Il calore di scarto: recuperare una preziosa risorsa rinnovabile

La nuova piattaforma di recupero del calore, EMB3Rspuò aiutare le industrie a trovare i modi migliori per riutilizzare l'energia termica di scarto che normalmente verrebbe rilasciata nell'ambiente. Ecco come abbina le fonti di calore ai pozzi di assorbimento, per ridurre le emissioni di carbonio.

Proprio l'anno scorso, CORDIS - il servizio comunitario di informazione sulla ricerca e lo sviluppo della Commissione europea - ha riferito che l'energia rappresenta fino al 20% dei costi totali di produzione per molte industrie in Europa. In un momento in cui le aziende di tutto il mondo stanno lottando per pagare i prezzi dell'energia, oggi alle stelle, e la lotta al cambiamento climatico è all'ordine del giorno di tutte le politiche, trovare una fonte di energia economica, pulita e affidabile non è mai stato così importante.

Il calore di scarto è un'opzione che viene ora presa molto sul serio, con una miriade di progetti finanziati dall'Unione Europea in corso per scoprire come sfruttare al meglio questa risorsa priva di carbonio. Un esempio è la piattaforma per l'abbinamento di calore e freddo, EMB3Rs.

Già nel 2019, i ricercatori di tutta Europa hanno unito le forze per sviluppare EMB3Rs, una piattaforma open-source per l'abbinamento calore/freddo in eccesso che determina i costi e i benefici del riutilizzo dell'energia termica di scarto industriale, che altrimenti verrebbe rilasciata nell'ambiente. Recenti sperimentazioni hanno dimostrato chiaramente come il calore/freddo in eccesso proveniente da industrie, tra cui la produzione di biomassa e acciaio, possa essere catturato e riutilizzato come energia a zero emissioni di carbonio in processi e servizi, come il confezionamento dei formaggi e i supermercati.

Inoltre, gli esperimenti confermano che il calore e il freddo recuperati possono essere utilizzati in modo efficiente nelle reti di teleriscaldamento. I casi di studio reali includono la rete di teleriscaldamento a freddo di Climaespaço in Portogallo e un sistema di teleriscaldamento a Landskrona, in Svezia.

Piattaforma open source per incrementare il recupero di calore/freddo a livello industriale

Mentre il progetto si avvia alla conclusione, Shravan Kannan, ricercatore presso il Royal Institute of Technology (KTH) svedese, è entusiasta del futuro della piattaforma. Nell'ambito del suo dottorato di ricerca, Kannan ha sviluppato il cosiddetto modulo Technic Economic Optimization (TEO) della piattaforma, che identifica il modo più conveniente di utilizzare diverse tecnologie alle fonti e ai pozzi di calore/freddo. Come gli altri moduli della piattaforma, si tratta di uno strumento "plug-and-play" che può essere utilizzato da solo o in altre piattaforme.

"Uno dei miei insegnamenti principali è stato quello di assicurarci che gli strumenti che sviluppiamo siano davvero utili per i nostri utenti industriali: devono essere open source e avere una curva di apprendimento facile", dice. Penso che ci siamo riusciti e che, una volta completata questa piattaforma, potremo fare tesoro delle lezioni apprese e applicarle a nuove piattaforme". EMB3Rs fornisce anche un'ottima base e può essere modificata molto facilmente: le persone potranno aggiungere qualcosa a questa piattaforma in futuro".

Kannan è convinto che l'utilizzo di EMB3Rs per qualsiasi tipo di analisi del recupero di calore o studio di fattibilità, sia a livello industriale che municipale, sarà utile per i fornitori di calore e freddo in eccesso e per gli utenti. "EMB3Rs consente di prendere decisioni a diversi livelli: gli utenti possono vedere, ad esempio, quali potrebbero essere i profitti di diversi progetti e quindi capire quali sono le sinergie e i compromessi", afferma.

Tutti gli occhi su EMB3R

Patrick Hoffmann, del Dipartimento dei mercati energetici dell'Istituto per i sistemi futuri di energia e flusso di materiali - Institut für Zukunftsenergie- und Stoffstromsysteme (IZES) - Saarbrücken, Germania, ha seguito con attenzione lo sviluppo degli EMB3R ed è ansioso di vedere cosa succederà. Come dice lui stesso: "Il calore in eccesso o di scarto è esente da carbonio... e credo che nei prossimi due anni assisteremo a un'enorme richiesta di piattaforme come le EMB3R, in grado di riunire le fonti di calore di scarto con i dissipatori di calore".

Hoffmann stesso ha lavorato per molti anni con il calore di scarto, partecipando a diversi progetti sul calore di scarto, finanziati dal Ministero federale tedesco per gli Affari economici e l'Azione per il clima (BMWK). Tra questi, il progetto KoWa - Heat Transition in Municipal Energy Supply - che studia come implementare o espandere le reti di riscaldamento municipali in Germania, come parte della transizione termica a livello nazionale.

Hoffmann organizza anche il Congresso annuale sul calore di scarto, per conto del BMWK, dal 2015 e, come sottolinea, l'interesse per il recupero del calore di scarto è aumentato drasticamente negli ultimi anni, soprattutto a causa delle ambiziose normative sul clima. Secondo il ricercatore, la generazione rinnovabile rappresenta circa il 41% dell'elettricità tedesca, ma la quota rinnovabile della fornitura di calore del Paese è solo del 17%. Data l'intenzione del governo federale tedesco, dettata dalla legge sul cambiamento climatico, di ridurre le emissioni di gas serra del 65% rispetto ai livelli del 1990 entro il 2030 e di raggiungere la neutralità climatica entro il 2045, questa disparità deve essere affrontata rapidamente.

"Nel prossimo futuro ci sarà una pianificazione del calore a livello nazionale per le municipalità tedesche - in alcuni Stati federali esiste già una pianificazione del calore obbligatoria", spiega Hoffmann. Il calore di scarto è neutro rispetto all'anidride carbonica, proprio come l'energia rinnovabile, quindi stiamo assistendo a una forte spinta verso la creazione di reti di calore che utilizzino molte energie rinnovabili ma anche il calore di scarto". La Germania ha molti programmi di finanziamento, quindi molti operatori del settore stanno cercando di trovare fonti di calore di scarto".

Tenendo presente questo aspetto, Hoffmann ha recentemente esaminato da vicino la piattaforma EMB3Rs. Ha trovato il design generale della piattaforma "molto attraente" e ha scoperto che l'aggiunta di dati relativi a nuovi pozzi e fonti è molto semplice: la facilità d'uso è fondamentale per il successo di qualsiasi piattaforma.

"Una volta scelti e inseriti i dati in EMB3R, la piattaforma offre un'ampia gamma di opzioni in ogni modulo", sottolinea. "Ad esempio, nel modulo del mercato è possibile impostare il periodo di tempo di una simulazione... e vengono affrontati anche i mercati decentralizzati: tutto questo è fantastico".

Hoffman è stato anche incuriosito dal modulo TEO, sviluppato da Kannan. Ha apprezzato in particolare il fatto che questo strumento tenga conto dei vincoli di mercato derivanti dalla regolamentazione, dalla disponibilità di calore e dai profili di carico, nonché delle caratteristiche tecno-economiche delle tecnologie e dei piani di investimento.

Speranze future

Guardando all'uso futuro di piattaforme come EMB3R, sia Kannan che Hoffman sottolineano l'importanza di utilizzare dati accurati per generare risultati precisi. Come dice Hoffman: "È sempre una questione di dati".

Per questo motivo, Kannan sottolinea come lui e i suoi colleghi stiano pensando di sviluppare un modulo di analisi della confidenza che possa aiutare gli utenti a valutare l'accuratezza dei dati immessi. Un'altra opzione interessante è quella di progettare un modulo di "analisi dei punti" che analizzi il flusso di calore attraverso un processo industriale, per ridurre al minimo il consumo di energia.

Tuttavia, Hoffmann si chiede come la disponibilità di dati reali influirà sull'uso della piattaforma. "A mio parere, la disponibilità di dati reali o, in alternativa, di dati empirici realistici determinerà se e quanto intensamente verranno utilizzati gli EMB3R", afferma. "In ogni caso, da una prima impressione, la piattaforma sembra molto promettente. Da un punto di vista funzionale, tutto sembra ottimo e tutto sembra essere stato pensato".

"Sono ora curioso di vedere come si comporterà alla fine la piattaforma e come verrà accettata sia dalle aziende che dai comuni", aggiunge. La piattaforma sarà disponibile al pubblico per essere testata poco dopo la conclusione del suo sviluppo, entro febbraio 2023.

Il 29 marzo 2023 si è svolto un test della piattaforma per le parti interessate. Maggiori informazioni qui.