Cogenerazione e pompe di calore: un binomio destinato a crescere insieme

Negli ultimi decenni, la generazione combinata di calore ed energia si è affermata come un efficiente sistema decentralizzato di approvvigionamento energetico, capace di gestire diversi progetti con vari tipi di combustibili. La cogenerazione copre una vasta gamma di applicazioni: dai grandi impianti in grado di produrre molti megawatt per reti di riscaldamento estese, alla riduzione dei costi energetici di complessi industriali, o a sistemi più piccoli per fornire energia a proprietà singole. Poi ci sono le pompe di calore, con una tecnologia che trasforma l'elettricità in calore in modo altamente efficiente e che sta diventando sempre più diffusa. Molti confidano nella tecnologia delle pompe di calore per guidare la necessaria decarbonizzazione dei mercati del riscaldamento, specialmente in un contesto di cambiamenti normativi. Fino a poco tempo fa si pensava fosse necessario sceglierne una rispetto all'altra, tuttavia il crescente numero di progetti di successo dimostra quanto sia falsa questa dicotomia: la soluzione più efficiente è la combinazione di cogenerazione e pompe di calore.

Sinergie oltre i pregiudizi

Entrambe le tecnologie hanno ampiamente dimostrato di offrire notevoli vantaggi agli operatori e all'economia nazionale. Ciò nonostante, sono ancora frequentemente soggette a stereotipi negativi che è necessario superare. Gli scettici tendono a considerare le pompe di calore come tecnologie adatte solo a edifici nuovi e incapaci di raggiungere temperature elevate. Allo stesso tempo, la cogenerazione deve ancora liberarsi dall'immagine stereotipata di una tecnologia tradizionale, legata ai combustibili fossili. Recentemente, gli sviluppi di entrambe le tecnologie hanno confutato queste convinzioni in modo inequivocabile. Le pompe di calore vengono ora utilizzate con successo anche in edifici più vecchi e complessi industriali, mentre i cogeneratori, oltre a garantire una sostanziale riduzione di consumo di energia primaria, presentano anche la possibilità di essere alimentati attraverso gas verdi, come ad esempio l’idrogeno.  È qui che entra in gioco l'effetto sinergico delle due tecnologie: i cogeneratori possono alimentare elettricamente le pompe di calore a un costo più competitivo rispetto al prezzo di rete.

Il mercato richiede soluzioni, non singoli prodotti

Per Christoph Rotthaus, responsabile del Project Management di 2G Energy, non è la tecnologia utilizzata a contare, quanto piuttosto i risultati ottenuti in termini di risparmio energetico e salvaguardia ambientale. L'azienda, fondata nel lontano 1995 e con sede nella piccola cittadina di Heek, nella Germania occidentale, produce cogeneratori con potenze elettriche comprese tra 20 e 4.500 kW, venduti a clienti di tutto il mondo, dalle aziende di servizi energetici alle industrie e agli ospedali. Rotthaus guarda al dibattito politico attraverso la lente del mercato energetico: "L'obiettivo principale di ciascuno dei nostri clienti è garantire il proprio approvvigionamento energetico in modo conveniente e nel rispetto delle normative vigenti. Non è così significativo quale prodotto lo faccia. Conta solo una cosa: deve essere disponibile abbastanza energia a prezzi accessibili in ogni momento, e la tecnologia utilizzata deve essere in grado di funzionare esclusivamente con energie rinnovabili."

Collegamento di diverse tecnologie

Riflettendo sullo sviluppo che ha vissuto come dipendente di un produttore di cogeneratori, compare un sorriso sul volto di Rotthaus: "15 anni fa, quando ho iniziato in 2G, il nostro obiettivo era quello di industrializzare la produzione di cogeneratori standardizzati. Anche se le cifre di vendita e il grado di standardizzazione si sono effettivamente sviluppati in modo positivo, la nostra crescente abilità nell'integrare tecnologie correlate nei progetti di cogenerazione è almeno una delle ragioni della nostra crescita." Rotthaus indica il potenziale ingegneristico che vede nel settore, anche al di là di 2G: "Oltre ai vantaggi di efficienza già ben noti, la principale forza della cogenerazione risiede nell'uso flessibile del calore che produce - che sia negli assorbitori di calore dell'industria alimentare, che nelle soluzioni ad alta temperatura all'interno delle reti di riscaldamento municipali. Tenendo presente ciò, ha senso espandere l'integrazione delle pompe di calore in futuro."

Pompe di calore e cogeneratori si completano a vicenda

Rotthaus spiega come allo stato dell’arte cogenerazione e pompe di calore siano in grado di gestire sinergicamente le differenti esigenze termiche degli utilizzatori, al variare delle condizioni atmosferiche esterne (temperatura dell’aria) e delle temperature di esercizio degli impianti. In fase di progetto andiamo a considerare questi elementi di calcolo sono semplici conseguenze delle leggi della termodinamica che dobbiamo considerare nella pianificazione di questi progetti."

Integrazione diretta del calore dei cogeneratori nell’operatività delle pompe di calore

La sinergia tra la cogenerazione e le pompe di calore va ben oltre la semplice sincronizzazione dell'operatività indipendente dalla temperatura, creando un legame tra i processi interni di entrambe le tecnologie. Da un lato, troviamo le pompe di calore, che richiedono un determinato livello di temperatura per operare al meglio, non sempre garantito dall'ambiente circostante. Dall'altro, ci sono i cogeneratori, il cui processo di raffreddamento della miscela prima della combustione genera una temperatura di circa 40 °C, non utilizzabile per scopi di riscaldamento o come calore di processo. Tuttavia, queste temperature sono l'ideale per supportare le pompe di calore. Collegando tali processi e integrando un sistema di presa d'aria adeguato, si ottiene un significativo incremento dell'efficienza globale, con conseguente riduzione dei costi energetici per il consumatore finale. Un esempio tangibile di questa sinergia è l’utility di Bad Lauterberg in Germania, che ha visto un aumento della temperatura di ritorno nella loro rete di riscaldamento, passando da 60 °C a 63 °C, grazie all'impiego congiunto di cogenerazione e pompe di calore.

Un settore con un enorme potenziale per soluzioni innovative

L'approvvigionamento energetico e le reti di riscaldamento rappresentano solo due delle molteplici applicazioni della combinazione efficiente tra pompe di calore e cogenerazione. Specialmente nell'ambito industriale, caratterizzato da una vasta gamma di processi e da esigenze energetiche particolarmente elevate, è possibile sfruttare appieno la potenza dell'ingegneria. Questa visione ottimistica emerge chiaramente dalla situazione attuale di crisi energetico-politica, come sottolinea Rotthaus: "Negli ultimi anni, numerose aziende hanno espresso la volontà di affrontare le sfide del futuro approvvigionamento energetico. Ci troviamo ora in una fase di grande creatività e innovazione nel definire il futuro allineamento delle aziende, specialmente nei confronti dei nostri clienti industriali." Questo trend non solo alimenta una crescente richiesta di soluzioni che combinano pompe di calore e cogeneratori, ma promuove anche l'integrazione di ulteriori processi dipendenti dalla temperatura in queste combinazioni. Ad esempio, un progetto che coinvolge una panetteria con elevate esigenze di vapore saturo, soddisfatte tramite cogenerazione, rappresenta solo uno dei molteplici esempi attuali. "Data l'elevata temperatura richiesta dalle caldaie a vapore, l'abbinamento con la cogenerazione sfrutta solo una parte del calore generato - circa la metà dell'energia termica complessiva. Integrando una pompa di calore, che utilizza il calore prodotto nei processi di miscelazione e raffreddamento del motore del cogeneratore, è possibile raggiungere efficienze complessive superiori al 90%." Come conseguenza delle discussioni sulla possibile carenza energetica imminente, la capacità dei cogeneratori di fornire energia in caso di emergenza sta diventando sempre più rilevante.

Energia pulita e cogenerazione: il contributo chiave dei gas rigenerabili

A medio termine, le fonti energetiche attualmente basate su carbone e nucleare saranno destinate a scomparire. Di conseguenza, cresce la richiesta di capacità di generazione di energia stabile, spostandosi sempre più verso l'utilizzo di molecole di gas. Sebbene ancora oggi le reti di riscaldamento e le industrie dipendano principalmente dal gas naturale, si stanno promuovendo iniziative per favorire l'adozione dei gas verdi, come il biogas e l'idrogeno. Questo implica che diventa cruciale la capacità dei cogeneratori di funzionare con questi gas. 2G Energy, che ha radici nel settore del biogas, ha già realizzato con successo oltre 30 progetti in diversi continenti che operano esclusivamente con idrogeno. Rotthaus è convinto che il numero debba crescere ulteriormente: "Consideriamo i nostri prodotti come protagonisti della transizione energetica, fornendo energia con massima efficienza anche quando il vento e il sole producono solo quantità limitate di energia. Con i nostri cogeneratori, miriamo a sfruttare al meglio le preziose molecole di gas verde. Indipendentemente dalla velocità con cui si sviluppa l'infrastruttura per i gas ecologici, tutti i nostri prodotti consegnati oggi sono già pronti per rispondere alla domanda energetica del futuro."

Un punto di svolta per la nostra visione di un futuro sostenibile

Nonostante i mesi recenti abbiano portato turbolenze nel panorama dell'approvvigionamento energetico futuro, emerge una certezza: le industrie e l'intera società stanno avviando un processo trasformativo che, nonostante le molte paure e sfide, offre un'ampia gamma di opportunità. Oltre all'ormai consolidata installazione di impianti fotovoltaici sui tetti, Christoph Rotthaus anticipa due percorsi chiave per le industrie e i fornitori di energia nel loro cammino verso il futuro. Da un lato, si prospetta il modello standardizzato di un centro energetico locale, dotato di una grande pompa di calore e di un cogeneratore, che offre il vantaggio aggiuntivo di sfruttare il sistema come oggetto di rendimento sul mercato dell'elettricità. Dall'altro lato, si delineano una serie di progetti individuali e decentralizzati, su misura per le esigenze locali di operazioni industriali specializzate, complessi residenziali o qualsiasi altra realtà intermedia.

Grazie alle persone con cui collabora ogni giorno, Rotthaus manifesta un'ottimistica fiducia nel successo della transizione energetica, affermando: "Nonostante le attuali incertezze, le persone si stanno impegnando attivamente nella transizione energetica. Oltre alla combinazione di cogenerazione e pompe di calore, esistono numerosi concetti innovativi e idee su come realizzare la transizione energetica a livello locale. Che si tratti di progetti individuali che includono l'utilizzo di batterie per lo stoccaggio dell'energia, di iniziative di condivisione per i dipendenti dei parchi eolici o dell'integrazione futura di elettrolizzatori decentralizzati nell'infrastruttura dell'idrogeno, sono tutte dimostrazioni che le comunità sono fortemente motivate a partecipare attivamente alla transizione energetica."