Cogenerazione tra efficienza e decarbonizzazione

La cogenerazione viene spesso valutata partendo esclusivamente dal combustibile utilizzato. Poiché molti impianti sono ancora alimentati a gas naturale, la tecnologia viene talvolta considerata poco compatibile con un sistema energetico orientato alla riduzione delle emissioni.

Il rapporto tra cogenerazione e decarbonizzazione è però più articolato. Occorre distinguere la tecnologia, che permette di produrre contemporaneamente energia elettrica e calore, dalla fonte energetica impiegata per alimentarla.

Uno stesso cogeneratore può funzionare con gas naturale, biogas, biometano o idrogeno, a seconda delle caratteristiche tecniche dell’impianto e della disponibilità locale del combustibile. Il suo contributo non dipende quindi da un unico elemento, ma dal modo in cui viene progettato, alimentato e integrato nel sistema energetico dell’azienda.

Tecnologia e combustibile non sono la stessa cosa

La cogenerazione consente di recuperare il calore generato durante la produzione di energia elettrica e di utilizzarlo nei processi produttivi, per il riscaldamento, per l’acqua calda o per altri fabbisogni termici.

Nella produzione separata, l’elettricità viene acquistata dalla rete mentre il calore è generalmente prodotto attraverso caldaie. Con la cogenerazione, invece, entrambe le forme di energia vengono generate nello stesso impianto, riducendo le dispersioni e il consumo complessivo di energia primaria.

Questo vantaggio tecnico, tuttavia, non rende automaticamente sostenibile qualsiasi progetto. Se un cogeneratore viene alimentato a lungo con una fonte fossile, è dimensionato in modo scorretto o produce calore che non trova un utilizzo concreto, il risultato energetico ed economico può essere inferiore alle aspettative.

La valutazione deve quindi prendere in considerazione almeno tre fattori: l’efficienza dell’impianto, il combustibile impiegato e la modalità di funzionamento. È proprio dalla combinazione di questi elementi che deriva il ruolo della cogenerazione all’interno di un percorso di decarbonizzazione.

Il ruolo del gas naturale durante la transizione

Un sistema basato stabilmente e senza alternative sui combustibili fossili non può rappresentare il punto di arrivo della transizione energetica. Questo non significa, però, che il gas naturale possa essere eliminato immediatamente da tutte le applicazioni industriali.

Molte imprese hanno bisogno di energia elettrica e calore in modo continuo e non dispongono ancora di quantità sufficienti di gas rinnovabili o di idrogeno. In questi casi, il tema non è soltanto quale fonte utilizzare, ma come sfruttare nel modo più efficiente possibile quella effettivamente disponibile.

Quando esiste una domanda termica adeguata, la cogenerazione alimentata a gas naturale può ridurre il consumo di energia primaria rispetto alla produzione separata e limitare la quantità di elettricità prelevata dalla rete. Può quindi rappresentare una soluzione intermedia all’interno di un percorso più ampio, soprattutto quando l’impianto è predisposto per una successiva conversione ad altri combustibili.

Non si tratta comunque di una soluzione adatta indistintamente a ogni azienda. Il risultato dipende dal profilo dei consumi, dalle ore di funzionamento, dal costo del combustibile e dell’energia elettrica, dall’effettivo utilizzo del calore e dalle spese di gestione.

Per questa ragione, il dimensionamento non dovrebbe basarsi soltanto sulla potenza elettrica richiesta. Un cogeneratore produce valore quando energia elettrica e termica trovano entrambe un impiego concreto e continuativo.

Biogas e biometano sono già disponibili

Tra le alternative al gas naturale, biogas e biometano sono le soluzioni con la maggiore esperienza applicativa. Vengono già utilizzati in agricoltura, negli impianti di trattamento dei rifiuti, nei depuratori e in diverse infrastrutture pubbliche.

Il biogas può alimentare direttamente un cogeneratore per produrre energia elettrica e calore. Il biometano, invece, viene ottenuto attraverso un processo di purificazione del biogas che ne permette l’immissione nella rete o l’utilizzo per altri impieghi energetici.

Anche negli impianti destinati alla produzione di biometano, la cogenerazione può continuare ad avere un ruolo. Una parte del biogas può essere utilizzata per produrre l’energia elettrica e termica necessaria al funzionamento dei digestori, dei sistemi di upgrading e delle altre apparecchiature presenti nel sito.

In Italia lo sviluppo del biometano riguarda sia la costruzione di nuovi impianti sia la riconversione di strutture esistenti che producevano energia elettrica da biogas. Questo rende il tema particolarmente rilevante per il settore agricolo e per gli operatori che stanno ripensando il proprio modello di produzione energetica.

Biogas e biometano non devono quindi essere considerati soltanto come combustibili alternativi. Sono risorse che consentono di valorizzare sottoprodotti agricoli, reflui, rifiuti organici e residui dei processi produttivi, collegando la produzione energetica alla gestione delle risorse disponibili sul territorio.

L’idrogeno è pronto, ma non sempre disponibile

Dal punto di vista tecnico, la cogenerazione a idrogeno non è più una soluzione esclusivamente sperimentale. 2G ha già installato oltre 30 cogeneratori alimentati al 100% a idrogeno in diversi Paesi e ha sviluppato soluzioni che permettono di convertire successivamente alcuni impianti inizialmente alimentati a gas naturale.

Il principale limite, oggi, non riguarda quindi soltanto il motore. Per molte aziende, le vere criticità sono la disponibilità dell’idrogeno, il prezzo, le infrastrutture di trasporto e stoccaggio e la possibilità di produrlo localmente in quantità adeguate.

La Strategia Nazionale Idrogeno prevede una crescita del ruolo di questa fonte nel percorso italiano di decarbonizzazione, con particolare attenzione all’idrogeno prodotto da fonti rinnovabili. La diffusione sarà però progressiva e interesserà innanzitutto i settori nei quali l’elettrificazione diretta risulta complessa o insufficiente.

Per un’impresa, acquistare oggi un cogeneratore predisposto per l’idrogeno non significa necessariamente poterlo alimentare a breve con questo combustibile. Significa piuttosto evitare che l’impianto diventi incompatibile con una futura modifica della fornitura energetica.

La predisposizione deve però corrispondere a un percorso tecnico reale. Occorre verificare quali componenti dovranno essere modificati, quali prestazioni potrà raggiungere il motore dopo la conversione e quali interventi saranno necessari sull’impianto gas, sui sistemi di sicurezza e sugli altri elementi della centrale.

La semplice dicitura “H2-ready”, se non accompagnata da informazioni precise, non è sufficiente per valutare la reale capacità di conversione di un cogeneratore.

Dal funzionamento continuo alla gestione flessibile

Tradizionalmente, molti impianti di cogenerazione sono stati progettati per funzionare per un numero elevato di ore all’anno. Questa impostazione continua ad avere senso negli stabilimenti industriali, negli ospedali, nelle piscine, nelle strutture ricettive e negli altri contesti caratterizzati da una domanda termica stabile.

La crescita del fotovoltaico, dell’eolico e delle altre fonti non programmabili sta però modificando il modo in cui vengono prodotti e gestiti i flussi energetici.

In alcuni sistemi, il cogeneratore può ridurre la produzione quando è disponibile molta elettricità rinnovabile e aumentarla nei momenti in cui la rete è maggiormente sollecitata, i prezzi sono più elevati o la produzione solare ed eolica diminuisce.

Il passaggio verso una gestione più flessibile non riguarda comunque tutti gli impianti nello stesso modo. In un’azienda che autoconsuma elettricità e calore in maniera costante, il funzionamento prolungato può rimanere la soluzione economicamente più adatta. In altri casi, una gestione dinamica può permettere di valorizzare meglio l’energia prodotta.

La scelta deve essere effettuata sulla base dei dati reali e non applicando un modello standard. Il ruolo futuro della cogenerazione non sarà necessariamente quello di produrre il maggior numero possibile di ore, ma di produrre energia nei momenti e nelle condizioni in cui genera il valore più elevato per l’utente e per il sistema.

Tecnologie diverse all’interno dello stesso sistema

Cogenerazione, fotovoltaico, pompe di calore e sistemi di accumulo vengono ancora spesso valutati come soluzioni concorrenti. Nella pratica, possono svolgere funzioni diverse e lavorare in modo coordinato.

Il fotovoltaico produce elettricità quando è disponibile l’irraggiamento solare. Le batterie permettono di spostare nel tempo una parte dell’energia prodotta. Le pompe di calore trasformano energia elettrica e calore a bassa temperatura in energia termica utilizzabile. Il cogeneratore può fornire contemporaneamente elettricità e calore quando le altre fonti non sono sufficienti o quando le condizioni economiche ne rendono conveniente l’utilizzo.

Un sistema integrato può quindi modificare il proprio funzionamento in base ai consumi, alla disponibilità delle fonti rinnovabili e ai prezzi dell’energia.

L’elemento decisivo diventa il coordinamento tra i diversi componenti. Installare più tecnologie senza una strategia comune rischia infatti di aumentare la complessità senza produrre un vantaggio proporzionato.

Per ottenere risultati concreti, occorre definire priorità di funzionamento, logiche di controllo e modalità di scambio tra le apparecchiature. La qualità del progetto dipende sempre meno dalla singola macchina e sempre più dal comportamento complessivo del sistema.

Cosa dovrebbe valutare un’impresa

Il punto di partenza rimane l’analisi dei consumi. I dati annuali non sono sufficienti: servono profili orari o almeno mensili della domanda elettrica e termica, informazioni sulle temperature richieste e indicazioni sulle eventuali variazioni future della produzione.

Occorre poi verificare quali fonti energetiche siano realmente disponibili. Il gas naturale può essere presente oggi, mentre biometano o idrogeno potrebbero diventare accessibili solo in seguito. In altri casi, l’azienda può già disporre di biogas, sottoprodotti o fonti termiche che possono essere valorizzate.

Anche la possibilità di modificare il sistema nel tempo dovrebbe entrare nella progettazione. Spazi, collegamenti idraulici, impianti elettrici e sistemi di controllo possono essere predisposti per integrare in futuro pompe di calore, batterie, fotovoltaico o nuovi combustibili.

Infine, la convenienza non dovrebbe essere calcolata osservando soltanto il prezzo del gas. Devono essere considerati anche il valore dell’elettricità autoconsumata, il calore recuperato, i costi di manutenzione, gli incentivi disponibili, gli eventuali costi legati alle emissioni e la continuità richiesta dal processo produttivo.

Un percorso che parte dalle esigenze reali

La scelta non è semplicemente tra gas naturale e idrogeno, né tra cogenerazione e fonti rinnovabili.

Per molte imprese, il percorso più realistico consiste nel partire dalle risorse disponibili oggi, utilizzarle in modo efficiente e progettare un sistema che possa cambiare insieme alle tecnologie, ai combustibili e alle esigenze produttive.

In questo scenario, la cogenerazione può continuare a svolgere un ruolo rilevante, purché non venga considerata una soluzione isolata o immutabile. La possibilità di utilizzare gas rinnovabili, convertire gli impianti e integrarli con pompe di calore, fotovoltaico e accumuli permette di costruire sistemi energetici più flessibili e adattabili.

Ogni progetto richiede però una valutazione specifica. Analizzare i consumi, le fonti disponibili e gli sviluppi previsti per il sito produttivo consente di individuare la configurazione più coerente con le esigenze attuali, senza perdere di vista quelle future.

Per approfondire le possibilità di integrazione tra cogenerazione, pompe di calore e altre soluzioni energetiche, è possibile contattare il team di 2G Italia.