel combustibile impiegato, viene ridotta ricorrendo a combustibili con un basso livello di impurezze azotate (l’azoto presente nei combustibili è di solito un costituente delle molecole eterocicliche, sostanze presenti nei combustibili liquidi e solidi). Nel gas naturale non sono solitamente contenuti quantitativi apprezzabili di azoto. Oltre agli aspetti legati alla combustione, il ricorso a gas naturale in sostituzione a combustibili liquidi, come l’olio combustibile o il gasolio, determina ulteriori vantaggi ambientali in relazione ai seguenti elementi:

• il trattamento che rende possibile l’impiego del gas naturale consiste semplicemente in operazioni di disidratazione e purificazione e non richiede alcuna trasformazione come invece avviene nel caso dei derivati del petrolio che sono sottoposti a distillazione;

• la distribuzione capillare del gas naturale avviene tramite reti locali sotterranee mentre i combustibili liquidi sono distribuiti con trasporti su gomma.

Tecnica: Bruciatori a bassa emissione di ossidi di azoto (low-NOX) I processi industriali per la produzione di energia termica mediante processi di combustione realizzati in forni, bruciatori, caldaie o altri impianti generano, tra i vari prodotti della combustione, anche la formazione di ossidi di azoto - NOx (derivanti sia dall’azoto presente nell’atmosfera che si ossida ad alte temperature sia dall’eventuale presenza di composti azotati all’interno del combustibile). Oltre al controllo dei combustibili impiagati, al fine di minimizzare le emissioni di ossidi di azoto che si generano dai processi di combustione possono trovare impiego appositi bruciatori, detti “Low NOx”, che ottimizzano le condizioni di combustione e riducono la produzione di tali ossidi. Questi bruciatori sono progettati per regolare l’afflusso di combustibile ed aria all’interno del sistema in modo da mantenere costante il rapporto combustibile/comburente e avere così condizioni di combustione controllate ed elevati rendimenti di processo. Sono costruiti in versione modulante, ovvero formati da moduli componibili che ne rendono possibile l’impiego in qualunque tipo di impianto adattandosi con la potenza necessaria all’applicazione richiesta. L’elevato intervallo di modulazione di un bruciatore ha come ritorno un minore dispendio di calore all’avviamento, una maggiore durata dell’impianto e una conseguente riduzione delle emissioni legata a condizioni di buon funzionamento. Il controllo della produzione di NOx è principalmente dato dalla particolare conformazione della testa della combustione, la quale imprime un’alta velocità dei gas coinvolti nella reazione. I sistemi “Low NOx” assicurano la riduzione delle emissioni e limitano la dispersione termica, realizzando così condizioni di minor consumo ed alto rendimento.

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Tecnica: Recupero e purificazione dell’anidride carbonica dai processi fermentativi Negli impianti in cui si realizzano processi di fermentazione, quali cantine, birrerie e distillerie, importanti possono essere le produzioni di anidride carbonica che può essere recuperata, purificata e deumidificata, compressa e liquefatta per poi essere utilizzata in fase di produzione o per altri impieghi all’interno del sito. I possibili utilizzi dell’anidride carbonica ( CO2) riguardano:

• la gassificazione di bevande quali vini, acqua, birra e soft drink in generale; • l’utilizzo come carrier nei dispenser per birra, soft drink; • l’impiego come mezzo di pressione durante la filtrazione delle bevande; • la neutralizzazione, attraverso acidificazione, di acque di scarico tendenzialmente basiche

determinate dalle attività di sanificazione con prodotti caustici. Il flusso gassoso contenente la CO2 prodotta da processi fermentativi tipici delle aziende alimentari contiene anche fusel oil2 ossigeno, composti del carbonio e dello zolfo e per questo motivo la CO2 deve essere purificata prima di poterla utilizzare. Il processo di purificazione prevede:

• un separatore di schiuma; • il passaggio attraverso uno scrubber ad umido permette di ridurre i composti solforosi, alcol e

chetoni che vengono adsorbiti dall’acqua; • disidratazione; • rimozione degli odori attraverso filtrazione con carbone attivo; • condensazione attraverso impianto del freddo (normalmente ad ammoniaca) e rimozione

dell’ossigeno e di tutti i gas non condensabili; • compressione dell’anidride carbonica fino allo stato di liquido per lo stoccaggio.

Oltre al vantaggio determinato dalla possibilità di autoprodurre una materia sussidiaria importante, i sistemi descritti per il recupero e la depurazione dell’anidride carbonica dai flussi gassosi generati dalla fermentazione assicurano l’ottenimento di un prodotto con specifiche caratteristiche di qualità che evita così ogni rischio di contaminazione con i problemi di gusto e odore che ne possono derivare. Se la tecnologia descritta consente da un lato di limitare le emissioni di CO2 derivanti dai processi fermentativi nella produzione di bevande, dall’altro vanno tenuti in considerazione i consumi energetici necessari alla purificazione e liquefazione del gas che aumentano il consumo energetico globale dell’impianto.

Tecnica: Ricircolo e combustione dei fumi di frittura I fumi di frittura contengono composti organici volatili, determinati dalla rottura dei legami chimici dell’olio a temperature che possono arrivare anche a 180 – 200°C, e possono inoltre dare problemi di odori. In presenza di una centrale termica si può procedere ad un trattamento di abbattimento distruttivo di tali composti convogliando le emissioni da frittura nell’aria di alimentazione delle caldaie: nel processo di combustione i composti organici ed eventualmente le particelle oleose derivanti dalle fasi di frittura sono completamente combusti liberando energia termica al pari degli altri combustibili, e contribuendo dunque in parte a ridurre i consumi energetici, ma, soprattutto, migliorando la qualità delle emissioni atmosferiche e il problema degli odori.

2 Oli leggeri che si formano durante la fermentazione alcolica costituiti da acidi grassi, alcoli ed esteri.

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Consumi energetici

I consumi energetici rappresentano un aspetto particolarmente significativo dell’industria alimentare sia per il fabbisogno di energia termica che per quello di energia elettrica. Trattamenti termici per la stabilizzazione e conservazione degli alimenti, cottura, produzione di acqua calda per i lavaggi sono alcune tra le più importanti utilizzazioni pressoché ubiquitarie nell’industria alimentare. Pure il consumo di energia elettrica risulta rilevante, gli impianti più energivori sono quelli del freddo (si pensi ad esempio alla conservazione di carni, latte e vegetali o alla stabilizzazione di vini e formaggi), ma pure importanti sono gli impianti di aria compressa e i diversi macchinari a servizio della produzione e confezionamento.

CONSUMI ENERGETICI

Tecnica: Sistemi e tecnologie per il contenimento dei consumi energetici durante la combustione Controllo automatico delle condizioni di combustione Una periodica misurazione dei principali parametri (ossigeno, monossido di carbonio, temperatura, opacità) delle emissioni atmosferiche prodotte dalle centrali termiche permette di individuare eventuali problemi di combustione che vanno a generare situazioni di spreco energetico e di peggioramento della qualità dei fumi rilasciati. In particolare risulta essere molto importante mantenere un corretto rapporto aria/combustibile: nel caso in cui tale rapporto sia troppo elevato, infatti, il calore sarà disperso attraverso il flusso, eccessivo, di aria; se è invece troppo basso parte del carburante non sarà combusto completamente. Variazioni del rapporto originale potranno alterare le concentrazioni di alcuni gas di scarico come ossidi di azoto, monossido di carbonio e particolato. Il rapporto aria/combustibile ottimale dipende dal tipo di combustibile utilizzato e dall’impianto (informazioni contenute nella scheda tecnica dell’impianto o fornite dal costruttore). In molti bruciatori non è però facile raggiungere e mantenere valori ottimali di combustione e può essere necessario impostare l’impianto a valori più alti del valore ottimale del 1-2% (eccesso di aria); in bruciatori che lavorano a basso carico può essere necessario incrementare ulteriormente l’eccesso d’aria con ricadute negative sull’efficienza. In risposta a tali problematiche si può ricorrere a strategie funzionali ad assicurare migliori condizioni di combustione quali:

• diminuire la concentrazione percentuale di ossigeno (tipicamente un decremento del 3% nella concentrazione di ossigeno può portare a risparmi di combustibile del 2%);

• utilizzare un sistema di controllo della valvola di tiraggio (soluzione che evita l’eccesso di aria e può portare a risparmi del 2-10% sull’utilizzo nei consumi di combustibile);

• utilizzare una valvola che regoli il flusso del combustibile permettendo di mantenere il rapporto ottimale entro un certo intervallo.

Utilizzo di atomizzatori ad aria o vapore in caldaia Il metodo con il quale il combustibile è trasportato al bruciatore può influenzare l’efficienza del bruciatore della caldaia. Laddove sono utilizzati combustibili fluidi un sistema che permette di incrementare l’efficienza, con una riduzione dei consumi di combustibile del 2-8%, consiste nell’atomizzazione del combustibile sotto forma di gocce sospese su di un flusso di aria o vapore. Questa operazione non solo migliora il controllo nella distribuzione del combustibile all’interno della zona di combustione (riducendo eccessi d’aria e incombusti) ma permette anche una maggiore flessibilità nella scelta del combustibile e può migliorare il funzionamento a basso carico. Tra gli atomizzatori più efficienti ricordiamo quelli ad ultrasuoni che si basano sul principio di Hartmann secondo cui l’impatto assiale di un gas compresso (aria o vapore) con una parete solida sagomata a cavità risonante è in grado di generare onde acustiche di frequenza compresa tra 18000 e 23000 Hertz in grado di scomporre il fluido (liquido o gas metano) in particelle finissime.

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Recupero di calore dai fumi di combustione Le perdite di calore dal condotto di emissione del bruciatore rappresentano in assoluto il fattore maggiormente limitante dell’efficienza energetica delle caldaie in conseguenza del contenuto termico residuo presente nei fumi di combustione che vengono dispersi in aria. La soluzione chiave per ridurre tali perdite è data, oltre che dall’ottimizzazione del rapporto aria/combustibile, dal recupero del calore dei gas di scarico che può essere utilizzato per il preriscaldamento dell’aria diretta alla combustione, dell’acqua in alimentazione della caldaia o essere utilizzati altrimenti in funzione delle necessità produttive.

Tecnica: Evaporatori multistage L’essiccazione e l’evaporazione rappresentano, nell’industria alimentare, due dei processi più energivori. L’evaporazione è utilizzata per aumentare il contenuto solido all’interno di liquidi oppure come fase preliminare all’essiccazione. Tra le diverse tecniche utilizzate per ridurre il contenuto di acqua (presse, centrifughe, etc.) ricordiamo in particolare gli evaporatori a vapore che possono operare singolarmente o in serie (evaporatori multistage). Negli evaporatori multistage il riscaldamento attraverso vapore o gas esausti determina la produzione di vapore caldo formato dall’acqua evaporata dal prodotto durante il primo stadio. Tale vapore viene recuperato per riscaldare lo stesso prodotto, a minor temperatura e più concentrato, nel successivo stadio. In questo modo un’unità di vapore può far evaporare 3-4 unità di acqua attraverso diversi stadi. Il recupero del calore è maggiore quanto più sono gli stadi: si hanno comunemente evaporatori da 3 a 5 stadi ma si può arrivare anche ad una serie di 7. All’ultimo step il vapore può essere condensato con acqua di raffreddamento ovvero essere utilizzato ulteriormente come risorsa di calore in altri utilizzi produttivi o di riscaldamento. Per migliorare l’efficienza del processo è altresì possibile ricomprimere il vapore in uscita per aumentarne l’energia e utilizzarlo nel seguente step di riscaldamento.

Numero stadi di evaporazione Consumo energetico totale (kWh/kg acqua)

3 0,14 4 0,11 5 0,084 6 0,073 7 0,060

Ricompressione meccanica del vapore (1 stadio) 0,015

Tecnica: Sistemi e tecnologie per la produzione di vapore Ricompressione meccanica del vapore Ricomprimendo i vapori che fuoriescono dalla fase di evaporazione è possibile ridurre in modo significativo i consumi energetici. Al termine del suo utilizzo nelle diverse fasi di lavorazione, invece di essere emesso in atmosfera il vapore esausto può essere ricompresso e riutilizzato come risorsa di calore (per es. per l’evaporazione di liquidi). Il calore latente in esso contenuto è infatti maggiore dell’energia necessaria per comprimerlo e dunque il processo possiede un elevato coefficiente operativo di prestazione. Il sistema è alimentato da energia elettrica (per la funzione di ricompressione meccanica) e richiede anche un’integrazione di energia termica (sotto forma di vapore “finitore”) per giungere alle condizioni richieste di temperatura e pressione. Questa tecnologia può essere applicata a processi di produzione del vapore a singolo stadio o multistadio.

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Il riutilizzo del vapore permette inoltre di ridurre le emissioni odorose determinate dalla fase di evaporazione del prodotto. Recupero del condensato Aumentare la quantità di vapore condensato di ritorno alle caldaie riduce il consumo di energia in quanto elimina il bisogno di riscaldare acqua fredda. L’isolamento delle linee di vapore, del condensato e dei serbatoi di stoccaggio previene inoltre inutili perdite di calore dal fluido recuperato. Nelle aziende alimentari il condensato viene spesso scaricato per timore di eventuali contaminazioni. In tal caso potrebbe essere utile ricoverare il condensato in un serbatoio e analizzarne il contenuto per valutare la presenza di contaminanti. Questo inoltre potrebbe portare a risparmi per ciò che concerne il consumo di additivi chimici per il trattamento dell’acqua della caldaia. Nel caso fossero presenti contaminanti e il condensato non potesse dunque essere utilizzato per fini produttivi il calore potrebbe comunque essere recuperato prima di utilizzarlo per attività di pulizia che necessitano di temperatura dell’acqua più bassa (es. cortile). Automatizzazione dello scarico delle caldaie Lo scarico parziale (spurgo) dell’acqua circolante nelle caldaie con recupero delle condense avviene periodicamente per limitare l’aumento di concentrazione, che si ottiene a seguito dei vari passaggi di evaporazione, di sali ed altre impurità presenti nell’acqua di alimentazione e mantenere così tali parametri all’interno dei valori richiesti. Lo scarico dell’acqua calda delle caldaie produce però un elevato dispendio energetico per la necessità di riscaldare, ad elevate temperature, l’acqua fredda di sostituzione. Per limitare tale perdita è possibile utilizzare sistemi automatici che, basandosi su sensori appositi che misurano in continuo la conduttività dell’acqua delle caldaie, regolano lo scarico solo quando effettivamente necessario attraverso l’apertura di una valvola. Il calore contenuto nell’acqua, prima dello scarico, può essere recuperato attraverso uno scambiatore.

Tecnica: Sistemi di cogenerazione Per cogenerazione si intende la produzione combinata, nello stesso processo di generazione, di energia elettrica ed energia termica: si recupera il calore di combustione a valle del processo di produzione di energia elettrica, incrementando così l’efficienza dell’intero processo. La cogenerazione rappresenta una soluzione tecnologica ottimale per migliorare i rendimenti energetici delle aziende che hanno bisogno contemporaneamente di input significativi di energia elettrica e termica nei processi. Un impianto di cogenerazione nella sua forma più semplice è composto da:

• motore a combustione interna o Turbina a gas; • generatore elettrico; • turbina a vapore.

L’energia elettrica viene prodotta utilizzando motori a combustione interna (o turbine a gas), il combustibile primario bruciando nella caldaia cede calore (energia termica) all’acqua, trasformandola in vapore. Una parte di tale energia termica viene trasferita alla turbina a vapore che, trascinando l’alternatore, la trasforma in energia elettrica. Un’altra parte, invece, viene utilizzata direttamente come vapore ai fini produttivi. La parte rimanente, infine, nella forma di calore residuo non più utilizzabile, è disperso nell’ambiente. La cogenerazione modulare è un sistema modulare di recupero energetico facilmente abbinabile ad un qualsiasi gruppo elettrogeno ed ha la funzione di recuperare l’energia termica (calore) dall’acqua di raffreddamento del motore, dal circuito di raffreddamento della miscela aria-gas e dai gas di scarico emessi dal motore endotermico. In particolare i gas di scarico vengono utilizzati in scambiatori di calore che permettono di riscaldare l’acqua portandola fino a 95°C e surriscaldarla oltre i 100°C o produrre vapore, in questo modo si disperde solo il 10% dell’energia primaria, ottenendo quindi un rendimento globale più elevato. L’ambito cogenerativo prevede anche l’impiego di fonti alternative come le biomasse (costituite ad esempio da fanghi di depurazione di reflui industriali, scarti alimentari, ecc.) che possono essere utilizzate per la produzione di biogas per l’alimentazione di moduli di cogenerazione. In questo modo ai vantaggi energetici

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propri del sistema di cogenerazione si sommano anche i benefici legati all’adozione di trattamenti di valorizzazione dei rifiuti prodotti. Gli impianti di cogenerazione possono incrementare l’efficienza di utilizzo di combustibile di oltre l’80%; a ciò corrispondono, a parità di KWh prodotto, minori costi (consentono risparmi di combustibile, rispetto ad altre tipologie di impianti, che vanno, a seconda del tipo di impianto utilizzato, dal 60% al 100%) e minori emissioni di inquinanti e di gas ad effetto serra, rispetto alla produzione separata di energia e calore.

Tecnica: Sistemi vari per l’incremento dell’efficienza delle apparecchiature elettriche Sistemi di compressione ad alta efficienza La convenienza nell'adozione di motori ad alta efficienza si ha già a partire dalle 1.300 ore di funzionamento anno per potenze inferiori ai 10 kW (basta tener conto del resto che il costo di vita di un motore è mediamente dovuto per il 98% all'acquisto di energia elettrica e solo per il 2% ad acquisto e manutenzione)3. I motori elettrici ad alta efficienza sono motori che hanno minori perdite rispetto a quelli tradizionali. Le perdite in un motore elettrico sono di diversa natura:

1. perdite meccaniche, per attrito (nei cuscinetti e alle spazzole) e per ventilazione; 2. perdite nel ferro a vuoto (proporzionali al quadrato della tensione), consistenti nell’energia dispersa

nei cambi di direzione del flusso, e perdite per correnti parassite causate dalle correnti circolanti entro il nucleo, indotte dai cambiamenti di flusso;

3. perdite per effetto Joule (proporzionali al quadrato della corrente), negli avvolgimenti di statore e rotore.

Nei motori ad alta efficienza queste perdite sono state ridotte intervenendo sui materiali o modificando alcuni elementi costruttivi quali:

• nucleo, realizzato con lamierini a basse perdite che diminuiscono le perdite a vuoto; • sezione maggiorata dei conduttori dello statore e del rotore per ridurre le perdite per effetto Joule; • attenta scelta del numero di cave e della geometria delle stesse.

Per i motori elettrici si sono stabilite tre classi di efficienza eff1, eff2 e eff3 (la eff1 è la migliore, la eff3 la peggiore). Per ogni classe sono stati definiti i rendimenti minimi. Convertitori di frequenza I convertitori di frequenza possono essere applicati a tutti i motori standard a tre fasi, nuovi o esistenti, per pompe, sistemi di aerazione e convogliamento. Permettono di adattare la frequenza del motore alle effettive necessità riducendo il consumo energetico e, nel caso in cui si tratti ad esempio di un convogliatore di prodotto, generando un trattamento meno stressante al prodotto stesso. La riduzione del consumo energetico dipende dal numero e dalla capacità della pompa; a titolo esemplificativo alcuni dati confermano che generalmente ad una riduzione del 10% dell’output di una pompa corrisponde una riduzione del 28% dell’energia consumata. L'adozione di sistemi di controllo della frequenza consente di ridurre in modo considerevole il consumo energetico soprattutto nel campo delle potenze elevate, essendo complementare in ciò ai motori ad alta efficienza, più convenienti nel campo delle basse potenze. Le maggiori possibilità di intervento si hanno per ventilatori e pompe, che presentano campi di applicabilità nell'ordine del 60% e risparmi conseguibili all'incirca del 35%. Compressori, nastri trasportatori ed altre applicazioni offrono una minore entità di riduzione dei consumi (circa la metà).

3 Per esempio un motore elettrico da 15 kW, ha un costo di circa 520 euro, ed un costo di esercizio in dieci anni, considerando 3.500 ore anno e un costo dell’energia elettrica di 0,7 euro/kWh, di circa 32.000 euro: quasi 60 volte il costo iniziale.

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Regolatori di velocità per ventole e pompe I regolatori di velocità permettono di ridurre il carico di ventole o pompe riducendone il consumo energetico. Rappresentano un sistema di regolazione del flusso più efficiente rispetto a smorzatori, valvole di regolazione, sistemi di ricircolo. Spegnimento automatizzato dei macchinari Pompe e ventole, dispositivi di illuminazione, compressori e altri macchinari utilizzati in produzione sono sovente lasciati lavorare anche quando non serve. Per ovviare a tali sprechi esistono sensori in grado di individuare quando le macchine lavorano a vuoto e dunque permetterne lo spegnimento automatico. In alternativa si può eventualmente ricorrere a programmi che regolano l’attivazione delle apparecchiature in funzione di apposite schede di produzione o di tabelle orarie.

Tecnica: Sistemi di compressione dell’aria

La necessità di produrre aria compressa, utilizzata per vari azionamenti ed operazioni tra cui imbottigliamento, lavaggio, confezionamento, porta a dispendi di energia elettrica che possono essere significativi. Gli impianti esistenti sono spesso caratterizzati da prestazioni insoddisfacenti relativamente all'efficienza energetica, con un margine di miglioramento quantificabile fra il 10% ed il 40%. I motivi possono essere svariati e in particolare di natura:

• gestionale o perdite sulla rete di distribuzione4, o usi impropri dell'aria compressa (ad esempio per la produzione di vuoto o per la pulitura

quando è possibile ricorrere a metodologie più idonee, l'utilizzo di compressori in luogo di ventilatori, etc);

• tecnico o motori a bassa efficienza;

• di progettazione o motori funzionanti a carico parziale per buona parte del tempo di utilizzo; o errato dimensionamento del gruppo compressore-motore; o produzione di aria compressa a pressioni più elevati di quelle richieste.

Suddivisioni della rete dell’aria compressa in più sottoreti Più che di una tecnologia si tratta di un importante accorgimento che può risultare utile, per ciò che concerne il risparmio energetico, in fase di realizzazione dell'impianto, o in presenza di ristrutturazioni significative. Progettando la rete di trasporto dell’aria compressa in due o più sottoreti a pressioni diverse, laddove siano presenti utenze che lavorino a pressione minore e che assorbano una quota di portata d'aria non trascurabile rispetto alla richiesta a pressione elevata, invece di produrre tutta la portata richiesta alla pressione massima, consente risparmi energetici che possono spaziare mediamente dal 10% al 25%. Utilizzo di aria più fredda nei sistemi di compressione dell’aria La quantità di energia necessaria alla compressione dell’aria è funzione della temperatura della stessa: quanto più l’aria è calda maggiore sarà il dispendio energetico necessario a comprimerla. Poiché normalmente l’aria più fredda è posta all’esterno (soprattutto nel periodo invernale) sarà possibile attraverso un sistema di condutture trasportarla internamente alla camera del compressore. L’energia necessaria al funzionamento del sistema di compressione si riduce dell’1% ogni 2,8°C di riduzione della temperatura dell’aria.

4 Un foro del diametro di un mm è associabile una perdita di portata in volume di circa 1 dm3/s, cui corrisponde una maggiore potenza del compressore di 0,3 kW (numeri che salgono a 10 dm3/s e a 3,3 kW per un diametro di 3 mm). Ad ogni incremento di pressione di 0,1 bar nella rete di distribuzione comporta un aumento del 1% dei consumi, con pressioni di lavoro nell'intorno dei 7 bar.

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Per quanto riguarda le celle frigo per lo stesso motivo sarà conveniente quanto più possibile concentrare i periodi di funzionamento degli impianti nelle ore notturne. Recupero di calore dai compressori di aria e dai gruppi frigo Dal 60 al 90% dell’energia assorbita dai compressori per l’aria o dei gruppi frigo è disponibile sotto forma di calore. Tale fenomeno comporta, nei compressori di maggiori dimensioni (da 100 cavalli di potenza o più), la necessità di un raffreddamento ad acqua dei motori. In entrambi i casi si può convenientemente procedere all’impiego di scambiatori di calore funzionali a recuperare il contenuto termico dissipato dai compressori o accumulato nelle acque di raffreddamento dei motori. In funzione del tipo e della dimensione dell’impianto si possono generare flussi di acqua calda a 50 – 60 °C. Il calore recuperato può essere utilizzato per il riscaldamento dei locali o per fornire calore in diverse fasi del processo; nel caso in cui la temperatura dell’acqua calda prodotta sia sufficientemente elevata può essere impiegata per un preriscaldamento dell’acqua di alimentazione delle caldaie. Il recupero di energia può essere molto redditizio quando il compressore è spazialmente vicino al processo in cui si vuole utilizzare il calore recuperato, in modo da andare a ridurre le cadute termiche del fluido vettore di calore (acqua).

Tecnica: Sistemi di refrigerazione Sistemi automatici di rilevazione e regolazione della temperatura Si tratta di sistemi automatici che non solo permettono di regolare la temperatura all’interno delle celle ma anche di controllarla in continuo grazie ad appositi display. Ciò rende possibile una costante regolazione della temperatura su valori utili, non minori di quelli che servono realmente per la conservazione/ termoregolazione dei prodotti (temperature eccessivamente basse delle celle frigo rappresentano solo un dispendio di frigorie non giustificato dalle reali esigenze dei prodotti). I sistemi di controllo della temperatura delle celle frigo sono spesso dotati di allarmi sonori e/o visivi che avvisano in tempo reale quando il valore di temperatura all’interno delle celle esce da un range prestabilito (per esempio in caso di guasti al sistema di raffreddamento) permettendo una veloce riparazione del guasto e dunque contribuendo, oltre che al risparmio energetico, anche a salvaguardare materie prime o prodotti finiti stoccati in cella. Sistemi automatici di sbrinamento Lo strato di ghiaccio che si forma sugli evaporatori dei circuiti frigoriferi che lavorano a temperature inferiori a 0°C limita molto l’efficienza di scambio termico tra la superficie dell’evaporatore e l’aria della cella che dovrebbe essere raffreddata (il ghiaccio funge infatti da isolante) aumentando il consumo energetico necessario a mantenere la temperatura desiderata. A questo si aggiunge la diminuzione della temperatura di evaporazione (1°C di diminuzione di tale temperatura comporta un aumento del consumo energetico del 2 – 4%). Al fine di evitare tali inconvenienti possono essere utilizzati per sbrinare i gas tiepidi provenienti dai compressori. Esistono sistemi automatizzati che permettono di ripetere l’operazione in intervalli stabiliti, ovvero quando necessario. È infatti importante che i cicli di sbrinamento siano effettuati nei tempi giusti: se il tempo tra le operazioni è troppo lungo l’impianto lavorerà per molto tempo a bassa efficienza, se è troppo breve sarà immesso molto calore inutilmente all’interno dell’area di stoccaggio materie prime/prodotti finiti. Sistemi a doppio refrigerante L’impianto a doppio refrigerante è costituito da un generatore di freddo della potenza da 100 a 1000 kW che può funzionare con i gas refrigeranti convenzionali o con refrigeranti alternativi quali ammoniaca (NH3), anidride carbonica (CO2), idrocarburi (HXCY). Nella fase di espansione tali gas permettono di raffreddare il fluido refrigerante secondario costituito da:

• acqua con cristalli di ghiaccio (10 – 100 micron) e un liquido antigelo (a base di etanolo, solitamente glicole etilenico) con proprietà anticorrosive qualora non vi sia diretto contatto con gli alimenti da refrigerare ma il sistema si basa su uno scambio termico acqua – aria;

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• da una soluzione di acqua e sale (cloruro di sodio) nel caso in cui invece l’alimento sia direttamente immerso nel liquido secondario di raffreddamento.

Il fluido refrigerante secondario, una volta assorbite le frigorie cedute dal gas refrigerante primario attraverso uno speciale evaporatore5, è poi pompato in un serbatoio di stoccaggio dal quale, a seconda, delle esigenze è veicolato alle utenze attraverso un circuito chiuso e al quale ritornerà una volta che questo avrà svolto la propria azione di raffreddamento. Nel caso le necessità di raffreddamento siano minori del massimo potenziale le utenze inutilizzate possono essere escluse, riducendo dunque il dispendio energetico, ma mantenendo l’impianto sempre in stand-by e dunque pronto ad ulteriori utilizzi. Con questi sistemi è inoltre possibile utilizzare refrigeranti alternativi quali l’ammoniaca che rimane relegata al generatore e non è in grado dunque, neanche in caso accidentale di fuoriuscite, di contaminare gli alimenti. Per impianti di potenza superiore (da 1000 kW a 1 MW) il raffreddamento può essere prodotto, invece che da refrigeranti convenzionali (es. HCFC) o alternativi (CO2, NH3, HXCY), direttamente attraverso l’acqua. In questo caso il sistema è costituito da una pompa da vuoto da 5 mbar che permette l’evaporazione dell’acqua e un compressore di vapore acqueo che ne permette la condensazione. Alle stesse condizioni dei gruppi frigo tradizionali l’utilizzo di impianti con doppio refrigerante risulta più efficiente: sono infatti utilizzabili impianti di refrigerazione più piccoli e anche i materiali di costruzione, che non devono essere così resistenti alle sostanze chimiche (quelli che trasportano il fluido refrigerante secondario), possono essere più semplici, meno costosi e più facilmente riciclabili. Anche la superficie dello scambiatore tra gas refrigerante e fluido di raffreddamento secondario, grazie alle ottime qualità termiche di trasferimento di calore dei cristalli di ghiaccio, può essere minore nei sistemi a doppio refrigerante oppure la temperatura del fluido di raffreddamento secondario può essere mantenuta più alta riducendo così le necessità di sbrinamento (che nei chiller ad aria può non essere necessaria). La soluzione di acqua e alcol che costituisce il refrigerante secondario, diversamente da altri refrigeranti, può essere poi eventualmente, con autorizzazione dell’ente competente, scaricata in fognatura.

Processo Refrigerante

Capacità comparabile di raffreddamento per una

massa data per la riduzione di 3°C di

temperatura

Energia disponibile per il raffreddamento (kJ/kg)

Soluzione di refrigeranti 1 11 Fluido secondario (10% di cristalli di ghiaccio) 3 33 Raffreddamento Fluido secondario (20% di cristalli di ghiaccio) 6 66

Soluzione di refrigeranti 1 11 Fluido secondario (10% di cristalli di ghiaccio) 3,7 33 Congelamento Fluido secondario (20% di cristalli di ghiaccio) 7,3 66

Se si opta per i sistemi a refrigerante unico è richiesto un utilizzo di gas da quattro a sette volte maggiore che nei sistemi a doppio refrigerante; i diametri delle tubazioni devono essere il 50% più grandi e la potenza della pompa il 70% maggiore. Pre-raffreddamento con scambiatori di calore ad ammoniaca Come veicolo di raffreddamento delle merci alimentari può essere adottato un sistema di circolazione di acqua, spesso glicolata al fine di aumentarne la capacità termica, che assorbe le frigorie prodotte nei gruppi frigo e le cede, attraverso scambiatori di calore, all’aria che entra poi in contatto con gli alimenti. Il consumo energetico necessario a mantenere la temperatura di questa soluzione di raffreddamento può essere ridotto installando uno scambiatore di calore funzionante ad ammoniaca. La temperatura di evaporazione dell’ammoniaca è infatti superiore rispetto alla temperatura necessaria all’evaporatore a serpentina (-1,5°C invece di –11,5°C). Questa tecnologia può servire sia a ridurre i consumi energetici (con risparmi che possono raggiungere anche il 20%) sia ad aumentare la capacità di raffreddamento senza acquistare un nuovo evaporatore.

5 Questo è collegato ad un normale circuito del freddo caratterizzato da un basso carico frigorifero.

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Celle frigo con porte a chiusura automatica All’interno di ambienti di lavoro che, per le caratteristiche di lavorazione (es. laboratorio di sezionamento carni), devono rimanere a temperatura controllata il continuo flusso di materia prima in entrata e prodotto finito in uscita può determinare scompensi termici che obbligano i gruppi frigo ad un maggior lavoro e dunque ad un maggiore consumo di energia. Proprio le porte attraverso le quali passano prodotti e materie prime rappresentano i punti di maggiori dispersioni termiche soprattutto perché rimangono spesso aperte proprio a causa dell’intenso “traffico”. Per questo motivo è sempre buona norma dimensionare le porte al minimo necessario. Dotare, inoltre, le porte di celle frigo e ambienti a temperatura controllata di dispositivi di chiusura automatica permette di ridurre tali dispersioni spesso quantitativamente significative. Nel caso in cui determinate vie di accesso siano molto frequentate (tra locali di lavorazione adiacenti per esempio) e dunque non sia conveniente istallare porte a chiusura automatica è possibile ricorrere a tende plastiche che sebbene meno efficienti sono in grado di ridurre gli scambi termici tra ambienti a temperatura differente. Torri evaporative e recupero energetico al posto dei raffreddatori Nelle torri di raffreddamento l’evaporazione di una piccola parte dell’acqua in circolo permette di allontanare una grande quantità del calore e di ridurne la temperatura. Altro sistema per ridurre la temperatura dell’acqua di raffreddamento può essere, eventualmente integrato con le torri evaporative, quello del recupero di calore effettuato attraverso scambiatori di calore grazie al quale è possibile preriscaldare acqua o aria per il riscaldamento dei locali o altra esigenza produttiva. Tali due opzioni risultano energeticamente meno dispendiose rispetto all’utilizzo di gruppi frigo (raffreddatori).

Tecnica: Sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili Energia solare La radiazione solare, nonostante la sua relativa scarsa densità (che raggiunge 1kW/m² nelle giornate di cielo sereno), resta la fonte energetica più abbondante e pulita sulla superficie terrestre. Il miglioramento dell’efficienza dei pannelli solari, la durata e la bassa o nulla necessità di manutenzione degli impianti ha reso molto interessanti alcune applicazioni nel settore civile come in quello industriale. Due sono le principali applicazione dell’energia solare: lo sfruttamento per usi termici e quello per la produzione di energia elettrica. Solare termico Lo sfruttamento dell’energia solare per usi termici ha il duplice vantaggio di ridurre sia le emissioni inquinanti tipici della combustione di fossili sia i consumi energetici. La tecnologia ha raggiunto maturità ed affidabilità tali da farla rientrare tra i modi più razionali e puliti per scaldare l'acqua o l'aria nell'utilizzo civile e produttivo (es. riscaldamento degli ambienti, riscaldamento dell’acqua per la sanificazione o per la preparazione di miscele liquide). La tecnologia a bassa temperatura è la più diffusa, economica e matura. La denominazione “a bassa temperatura” si riferisce ai fluidi che sono riscaldati, attraverso la radiazione solare, a temperature inferiori a 100°C (raramente si raggiungono i 120°C). Un impianto solare standard è composto da diverse unità, ognuna con una funzione specifica:

• collettore - è rappresentato dal “classico” pannello solare; serve a captare la radiazione solare, che, penetrata attraverso lo schermo trasparente, viene trasformata in calore da un assorbitore (lamiera di colore nero ad alta capacità di trasmissione del calore con tubi integrati) che riscalda un liquido primario (acqua addizionata a glicole etilenico). Tra i pannelli solari più comuni si ricordano i pannelli piani vetrati, in grado di produrre acqua ad una temperatura di 70° maggiore rispetto a quella ambientale, e quelli sottovuoto, a maggior efficienza, in grado di scaldare l’acqua a temperatura di 100° maggiore di quella ambientale;

• serbatoio per conservare l’acqua in temperatura - contiene al suo interno uno scambiatore di calore ad intercapedine nel quale circola il liquido del circuito primario che, cedendo il calore ricevuto dal sole, riscalda l'acqua contenuta nel serbatoio. Poiché la radiazione solare non è sempre presente e

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varia di intensità nelle diverse fasi della giornata è necessario conservare il calore accumulato attraverso un serbatoio che è normalmente di un volume pari a 1,5 – 2 volte il consumo giornaliero6;

• accessori di regolazione e sicurezza – si tratta di dispositivi (pompa, vaso di espansione, valvole di sicurezza, centralina di regolazione) che permettono di gestire il funzionamento di tutto l’impianto in condizioni di sicurezza.

Per avere un’idea delle potenzialità di questi sistemi si pensi che 1 m2 di collettore solare può scaldare a 45-60 °C tra i 40 ed i 300 litri d'acqua in un giorno a seconda dell'efficienza che varia tra il 30% e 80% con le condizioni climatiche e con la tipologia di collettore. Tali sistemi sono normalmente integrati per cui nel caso in cui prolungate condizioni climatiche avverse o un eccezionale consumo di acqua calda non permetta di fornire l’energia termica necessaria sarà la centrale termica a fornire il calore necessario con un evidente risparmio energetico (in quanto dovrà scaldare acqua già parzialmente calda). Solare fotovoltaico L'energia del sole che giunge sulla terra sotto forma di radiazione elettromagnetica può essere convertita in energia elettrica grazie a moduli che sfruttano l'effetto fotoelettrico. I fotoni, infatti, trasportano energia e assorbiti da alcuni materiali (particolari semiconduttori con impurezze) possono liberare elettroni. Si crea così una corrente continua che fuoriesce dal materiale e che può essere utilizzata per il funzionamento di utenze, oppure caricare una batteria, ecc. L'uso del fotovoltaico è fondamentale in caso di utenze isolate difficilmente servibili dalla rete elettrica in particolare se caratterizzate da consumi modesti quali illuminazione, pompe per l’estrazione dell’acqua, un impianto frigorifero e in generale piccole utenze domestiche o produttive. Le prospettive d’altra parte vanno nella direzione di un sistema di integrazione della rete elettrica in cui l’energia elettrica prodotta è misurata e direttamente immessa in rete. Il gestore della linea elettrica “scalerà” in occasione del conguaglio a fine anno l’energia elettrica autoprodotta da quella consumata. In questo modo l’utenza non avrà problemi legati all’accumulo di energia elettrica né di periodi di bassa disponibilità in caso di prolungate condizioni di irraggiamento negative. Un impianto di connessione a rete è costituito, oltre che dai moduli fotoelettrici, da un inverter “di connessione a rete”, completo dei necessari dispositivi di interfaccia che garantiscono il rispetto delle caratteristiche richieste dalle società elettriche in quanto a qualità di energia elettrica immessa in rete e sicurezza operativa. La manutenzione di un sistema fotovoltaico è molto limitata e normalmente la durata dell’impianto si attesta attorno ai 30 anni. Prendendo come riferimento un impianto da 1 kW (8 – 10 m2 di pannello) di potenza nominale, con orientamento ed inclinazione ottimali ed assenza di ombreggiamento, non dotato di dispositivo di “inseguimento” del sole, in Italia è possibile stimare le seguenti produttività annue massime:

• regioni settentrionali 1.100 kWh/anno; • regioni centrali 1.400 kWh/anno; • regioni meridionali 1.600 kWh/anno.

Come misura per stimolare lo sfruttamento dell’energia solare è stato approvato con il D.Lgs. 387/2004 e s.m.i. il Conto Energia che prevede il riconoscimento di una tariffa incentivante per ogni kWh prodotto da sistemi solari fotovoltaici e immesso nella rete elettrica locale. Solarwall Solarwall è un collettore solare, registrato e brevettato internazionalmente, per il riscaldamento dell'aria di ventilazione o di condizionamento, ideato ed ampiamente sperimentato in Nord America. È costituito da un rivestimento esterno, realizzato in materiale metallico (prevalentemente in colori scuri), progettato per riscaldare l'aria esterna. Può essere applicato a pareti esistenti e collegato alla maggior parte dei sistemi di ventilazione eventualmente già presenti. Questo rivestimento viene applicato sulle murature perimetrali maggiormente esposte all'azione dei raggi solari, riscaldando l'aria esterna da immettere nel fabbricato anche in giornate nuvolose. La superficie è cosparsa di minuscoli fori che consentono all'aria di fluire liberamente assorbendo tutto il calore solare irradiato dalla lamiera di alluminio. L’aria riscaldata sale lungo l’intercapedine fino in prossimità del tetto dove vengono installati a distanze regolari dei ventilatori, il cui compito è quello di convogliare l'aria esterna nel sistema. Ogni ventilatore è dotato di valvole modulatrici di tiraggio e di ricircolo, di sensori e regolatori della temperatura dell'aria, nonchè di condotti che distribuiscono, l'aria riscaldata dal sole.

6 Un serbatoio più piccolo non permetterebbe di sfruttare appieno tutta l’energia accumulata mentre uno più grande produrrebbe un elevato accumulo di acqua ma ad una temperatura minore, facendo così entrare in funzione il sistema di riscaldamento ausiliario (centrale termica).

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Una delle possibili applicazioni del sistema, stratificando l'aria calda accumulatasi a soffitto, offre ulteriori risparmi energetici. L'impianto di distribuzione dell'aria recupera il calore stratificato che si forma a soffitto generando correnti di convezione naturale all'interno dell'edificio che convogliano il calore verso la zona che si vuole riscaldare. Questo sistema permette di riscaldare ambienti con notevoli risparmi di energia annullando i consumi di combustibile (es. metano, gasolio) per i mesi primaverili e autunnali e diminuendoli nel periodo più freddo. Oltre che per il riscaldamento di ambienti di lavoro di capannoni industriali e uffici, per ciò che concerne applicazioni dirette nei processi industriali tale sistema è molto utilizzato per l’essiccamento di prodotti alimentari quali in particolare:

• riso; • frutta secca (es. noci, nocciole, etc); • caffè; • tè; • spezie.

Biogas Dai diversi composti organici (es. resti vegetali, siero di latte, ecc.) generati come scarti dai processi agro-alimentari è possibile, attraverso una degradazione anaerobica (cioè in assenza di ossigeno), ottenere una miscela di gas formata da metano (dal 50% al 80%), anidride carbonica e altri gas in tracce chiamato biogas. Affinché il processo di degradazione dei residui organici abbia luogo è necessaria l’azione di diversi gruppi di microrganismi in grado di trasformare la sostanza organica in composti intermedi, principalmente acido acetico, anidride carbonica e idrogeno, utilizzabili dai microrganismi metanigeni che concludono il processo producendo il metano. La digestione anaerobica può essere condotta in condizioni mesofile (circa 35°C) o termofile (circa 55°C); la scelta tra le due determina in genere anche la durata del processo: i tempi sono mediamente compresi tra 14 e 30 giorni in mesofilia e tra 14 e 16 giorni in termofilia. Il processo di digestione anaerobica può essere monostadio (quando le fasi di idrolisi, fermentazione acida e metanogenica avvengono contemporaneamente in un unico reattore) o bistadio (quando la fase metanogenica avviene successivamente in un secondo reattore). La digestione anaerobica può essere sviluppata con substrati:

• secchi (es. residui vegetali): con un contenuto di peso secco maggiore o uguale al 20%; • umidi (es. siero di latte, sangue, ecc.): con un contenuto di peso secco minore o uguale al 10%; • intermedi.

Oltre al beneficio economico e ambientale per ciò che concerne la produzione energetica da fonti rinnovabili, altri vantaggi gestionali e ambientali legati alla produzione di biogas da residui agroalimentari sono:

• una riduzione del costo dello smaltimento dei rifiuti; • una maturazione del substrato7 in seguito a digestione anaerobica per lo spandimento o il

compostaggio. A titolo esemplificativo si riportano in tabella i rendimenti ottenibili, in termini di metano prodotto, da diversi substrati.

Materiale Contenuto di sostanza

secca (%)

Sostanza organica su sostanza secca totale

(%)

Resa di biogas (m3/t sostanza organica)

Fanghi di depurazione 15-40 60-80 250-350 Scarti animali 30-70 80-98 500-1.000 Siero di latte 4,5-6,5 80-92 350 Scarti vegetali 47-60 75-95 500-800 Dati ricavati da prove di laboratorio, in condizioni normali del reattore anaerobico, con tempi di permanenza idraulica limitati, raggiungono livelli di trasformazione della sostanza organica in biogas variabili tra il 70 e il 90% della biodegradabilità massima. Bassi livelli di trasformazione in biogas possono essere imputabili a basse temperature, a tempi di ritenzione idraulica troppo corti (o a carichi organici troppo elevati) in funzione della temperatura di processo, alla presenza di sostanze inibenti o antibiotiche in elevate concentrazioni. 7 I sottoprodotti di tale processo biochimico sono ottimi fertilizzanti poiché parte dell'azoto che avrebbe potuto andare perduto sotto forma di ammoniaca è ora in una forma fissata e quindi direttamente utilizzabile dalle piante. Al termine del processo di fermentazione si conservano integri i principali elementi nutritivi (azoto, fosforo, potassio) già presenti nella materia prima.

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Il biogas prodotto dalla degradazione delle biomasse può quindi essere sfruttato per: • combustione diretta in caldaia con produzione di sola energia termica; • produzione di energia elettrica tramite motori collegati a gruppi elettrogeni; • cogenerazione – per la produzione combinata di energia elettrica e termica.

Energia geotermica A pochi metri sotto la superficie di campagna il terreno è caratterizzato da temperatura costante uguale a quella media del luogo in cui ci si trova. Man mano che si scende sotto terra, la temperatura aumenta grazie all'energia geotermica che dal nucleo terrestre si dirige verso la superficie. Si tratta di una fonte di energia inesauribile, costantemente disponibile e rinnovabile. Questo permette di estrarre calore d'inverno per riscaldare un ambiente, e di cedere calore durante l'estate per raffrescarlo. Tale scambio di calore viene realizzato con pompe di calore abbinate a sonde geotermiche che sfruttando questo principio permettono di riscaldare e raffrescare ambienti con un unico impianto assicurando un alto grado di rendimento sull'arco dell'intera stagione, e con un fabbisogno di energia elettrica contenuto rispetto alle prestazioni non necessitando di alcun apporto termico esterno. Un impianto che funziona ad energia geotermica è composto da:

SONDA GEOTERMICA inserita in profondità per scambiare calore con il terreno; POMPA di CALORE installata all'interno dell'edificio; SISTEMA di DISTRIBUZIONE del calore "a bassa temperatura" all'interno dell'ambiente

(impianti a pavimento, pannelli radianti, bocchette di ventilazione, ecc…). Lo scambio di calore con il terreno avviene tramite la sonda di captazione, installata con una perforazione del diametro di pochi centimetri in un foro scavato accanto all'edificio. Ogni sonda è formata da due moduli ciascuno dei quali costituito da una coppia di tubi in polietilene uniti a formare un circuito chiuso (un tubo di "andata" e uno di "ritorno") all'interno dei quali circola un fluido glicolato. Il numero delle sonde geotermiche e la profondità d'installazione (da 50 a 150 metri) variano in funzione dell'energia termica richiesta. I tubi delle sonde sono collegati in superficie alla pompa di calore. Durante l'inverno il terreno ha una temperatura superiore a quella esterna, il fluido glicolato scendendo in profondità attraverso le sonde sottrae energia termica al terreno; ritornato in superficie ad una temperatura maggiore, provoca l'evaporazione del refrigerante della pompa di calore, il liquido si espande ed assorbe calore dalla sorgente esterna (acqua riscaldata in profondità). All'uscita dell'evaporatore il fluido, allo stato gassoso, viene aspirato all'interno del compressore che, azionato da un motore elettrico, fornisce l'energia meccanica necessaria per comprimere il fluido, determinandone così un aumento di pressione e conseguentemente di temperatura. Il fluido viene così a trovarsi nelle condizioni ottimali per passare attraverso il condensatore (scambiatore) dove passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all'aria o all'acqua che sono utilizzate come fluido vettore per il riscaldamento degli ambienti o per la produzione di acqua sanitaria. Lo stesso identico sistema, con opportuni accorgimenti impiantistici, potrà provvedere anche al condizionamento estivo. In questo caso il ciclo viene invertito ed il sistema cede al terreno il calore estratto dall'ambiente interno raffrescandolo. In generale per il condizionamento estivo si è costretti al raffreddamento delle macchine frigorifere con l'aria, la cui temperatura di riferimento estiva è di 32º. Utilizzando le sonde geotermiche, la temperatura di riferimento è invece di circa 14º-16°, il salto di temperatura nelle macchine che devono produrre acqua refrigerata a 7º, si riduce drasticamente, aumentando notevolmente la resa e riducendo, di conseguenza, in modo rilevante i consumi di energia ed i costi di gestione. A questo si aggiunge il vantaggio di poter effettuare anche un preraffreddamento dell'aria utilizzando direttamente il fluido circolante nelle sonde geotermiche, mentre l'acqua refrigerata viene usata solo per la deumidificazione raffreddando l'aria sotto il punto di rugiada. Con le pompe di calore si ha quindi il vantaggio di sfruttare una sola macchina reversibile in grado di aria fredda in estate e aria calda in inverno. La tecnica di prelevare calore con una sonda geotermica è altamente affidabile e fa ormai parte dei modi convenzionali di riscaldamento, ben conosciuta e sfruttata in tutto il Nord Europa e negli Stati Uniti. A titolo di esempio, una pompa di calore collegata ad una sonda geotermica inserita a circa 100 m di profondità estrae dal suolo una potenza geotermica sufficiente per riscaldare un'abitazione unifamiliare standard.

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L'efficienza di una pompa di calore è rappresentata dal coefficiente di prestazione COP (Coefficient of Performance), inteso come rapporto tra l'energia termica resa al corpo da riscaldare e l'energia elettrica consumata perché possa avvenire il trasporto di calore medesimo. Un valore di COP tipico di un sistema piuttosto efficiente, può essere considerato pari a 3 (valori normali sono compresi tra 2,5 e 3,5): ciò significa che per ogni kWh di energia elettrica consumato, la pompa di calore renderà 3 kWh d'energia termica all'ambiente da riscaldare. Con il sistema geotermico è possibile avere a disposizione acqua a 10º-15º, il salto di temperatura è conseguentemente di solo 20º-25º. In queste condizioni, il rapporto tra calore reso all'impianto di riscaldamento e la potenza richiesta dalla pompa di calore nelle buone macchine moderne si aggira intorno a 4, potendo giungere anche a 5. Ciò significa che, spendendo 1 kW elettrico per l'azionamento dell'impianto si ottengono almeno 4 kW termici per l'utenza; gli altri 3 KW, ovvero il 75% del fabbisogno termico, vengono prelevati dall'ambiente e, più precisamente, dal sottosuolo. L'impianto a sonde geotermiche può essere applicato a qualsiasi tipo di edificio anche nel caso di modifica o ristrutturazione di impianti esistenti, in qualsiasi zona indipendentemente dalla profondità della falda. La realizzazione di un impianto geotermico completo (riscaldamento + raffrescamento) è senz'altro la soluzione più conveniente, in quanto comporta un minor tempo di ammortamento del costo dell'impianto. Alcuni dati di letteratura mostrano infatti un costo specifico medio per unità di calore prodotto pari a 1/3 di quello di un impianto tradizionale con caldaia a gasolio e 1/2 di quello di un impianto tradizionale con caldaia a metano. Per quanto riguarda il raffrescamento estivo i costi di gestione sono il 40% di quelli con sistemi tradizionali. È possibile integrare il sistema geotermico con quello fotovoltaico in modo da produrre energia elettrica, altrimenti presa dalla rete, dal sole (energia rinnovabile) per il funzionamento delle diverse utenze compresa la pompa di calore. Per quanto riguarda gli utilizzi, oltre al condizionamento degli ambienti di lavoro e degli uffici, il sistema geotermico può essere utilizzato in tutti gli ambienti in cui sia necessario mantenere temperature costanti quali per esempio cantine per l’invecchiamento dei vini.

Tecnica: Scambiatore di calore rigenerativo nella pastorizzazione I pastorizzatori possono essere equipaggiati da uno scambiatore di calore rigenerativo controcorrente con cui il latte in entrata è preriscaldato da quello caldo in uscita. Un'altra possibilità è quella di applicare lo scambiatore tra il flusso del latte freddo in entrata e il vapore estratto dal processo di trattamento UHT. Questo tipo di tecnologia è largamente applicabile in tutti i processi che richiedono la pastorizzazione del latte e permette un risparmio energetico che può raggiungere il 90%.

Tecnica: Parziale omogeneizzazione del latte La panna è omogeneizzata insieme ad una piccola parte di latte scremato fino a raggiungere una percentuale di grasso ottimale del 12%. Il resto del latte scremato fluisce direttamente dal separatore centrifugo al pastorizzatore. La panna omogeneizzata è di nuovo miscelata insieme al latte scremato prima che entri nel settore di riscaldamento finale del pastorizzatore. Con questa tecnica, largamente utilizzata negli impianti moderni, la dimensione dell’omogeneizzatore può essere ridotta in modo significativo abbassando così i consumi energetici. Inoltre anche gli investimenti di acquisto e gestione dell’omogeneizzatore saranno minori.

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Tecnica: Recupero di calore del siero per il pre-riscaldo del latte nella produzione di formaggio Nei processi di produzione di formaggio, il latte che deve essere scaldato per il processo di cagliatura può essere preriscaldato con il siero caldo che viene estratto dalla caldaia di un precedente ciclo di lavorazione. Scambiatori di calore e serbatoi sono necessari per la circolazione dell’acqua utilizzata come veicolo di riscaldamento del latte e raffreddamento del siero. Con questa tecnologia è possibile risparmiare energia per il riscaldamento del latte e il raffreddamento del siero. È applicabile in impianti nuovi o esistenti: in questi ultimi la mancanza di spazio per la collocazione delle apparecchiature può essere un fattore limitante.

Tecnica: Soluzioni per il risparmio energetico nei macelli Isolamento e copertura delle tradizionali vasche ad acqua calda nei macelli La vasca di scottatura in acqua può essere isolata termicamente e coperta con un sensibile risparmio di energia per minor dispersione del calore. Questa tecnologia è applicabile a tutte le nuove linee di macellazione, per le linee esistenti possono esserci problemi ma la copertura con palline di plastica isolante galleggianti è sempre possibile. Permette un minor consumo di energia per il mantenimento dell’acqua a temperatura e anche di acqua per riduzione dell'effetto onda e debordamento legato all'immersione. Le emissioni diffuse di odori sono ridotte e così la necessità di ventilazione per eliminare la nebbia. Il tempo di ritorno economico è valutabile in meno di un anno. Può essere applicato a macelli suini e avicoli. Installazione di interruttori automatici di erogazione del gas L'alimentazione degli ugelli di flambatura si interrompe automaticamente se il sensore non rileva il passaggio della carcassa riducendo dunque il consumo di gas. Riutilizzo dei fumi della macchina flambatrice per il preriscaldamento dell'acqua La temperatura dei fumi della flambatrice supera i 900°C e i fumi che escono hanno temperature superiori ai 600 °C. Essi possono essere convogliati ad uno scambiatore di calore dove è preriscaldata l'acqua che alimenta la vasca di scottatura o l’acqua per i lavaggi. Il recupero di calore riduce le necessità di energia termica dell’azienda. Stoccaggio a medie temperature delle pelli bovine e ovine e lavorazione immediata (12 - 15 ore). Se la lavorazione è effettuata entro 8-12 ore è possibile mantenere le pelli a 15 - 18 °C, anziché trattarle con sale e mantenerle a basse temperature. Le pelli vengono stese a raffreddarsi su un pavimento di marmo o raffreddate per immersione in acqua. Tale modifica di processo permette un minor consumo energetico per l'eliminazione della fase di congelamento trasporto e stoccaggio successivo e però limitata da fattori logistici e organizzativi compresa la disponibilità della conceria. Determina un consumo maggiore di agenti batterici o batteriostatici. È applicabile a tutti i macelli bovini e ovini.

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Tecnica: Recupero di calore nell’industria del caffè Il calore di scarto proveniente dagli impianti di estrazione di caffè (per la produzione di caffè istantaneo) o dall’aria dei compressori può essere riutilizzato come sorgente di energia sia durante la produzione (es. processo di estrazione) sia per il riscaldamento di uffici e magazzini.

L’estratto liquido caldo di caffè prodotto durante il processo di estrazione può essere fatto passare attraverso uno scambiatore di calore dove si raffredda riscaldando contemporaneamente l’acqua utilizzata per l’estrazione. Gli uffici e le sale riunioni possono essere riscaldate grazie al calore di scarto della produzione.

Tecnica: Ricircolo dell’aria durante l’arrostimento del caffè Gli impianti di arrostimento del caffè possono essere ad aria ricircolante o no. Nel primo caso sono ridotti i consumi di energia del 25% in quanto non entra nel sistema aria fredda. Inoltre questo sistema riduce i volumi di aria da trattare.

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CONSUMI IDRICI

Tecnica: Soluzioni per il risparmio idrico in operazioni di lavaggio Impianti di lavaggio CIP (Cleaning in Place) Il Clean In Place (CIP) è un sistema di pulizia automatico, incorporato nell’equipaggiamento da pulire, che realizza un ricircolo, a determinate pressioni e/o temperature, dei liquidi detergenti e delle soluzioni per il risciacquo. Questo sistema di lavaggio viene utilizzato per assicurare che le linee produttive siano depurate dai contaminanti organici ed inorganici. Gli impianti CIP sono costituiti da serbatoi per i vari liquidi impiegati, pompe per il ricircolo dei fluidi e stazioni per il riscaldamento dei medesimi. Tutte le operazioni di lavaggio e risciacquo vengono gestite elettronicamente. I processi CIP consentono la pulizia delle attrezzature produttive senza che queste debbano essere spostate o disassemblate. Per questo però l’applicazione del sistema CIP all’equipaggiamento deve essere ipotizzata fin dalla fase di progettazione dell’impianto in quanto modifiche appositamente realizzate sugli equipaggiamenti da pulire per poter sfruttare questa tecnologia sono tendenzialmente difficoltose e onerose. Gli impianti CIP permettono di utilizzare acqua e detergenti nelle quantità strettamente necessarie e dunque di evitare sprechi; spesso sono inoltre dotati di sistemi di depurazione, tramite sedimentazione e ultrafiltrazione, funzionali al riutilizzo delle soluzioni detergenti, che vengono ad esempio impiegate per il pre-risciacquo delle apparecchiature. Nei CIP a doppia fase, così chiamato perché si effettuano due passaggi di lavaggio in successione uno all’altro, i prodotti chimici normalmente utilizzati sono: • soluzioni caustiche in grado di rimuovere gli strati di grassi e proteine; • soluzioni acide per eliminare i depositi minerali. Esiste altresì la possibilità di realizzare il lavaggio con un’unica fase (quella alcalina): in questo caso sono utilizzati agenti chelanti (quali ad esempio EDTA) che, reagendo con calcio e altri metalli, destrutturano i depositi e ne facilitano l’eliminazione. In entrambi i casi vanno valutati gli aspetti negativi: i sistemi a singola fase richiedono l’impiego di sostanze che, come nel caso dell’EDTA, hanno dimostrato di creare problemi ambientali non trascurabili; viceversa nei sistemi a doppia fase i consumi di acqua, reagenti ed energia saranno maggiori. Flessibili dotati di controllo di innesco Dei controlli di innesco possono essere applicati ai flessibili utilizzati per le pulizie senza altre modifiche. Se è presente un miscelatore di acqua e vapore per provvedere alla fornitura di acqua calda è necessario installare una valvola di controllo per evitare che il vapore o l’acqua entrino nella linea sbagliata. Spesso le valvole di controllo di innesco sono vendute insieme agli ugelli che permettono di aumentare l’impatto dell’acqua e ridurre il flusso d’acqua necessario. Oltre ai consumi idrici sono ridotte le necessita di acqua calda e dunque di energia termica.

Consumi idrici

Aspetto senz’altro significativo i consumi idrici nell’industria agroalimentare sono giustificati in gran parte dalla necessità di sanificazione di ambienti di lavoro, macchinari e imballaggi (es. bottiglie) al fine di ottemperare alle richieste del mercato e alla sempre più severa legislazione in materia di igiene e sicurezza alimentare. Altro processo che necessita di quantitativi importanti di acqua è quello del lavaggio di materia prima quale verdura e frutta confezionata destinata al consumo diretto (II-V gamma) o destinata alla produzione di succhi di frutta e altri preparati. Particolarità del consumo idrico nell’industria alimentare è l’assoluta necessità, almeno per i lavaggi finali della materia prima (se destinata a trattamento termico) così come per la pulizia di attrezzature e macchinari a contatto col prodotto di utilizzo di acqua di alta qualità (potabile) al fine di evitare possibili contaminazioni.

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Idropulitrici a media pressione I sistemi di pulizia idraulica a media pressione garantiscono una maggior efficienza di pulizia e un risparmio sensibile di acqua ( es. idropulitrici per il lavaggio dei carri bestiame che consumano 60 l/min di acqua a 1,5 Mpa danno un'efficacia di pulizia pari ad un'idropulitrice operante a 0,3 MPa che consuma 250 l/min). Si riducono i consumi di acqua e i volumi di acque di scarico da trattare. Se poi si usa acqua calda si risparmia una proporzionale energia necessaria per il riscaldamento. Lavaggi ad alta pressione (HPLV) Nei lavaggi ad alta pressione e a basso volume (HPLV - high pressure - low volume) l’acqua è spruzzata ad una pressione che, partendo da 15 bar può raggiungere anche i 150 bar, con valori medi di 40 – 65 bar. L’azione meccanica dell’acqua a pressione permette di ridurre considerevolmente, a parità di efficacia di pulizia, la temperatura dell’acqua di lavaggio (e dunque dell’energia necessaria al suo riscaldamento) nonché l’utilizzo di prodotti sanificanti. Gli stessi consumi di acqua sono molto limitati. L’unica preoccupazione relativa a questo sistema è inerente la produzione di aerosol in grado di contaminare anche parti poco raggiungibili negli ambienti di lavoro (pareti, soffitto, ecc.). Diverse ricerche hanno però dimostrato che anche nel lavaggio a bassa pressione si genera un aerosol che raggiunge altezze superiori al metro ed è dunque sconsigliato in aree particolarmente sensibili dove potrà ad esempio essere utilizzato un sistema a secco. Al di fuori dei periodi di produzione o in aree meno sensibili, invece, i lavaggi ad alta pressione risultano particolarmente indicati in funzione della loro elevata efficienza. I lavaggi ad alta pressione possono essere effettuati da macchinari mobili o attraverso una rete fissa. I primi risultano più problematici per l’esigenza di trattamento dei gas di scarico dei macchinari a gasolio (se utilizzati in ambienti chiusi) o per gli alti costi di mantenimento nel caso di macchinari elettrici. Risulta quindi più conveniente il ricorso ad una rete fissa di dispositivi di lavaggio ad alta pressione. Lavaggi con schiuma a bassa pressione I lavaggi con schiuma a bassa pressione sono una valida alternativa al più comune lavaggio eseguito con tubi flessibili, spazzole e detergenti dosati manualmente. Questa tecnica è utilizzata per pulire muri, pavimenti e le superfici esterne delle attrezzature. La schiuma, costituita ad esempio a base di una soluzione alcalina, è spruzzata sulla superficie da pulire e lasciata agire per 10 – 20 minuti, poi è risciacquata con acqua. Il tempo necessario ad ottenere l’effetto pulente aumenta al diminuire dell’aggressività dei prodotti detergenti; un adeguato tempo di contatto garantisce l’efficacia del lavaggio senza dover ricorrere all’utilizzo di acqua calda, con un conseguente risparmio energetico. La facilità di risciacquo comporta, oltre ad un beneficio in termini di riduzione dei consumi idrici, anche un minor costo del lavoro delle operazioni di lavaggio con schiuma rispetto a quello legato ad altri sistemi con detergenti. Un limite di questo sistema di lavaggio può essere dato dalla necessità di pulire superfici in pendenza sulle quali la schiuma, sotto il proprio peso, può tendere a scivolare riducendo il tempo di contatto e quindi l’efficacia pulente. Anche in questo caso gli impianti di lavaggio possono essere fissi o mobili. Gli impianti mobili risultano normalmente meno efficienti e più costosi per ciò che concerne la gestione. Lavaggi con gel La pulizia con gel è utilizzata per pavimenti, pareti, celle, container ed attrezzature. Il processo è del tutto simile a quello applicato con le schiume e del tutto simili sono i vantaggi: riduzione dei consumi di acqua, del consumo di prodotti sanificanti e di energia per il riscaldamento dell’acqua di lavaggio. Rispetto alle schiume i gel permettono un più lungo contatto attivo con lo sporco e una maggiore capacità di raggiungere punti difficili come fessure grazie anche alla possibilità di non essere bloccati dalla presenza di bolle d’aria. Come per i sistemi a schiuma, anche il lavaggio con gel è caratterizzato da una buona facilità di risciacquo da cui discende un risparmio idrico ed un contenimento dei costi di manodopera grazie alla riduzione dei tempi di lavoro. Lavaggi in controcorrente Comunemente usati nelle industrie alimentari, i lavaggi in controcorrente possono rimpiazzare i sistemi a serbatoi paralleli nella pulizia di impianti e reparti. I sistemi in controcorrente sono sistemi multistadio nei quali l’acqua è utilizzata in una determinata fase di pulizia e poi riutilizzata nella fase di pulizia precedente: l’acqua meno contaminata, proveniente dall’ultimo lavaggio (il meno contaminante in quanto effettuato su superfici o impianti già ad un buon livello di pulizia) in cui viene alimentata acqua pulita, è immessa in una seconda vasca e riutilizzata per il lavaggio intermedio (secondo stadio). Quest’ultima, più sporca, è poi a sua

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volta riutilizzata per il primo lavaggio (quello cioè maggiormente contaminante) e quindi scaricata. Può esservi una successione di un diverso numero di stadi in funzione delle specifiche esigenze di lavaggio interne al processo. Questo sistema necessita di maggiore spazio ed equipaggiamento rispetto ad altre soluzioni di lavaggio ma è in grado di ridurre il consumo di acqua pulita e il volume degli scarichi anche del 50%. Questo sistema può essere altresì utilizzato per il lavaggio di materie prime (es. pomodori, etc.), il principio è lo stesso come si può vedere dalla figura sottostante.

Tecnica: Sistemi e tecnologie per la depurazione dell’acqua e suo riutilizzo Acqua trattata sfruttata nell'industria alimentare può essere desalinizzata ed i prodotti organici possono essere eliminati in modo da soddisfare le condizioni di reimpiego dell'acqua. Sempre più spesso infatti gli standard igienici richiedono che l'acqua di processo destinata al riutilizzo (anche per scopi di pulizia) sia di qualità potabile. Regole per altre applicazioni, come l'acqua di caldaia o per pulizia a caldo possono essere ancora più rigorose. Acqua di processo a bassa contaminazione proveniente dall'industria alimentare alla quale si applichi un pretrattamento combinato, filtrazione su membrana e disinfezione UV, è in grado di raggiungere una qualità ottimale. Attraverso nanofiltrazione di acqua di processo non addolcita si può ottenere acqua di processo di qualità abbastanza buona per acqua di alimentazione caldaia o acqua calda di pulizia. Sistemi a membrana La tecnologia a membrana è diventata una tecnologia di separazione competitiva nel corso dei decenni passati. Questa tecnologia non necessita dell'aggiunta di prodotti chimici ed è moderatamente energivora . Il processo di separazione della membrana è basato sulla presenza di membrane semi permeabili. Il principio è abbastanza semplice: la membrana funge da filtro molto specifico che si lascia attraversare dall'acqua attraversare, mentre trattiene i solidi in sospensione ed altre sostanze. Le membrane si comportano come una parete selettiva di separazione. Alcune sostanze possono passare attraverso la membrana, mentre altre sostanze sono catturate. La filtrazione di membrana può essere usata come alternativa alla flocculazione, alle tecniche di depurazione da sedimenti, adsorbimento (filtri a sabbia e filtri a carbonio attivo, scambiatori ionici), estrazione e distillazione. La filtrazione con membrana si può dividere in micro ed ultra filtrazione da una parte e nano filtrazione e osmosi inversa (RO o iperfiltrazione) dall'altra. Quando la filtrazione con membrana è usata per la rimozione di particelle più grandi, sono applicate la micro filtrazione e l'ultrafiltrazione. A causa del carattere aperto delle membrane il rendimento è alto mentre le differenze di pressione sono basse. Quando si devono rimuovere i sali dall'acqua, sono applicate la nanofiltrazione e l'osmosi inversa. La nano filtrazione e le membrane a RO non funzionano secondo il principio dei pori; la separazione avviene attraverso diffusione tramite la membrana. La pressione richiesta per realizzare la nano filtrazione e l'osmosi inversa è molto superiore alla pressione richiesta per micro ed ultra filtrazione, mentre il rendimento è molto più basso.

1° vasca: pomodori dal campo: elevato contenuto di sporco (terra, sostanze sulla buccia, ecc.)

2° vasca: pomodori dalla prima vasca, parzialmente puliti

3° vasca: pomodori dalla seconda vasca che devono quindi uscire perfettamente puliti per andare in produzione

acqua pulita

scarico reflui

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Dimensioni delle particelle da filtrare Sistemi di filtrazione 100 µm 10 µm 1 µm < 1 µm

Microfiltrazione Si No No No Ultrafiltrazione Si Si No No Nanofiltrazione Si Si Si No Osmosi inversa Si Si Si Si

La filtrazione con membrana ha un certo numero di vantaggi sulle tecniche di depurazione dell'acqua esistenti:

• è un processo che può avvenire a basse temperature. Ciò è importante perché permette il trattamento di materia sensibile al calore (motivo per il quale questa applicazione è molto usata per la produzione alimentare).

• è un processo a basso consumo energetico. La maggior parte dell'energia che necessita è usata per pompare i liquidi attraverso la membrana. La quantità totale di energia usata è inferiore se confrontata a tecniche alternative come l'evaporazione.

La scelta di un sistema con un certo tipo di membrana è determinata da moltissimi aspetti quali il grado di contaminazione e le caratteristiche dell’acqua in entrata, la qualità dell’acqua necessaria per gli utilizzi successivi, i costi, rischi di intasamento della membrane, etc. Radiazione uv Le radiazioni emesse dalle lampade UV sono assorbite dalle pareti cellulari batteriche causando una reazione fotochimica e danneggiando il processo di riproduzione dei microrganismi, insieme ai batteri molti organismi patogeni (es. virus) sono estremamente sensibili a questo tipo di radiazione. I vantaggi nell’utilizzo dei raggi UV nella disinfezione dell’acqua per un suo riutilizzo sono:

• non altera colore , odore, sapore o pH dell'acqua; • non richiede l'aggiunta di agenti chimici; • non immette sottoprodotti tossici nell'acqua; • i sistemi UV sono compatti e facili da installare; • i sistemi UV richiedono molta poca manodopera; • i costi di funzionamento sono spesso inferiori a quelli di una lampadina.

Nanofiltrazione La tecnica di nanofiltrazione è principalmente usata per la rimozione di ioni bivalenti e dei più grandi ioni monovalenti come i metalli pesanti. Rispetto all’osmosi inversa utilizza membrane meno fini, la pressione di alimentazione del sistema di NF (Nano Filtrazione) è quindi generalmente più bassa così come la velocità di contaminazione. Applicazioni per sistemi a NF sono:

• addolcimento • rimozione specifica di metalli pesanti • riduzione del contenuto di sale dall'acqua leggermente salmastra8

Utilizzo di ozono Oggi l’ozono trova principalmente impiego nella preozonazione di acque a uso potabile, nella rimozione di COD residuo di reflui, nella disinfezione di acque per uso alimentare e nel riutilizzo industriale o agricolo delle acque depurate. I principali vantaggi che derivano dall’uso di questo gas sono dovute:

• al suo forte potere ossidante; • alla mancata produzione di fanghi o concentrati; • alla capacità di degradare inquinanti; • all’assenza di inquinamenti secondari; • alla capacità di migliorare le caratteristiche generali delle acque, aumentandone la biodegradabilità; • all’annullamento della salinità dell’acqua trattata; • alla possibilità di ottenere anche un refluo disinfettato (nei trattamenti che hanno come obiettivo

l’ossidazione di sostanze organiche); 8 Le prestazioni tipiche per una membrana a NF cono una rimozione del 50% di NaCl e del 90% o piu' di CaSO4.

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• alla capacità di evitare fenomeni corrosivi e fermentativi grazie alla forte azione disinfettante e ossigenante;

• alla flessibilità di dosaggio e alla semplicità impiantistica, che minimizzano i costi di gestione e il controllo operativo.

Come processi di ossidazione avanzata (AOP) si intendono quei processi che, per combinazione della luce ultravioletta con particolari ossidanti quali l’O3 e l’H2O2 in presenza o meno di catalizzatori, danno luogo alla generazione di radicali idrossilici. Questo composto ossidante ha una vita estremamente breve ed è in grado di ossidare composti organici per estrazione idrogenionica. HO. + RH R. + H2O dando così luogo a radicali organici che per reazione con l’ossigeno molecolare presente portano alla formazione di radicali perossidici. R. + O2 RO.2 Questi intermedi di reazione iniziano una propagazione radicalica ossidativa organica che ha come prodotti di reazione finali anidride carbonica e sali inorganici. HO. + RX RX.+ OH- Gli AOP che utilizzano l’accoppiamento O3/UV e O3/H2O2 sono processi di ossidazione avanzata più frequentemente utilizzati per l’effettiva distruzione di sostanze tossiche e refrattarie, batteri e virus nell’acqua, la sbianca e la decolorazione nell’industria cartaria che ottengono. La loro efficienza di reazione è superiore a quella dei singoli processi costituenti, purché nella progettazione dei reattori si tenga conto del fatto che l’ozono è un gas scarsamente solubile e che è quindi estremamente importante il suo contatto con gli altri ossidanti. Questi processi si applicano alla rimozione di: fenoli, clorofenoli, acidi umici e fulvici, alogenocomposti, aldeidi e ossiacidi, composti aromatici ed eterociclici complessi, BTX, VOC, ecc. Questi ultimi mediante sistemi di ossidazione in fase catalitica a secco. Per ciò che concerne l’industria agroalimentare i principali utilizzi dei sistemi integrati AOP sono:

• decontaminazione delle acque per riuso/riciclo • potabilizzazione • trattamento acque di processo (es. acqua ultra-pura) • Industrie di acqua minerale e bevande • Sistemi di acqua di raffreddamento • Impianti di imbottigliamento e risciacquo

Riutilizzo delle acque di processo In un’azienda agroalimentare è possibile riutilizzare direttamente acqua di processo senza compromettere igiene e salubrità del prodotto. Alcuni esempi di potenziali acque di processo direttamente riutilizzabili in altri utilizzi interni, grazie al basso carico di impurezze, possono essere:

• l’acqua utilizzata come ultimo risciacquo dei serbatoi; • i reflui prodotti dalle operazioni di sbrinamento delle celle di refrigerazione; • gli effluenti dei trattamenti di raffreddamento dei prodotti confezionati sottoposti a trattamento

termico (pastorizzazione / sterilizzazione); Dipendentemente dal grado di contaminazione organico e inorganico i possibili impieghi per il riutilizzo di tali acque di processo riguardano:

• il primo risciacquo nei cicli di lavaggio o come primo lavaggio di pavimenti e canalette; • la diluizione delle soluzioni caustiche utilizzate per l’igienizzazione.

In particolare i condensati di vapore possono essere riutilizzati come acqua di alimentazione del boiler permettendo un notevole recupero energetico ed un minor consumo di sostanze chimiche per il trattamento dell’acqua mentre le acque di raffreddamento, alcuni condensati o l’acqua proveniente da trattamento a osmosi inversa caratterizzate da una bassa contaminazione possono essere riutilizzate per il lavaggio di aree poco sensibili (es. cortile), o per la preparazione di soluzioni di lavaggio. Nell'industria del pollame le carcasse sono raffreddate con acqua. Esse sono immerse in acqua fredda, prima di lavorazione ulteriore. Tale acqua di raffreddamento diventa torbida e contaminata a causa di microrganismi come la E. Coli e salmonelle. Per il riutilizzo, l'acqua di raffreddamento deve essere decontaminata, ciò può essere realizzato per mezzo di trattamento con ozono e di filtrazione. L'ozono è uno tra gli sterilizzanti più potenti nel mondo e la sua funzione è distruggere batteri, virus ed odori.

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Riciclo delle acque di lavaggio Unità di ricircolo possono essere installate per riutilizzare, previa adeguata depurazione, per gli stessi scopi o per altri, l’acqua di lavaggio dei reparti di produzione, conseguendo benefici in termini di riduzione del consumo di acqua e di volume degli scarichi finali rilasciati nell’ambiente. I consumi energetici necessari alle fasi di ricircolo e depurazione sono in diversi casi compensati dalla minore necessità di consumo di energia termica per il riscaldamento di acqua che, già riscaldata per il lavaggio precedente, è caratterizzata da temperature più alte. I trattamenti di depurazione devono essere funzionali a garantire il rispetto della regolamentazione igienico – sanitaria. Circuito chiuso delle acque di raffreddamento Durante la fase di raffreddamento l’acqua utilizzata si riscalda sottraendo calore all’elemento che deve essere raffreddato. Per poter essere nuovamente utilizzata allo scopo, ovvero per implementare un sistema chiuso di raffreddamento, occorre dotarsi di dispositivi in grado di riportare l’acqua utilizzata in condizioni idonee a poter sottrarre nuovamente calore in maniera efficace. Possono essere applicati allo scopo:

• torri di raffreddamento; • gruppi frigoriferi; • recuperatori di calore.

Nelle torri di raffreddamento l’evaporazione di una piccola parte dell’acqua in circolo permette di allontanare una grande quantità del calore presente nell’acqua trattata. Durante l’evaporazione si produce un fenomeno di concentrazione dei sali e delle altre sostanze presenti nell’acqua che rende necessario un periodico spurgo e reintegro con acqua fresca (comunque richiesta anche per compensare la quantità persa per evaporazione). In funzione della composizione dell’acqua può essere necessario anche un trattamento supplementare (consistente nel dosaggio di specifici additivi quali inibitori di cristallizzazione, inibitori di corrosione, biocidi, ecc. e nel preliminare addolcimento delle acque) delle acque immesse nel circuito di raffreddamento in aggiunta allo spurgo per evitare fenomeni di corrosione, crescita batterica o altro causate dalle sostanze che si concentrano nel circuito. In alternativa alle torri evaporative possono essere impiegati gruppi frigoriferi che cedono frigorie ad un ulteriore fluido contenuto in un circuito chiuso che, tramite appositi scambiatori di calore, va a raffreddare l’acqua che deve essere recuperata. Il fluido refrigerante usato viene quindi nuovamente raffreddato nei gruppi frigoriferi. Un’ulteriore soluzione può essere quella di far passare l’acqua di raffreddamento usata all’interno di scambiatori di calore adibiti a funzioni di recupero energetico: utilizzando un fluido (aria, acqua o altro) a temperatura inferiore rispetto a quella dell’acqua di raffreddamento da trattare si ottiene un passaggio del contenuto termico dall’acqua di raffreddamento (che quindi ritorna a livelli di temperatura che ne consentono il riutilizzo in un nuovo ciclo) al fluido utilizzato (che può essere quindi impiegato per funzioni di riscaldamento). Il sistema di scambio termico deve essere dimensionato in funzione della temperatura dell’acqua da trattare e della temperatura che si deve raggiungere al termine del trattamento.

Tecnica: Soluzioni per il contenimento dei consumi idrici nelle fasi di processo Unità di controllo dell’erogazione dell’acqua Esistono delle unità di controllo automatiche in grado di ridurre il consumo di acqua in processi automatizzati. Esse sono applicate in particolare a processi che necessitano di un flusso d’acqua continuo o laddove per esempio si opera il riempimento di vasche di lavaggio per ciascuna nuova partita di prodotto. I sensori permettono di annullare l’erogazione di acqua tra una partita di prodotto e l’altra oppure durante i fermi di produzione. Tali dispositivi sono in grado di controllare sia il flusso che la temperatura dell’acqua (qualora presente questa caratteristica può permettere una riduzione degli sprechi energetici). Tale tecnologia presuppone che ogni prodotto debba essere trattato con acqua in quanto i sensori non distinguono tra prodotti puliti o contaminati da terra o altro. È inoltre importante che il funzionamento dei sensori sia periodicamente controllato e verificato.

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Regolatori di flusso Le valvole di flusso possono essere utilizzate in sistemi manuali o automatici: esse provvedono a fornire un flusso costante entro un determinato range di portata. Si sono dimostrate molto valide in particolare nelle operazioni di cottura dove ogni eccesso di acqua in entrata rappresenta anche uno spreco di energia necessaria a scaldare l’acqua in sovrabbondanza. La presenza di valvole di flusso ha anche un significato educativo e di addestramento nei confronti degli addetti e permette loro un loro maggior coinvolgimento nel programma complessivo di riduzione dei consumi d’acqua. Utilizzo di iniettori L’utilizzo di iniettori è abbastanza diffuso nell’industria alimentare per differenti usi dei quali il lavaggio o raffreddamento del prodotto e la pulizia dei macchinari sono i più importanti. Attraverso un corretto posizionamento e orientamento degli iniettori sul prodotto o sull’oggetto su cui deve agire il getto d’acqua e, soprattutto, in presenza di unità di controllo dell’acqua grazie alla pressione, possono permettere una significativa riduzione dei consumi idrici. Rubinetteria antispreco La rubinetteria può rappresentare, nelle aziende alimentari in genere, una fonte consistente di consumo di acqua, in particolare quella applicata ai flessibili utilizzati per il lavaggio di impianti e reparti. I modelli tradizionali sono caratterizzati da flussi di acqua ingenti, inoltre possono essere lasciati aperti anche quando non utilizzati. Esistono modelli il cui flusso (caratterizzato da una maggiore percentuale di aria) permette un risparmio di acqua anche fino all’80%. In alternativa alla sostituzione della rubinetteria di vecchia concezione con rubinetteria nuova antispreco, è possibile installare sulla rubinetteria esistente congegni di apertura/chiusura automatica.

Tecnica: Soluzioni per il contenimento dei consumi idrici nelle fasi di lavaggio delle bottiglie Sistema multistadio di sanificazione delle bottiglie La sanificazione multistadio per le bottiglie racchiude in un unico sistema di lavaggio diversi metodi di sanificazione e sfrutta in modo sinergico l’impiego di acqua calda, prodotti chimici e meccanismi di pulizia meccanica. il lavaggio iniziale e il bagno caustico hanno l’obiettivo principale di disinfettare le bottiglie, mentre la rimozione di particellato, sali di calcio e magnesio e residui di prodotti chimici è svolta nelle successive fasi. Generalmente in un impianto multistadio gli step di pulizia sono così organizzati:

• vasca di lavaggio - insieme al bagno caustico ha l’obbiettivo di eliminare i germi attraverso l’utilizzo di prodotti chimici, surfattanti e altri additivi;

• bagno caustico - il vetro della bottiglia è pulito utilizzando una soluzione al 1,8% di soda caustica. Gli alcali, i prodotti chimici e le particelle solide rimangono nelle bottiglie che abbandonano il bagno caustico;

• primo bagno di acqua calda – il pH di questo primo bacino può essere di 10 – 11 a causa del contenuto alcalino trascinato dallo stadio precedente; tale condizione può generare una deposizione di sali di calcio e magnesio laddove sia utilizzata acqua dura. In questa fase le bottiglie vengono lavate normalmente attraverso spray ad alta pressione; non viene però completamente rimosso il residuo di prodotti chimici che le bottiglie hanno accumulato nella precedente soluzione di lavaggio. Si può procedere ad una neutralizzazione con anidride carbonica che riporta il pH a 7,5 – 8 (la riduzione del pH migliora l’efficienza dei disinfettanti riducendo la necessità di consumo di prodotti chimici);

• secondo bagno di acqua calda – L’acqua neutralizzata è estratta e raffreddata in un circuito di raffreddamento dotato di torri evaporative o raffreddatori, l’acqua, a temperatura minore, è quindi utilizzata per gli spray a pressione e ritorna dunque nel secondo bagno;

• l’ultimo stadio di lavaggio con acqua potabile funge da risciacquo finale e permette il raffreddamento delle bottiglie.

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I più importi vantaggi di questa tecnologia sono legati alla riduzione del consumo idrico (e dunque i volumi degli scarichi) e dei prodotti chimici con tutto ciò che comportano compreso stoccaggio, utilizzo e contaminazione delle acque di scarico. In questo caso inoltre il pH delle acque di scarico è ottimizzato grazie alla neutralizzazione. Sono ridotti anche i consumi energetici tra cui non ultimi quelli necessari al trattamento delle acque di scarico. Rispetto alle vecchie macchine lavatrici riduce inoltre la formazione di calcare nei bagni caldi e il trascinamento degli alcali. Questo sistema può rimpiazzare vecchie macchine lavatrici presenti in linee di imbottigliamento già esistenti. È considerato conveniente laddove i consumi idrici siano superiori a 400 ml per bottiglia, un tempo di ritorno dell’investimento accettabile si ha quando il risparmio idrico sia almeno di 200 ml/bottiglia. Riutilizzo della soluzione di lavaggio delle bottiglie Per risparmiare soda caustica e acqua (impiegate nel processo di pulizia delle bottiglie) e per evitare un eccessivo - quanto non necessario - aumento del carico inquinante delle acque reflue, il bagno di lavaggio delle bottiglie può essere pompato in un serbatoio di sedimentazione in cui si realizza la separazione delle particelle contaminanti presenti, che vengono quindi filtrate prima di utilizzare la soluzione per un nuovo lavaggio. Il serbatoio di sedimentazione serve anche da unità di stoccaggio temporaneo. Tale tecnologia consente da un lato un risparmio idrico e di reattivi chimici, oltre che un miglioramento degli scarichi liquidi, ma comporta un aumento del consumo energetico del processo in relazione al funzionamento delle pompe e del sistema di filtraggio che trattano le acque di lavaggio. Riutilizzo dell’acqua di pastorizzazione delle bottiglie In momenti di picco di produzione la necessità di volumi di acqua per il raffreddamento nel processo di pastorizzazione può essere maggiore delle reali possibilità del sistema di fornirli. In questi casi sovente l’acqua utilizzata per il raffreddamento è direttamente scaricata in fognatura con un notevole spreco idrico e di sostanze chimiche (quali ad esempio inibitori di corrosione e biocidi). Per limitare dunque tali sprechi si può procedere ad un riutilizzo dell’acqua in più che, raccolta in serbatoi di acciaio inossidabile, è convogliata successivamente a sistemi di raffreddamento (es. torri di raffreddamento) che la riportino nelle condizioni termiche funzionali a permetterne un nuovo impiego, previa eventuale aggiunta di inibitori di corrosione e biocidi. Grazie a questa tecnologia di riutilizzo è possibile ridurre in modo significativo sia i consumi idrici che i volumi e la qualità degli scarichi idrici. Questo sistema è applicabile al pastorizzatore e alle pompe del vuoto.

Tecnica: Soluzioni per il risparmio idrico nei macelli Abbeveratoi antispreco Si tratta di sistemi di erogazione dell'acqua da bere che vengono azionati direttamente dagli animali e che consentono dunque di consumare solo l'acqua necessaria agli animali stessi. Docciatura temporizzata per suini Nei periodi più caldi gli animali sono devono essere rinfrescati con acqua al fine di mantenere uno stato di benessere minimo accettabile. Ciò può essere fatto con docce che erogano acqua a tempo o meglio ancora elettronicamente quando passa l'animale prevenendo sprechi di acqua e riducendo in parte gli odori. Ricircolo delle acque di lavaggio prima della scottatura Poiché gli impianti di lavaggio delle carcasse preliminare alla scottatura (nel caso di scottatura ad aria umida) sono segmentati in diverse sezioni è possibile, per ogni sezione, provvedere alla raccolta separata dell'acqua. Questa può essere quindi filtrata e riciclata in controcorrente nella sezione precedente ottenendo un consistente risparmio. In impianti esistenti l'acqua viene in media ricircolata 3 volte e quindi si ottiene un risparmio del 67%. E' necessaria l'autorizzazione del veterinario. Ricircolo delle acque di scottatura all'interno della stessa macchina depilatrice. Le nuove macchine depilatrici sono progettate per riutilizzare parzialmente l’acqua. In questi impianti le carcasse lavate sono scottate con doccia di acqua calda e depilate dall'azione di apposite spazzole, le setole

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sono asportate dall’acqua di scottatura e separate attraverso filtri. L'acqua filtrata viene inviata ad un serbatoio nel quale si insuffla vapore per riportarla alla temperatura richiesta e quindi riutilizzata nella stessa macchina. Se questa tecnologia si applica ai macelli suini una tecnologia corrispondente è quella che può essere applicata alla spennatrici dei macelli avicoli in cui i filtri sono utilizzati per separare dall’acqua le piume e penne. Questa tecnologia permette un minor consumo di acqua e di energia ma al termine del turno di lavoro la macchina deve essere svuotata, lavata e sanificata. E' necessaria l'autorizzazione del veterinario. Sostituzione delle docce automatizzate con ugelli orientabili La sostituzione delle doccette a erogazione continua di acqua con ugelli orientabili (preferibilmente a pressione per evitare intasamenti) e comandati da cellule fotoelettriche in tutte le fasi della linea di depilazione (lavaggio, depilazione, raffreddamento, raffreddamento e pulizia finale dopo flambatura) e nelle spennatrici (e lavaggi successivi) permette di ridurre sensibilmente l'acqua utilizzata. E' stato calcolato un abbassamento del consumo di acqua del 90%. Si applica a macelli suini e avicoli. Riutilizzo dell'acqua di raffreddamento dopo flambatura. L'acqua utilizzata per il lavaggio e il raffreddamento dopo la flambatura delle carcasse può essere raccolta e inviata alla vasca di scottatura o alle spazzolatrici riducendo i consumi idrici. E' stato calcolato un abbassamento del consumo di acqua da 1300 a 390 l/t di carcassa). Ugelli sottopressione con fotocellule per lavaggio e trasporto degli intestini con acqua Il lavaggio esterno, l'allontanamento e il trasporto delle viscere può essere fatto con acqua. In questo caso sono da preferire ugelli sottopressione nei quali l'erogazione di acqua sia comandata da fotocellula. In questo modo sono ridotti i consumi idrici, il tempo di ritorno dell’investimento è calcolato in 6 mesi.

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SCARICHI IDRICI

Tecnica: Soluzioni per ridurre i reflui dalle operazioni di lavaggio Prelavaggio e lavaggio a secco dell'area di lavoro Il lavaggio a secco è una tecnica relativamente semplice adeguata ad una preliminare rimozione della parte grossolana di sporco e residui presente sulle superfici e può essere effettuato con raschiatori in gomma o altri strumenti per la pulizia a secco (es. aspiratori). Molte aziende alimentari hanno trovato in questa tecnica una alternativa semplice e a basso costo che permette di ridurre i consumi idrici e in modo significativo la contaminazione delle acque di scarico per ciò che concerne soprattutto i livelli di solidi sospesi totali, B.O.D., C.O.D., lipidi, azoto e fosforo totale. Inoltre la pulizia a secco permette di ridurre i consumi di energia utilizzati per il riscaldamento dell’acqua di lavaggio e di detergenti. Di contro, i sistemi a secco generano la produzione di rifiuti (al posto dei reflui derivanti dal lavaggio con acqua) che però offrono il vantaggio, rispetto ai reflui di lavaggio, di un più semplice recupero di parti valorizzabili. Questo tipo di pulizia può essere applicato alla fine o durante il turno di lavoro. Per operare una corretta pulizia a secco:

• gli addetti dovrebbero rimuovere i residui alimentari e altri residui dalle aree di produzione e dagli impianti con tecniche di rimozione a secco prima di utilizzare acqua;

• è opportuno impedire che l’acqua venga a contatto con i residui rimossi a secco dalle superfici e che questi raggiungano il tombino di scarico (in quanto verrebbero vanificati tutti i vantaggi insiti in tale opzione di pulizia e potrebbero anzi generarsi problemi di intasamento della rete fognaria ed eccessivo carico al depuratore in seguito all’immissione in rete di unica soluzione di tutti i residui raccolti dalle superfici in un turno di lavoro o in una giornata);

• l’equipaggiamento utilizzato per la pulizia a secco (raschiatoi di gomma, scope, ecc.) dovrebbe essere sanificato e pulito regolarmente.

Questo sistema viene utilizzato di frequente nei macelli più moderni attraverso sistemi ad aspirazione. In tal modo si ottiene più sottoprodotto con un possibile valore merceologico e nello stesso tempo si riduce il carico organico che, in caso di lavaggio, raggiungerebbe l'impianto di depurazione aumentando i costi relativi di trattamento. Usando un sistema di aspirazione sull'intera linea di macellazione di suini, il quantitativo di materiale organico raccolto è aumentato da 2,6 a 10,4 kg/t di carcassa) e il carico organico in arrivo al depuratore è diminuito di circa 600 g/t di carcassa). In un macello di tacchini (18000/d) il minor consumo di acqua è stato quantificato in 18000 mc/anno. Usando un sistema di pulizia a secco delle deiezioni allo svuotamento di una stalla per bovini il carico organico in arrivo al depuratore è diminuito di circa 2,7-3,0 kg di BOD e il fosforo di 26-30 g /t di carcassa. Vi è un aumento dei consumi energetici se l'allontanamento viene fatto per via pneumatica. Si può prevedere un tempo di ritorno dell’investimento economico inferiore all'anno (calcolato sul risparmio nei costi di depurazione).

Scarichi idrici

Gli scarichi idrici nell’industria alimentare sono determinati in particolar modo dalle attività di sanificazione di materia prima, ambienti di lavoro, impianti e macchinari. Caratteristica comune di tali scarichi è il contenuto organico che determina normalmente valori elevati di materiale solido sospeso, B.O.D. e C.O.D. Dipendentemente dai prodotti sanificanti utilizzati per l’igienizzazione altri parametri da tenere sotto controllo possono essere i tensioattivi e il pH (es. allorché si effettuino lavaggi con soluzioni caustiche). Pure elevati nell’industria di trasformazione della carne, latte e piante oleaginose possono essere le concentrazioni di oli e grassi animali e vegetali.

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Pretrattamenti nei lavaggi a umido Prima della pulizia a umido, pavimenti e impianti (quelli che si prestano all’operazione) possono essere preimpregnati in modo da disciogliere, almeno parzialmente, lo sporco più insistente. Questa operazione permette di ridurre i quantitativi, la pressione e/o la temperatura dell’acqua necessaria per il lavaggio oltre all’uso di prodotti chimici caustici utilizzati per la sanificazione, con un conseguente miglioramento anche dei reflui di lavaggio in termini di volumi scaricati e di contenuto inquinante presente derivante dall’uso di prodotti sanificanti. Utilizzo di aria compressa per la rimozione dei residui Si tratta di una tecnica compatibile con i lavaggi a secco. Aria compressa di qualità alimentare può essere utilizzata per rimuovere da tubazioni e macchinari i residui dopo il ciclo di lavorazione, permettendo di ridurre i consumi idrici per i lavaggi e soprattutto migliorando la qualità delle acque di scarico. Grazie a tale tecnica viene altresì ridotto il quantitativo di prodotto scartato durante il cambio tra due produzioni diverse. Durante tale processo è necessario fare attenzione a non sollevare polvere nell’ambiente di lavoro. Un indiscutibile vantaggio di questa tecnica è che è possibile raggiungere ogni punto degli impianti dove altri mezzi non possono fisicamente passare e che elimina eventuali forme di contaminazione nel caso di utilizzo di strumenti di pulizia. Si ha invece un consumo di energia per il funzionamento del compressore dell’aria. È applicabile a tutte quelle installazioni in cui polveri o altri solidi sono trasportati attraverso aria compressa e dove gli alimenti solidi ma comprimibili riempiono lo spazio e fisicamente siano in grado di forzare materiale attraverso i condotti. Nei burrifici per minimizzare la quantità di burro residuo all’interno delle tubazioni viene sparato attraverso aria compressa un proiettile di burro freddo in modo da far fuoriuscire il burro rimasto all’interno dell’impianto prima di dare l’avvio alle pulizie. Pigging Il “pigging system” è composto da una stazione di lancio, una di ricevimento e da un tampone di varie forme. Il sistema consente il totale recupero del prodotto che rimane (per esempio durante i fermi macchina, per guasti, cambio prodotto o a fine turno) all’interno della linea e che andrebbe perso durante il lavaggio dell’ impianto determinando perdita di prodotto e contaminazione delle acque di scarico. Il sistema inoltre riduce i consumi di acqua per il lavaggio. Il recupero avviene tramite un “pig” (maialino) mandato all’ interno della tubazione dalla stazione di lancio e spinto con aria o acqua. Il prodotto recuperato viene convogliato all’interno di serbatoi, ed il maialino viene estratto in genere in fondo alla linea. in molti casi è installabile su linee di produzione già esistenti.

Tecnica: Soluzioni per ridurre il carico inquinante nei reflui Schiumatura di grassi e proteine dall’acqua di cottura Laddove sono utilizzate vasche per la cottura di prodotti alimentari l’immersione in acqua calda determina la perdita di grassi e proteine le quali possono essere recuperate attraverso schiumatura e gestiti come sottoprodotti. Questo processo può inoltre aumentare il potenziale riutilizzo dell’acqua di cottura così come l’utilizzo di un sistema a membrane per una più efficace depurazione dell’acqua di cottura. Schiumatura di grassi dall’acqua di lavaggio Le acque di lavaggio di contenitori (bottiglie, lattine, scatolame) che contengono alimenti in bagno d’olio contengono oli in sospensione che possono essere recuperati e gestiti come rifiuti. In questo modo cresce la possibilità di riutilizzare la soluzione di acqua di lavaggio e si riduce la contaminazione degli scarichi idrici. Bocchette fognarie antinfiltrazione Si tratta di cestelli posti in prossimità delle buchette di drenaggio delle acque di scarico all’interno del sistema fognario. La loro funzione è impedire che materiale solido, eventualmente non raccolto in

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precedenza, sia veicolato nelle acque di scarico. Essi vanno quindi a ridurre il grado di contaminazione dei reflui liquidi per solidi sospesi totali, BOD, COD, grassi, azoto e fosforo. Nel caso si effettui pulizia a secco sarebbe opportuno togliere il materiale eventualmente raccolto all’interno di tali bocchette prima di procedere alla pulizia ad umido in modo che questo non entri a contatto con l’acqua di scarico contaminandola.

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CONSUMO SOSTANZE PERICOLOSE

Tecnica: Sostituzione di prodotti pericolosi con prodotti a minore impatto ambientale Utilizzo di gas refrigeranti a minor impatto ambientale Dopo la totale eliminazione dei cloro-fluoro-carburi (CFC) e la prossima scomparsa degli idro-cloro-fluoro-carburi (HCFC) a causa del loro potenziale di distruzione dell’ozono e in quanto gas serra, anche gli idro-fluoro-carburi (HFC) vengono ora discussi in quanto comportano un non indifferente impatto sul surriscaldamento terrestre a seguito dell’effetto serra indotto. In alternativa agli HFC possono essere impiegati come gas refrigeranti ammoniaca, idrocarburi e anidride carbonica che incontrano però una certa diffidenza a causa della loro pericolosità per l'uomo. L'ammoniaca (NH3) fu uno dei primi refrigeranti utilizzati per il funzionamento degli impianti frigoriferi. Solo l'avvento dei refrigeranti di natura chimica (CFC, HCFC e HFC) ha contribuito, a partire dal 1930, alla sua scomparsa come fluido del freddo. L'ammoniaca possiede un calore latente di evaporazione molto elevato che le conferisce eccellenti proprietà di trasporto termico. È un composto naturale della degradazione delle proteine. Non ha effetti né sullo strato di ozono né sull’effetto serra. Le caratteristiche negative che la contraddistinguono sono l’infiammabilità e la tossicità per l'uomo, l’odore pungente, il coinvolgimento nei fenomeno della produzione di piogge acide e dell’eutrofizzazione. Inoltre non può essere utilizzata in componenti frigoriferi costituiti in rame. In caso di fughe di ammoniaca, c'è il rischio che gli alimenti conservati possano venire contaminati o che si creino situazioni di pericolosità nei luoghi di lavoro: per tali motivi gli impianti ad NH3 raramente sono ad espansione diretta. La soluzione tecnologica preferita è quella a fluido secondario o con acqua glicolata o, secondo recenti sviluppi, con anidride carbonica. L'ammoniaca trova larga applicazione in campo alimentare negli impianti frigoriferi industriali, nelle celle frigorifere di grandi dimensioni, nei supermercati (compressori con potenza comunque non inferiore a 50 kW). I primi utilizzi dell'anidride carbonica (CO2) come refrigerante risalgono a quasi 150 anni fa ma, a causa del lungo periodo di tempo in cui è stata ignorata, a tutt'oggi sono ancora scarse le conoscenze tecniche su di essa ed i componenti frigoriferi disponibili sul mercato sono ancora poco diffusi. La CO2 è un gas non infiammabile e non tossico. Utilizzato come refrigerante, risulta molto economico, ma ha il difetto di lavorare negli impianti frigoriferi ad alte pressioni, ben oltre i 100 bar. Attualmente, sul mercato sono già presenti compressori, pompe, valvole e dispositivi di controllo che lavorano a 40 bar. Essi permettono la realizzazione di cicli in cascata con la CO2, ma non hanno consentito di superare il problema dello sbrinamento mediante gas caldo. Anche durante i fermi dell'impianto, quando le pressioni si riequilibrano, si possono verificare dei problemi sulla parte di bassa pressione, soprattutto se la condensazione avviene ad alte temperature. Alcune soluzioni tecnologiche proposte prevedono l'utilizzo di generatori di gas caldo utilizzabili in occasione degli sbrinamenti proprio per limitare le pressioni di funzionamento. La tendenza è quella di utilizzare l'anidride carbonica in impianti a doppio stadio oppure in impianti a fluido secondario con l'ammoniaca impiegata nel circuito primario soprattutto per le applicazioni alle basse temperature (surgelati, gelati). Si pensa che l’associazione ammoniaca CO2 avrà in futuro importanti sviluppi e tenderà sempre più a sostituire gli impianti con sola ammoniaca. La CO2 come fluido secondario è stato oggetto di numerose realizzazioni nel settore dell'agro alimentare in Francia. Alcune aziende produttrici hanno proposto l’impiego di piccole macchine frigorifere funzionanti a CO2, a testimonianza dell'interesse che tale refrigerante riscuote in quest'epoca in cui non vi sono ancora certezze su quali saranno i refrigeranti più convenienti per il futuro.

Consumo sostanze pericolose

Il consumo di sostanze pericolose come succede per i consumi e gli scarichi idrici è legato principalmente alle attività di sanificazione effettuate con prodotti detergenti e disinfettanti (di cui ci si è occupati anche nel paragrafo relativo agli scarichi idrici). Legato alla produzione del freddo pure rilevante è il consumo di gas refrigeranti molti dei quali caratterizzati da elevata capacità di distruzione dell’ozono troposferico e di riscaldamento globale.

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Gli idrocarburi sono composti chimici organici caratterizzati da soli legami tra carbonio e idrogeno che, mancanti di cloro, fluoro o altri alogenati, non contribuiscono alla distruzione dello strato dell’ozono e all’effetto serra. Come idrocarburi refrigeranti sono utilizzati normalmente alcani. L’assenza di potenziale di distruzione dello strato di ozono ha permesso il progressivo affermarsi non solo come fluidi di lavoro negli impianti frigoriferi ma anche come gas per la produzione delle schiume isolanti per le macchine frigorifere. In tabella sono riportati gli idrocarburi refrigeranti d'uso più comune, assieme alle rispettive temperature di accensione: l'infiammabilità è, infatti, il grosso scoglio che non ha permesso a questi fluidi di essere accettati in maniera universale sul mercato. Nel nord Europa (ma anche in Italia) si producono ormai da molti anni frigoriferi domestici funzionanti con isobutano (R600a) con isolamenti costituiti da ciclopentano. Anche nel settore industriale esistono già da anni impianti funzionanti con propano (R290), il cui utilizzo avviene ormai da tempo anche in impianti frigoriferi di minori dimensioni (condizionatori, pompe di calore) ove la carica necessaria per il funzionamento risulta essere di modesta entità, attenuando quindi i pericoli legati all'infiammabilità. A favore dell'utilizzo degli idrocarburi, giocano senz'altro le buone proprietà di trasporto del calore (fatto che richiede cariche ridotte di refrigerante) e la possibilità di utilizzo di oli di tipo minerale nei compressori dei gruppi frigo, che permette di evitare le problematiche connesse all'umidità legate all'utilizzo dei lubrificanti sintetici.

Sigla ASHRAE Denominazione Formula chimica R170 Etano C2H6 R290 Propano C3H8 R600 (N) Butano CH4H10 R600a (iso) Butano C4H10 R1270 Propilene C3H6

Selezione degli agenti chelanti L’utilizzo di agenti chelanti per la sanificazione nell’industria alimentare è molto diffuso per la necessità di evitare la formazione di complessi costituiti da ioni metallici tra cui in particolare calcio e magnesio responsabili principali della formazione di incrostazioni. Gli agenti chelanti infatti, caratterizzati da una maggiore affinità chimica per calcio e magnesio, impediscono che si formino precipitati ovvero dissolvono quelli creati. In questo modo la struttura del deposito viene a mancare e le sostanze organiche che partecipano al complesso (come proteine, grassi, etc.) possono essere degradate dalle soluzioni detergenti che li contengono o utilizzate in un secondo stadio di lavaggio (es. soluzioni alcaline). Tra gli agenti chelanti più comunemente utilizzati ricordiamo:

• EDTA (acido etilendiamminicotetracetico); • NTA (nitrotriacetato) • MGDA (metilglicinadiacetato) • Fosfati (es. trifosfato di sodio); • fosfonati (DTPMP, ATMP); • polifosfati; • IDS (imminodisuccinato) • Detergenti enzimatici.

Tra tutti gli agenti chelanti presenti nel mercato l’EDTA è sicuramente quello più utilizzato ma anche quello di cui si conoscono in modo più approfondito gli impatti ambientali. Il complesso formato dall’EDTA, solubile in acqua, non è infatti abbattuto dagli impianti di depurazione biologici né confinato nei fanghi, andando a confluire irrimediabilmente nelle acque superficiali. Qui l’agente chelante è in grado, in particolari condizioni, di risolubilizzare metalli pesanti presenti nel sedimento fluviale o lacustre. L’azoto presente in EDTA contribuisce all’eutrofizzazione delle acque superficiali. La degradazione biologica dell’EDTA avviene molto lentamente in condizioni particolari quali:

• ambienti con tempi di ritenzione idraulica molto lunghi o in fanghi molto vecchi; • condizioni leggermente alcaline; • concentrazioni di EDTA relativamente alte; • quando non è legato a complessi con metalli pesanti.

Per questi motivi l’utilizzo di EDTA dovrebbe essere, quando possibile, eliminato, cambiando tipologia di lavaggio (per es. con lavaggi in più stadi invece che uno solo), o di prodotto chelante.

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In alcuni casi studio per i quali l’utilizzo di agenti chelanti risultava di fondamentale importanza a causa dell’elevata presenza di calcio e magnesio apportato dalla materia prima (latte), sono stati utilizzati fosfonati come agenti chelanti mentre l’utilizzo di EDTA è stato limitato a poche volte al mese e riciclato per nanofiltrazione. Il cambiamento del sistema di lavaggio potrebbe portare, in alcuni casi, ad un aumento dei consumi idrici ed energetici, inoltre per molti agenti chelanti non risultano impatti così significativi anche perché pochi sono stati gli studi in merito. Selezione di prodotti chimici sanitari per la sterilizzazione e disinfezione di acqua e impianti I processi di disinfezione e sterilizzazione che hanno lo scopo di impedire la replicazione di germi (in particolare batteri) possono essere effettuati attraverso:

• Biocidi ossidanti: Agiscono sulla parete cellulare impedendo la replicazione batterica. Sono costituiti da composti del cloro (es. biossido di cloro, ipoclorito di calcio o sodio) e del bromo. In soluzione acquosa determinano la formazione di acido ipocloroso e ipobromoso (quest’ultimo determina pH più elevati del corrispondente a base di cloro). Sono molto utilizzati nell’industria per la loro efficacia ma dato gli importanti impatti ambientali andrebbero evitati. Non sono dunque da considerare prodotti a basso impatto in quanto in presenza di sostanza organica formano composti organoalogenati (es. cloroammine) fortemente tossici e sospetti cancerogeni.

• Ozono: è generato dall’aria o ossigeno puro presente tra due elettrodi attraverso scariche elettriche ad elevato voltaggio. Reagisce velocemente dissipandosi e dunque non lascia traccia. L’ozono è irritante per le vie respiratorie. È utilizzato per molti differenti processi tra cui:

preparazione di acqua ozonizzata per disinfezione bottiglie trattamento acqua per la preparazione di acqua minerale, soft drinks, birra, ecc. preparazione di acqua ozonizzata come alternativa alla fase di disinfezione chimica e

termica nel CIP di serbatoi, apparecchiature e tubazioni disinfezione di pavimentazioni e superfici con acqua ozonizzata sanificazione delle barriques con ozono sanificazione di ambienti, celle frigorifere e sistemi di ventilazione con ozono in fase

gassosa lavaggio e disinfezione prodotti ortofrutticoli con acqua ozonizzata lavaggio e disinfezione carne, pollame e pesce con acqua ozonizzata controllo della crescita di muffe su prodotti in stagionatura (formaggi, salumi, ecc.)

mediante con ozono in fase gassosa Idropulitrici per la disinfezione con acqua ozonizzata

• Biocidi non ossidanti: agiscono anch’esse sulla parete cellulare dei batteri impedendone la replicazione, sono via via sempre più utilizzati in particolare:

Sali quaternari d’ammonio: caratterizzati da un ampio spettro d’azione, inodori e dotati di bassa-media tossicità non esplicano totalmente la loro azione in presenza di sostanza organica, acqua molto dura e sono parzialmente compatibili con detergenti anionici;

Glutaraldeide: caratterizzata da tossicità elevata per l’uomo e gli organismi acquatici, gli studi più recenti sembrano escludere effetti mutageni e cancerogeni, ma sono state descritte alterazioni del sistema nervoso centrale e fetotossicità negli animali;

Formaldeide: cancerogeno accertato per i topi, sospetto cancerogeno per l’uomo. • Raggi UV: come l’ozono è utilizzato prevalentemente per la sterilizzazione dell’acqua. Le radiazioni

UV distruggono la struttura genetica dei microrganismi ed inibiscono la loro capacità di riprodursi causando la loro morte. Le tecnologie moderne possono essere utilizzate per convertire l'energia elettrica in ultravioletti germicidi in maniera efficiente. Una di queste tecnologie è una lampada a mercurio con gas di scarico che genera radiazioni UV-C, che possono essere usate per disattivare i microorganismi distruggendone il DNA. Le radiazione UV in particolare le UV-C uccidono efficacemente i batteri, i funghi e i virus che si trovano nell'aria, sulle superfici e nell'acqua. Molto importante è il fatto che le radiazioni UV distruggono alcuni tipi di virus che sono resistenti alle clorazioni convenzionali. Una delle caratteristiche delle lampade UV è la capacità di diffondersi selettivamente a 254 nm alla lunghezza d'onda ottimale di 260 nm (vedi sotto) e non emette radiazioni che generano ozono o altre sostanze cancerogene. Gli ultravioletti germicidi non cambiano la composizione chimica e il gusto dell'acqua a confronto con altri metodi di disinfezione (cloro, ozono). La resistenza dei microrganismi agli UV dipende fortemente dal loro tipo. I più sensibili alle radiazioni UV sono i virus e i batteri in forme vegetali (bacilli, cocchi), per esempio, microrganismi molto conosciuti come la Salmonella typhosa,

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Vibrio cholerae, Shigella dysenteriae, Hepatitis virus, Mycobacterium tuberculisis. Bisogna utilizzare una dose maggiore per eliminare le cisti Lamblia e Cryptosporidium, mentre la quantità maggiore di UV serve per distruggere le spore. A seconda di ogni caso particolare, è sempre possibile scegliere un dosaggio di UV che fornisca una disinfezione appropriata dato che non esistono effetti negativi di sovradosaggio.

• Vapore: La sterilizzazione a vapore è un processo che provoca la distruzione dei microrganismi patogeni e non, comprese le spore. Poiché avviene esclusivamente con l’utilizzo di vapore non vi è consumo di sostanze pericolose e dunque di possibile contaminazione degli alimenti o degli scarichi fognari. Con il vapore è possibile attuare sia disinfezione dei pavimenti, pareti tavoli di lavoro (etc.) attraverso pulitrici a vapore, sia una vera e propria sterilizzazione di utensili in autoclave. È un sistema che aumenta il fabbisogno di energia termica dell’azienda.

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CONSUMO MATERIE PRIME E IMBALLAGGI

Tecnica: Soluzioni per contenere gli sprechi di materie prime e materiali Sistemi automatizzati di imballaggio per la regolazione della velocità e del grado di riempimento Le macchine per il confezionamento del prodotto possono essere dotate di opportuni sensori che permettano di ridurre lo scarto di prodotto e di imballaggi durante tale fase. Tali sensori (di velocità della linea o di peso della confezione) permettono di evitare la fuoriuscita del prodotto dalla confezione a causa di un eccesso di prodotto versato. Oltre ad un evidente spreco di prodotto questo problema causa altri inconvenienti quali una maggiore contaminazione delle partite e dunque maggiori necessità di sanificazione e conseguente contaminazione delle acque di scarico. Sistemi automatizzati di recupero delle fuoriuscite nel processo di confezionamento Per i cibi che sono conservati in liquidi (es. olio, salamoia, salsa, ecc.) è possibile affiancare al processo di inscatolamento un sistema chiuso di riciclaggio del liquido eventualmente fuoriuscito. Tale tecnologia non permette solamente di recuperare materia prima (il liquido di conservazione) ma, nel caso in cui le confezioni siano successivamente trattate termicamente mediante loro diretto contatto con acqua, di contaminare in modo più lieve l’acqua facilitandone il riutilizzo. Si aggiunge dunque una riduzione dei consumi idrici, energetici (recupero dell’acqua calda del trattamento termico) e il grado di contaminazione dell’acqua di scarico. Macchine per l’estrazione di prodotto già confezionato I rifiuti costituiti da prodotto già confezionato (es. prodotto scaduto, avariato, con difetto di imballaggio, etc.) possono essere ritrattati in modo da dividere la parte organica (costituita dal prodotto) da quella inorganica (costituita dall’imballaggio). In questo modo è possibile destinare il rifiuto organico sia internamente (es. per aumentare il carico organico del depuratore, alimentazione dell’impianto a biogas, etc.) che esternamente (es. alimento zootecnico). Anche il rifiuto proveniente dall’imballaggio, soprattutto se non composto da materiale misto, può essere venduto per il recupero (come vetro, plastica, etc.).

Tecnica: Strategie per ridurre gli impatti del packaging La scelta del materiale da imballaggio dovrebbe basarsi, oltre che sulle caratteristiche qualitative e di mantenimento di condizioni ottimali per la conservazione degli alimenti sui seguenti principi:

• considerare la possibilità che l’imballaggio venga agevolmente riciclato dopo l’uso (ricorrendo quindi il più possibile a materiali non compositi);

Consumo materie prime e imballaggi

Una gestione accurata dello stoccaggio, immagazzinamento, conservazione e trasporto di materie prime e prodotti finiti e il mantenimento di condizioni igieniche ottimali di ambienti e strutture sono oggigiorno pre-condizioni necessarie per la produzione alimentare che permettono non solo di assicurare la salubrità dei prodotti ma anche di ridurre spreco di materie prime e generazione di rifiuti. Da un punto di vista tecnologico importanti possibilità di miglioramento dell’efficienza di produzione e riduzione nella generazione di rifiuti e scarichi idrici sono legate al perfezionamento degli impianti di confezionamento. Altro processo rilevante è quello del consumo di imballaggi, aggravato particolarmente negli ultimi anni a causa della riduzione delle dimensioni delle confezioni, che oltre a rappresentare un costo economico per le aziende va ad aggravare in modo significativo il problema della gestione dei rifiuti urbani.

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• scrivere sull’etichetta il materiale di cui è costituito l’imballaggio per ridurre la probabilità di contaminazione con altri materiali;

• utilizzare materiale riciclato per l’imballaggio primario (quando consentito, come nel caso del PE e del PP riciclati a contatto con alimenti provvisti di buccia e utilizzati per produrre le cassette della frutta oppure le confezioni delle uova) e per quello non a diretto contatto col prodotto;

• preferire l’utilizzo di imballaggi a rendere; • utilizzare inchiostri a basso impatto ambientale (es. a base acquosa).

utilizzare materiali per quanto possibile naturali (legno, fibra di cotone o di legno, carta, juta, ecc.) non chimicamente modificati provenienti da fonti rinnovabili e facilmente biodegradabili.

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RIFIUTI E SCARTI

Tecnica: Recupero dei sottoprodotti dell’industria alimentare In via generale vi sono diverse possibilità di recupero dei rifiuti a matrice organica prodotti dall’industria alimentare e concernono:

• Alimentazione umana: prodotti salubri ma per qualche ragione invendibili (come ad esempio confezioni non più commercializzabili perché con difetti di tipo estetico o rimanenze di eventi promozionali quali fiere di settore, dimostrazioni ai clienti, ecc.) possono essere donati a missioni, ricoveri, mense per i poveri, ecc.

• Alimentazione animale: la delibera 20/07/1998, n.1200 della Regione Emilia-Romagna permette il riutilizzo degli scarti dell’industria alimentare per l’alimentazione animale. In questo caso lo scarto non è considerato rifiuto ma sottoprodotto e può avere un valore commerciale.

• Spandimento agricolo: i fanghi di depurazione possono essere utilizzati, previa autorizzazione, come ammendante dei suoli agricoli.

• Compostaggio: fanghi di depurazione e altri scarti organici sono normalmente utilizzati per la produzione di compost di qualità per il quale è necessario che la materia prima sia caratterizzata da una bassa concentrazione di inerti (pezzi di plastica, vetro, pietrame, ecc.) e elementi pericolosi (es. metalli pesanti) presenti invece ad esempio nei fanghi provenienti da scarichi civili o nel rifiuto organico proveniente da raccolta differenziata.

• Produzione di energia: fanghi e sostanza organica possono essere recuperati in impianti di produzione di biogas; alcuni rifiuti inoltre sono ottimi combustibili dai quali è possibile recuperare energia in impianti di incenerimento.

• Additivi per la depurazione: alcuni scarti possono essere recuperati internamente per esempio come fonte di arricchimento in sostanza organica dei reflui inviati al depuratore nei periodi di minore produzione in cui la flora batterica, senza il ricorso ad appositi dosaggi di integratori, potrebbe andare incontro a situazioni di denutrizione e compromettere così l’efficienza di depurazione.

Tecnica: Distruzione dei fanghi biologici attraverso utilizzo di ozono Negli ultimi anni, numerosi progressi si sono avuti nella gestione dei fanghi biologici, tuttavia, attualmente, i costi per il trattamento dei fanghi rappresentano ancora una voce economica particolarmente rilevante

Rifiuti e scarti

Scarti di origine animale o vegetale rappresentano l’output quantitativamente più significativo dell’industria agroalimentare. Esso può essere costituito interamente da sostanza organica (se proviene ad esempio dall’attività di mondatura o rifilatura) o essere comprensivo della confezione (es. prodotto in barattoli o bottiglia degradato, scaduto, etc.) ed è in questo caso di più complesso recupero. Storicamente gli scarti, in particolare vegetali, sono stati utilizzati per l’alimentazione animale, utilizzazione per la quale ancora oggi possono essere utilizzati tal quali o lavorati. Altre utilizzazioni, più complesse e che necessitano di processi industriali dedicati, sono legate all’estrazione di sostanze utili (es. licopene da pomodori, proteine da siero, etc.) ovvero alla trasformazione in compost o come ammendanti o in impianti a biogas (paragrafo relativo ai consumi energetici). Le diverse possibili utilizzazioni degli scarti saranno presentate in modo specifico nei paragrafi dedicati alle specifiche tipologie produttive. Altra tipologia di rifiuto rilevante da un punto di vista quantitativo, laddove presente impianto di abbattimento degli scarichi idrici, sono i fanghi di depurazione. Infine si segnalano i rifiuti da imballaggio (in carta/cartone, plastica e in materiale misto) costituiti sia dagli imballaggi contenenti materia prima e sussidiarie sia rifiuti di materiale da imballaggio creato dal processo di imballaggio stesso.

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nell’ambito della gestione delle acque reflue, raggiungendo in taluni casi il 50%, e anche più dei costi totali di trattamento delle acque. Relativamente allo smaltimento finale9 dei fanghi, le soluzioni attualmente praticate (principalmente il confinamento in discarica controllata, incenerimento in impianti di termodistruzione per rifiuti o cementifici o ancora l’impiego in agricoltura) devono rispettare limiti restrittivi imposti dalla normativa vigente in materia, richiedendo costi elevati. Un utile contributo alla risoluzione del può essere dato anche dall’applicazione di quelle strategie che consentano la riduzione della produzione di fango e in particolare di quello biologico, alcune delle quali già utilizzate con successo in applicazioni impiantistiche reali. Diverse esperienze sono state effettuate, principalmente in scala pilota o di laboratorio, sull’impiego dell’ozono per la parziale ossidazione del fango biologico prelevato dalla corrente di ricircolo dal sedimentatore secondario o direttamente dalla vasca di ossidazione della linea acque o anche della linea fanghi. L’effetto dell’ozono sulla biomassa è, in primo luogo, uno stress chimico a livello cellulare che porta alla lisi dei batteri più deboli o già parzialmente danneggiati a formare substrato organico per gli organismi più forti o di classe superiore. Inoltre, i batteri danneggiati hanno la necessità di rigenerare le proprie strutture cellulari funzionali (per esempio RNA e DNA); l’energia necessaria per tale ricostruzione è attinta dall'ossidazione delle materie organiche con conseguente diminuzione di quella disponibile per la duplicazione. Tale stress chimico si esplica più intensamente nei riguardi di alcune popolazioni batteriche a struttura maggiormente ramificata (filamentosi). La selezione di colonie batteriche a struttura più compatta (fiocco), migliora lo SVI (Sludge Volume Index), quindi la sedimentabilità, e la disidratabilità dei fanghi residui prodotti. Una parte dei fanghi di supero o di ricircolo viene sottoposta ad un breve ma intenso trattamento ad ozono. L’attività depurativa biologica non viene intaccata nel suo complesso, da questo processo, poiché esso ha il preciso scopo di rimuovere la frazione più debole (batteri più deboli) dei fanghi biologici, favorendo tra l’altro la sopravvivenza dei “predatori” (protozoi - metazoi), e rendere quindi più efficiente la frazione realmente attiva nella rimozione degli inquinanti. L’applicazione di tale tecnologia ha consentito di ridurre la produzione di fango biologico in percentuali significative (dal 30 al 70% in media), variabili in relazione alla condizioni operative dell’impianto ed al dosaggio di ozono. Al contempo, sono stati riscontrati apprezzabili miglioramenti nelle caratteristiche di sedimentabilità del fango, con particolare riferimento alla riduzione del problema del bulking filamentoso e delle schiume biologiche. Pertanto, l’uso mirato della tecnologia a Ozono per la degradazione chimico-biologica del fango secondario comporta i seguenti benefici:

1. riduzione delle quantità di fango da smaltire; 2. migliore caratteristiche drenanti; 3. riduzione dei costi dei chemicals; 4. eliminazione dei batteri filamentosi; 5. migliore sedimentabilità.

Tecnica: Soluzioni per la valorizzazione del siero di latte Nel processo di produzione di formaggio circa il 90% del latte impiegato si ritrova alla fine della lavorazione come siero. A seconda che il sale sia aggiunto durante la fase di cagliata o in seguito si ottengono due differenti tipologie di siero, rispettivamente siero salato e siero “dolce” (ovvero tal quale, non addizionato di sale). Il siero “dolce” può essere riutilizzato all’interno del processo oppure inviato ad altri processi come materia prima per:

• il recupero del contenuto proteico; • la produzione di formaggio mizithra e ricotta; • la produzione di alimenti per l’infanzia (come il latte in polvere); • la produzione di altri alimenti per l’uomo in cui il siero può trovare una collocazione come

ingrediente; • la produzioni di alimenti per uso zootecnico (in questo caso può essere utilizzato direttamente dagli

allevamenti anche siero tal quale).

9 Altra possibilità è lo degradazione anaerobica finalizzata alla produzione di biogas (vedi par. “consumi energetici”).

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Per ciò che concerne il siero salato, quando non può essere riutilizzato allo stesso modo del siero dolce ad esso può essere estratto il sale (mediante trattamento di evaporazione o di osmosi inversa) oppure può essere disidratato e utilizzato come alimento zootecnico. Gli utilizzi tradizionali del siero in Emilia Romagna sono:

• Produzione di ricotta: permette di produrre un latticino di valore alimentare e culinario. La produzione di ricotta risolve parzialmente il problema dello smaltimento visto che dalla sua produzione rimane come scarto la scotta (un siero al quale sono state in parte tolte proteine e grassi) quantitativamente costituita da circa l’85% del siero dalla quale è stata prodotta.

• Alimentazione di suini tal quale: molto diffusa fino a pochi decenni fa l’alimentazione con siero permetteva pressocchè ad ogni caseificio di poter alimentare suini da ingrasso. Il siero infatti è utilizzato come integratore in quanto possiede un modesto valore nutritivo (8 Unità Foraggiere equivalenti/100 kg), miscelandolo direttamente con altri prodotti (mais, sfarinati vari etc.). A causa delle difficoltà di conservazione e trasporto del siero, che deve essere effettuato nell’arco di tempo di poche ore dalla produzione per evitare che la fermentazione del lattosio ad acido lattico, ne comprometta irrimediabilmente la qualità, l’impiego diretto per l’alimentazione zootecnica è però una pratica conveniente solo per situazioni in cui l’allevamento è adiacente, o quasi, al caseificio stesso, e non costituisce una soluzione proponibile nella generalità dei casi. Inoltre proprio le difficoltà legate alla gestione di liquidi di veloce degradazione ha portato molti allevatori di suini a sostituire l’alimentazione liquida a favore di quella solida con conseguente riduzione della domanda di siero. Si tratta del sistema più “ecologico” in quanto permette di recuperare l’intero quantitativo di siero tal quale minimizzando dunque gli impatti (consumo energetico, rifiuti, consumo di sostanze pericolose, trasporto,etc.) di lavorazioni più complesse;

• Date le sue caratteristiche acide una parte del siero prodotto è utilizzato per il lavaggio della sala di cottura che è successivamente sciacquata con acqua. In questo modo si elimina il consumo di sostanze pericolose (detergenti) e relativo rischio di contaminazione del prodotto. Più che risolvere il problema di gestione dello scarto (utilizzato nei lavaggi il siero va infatti ad aumentare il carico organico degli scarichi idrici) questa possibilità, che comunque si applica ad una piccola parte del siero prodotto all’interno di un caseificio, permette di ridurre i consumi di sostanze pericolose.

Il siero contiene lattosio, proteine e sali minerali che possono essere recuperati e trasformati in sostanze ad alto valore aggiunto. I processi di estrazione iniziano successivamente a quelli di omogeneizzazione e concentrazione. Successivamente dipendentemente dagli elementi che si vogliono estrarre saranno utilizzate tecnologie separative (nanofiltrazione, ultrafiltrazione ed osmosi inversa) e altri processi chimici (es. conversione, idrolisi, etc.) per ottenere i prodotti desiderati. La composizione del siero, in termini proteici, sali minerali e zuccheri varia a seconda della provenienza del refluo e della lavorazione da cui residua. Uno stesso caseificio può produrre sia formaggi a pasta pressata che formaggi freschi o a pasta molle. Il trattamento del siero per la produzione della ricotta è praticato dalla maggior parte dei caseifici, ma con periodi di punta e forti variabilità stagionali. Pertanto, i reflui di caseificio possono avere una composizione variabile nel tempo e difficilmente prevedibile. La prima osservazione che va fatta in tale direzione è quella di prevedere a monte di qualsiasi processo di trattamento-smaltimento del siero un processo di omogeneizzazione della materia prima. A valle di questo trattamento, il prodotto ottenuto viene processato utilizzando le tecnologie separative per frazionare i vari costituenti e per estrarre le sostanze di maggiore interesse dal punto di vista industriale. Tramite l’ultrafiltrazione è possibile estrarre proteine da poter impiegare nell’industria dolciaria e dei gelati; con l’utilizzo della nanofiltrazione si separa il lattosio che viene convertito in lattulosio, levulosio e trealosio, zuccheri utilizzabili nell’industria farmaceutica ed infine l’osmosi inversa per ottenere i sali minerali per la preparazione di energy drink. Considerando che molte realtà produttive locali sono integrate, cioè costituite dall’allevamento con annesso il caseificio, è possibile prevedere la produzione di bio-gas, attraverso la digestione anaerobica dei reflui zootecnici, che può essere utilizzato per alimentare l’impianto di trattamento e valorizzazione del siero. Estrazione di proteine L’azione enzimatica del caglio causando la precipitazione della caseina, consente di separare le proteine presenti nel latte. Tutte le proteine del latte che non risentono dell’azione coagulante del caglio, lattoalbumine e lattoglobuline, e che quindi rimangono in soluzione nel siero sono definite proteine del siero. Tali proteine, ad alto valore biologico in quanto ricche in aminoacidi solforati, rappresentano il 16-18% delle

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proteine totali per un peso di circa 7 g per litro di latte. Una parte di tali proteine viene recuperata per coagulazione acido-termica con l’ottenimento della ricotta. In caseificio è prassi che dal siero non lavorato non vengano recuperate le proteine; ciò comporta una perdita di circa 3-4 g per litro di latte. Nella pratica attuale, il trattamento del siero di latte ai fini del recupero delle proteine è basato su un processo a due stadi. Il primo stadio opera la concentrazione termica del siero tal quale, da un contenuto iniziale del 3-3,5% in sostanza secca fino a circa il 30%, mentre il secondo porta all’essiccazione del concentrato fino alla produzione di una polvere proteica a basso tenore di acqua (5-6%) e ad elevato contenuto (40-80%) di proteine non denaturate. Per ovviare al problema degli elevati consumi energetici, soprattutto nel primo stadio del processo, la concentrazione termica può essere sostituita da un processo basato sull’impiego di tecnologie di membrana (ultrafiltrazione in eventuale associazione con osmosi inversa). Partendo da un simile approccio, in alcuni Paesi dell’Unione Europea (Paesi Bassi e Francia) si è sviluppata una moderna ed efficiente industria di trattamento del siero, che utilizza tecnologie sofisticate e produce derivati di elevato valore commerciale. Le sieroproteine, una volta concentrate ed essiccate, possono essere impiegate nell’industria alimentare, ed in particolare nell’industria dolciaria, come sostitutive del latte magro in polvere per prodotti da forno, preparati per gelati, creme per ripieni, ecc., e nell’industria casearia, in aggiunta al latte destinato alla caseificazione (a titolo di esempio un’aggiunta del 3% in peso di sieroproteine concentrate al latte impiegato per la caseificazione10 di formaggio molle produce un aumento di resa dell’11,5%), o per la produzione di yogurt speciali, preparati per l’infanzia, ecc. Attraverso microfiltrazione, ultrafiltrazione o estrazione a scambio ionico quindi è possibile concentrare le proteine contenute nel siero e utilizzarle come integratori. Le proteine del siero hanno un valore biologico corrispondente a 104 che risulta essere il più elevato tra tutti i tipi di proteine oggi in commercio. Per valore biologico si intende la capacità di una proteina di trattenere azoto per l'accrescimento di massa magra. Inoltre queste proteine hanno la più alta concentrazione di aminoacidi ramificati riscontrabile in natura, ma anche gli altri aminoacidi essenziali, ottimamente bilanciati tra loro, sono presenti in quantità molto elevate. Le proteine del siero, come dimostrano vari studi al riguardo, hanno anche altre straordinarie proprietà:

Proteine Valore biologico Del siero del latte Oltre 100 Dell’uovo 100 Del latte (composte da 80% caseina e 20% siero) 91 Caseina 77 Della soia 74 Del grano 54

Produzione di acido lattico e bioproteine per via fermentativa I reflui caseari possono essere anche utilizzati come materia prima di processi fermentativi. L’elevato contenuto in lattosio, infatti, se da un lato contribuisce in modo determinante al carico inquinante di questi reflui, dall’altro ne fa un ottimo substrato per questo tipo di processi. Fra i diversi prodotti che si possono ottenere dalla fermentazione del lattosio contenuto nei reflui caseari uno dei più interessanti, per l’ampio numero di possibili applicazioni e le conseguenti dimensioni dei potenziali mercati, è senza dubbio l’acido lattico, che viene impiegato in diversi settori industriali, a partire dall’industria alimentare nella produzione delle ricotte e per impartire ai latticini una giusta dose di acidità e il sapore desiderato, per arrivare alla cosmesi, pulizia e igiene personale (dal momento che il pH dell’acido lattico è lo stesso del tessuto epiteliale umano), fino all’impiego come reattivo specifico per alcune particolari operazioni (sgrassatura, decapaggio, ecc.) nell’industria manifatturiera. E’ anche usato nell’industria della concia e dei coloranti. Diversi processi in grado di utilizzare efficacemente come substrato il siero di latte permettono una conversione in acido lattico con rese di circa il 50% sulla base della sostanza secca totale. Un’altra possibile via per la valorizzazione dei reflui caseari mediante il loro impiego come substrati per processi fermentativi consiste nella produzione di biomasse microbiche ad elevato contenuto proteico e vitaminico (bioproteine) da destinare alla formulazione di mangimi per allevamenti zootecnici. Infatti, fra le possibili materie prime utilizzabili a questo scopo, i reflui dell’industria casearia presentano un notevole

10 Questa tecnologia è già diffusa nel Nord Italia ed in altre nazioni Europee.

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interesse, sia per l’ampia disponibilità ed il basso costo, sia perché costituiscono un substrato ideale per la crescita di alcuni microrganismi, come i lieviti del genere Kluyveromyces, già autorizzati per la formulazione di mangimi dai competenti organi della UE. Il processo base è ben conosciuto e consiste essenzialmente nella separazione e recupero delle sieroproteine (fino ad oltre il 75% del totale) e nella successiva fermentazione della soluzione di lattosio al 3-4% per ottenere alla fine i lieviti sotto forma di una polvere con un contenuto di umidità inferiore al 5%, pronta per essere confezionata e commercializzata. In realtà, la produzione di acido lattico o bioproteine da reflui caseari ha trovato finora scarsa applicazione su scala commerciale per i costi elevati e l’esistenza di alternative più convenienti (basti pensare alle farine di carne nel caso dei mangimi), ma le mutate condizioni economiche e/o di “accettabilità” di prodotti e/o processi produttivi concorrenziali potrebbero cambiare radicalmente questa situazione. Estrazione di zuccheri In linea di principio, la soluzione ottimale per il trattamento del siero potrebbe essere quella di frazionarlo, recuperando separatamente le diverse componenti responsabili dell’elevato carico inquinante di questo refluo, e cioè le proteine e il lattosio (presente nella concentrazione di circa 50 g/l), responsabile da solo dei 2/3 dell’indice di inquinamento complessivo. L’estrazione avviene per una prima fase di ultrafiltrazione seguita da una fase di evaporazione – cristallizzazione che permette di ottenere lattosio puro. Da qui è possibile procedere per 3 vie:

1. idrolisi: permette di produrre glucosio destinato prevalentemente all’industria dolciaria; 2. fermentazione: finalizzata a produrre acido lattico; 3. conversione: permette di ottenere levulosio, trealosio, lattulosio, destinati all’industria farmaceutica

per la produzione di miocardiotrofici. I procedimenti sviluppati ed utilizzati su scala industriale per il trattamento del siero in alternativa alla depurazione, basati sulla produzione di sieroproteine e/o lattosio, trovano però un limite di applicabilità nel fatto che la potenzialità dei relativi impianti, per rendere l’operazione remunerativa dal punto di vista economico, deve essere piuttosto elevata. Di conseguenza, nell’ipotesi di dover trattare il siero proveniente da diversi caseifici di piccole dimensioni, sparsi sul territorio, diventa necessario allestire centri di raccolta, con tutti i problemi connessi alla conservazione e al trasporto refrigerato del siero prima del trattamento, con costi aggiuntivi non trascurabili. Se si intende seguire questa strada, quindi, ci si deve orientare verso un impianto localizzato il più vicino possibile, o addirittura nello stesso sito, ad uno o più caseifici di dimensioni adeguate, in modo da minimizzare i problemi connessi al trasporto del refluo. Estrazione di sali minerali Potassio, magnesio, calcio, sodio sono alcuni dei sali minerali presenti nel siero che è possibile estrarre per la produzione di bevande e in particolare energy drink. Il processo di separazione inizia sempre con omogeneizzazione e concentrazione e termina con l’osmosi inversa. Produzione di siero concentrato per l’alimentazione animale Considerando le difficoltà di implementazione delle nuove tecnologie collegate alla valorizzazione del siero (es. separazione, fermentazione) alcuni operatori industriali hanno realizzato, presso singoli caseifici di dimensioni sufficientemente elevate o centri di trattamento localizzati all’interno di un comprensorio produttivo, impianti di concentrazione che trasformano il siero in un liquido denso, con un contenuto in solidi maggiore del 30%. Il siero concentrato è infatti stabile perché l’elevata concentrazione di zuccheri blocca la fermentazione spontanea, e può quindi essere immagazzinato e trasportato senza particolari accorgimenti. Il siero concentrato costituisce un ottimo ingrediente per la formulazione di mangimi complessi se opportunamente mescolato, ad esempio, con cereali o farine di estrazione degli oli vegetali e, come tale, ha un reale valore di mercato e può essere quindi considerato un vero e proprio prodotto - e non più un rifiuto di cui disfarsi - delle lavorazioni casearie. La convenienza economica della produzione di siero concentrato è strettamente legata alle dimensioni dell’impianto di concentrazione, e alla conseguente possibilità di minimizzare i consumi energetici per unità di prodotto. Come alternativa a questo tipo di impianti, e partendo dall’esigenza di risolvere il problema dello smaltimento del siero per i piccoli caseifici, sparsi sul territorio, l’ENEA ha ideato e messo a punto un procedimento che consente di concentrare i reflui caseari direttamente presso il caseificio stesso. Il procedimento prevede l’installazione, all’interno dello stabilimento, di un dispositivo costituito sostanzialmente in un concentratore a volume costante con scambiatore a circolazione forzata alimentato

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con vapore a bassa pressione (0.5÷0.9 atm), che consente un elevato recupero energetico tramite la fornitura di acqua calda da riutilizzare all’interno del caseificio stesso e/o degli edifici adiacenti. Questo processo è già stato validato in occasione di diverse campagne sperimentali arrivando fino alla produzione del siero concentrato e alla sua sperimentazione diretta per l’alimentazione di animali di allevamento, ed è attualmente nella fase di sviluppo pre-commerciale.

Tecnica: Riutilizzo delle filtrine (perlite e diatomee) Prima di procedere all’imbottigliamento, molte diverse tipologie di bevande sono filtrate in modo da rimuovere particelle solide, composti solidi insolubili e microrganismi. Tale filtrazione avviene con minerali naturali quali bentonite o terra di diatomee. Questo materiale di filtraggio, una volta impiegato, in funzione della composizione che presenta può essere: - trattato in modo da consentirne il riutilizzo in un nuovo stadio di filtrazione; - mandato al compostaggio; - utilizzato per la concimazione della vigna; - distillato. In specifico la terra di diatomee, usata per la filtrazione del vino, può essere disidratata e poi posta all’interno di un reattore dove viene seccata ulteriormente attraverso un flusso di aria calda (i fumi in uscita da tale reattore necessitano di adeguato abbattimento). Dopo questo trattamento, cui il materiale può essere sottoposto più volte, la terra può essere riutilizzata per la filtrazione. Le soluzioni descritte per la valorizzazione del materiale di filtrazione sono applicabili alle cantine vinicole, alle birrerie e agli impianti di produzione di succo di mela.

Tecnica: Recupero degli scarti vegetali nell’industria del pomodoro e altri vegetali Gli scarti prodotti dall’industria conserviera possono rappresentare una risorsa economica. Studi sulle possibilità di recupero economico degli scarti vegetali sono stati effettuati in particolare per il pomodoro di cui la regione Emilia Romagna è uno dei più grandi produttori. Il recupero degli scarti di pomodoro può riguardare un loro utilizzo in qualità di concimi, mangimi, o specie fitochimiche (es. licopene, tocoferoli, tomatina, polifenoli) impiegati come integratori in cocktails o in nuovi prodotti alimentari (sughi pronti, minestre, etc.) e nel settore farmaceutico-cosmetico (licopene, tomatina). Le tecniche estrattive solido-liquido attualmente in uso presso le industrie che devono trattare grandi quantitativi di materiale sono essenzialmente di tre tipologie differenti: 1. Macerazione: è una tecnica semplice ed economica, che non richiede né apparecchiature complesse né

del personale specializzato. Per l’attuazione di questa tecnica è necessario disporre di contenitori di grandi capacità inerti nei confronti sia il solido che il solvente estraente. Il solido da estrarre è introdotto nel contenitore e viene aggiunta una quantità di liquido che in genere ricopre il solido. Il processo di estrazione è in genere abbastanza lungo e richiede dei giorni o settimane per andare a completezza. Il processo estrattivo avviene per i fenomeni della diffusione e dell’osmosi, che sono fortemente dipendenti dalla temperatura. Per tale motivo si accelera il processo se si aumenta la temperatura oppure se si impiegano ultrasuoni o microonde. La macerazione richiede delle fasi di agitazione saltuaria per permettere la diffusione delle sostanze estratte in tutta la massa del liquido estraente.

2. Percolazione: è una tecnica di estrazione solido-liquido che si basa sul fenomeno della diffusione e dell’osmosi, ma che si differenzia dalla macerazione in quanto avviene in una maniera dinamica. Per la realizzazione della tecnica di estrazione per percolazione è necessario disporre di un contenitore in cui possa essere fatto ricircolare il liquido estraente. Nonostante la velocizzazione del processo non si raggiungono in genere rese estrattive elevate, ma il processo è molto impiegato industrialmente in quanto si riducono i tempi di estrazione: Il fattore tempo per alcune tipologie di lavorazione è fondamentale, tanto che si rinuncia allo sfruttamento totale della matrice solida; inoltre le quantità trattate possono arrivare anche all’ordine di grandezza delle tonnellate. La percolazione non richiede

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personale addestrato per il suo funzionamento Anche in questo caso la temperatura e/o gli ultrasuoni e le microonde accelerano il processo estrattivo.

3. Estrazione con fluidi in fase supercritica (CO2 in primis): si tratta di una tecnologia estrattiva solido-liquido alquanto complessa e costosa e che richiede personale addestrato per il suo funzionamento. Il processo estrattivo avviene mettendo sottopressione in un sistema chiuso l’anidride carbonica che a determinata pressione e temperatura assume lo stato di fluido supercritico. In tale stato l’anidride carbonica diventa un fluido con caratteristiche chimico-fisiche molto simili al n-esano. Per tale motivo l’estrazione avviene principalmente verso composti non particolarmente polari ed il principio su cui si basa l’estrazione è ancora la diffusione. Alla fine del processo estrattivo l’anidride carbonica viene portata a temperatura e pressione ambiente e di conseguenza gassifica lasciando le sostanze estratte dalla matrice solida. Attualmente l’anidride carbonica in fase supercritica viene impiegata per diversi processi industriali come la decaffeinizzazione del caffè, la rimozione della nicotina dal tabacco e l’estrazione di oli da semi.

4. Estrazione rapida solido-liquido dinamica o Naviglio-Estrattore: questa tecnica basa la sua efficienza estrattiva una differenza di pressione tra il liquido estrattivo all’interno e all’esterno della matrice solida. La camera di estrazione viene riempita con la matrice solida da estrarre e il circuito viene completamente riempito con il solvente estraente. Inizia una fase di statica che consiste nell’innalzamento della pressione del liquido fino a valori compresi tra 8 e 9 bar. Il sistema viene lasciato sotto pressione per un tempo necessario affinché il liquido possa penetrare efficacemente all’interno della matrice solida. Trascorso tale tempo la pressione nel liquido viene rimossa rapidamente; in questo modo il liquido decade immediatamente alla pressione atmosferica, ma per un istante infinitesimo il liquido all’interno della matrice solida si trova ancora al valore di 8-9 bar. In tal modo si viene a creare una differenza di pressione tra l’interno e l’esterno della matrice del solido, che costringe il liquido a fuoriuscire rapidamente dall’interno del solido. Lo spostamento rapido del liquido dall’interno verso l’esterno contribuisce alla fuoriuscita delle sostanze non chimicamente legate alla matrice solida. Per arrivare all’esaurimento della matrice solida sono necessari più cicli estrattivi. L’effetto principale dell’estrazione è dovuto alla generazione di un gradiente di pressione che induce lo spostamento rapido del liquido dall’interno verso l’esterno della matrice solida dando luogo ad un risucchio delle sostanze contenute nella matrice solida. Nel caso del Naviglio-Estrattore non bisogna attendere lo stabilirsi di un equilibrio, ma i composti non chimicamente legati alla matrice solida vengono estratti in piccole quantità ad ogni ciclo estrattivo. L’intero processo dura normalmente tempi dell’ordine di grandezza delle ore. Delle importanti conseguenze nell’impiego di questa tecnica sono la possibilità di estrarre con acqua anche matrici vegetali; è possibile estrarre anche a temperature più basse della temperatura ambiente per eventuali composti termolabili.

In base ai quantitativi di scarti prodotti e, in base alla tipologia di azienda che lavora il pomodoro, è possibile valutare, sotto un profilo economico, l’utilizzo delle tecnologie estrattive. Le tecniche di macerazione e percolazione sono economicamente più sostenibili per gli opifici che producono grossi quantitativi di scarti e che, di conseguenza, hanno necessità di smaltire grosse quantità in tempi brevi. In questo caso si ottiene un prodotto estratto di minore purezza, da impiegare come integratore per la valorizzazione di nuovi prodotti alimentari. L’estrazione mediante fluidi supercritici permette un prodotto estratto di maggior purezza da impiegare nel settore sia alimentare che farmaceutico/cosmetico. Può essere utilizzato da quegli opifici di piccolo-medie dimensioni che possono ottenere maggiori rese di estratto. È possibile spingere il grado di estrazione ottenuto con ciascuna tecnica, operando una ulteriore purificazione mediante cromatografia. In ciascun caso, le bucce o i residui risultanti dal processo di estrazione sono essiccate fino alla perdita totale dell’acqua in esse contenuto, il materiale secco è quindi triturato ed impiegato come mangime per animali. Altro possibile utilizzo è quello della produzione i fertilizzanti ottenibili mediante fermentazione enzimatica e successivo essiccamento naturale.

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RUMORE

Tecnica: Attacco alla rete aziendale dei gruppi frigo mobili Al fine di evitare la produzione di rumore, nonché di emissioni atmosferiche, dovute agli automezzi refrigerati che non possono spegnere il motore in attesa del carico/scarico materie prime e prodotti finiti, per mantenere una temperatura controllata è possibile collegare i gruppi frigo con la rete elettrica aziendale.

Tecnica: Silenziatori per compressori I silenziatori per compressori sono utilizzati sia per l’aria in entrata che per quella in uscita. Possono essere assorbenti o reattivi. Nel primo caso assorbono il rumore, nel secondo sono costituiti da camere e deflettori le cui dimensioni e posizionamento permettono di ridurre l’intensità rumorosa in uscita. Questi ultimi sono in genere più efficienti per i compressori in quanto agiscono in particolare su rumore a bassa frequenza.

Rumore

Il rumore va considerato nella doppia possibilità di interazione con l’ambiente interno e con l’ambiente esterno all’impresa. Relativamente al rumore interno, le principali fonti di livello sonoro nell’industria agro-alimentare sono costituite dalle caldaie e dalle centrali termiche, dai compressori d’aria, dagli impianti frigo, dalle attività di lavaggio degli ambienti e dalle attrezzature per il riempimento e confezionamento dei prodotti. Per quanto riguarda il rumore esterno invece, i problemi derivano solitamente dalle eventuali operazioni di carico/scarico di materie prime e prodotti confezionati, dal lavaggio dei piazzali esterni e delle cisterne e dal funzionamento della centrale termica e del depuratore.

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Nelle pagine successive vengono presentate le tecniche inerenti alcune specifiche lavorazioni del comparto agro-alimentare che agiscono su più di una problematica ambientale, ovvero le tecniche proposte affrontano e migliorano diversi impatti ambientali contemporaneamente (es. la riduzione dei consumi energetici e il miglioramento della qualità degli scarichi). Al fine di agevolare la lettura, le tecniche vengo suddivise e presentate per tipologia di lavorazione. LAVORAZIONE DEL LATTE

Tecnica: Utilizzo di pastorizzatori in continuo Nella pastorizzazione del latte in continuo sono utilizzati scambiatori di calore (a fascio tubero, a piastre, etc.) dotati di sezioni di riscaldamento, raffreddamento e conservazione. Rispetto alla pastorizzazione non continua (batch) che lavora a temperature di 62 – 65 °C fino a 30 minuti, i pastorizzatori in continuo arrivano a temperature di 72 – 75°C per 15 – 240 secondi (pastorizzazione HTST), o di 85 – 90°C per 1 – 25 secondi (pastorizzazione HHST). Rispetto ai pastorizzatori batch è ridotto il consumo di energia e la produzione di acque di scarico nonché i costi correlati.

Tecnica: Miscelazione just in time Alcune tipologie di macchine per il confezionamento del latte permettono di diversificare il prodotto immediatamente prima del riempimento dei contenitori. In questa tipologia di macchine sono presenti due tubazioni, una con latte scremato e l’altra con latte caratterizzato da una determinata percentuale in grasso. Questi due prodotti sono miscelati poco prima dell’imbottigliamento in modo da raggiungere le caratteristiche volute (così per esempio è possibile produrre tre diverse tipologie di latte differente per contenuto in grassi). Questa tecnologia riduce le perdite di prodotto e di materiale di imbottigliamento (normalmente circa 75 – 100 litri di latte vengono persi durante i cambi di lavorazione che con questa tecnica non sono più necessari). Riduce altresì la necessità di lavaggio e dunque i consumi idrici e la produzione di acque di scarico. Inoltre non sono necessari serbatoi di contenimento diversi nella linea di confezionamento. Altro vantaggio è rappresentato dalla maggiore flessibilità del sistema e dalla velocità della catena di confezionamento. È applicabile a impianti nuovi ed esistenti per i quali sarà necessaria la modifica delle tubazioni e l’istallazione del sistema automatico.

Tecnica: Sensori automatici della transizione latte-acqua nelle tubazioni Negli impianti di lavorazione del latte le tubazioni sono normalmente riempite di acqua quando non vi è in circolo il latte. Tradizionalmente i sistemi di mandata del latte (all’avvio di una nuova produzione) o dell’acqua (nella fase di lavaggio dell’impianto) venivano azionati o a seguito di osservazione diretta della fase di svuotamento o automaticamente, andando a definire il tempo di svuotamento del circuito. Per avere una più accurata definizione del punto di transizione tra acqua e prodotto è possibile utilizzare un sistema automatico dotato di sensori (di flusso, di densità, ottici). Questa tecnologia può essere utilizzata per recuperare più prodotto possibile prima di attivare la fase di lavaggio con impianti CIP, durante i cambi di produzione, o ancora in seguito a fermi macchina (etc.).

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I lettori ottici sono i sistemi più affidabili e accurati e danno la risposta nel minor tempo. Utilizzando sensori ottici il quantitativo di acqua di risciacquo contenente latte che è destinato alla rete fognaria può essere ridotto di un paio di litri ad ogni start-up, in più le perdite di prodotto possono essere ridotte del 50%. In alcuni casi concreti di applicazione di questa tecnologia (con sensori di densità) la concentrazione di BOD nei reflui è stata ridotta del 30%. L’applicabilità di questa tecnologia è ampia in quanto trasmettitori e sensori possono essere applicati a impianti sia nuovi che esistenti. Le modificazioni del processo di controllo sono inoltre minime.

Tecnica: Minimizzazione delle perdite durante la produzione di burro L’elevata viscosità della panna rende necessari particolari accorgimenti per la pulizia dell’impianto di pastorizzazione. Un passaggio con impiego di latte scremato agevola la successiva attività di pulizia solubilizzando e asportando il grasso rimasto. Il latticello che si ottiene può inoltre essere gestito come un prodotto (es. come base a bassa concentrazione di grassi) e quindi non smaltito nelle acque di scarico o come rifiuto. Con questo metodo è possibile ridurre le perdite di grasso e aumentare l’efficienza di produzione. Si applica alle industrie di produzione di burro e panna.

Tecnica: Minimizzazione delle perdite di prodotto nella lavorazione del formaggio Nel processo di produzione di formaggi l’inserimento di una fase di filtrazione del siero, a seguito della fase di cagliatura del latte, consente di recuperare le particelle di cagliata rimaste in sospeso nella fase liquida e di aggiungerle alla restante frazione di prodotto. Questa semplice tecnica è in grado di incrementare l’efficienza del processo (in termini di formaggio prodotto per unità di latte lavorato), di ridurre la produzione di rifiuti e il grado di contaminazione delle acque di scarico.

Tecnica: Riutilizzo e riciclo delle acque nei caseifici e nell’industria del latte Nei processi per la produzione di formaggio vi sono diversi flussi idrici che possono essere riciclati internamente quali:

• l’acqua di raffreddamento; • i condensati provenienti dalle operazioni di evaporazione e disidratazione (es. latte in polvere); • l’acqua permeata nella membrana utilizzata nel processo di purificazione del siero; • le acque di lavaggio.

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Di seguito sono indicati alcuni possibili riutilizzi dei reflui di processo di un caseificio riciclabili, esplicitando di volta in volta le eventuali esigenze di trattamento propedeutiche al reimpiego.

Tipologia refluo

Riutilizzo

Soluzione di pulizia utilizzata

(sistemi CIP)

Risciacquo finale (sistemi CIP) Condensato Permeato da

osmosi inversa

Lavaggio della parte esterna dei veicoli 1 1 1 1

Pulizia manuale della parte esterna di impianti e macchinari. 3 3 1 1

Pulizia delle cassette 2 1 1 1

Rifornimento principale CIP 3 3 3 1

Prerisciacquo CIP 2 1 1 1

Risciacquo finale CIP NO 3 3 3

Acqua di purga per le linee di prodotto NO 3 3 3

Legenda: 1: uso diretto; 2: riutilizzo successivo a trattamento primario di allontanamento dei solidi; 3: riutilizzo dopo trattamento avanzato, es. separazione tramite membrane e/o disinfezione L’applicazione di schemi di separazione dei vari reflui (in modo da preservarli da eventuali contaminazioni), di recupero e riutilizzo per gli scopi più idonei (applicando tecniche di depurazione solo dove necessario) permettono di ridurre considerevolmente il consumo di acqua e la produzione di acque di scarico. PRODUZIONE DEL VINO

Tecnica: Riutilizzo della soluzione di pulizia nel processo di stabilizzazione La stabilizzazione a freddo del vino prevede un rapido raffreddamento del prodotto quasi fino a temperature di congelamento, così da ottenere la precipitazione dei cristalli di tartrato di calcio e potassio. Dopo che il contenitore in cui si è effettuata la stabilizzazione del vino è stato svuotato, è aggiunta una soluzione di soda caustica al 10% per rimuovere i cristalli di tartrato. Questa soluzione alcalina può essere riutilizzata se i sali di tartrato sono separati dalla soluzione stessa, così da ridurre i consumi di acqua e di sostanze alcaline e si applica a tutte le cantine in cui avviene il processo di invecchiamento/stabilizzazione. L’acido tartarico prodotto dalla fase di stabilizzazione del vino può essere venduto come sottoprodotto all’industria farmaceutica o delle costruzioni.

Tecnica: Separazione del tartrato attraverso elettrodialisi L’eliminazione del tartrato, in alternativa all’impiego di soluzioni alcaline, può essere effettuata attraverso elettrodialisi del vino, tecnica quest’ultima che permette una riduzione dei consumi energetici rispetto al raffreddamento del vino. L’utilizzo di questa tecnica non è, come nel caso della stabilizzazione a freddo, limitata nell’intensità di grado di separazione degli ioni dalla specificità del vino in quanto avviene a temperatura ambiente. Non avviene dunque la denaturazione dei colloidi di natura proteica e altre strutture

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colloidali importanti per la struttura del vino e i profumi, non intacca le sostanze coloranti. È importante che il vino sottoposto ad elettrodialisi non contenga particelle grossolane, successivamente al trattamento di stabilizzazione non sono necessarie chiarifiche. L’acido tartarico prodotto dalla fase di stabilizzazione del vino può essere venduto come sottoprodotto all’industria farmaceutica o delle costruzioni. PRODUZIONE DI CONSERVE ALIMENTARI

Tecnica: Sbucciatura a secco con sostanze caustiche Nell’elaborazione di conserve a base di vegetali, frutta o verdura, può essere necessaria la rimozione della buccia. Questo intervento può essere realizzato con svariate tecniche, tra cui rientra anche il trattamento a secco con sostanze caustiche. La materia prima è immersa in una soluzione caustica al 10% ad una temperatura di 80 – 120 °C che agevola la rimozione della buccia attraverso l’abrasione con dischi o tamburi di gomma. Solo alla fine del trattamento è utilizzata acqua per la rimozione dei residui di buccia e di sostanza caustica. Con questo sistema si riduce notevolmente il consumo di acqua e di energia rispetto ai sistemi a vapore. Gli scarti prodotti (le bucce rimosse) sono fortemente alcalini e non sempre possono essere recuperati a fini nutrizionali. Come aspetti negativi si ha il rilascio di odori dalla soluzione caustica e l’impatto acustico dei macchinari abrasivi. Il prodotto può essere decolorato ad opera del trattamento caustico. Da un punto di vista prettamente economico la sbucciatura a secco con soluzione caustica ha costi maggiori rispetto ai sistemi a vapore anche per i maggiori costi di depurazione delle acque di scarico caratterizzate da elevati pH. Il campo di applicazione di questa tecnologia si estende a tutti i vegetali che necessitano di essere pelati, anche quelli con una buccia relativamente dura.

Tecnica: Sbucciatore in continuo a vapore La rimozione della buccia dalle materie prime vegetali con cui sono prodotte alcune tipologie di conserve alimentari può essere effettuata mediante sbucciatore a vapore in continuo, impianto costituito da un tamburo, dotato all’interno di una vite, all’interno del quale è veicolato vapore a pressione. Qui il prodotto è riscaldato per un determinato lasso di tempo. Surriscaldata, la buccia tende a distaccarsi e la maggior parte di essa è trascinata via col vapore dopo essere entrata in contatto con una superficie abrasiva (dischi o rulli). Quella rimanente è rimossa attraverso un getto in pressione di acqua che, una volta filtrata, può essere riutilizzata per lavaggi della materia prima (frutta e verdura) in arrivo. Questo sistema permette di ridurre al minimo la produzione di rifiuti dovuti alla perdita di prodotto rimosso assieme alla buccia (perdita che è limitata al 8 – 15%). I rifiuti costituiti da residui solidi sono separati attraverso sedimentazione e disidratati. Contengono solitamente sali minerali e sostanze fenoliche bioattive che li rendono utilizzabili nell’alimentazione animale (con l’eccezione delle bucce di patate che contengono glicoalcaloidi). Rispetto ai sistemi abrasivi o a quelli che fanno uso di lame, il sistema a vapore consuma meno acqua mentre l’efficienza idrica è minore se comparata ai sistemi di sbucciatura a secco con sostanze caustiche. Anche la contaminazione delle acque di scarico è significativa così come possono esserci problemi di odori. La riduzione del consumo di acqua può essere raggiunta non utilizzando acqua di raffreddamento per condensare il vapore. In questo caso è ridotta anche la contaminazione delle acque di scarico. Il consumo energetico del sistema è rappresentato nella seguente tabella.

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Energia Consumo approssimato Acqua calda (kWh/t prodotto congelato) 0 Produzione Vapore (t/ t prodotto congelato) 0,9 Messa in pressione del vapore (bar) 7 - 15 Energia elettrica (kWh/t prodotto congelato) 3,5

Questa tecnologia è utilizzata per una vasta gamma di vegetali quali patate, carote, pomodori, barbabietole, e altri tuberi. Sono da escludersi i vegetali con una buccia relativamente dura rispetto alla polpa.

Tecnica: Sbucciatore a vapore (processo batch) Con questo tipo di tecnologia i vegetali da sbucciare (es. tuberi o radici) sono trattati con vapore ad alta pressione (1500 – 2000 kPa, 200 – 350 kPa con i pomodori) in un contenitore rotante. L’elevata temperatura determina un rapido surriscaldamento dello strato superficiale in 15 – 30 secondi. A questo punto la pressione si abbassa repentinamente provocando il distacco della buccia. Anche in questo caso la maggior parte della buccia è facilmente distaccata attraverso dischi o rulli abrasivi e allontanata con il vapore e l’acqua è utilizzata solo per rimuovere le tracce rimaste. In confronto con le altre tecniche di sbucciatura, con l’esclusione del sistema in continuo a vapore, questa tecnica permette di ridurre notevolmente la produzione di rifiuti. Rispetto al sistema in continuo a vapore consuma un minore quantitativo di acqua e produce un carico minore di acque di scarico. Gli odori possono essere un problema. I consumi energetici sono superiori rispetto alla sbucciatura con sostanze caustiche. Questa tecnologia ha lo stesso campo di applicazione di quella a vapore in continuo (patate, carote, pomodori, barbabietole, e altri tuberi; non idonea a vegetali con una buccia relativamente dura rispetto alla polpa). MACELLI E LAVORAZIONE SOTTOPRODOTTI DI ORIGINE ANIMALE

Tecnica: Interruzione dell'alimentazione degli animali nelle ultime 12 ore prima della macellazione Si riduce la quantità di materiale non digerito all'interno degli stomaci che rappresenta uno scarto ovvero contribuisce alla contaminazione delle acque di scarico. Per animali che vengono macellati entro un tempo più breve dalla partenza dall'allevamento è opportuno raggiungere accordi in tal senso con il gestore dell'allevamento, nel rispetto delle norme relative ai regolamenti sul benessere degli animali.

Tecnica: Uso di spatole per la raccolta periodica del sangue sulle tramogge dei macelli Il sangue che cade sulla base di raccolta viene inviato alla tramoggia di adduzione alla vasca di raccolta con getti d'acqua. La diluizione abbassa la qualità e la commerciabilità del sangue; si prevede in alternativa che la base di raccolta venga mantenuta costantemente libera dal sangue mediante l'azione di spatole raschianti azionate manualmente o meccanicamente.

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Tutto il sangue che non raggiunge la fognatura, ma che viene allontanato in altro modo, riduce il carico organico degli effluenti da inviare alla depurazione. Tale sistema consente un minor consumo di acqua, ma può derivare in un maggior consumo di energia nel caso di utilizzo di spatole azionate meccanicamente. Nel caso di azione manuale, il costo aggiuntivo di mano d'opera è trascurabile; limitato anche il costo di spazzole meccaniche.

Tecnica: Ottimizzazione della raccolta del sangue L'uso di coltelli cavi dà una resa minore di sangue raccolto rispetto alla tecnica tradizionale del taglio della gola, ma permette di aumentare la percentuale di sangue di pregio (destinato a usi alimentari e industriali). La scelta di privilegiare la resa in estrazione del sangue di pregio varia in funzione della redditività del sangue per uso industriale e alimentare e contemporaneamente del maggior costo di depurazione che si ha se aumenta la quantità di sangue che viene inviato in fognatura e alla depurazione. Un'altra possibilità di migliorare il grado di raccolta del sangue è quella di aumentare la lunghezza della linea di macellazione, operazione questa che necessita però di spazio e può essere effettuata solo in occasione della creazione di nuove linee (o modifica strutturale delle esistenti). In un macello di suini, passare da 40 a 60 secondi di sgocciolamento ha permesso di raccogliere il 9% di sangue in più e quindi di ridurre il carico organico in arrivo all'impianto di circa 500 g di BOD/t di carcassa.

Tecnica: Controllo automatico del livello delle vasche di scottatura L'installazione di un misuratore automatico, dotato di sensore di livello e temperatura, permette di regolare il livello dell’acqua nelle vasche di scottatura in modo che anche in seguito all’immersione degli animali l’acqua non tracimi. Il misuratore comanda automaticamente l'immissione di acqua calda in base all'abbassamento di livello che si ha per l'asportazione di acqua per il bagnamento delle carcasse. Oltre a ridurre il consumo idrico questo sistema permette di ridurre il consumo energetico necessario per riscaldare un quantitativo di acqua maggiore.

Tecnica: Scottatura a condensazione del vapore (scottatura verticale) La scottatura a vapore è un'alternativa alla scottatura in acqua che necessita però di una docciatura preliminare finalizzata a rimuovere la sporcizia (solo per suini) che, facendo da isolante, ridurrebbe l’efficienza del processo di scottatura. Le carcasse dei suini, appese verticalmente, entrano in un tunnel dove è insufflato vapore ad una temperatura di 60-62°C, l’umidità all’interno del tunnel è del 100%. L'aria è continuamente estratta da un camino per aspirazione e riciclata per ristabilire il corretto grado di umidificazione e riscaldamento. Il vapore condensa sulla superficie dell'animale e permette il distacco delle setole. Per ciò che riguarda i vantaggi di questa tecnologia i dati forniti dai costruttori quantificano i risparmi (macello da 350 suini /ora) in un 20% di energia elettrica e di energia termica e in circa il 60% dell'acqua per l'operazione di scottatura (40-65 l/t di carcassa) rispetto al sistema tradizionale. Da un punto di vista della qualità del prodotto a differenza della scottatura in acqua non si ha aspirazione di acqua da parte della carcassa. Costoso come investimento, ma con un favorevole periodo di tempo di ritorno dell’investimento economico (risparmio energetico). È applicabile sia ad allevamenti suini che avicoli. Nei macelli avicoli oltre ad un minore consumo idrico si ha un risparmio energetico di circa il 25%.

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Tecnica: Sterilizzazione della sega in una vaschetta con ugelli di acqua calda Le seghe da sterilizzare possono essere lavate in bagno di acqua calda corrente ovvero in vaschette a getti di acqua a 82°C azionati automaticamente alla chiusura della vaschetta. Questa seconda tecnologia permette di ridurre il consumo di acqua e di energia necessaria al riscaldamento. È applicabile a tutti i macelli.

Tecnica: Svuotamento a secco degli stomaci e delle viscere Lo svuotamento degli stomaci e degli intestini permette di estrarre materiale di scarto per un eventuale recupero (es. digestione anaerobica o compostaggio). In questo caso l'impiego di macchine che effettuano lo svuotamento a secco anziché per dilavamento con acqua sono sicuramente da preferire per la migliore qualità dello scarto da recuperare, per i minori consumi idrici e in particolare per la riduzione della contaminazione delle acque di scarico. È anche possibile il recupero di materiale vendibile (trippa, trippini, budelli, materiale per pet foods). Questa tecnologia è applicabile a tutti i macelli, con le limitazioni per i macelli bovini legate al controllo della BSE.

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Quadro sintetico di correlazione tra tecniche pulite e fattori ambientali Le implicazioni ambientali determinante dalle varie tecnologie di miglioramento sono diverse in quanto possono essere molteplici i benefici conseguibili attraverso l’adozione delle varie soluzioni prospettate. Può quindi risultare utile la consultazione della seguente scheda riassuntiva che esplicita i fattori ambientali migliorati dalle varie tecniche e gli specifici campi di applicazione. TECNICHE SETTORE

AGROINDUSTRIALE

FATTORE AMBIENTALE

Utilizzo di combustibili a minor impatto ambientale Lavorazione carne- Lattiero caseario – Produzione pane e pasta – Conserviero – Produzione caffè

Aria

Bruciatori a bassa emissione di ossidi di azoto (low-NOx)

Lavorazione carne- Lattiero caseario – Produzione pane e pasta – Conserviero – Produzione caffè

Aria

Recupero e purificazione dell’anidride carbonica dai processi fermentativi

Vinicolo – Produzione acqua e bevande

Aria

Ricircolo e combustione dei fumi di frittura Conserviero Aria

Sistemi e tecnologie per il contenimento dei consumi energetici durante la combustione

Tutti Energia

Evaporatori multistage Tutti Energia

Sistemi e tecnologie per la produzione di vapore Tutti Energia

Sistemi di cogenerazione Tutti Energia

Sistemi vari per l’incremento dell’efficienza delle apparecchiature elettriche

Tutti Energia

Sistemi di compressione dell’aria Tutti Energia

Sistemi di refrigerazione Lavorazione carne- Lattiero caseario – Conserviero – Vinicolo – Produzione acque e bevande

Energia

Sfruttamento di fonti energetiche rinovabili Tutti Energia

Scambiatore di calore rigenerativo nella pastorizzazione

Lattiero caseario Energia

Parziale omogeneizzazione del latte Lattiero caseario Energia

Recupero del calore del siero per il pre-riscaldo del latte nella produzione di formaggio

Lattiero caseario Energia

Soluzioni per il risparmio energetico nei macelli Macelli Energia

Recupero di calore nell’industria del caffè Produzione caffè Energia

Ricircolo dell’aria durante l’arrostimento del caffè Produzione caffè Energia

Soluzioni per il risparmio idrico in operazioni di lavaggio

Tutti Acqua

Acqua Sistemi e tecnologie per la depurazione dell’acqua e suo riutilizzo

Tutti

Suolo e qualità delle acque

Soluzioni per il contenimento dei consumi idrici nelle fasi di processo

Tutti Acqua

Soluzioni per il contenimento dei consumi idrici nelle fasi di lavaggio delle bottiglie

Vinicolo – Produzione acque e bevande - Conserviero

Acqua

Soluzioni per il risparmio idrico nei macelli Macelli Acqua

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TECNICHE SETTORE

AGROINDUSTRIALE

FATTORE AMBIENTALE

Soluzioni per ridurre i reflui dalle operazioni di lavaggio

Tutti Suolo e qualità delle acque

Soluzioni per ridurre il carico inquinante nei reflui Tutti Suolo e qualità delle acque

Sostituzione di prodotti pericolosi con prodotti a minore impatto ambientale

Tutti Sostanze pericolose

Soluzioni per contenere gli sprechi di materie prime e materiali

Tutti Materie prime e imballaggi

Strategie per ridurre gli impatti del packaging Tutti Materie prime e imballaggi

Recupero dei sottoprodotti dell’industria alimentare Tutti Rifiuti e scarti

Distruzione dei fanghi biologici attraverso utilizzo di ozono

Tutti Rifiuti e scarti

Soluzioni per la valorizzazione del siero di latte Lattiero caseario Rifiuti e scarti

Riutilizzo delle filtrine (perlite e diatomee) Vinicolo – Produzione di acque e bevande - Conserviero

Rifiuti e scarti

Recupero degli scarti vegetali nell’industria del pomodoro e altri vegetali

Conserviero Rifiuti e scarti

Attacco alla rete aziendale dei gruppi frigo mobili Lavorazione carne- Lattiero caseario – Conserviero – Vinicolo – Produzione acque e bevande

Rumore

Silenziatori per compressori Tutti Rumore

Energia Utilizzo di pastorizzazione in continuo Lattiero caseario

Suolo e qualità delle acque

Acqua

Suolo e qualità delle acque

Miscelazione just in time Lattiero caseario

Rifiuti e scarti

Suolo e qualità delle acque Sensori automatici della transizione latte-acqua nelle tubazioni

Lattiero caseario

Rifiuti e scarti

Suolo e qualità delle acque Minimizzazione delle perdite durante la produzione di burro

Lattiero caseario

Rifiuti e scarti

Acqua Riutilizzo e riciclo della acque nei caseifici e nell’industria del latte

Lattiero caseario

Suolo e qualità delle acque

Suolo e qualità delle acque Minimizzazione delle perdite di prodotto nella lavorazione del formaggio

Lattiero caseario

Rifiuti e scarti

Acqua Riutilizzo della soluzione di pulizia nel processo di stabilizzazione

Vinicolo

Sostanze pericolose

Energia Separazione del tartrato attraverso elettrodialisi Vinicolo

Rifiuti e scarti

Acqua Sbucciatura a secco con sostanze caustiche Conserviero

Energia

Acqua

Energia

Sbucciatore in continuo a vapore Conserviero

Suolo e qualità delle acque

Acqua Sbucciatore a vapore (processo batch) Conserviero

Suolo e qualità delle acque

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TECNICHE SETTORE

AGROINDUSTRIALE

FATTORE AMBIENTALE

Rifiuti e scarti

Rifiuti e scarti Interruzione dell’alimentazione degli animali nelle ultime 12 ore prima della macellazione

Macelli

Suolo e qualità delle acque

Acqua Uso di spatole per la raccolta periodica del sangue sulle tramogge

Macelli

Suolo e qualità delle acque

Rifiuti e scarti Ottimizzazione della raccolta del sangue Macelli

Suolo e qualità delle acque

Acqua Controllo automatico del livello delle vasche di scottatura

Macelli

Energia

Acqua Scottatura a condensazione del vapore (scottatura verticale)

Macelli

Energia

Acqua Sterilizzazione della sega in una vaschetta con ugelli di acqua calda

Macelli

Energia

Acqua

Rifiuti e scarti

Svuotamento a secco degli stomaci e delle viscere Macelli

Suolo e qualità delle acque

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Bibliografia IPPC (prevenzione e riduzione integrate dell’inquinamento) Reference Document on Best Available Techniques in the Food, Drink and Milk Industries Agosto 2006 IPPC (prevenzione e riduzione integrate dell’inquinamento) Draft Reference Document on Energy Efficiency Techniques Aprile 2006 Digestione anaerobica della frazione organica dei rifiuti urbani – APAT Agenzia per la protezione dell’ambiente e per i servizi tecnici, 2005 Agroindustria,le molte vite degli scarti (ARPA Rivista, n.2 aprile-maggio 2006. Carlo Leoni, SSICA) Gestione energia (n. IV, anno 2002), I motori elettrici ad alta efficienza di Sigfrido Vignati ed Ennio Ferrero ENEA. Gestione energia (n. IV, anno 2002), Uso razionale dell’energia: quale ruolo per l’aria compressa? di Norma Anglani, Davide Mariani,Giovanni Petrecca, Università di Pavia – CSE Srl. Speciale orientamenti futuri nei refrigeranti: sviluppi nella scelta dei frigorigeni a seconda delle applicazioni (FRANCOIS BILLIARD, direttore generale International Institute of Refrigeration, 2002) Tipicità dei prodotti lattiero caseari e microrganismi autoctoni (AgriBIT – Trasferimento di innovazioni biotecnologiche al sistema agroalimentare pugliese - Dott.ssa Maria De Angelis, Dott.ssa Raffaella Di Cagno Università degli Studi di Bari) Trattamento e valorizzazione dei reflui dell’industria lattiero casearia (Centro Regionale di Competenza Produzioni Agroalimentari – Regione Campania) Valorizzazione degli scarti dell’industria delle conserve vegetali (Centro Regionale di Competenza Produzioni Agroalimentari – Regione Campania) Per ulteriori informazioni consultare il sito web: www.tecnologiepulite.it