Problema climatico trattato e benefici ambientali Riscaldamento e raffrescamento rappresentano circa la metà del consumo finale di energia dell'UE: il più grande segmento di uso finale dell'energia, con consumi superiori a trasporto e elettricità. Le modalitá di fornitura di riscaldamento e raffrescamento nelle aree urbane varia notevolmente da paese a paese e da città a città. Le ragioni di questa variazione sono rappresentate da condizioni climatiche, risorse energetiche disponibili localmente e decisioni strategiche prese in passato. Le tecnologie utilizzate principalmente per il riscaldamento sono le caldaie a gasolio e a gas naturale. Come si può vedere nella figura "Consumo finale europeo di energia per tecnologia di produzione utilizzata" , circa il 70% del consumo di riscaldamento (3,500 TWh/anno) è coperto dalle caldaie: le piccole caldaie per edifici residenziali e terziari coprono il 40% degli usi termici, mentre il restante 30% è servito da grandi caldaie a gas nell'industria e delle reti di teleriscaldamento. I radiatori elettrici e gli scaldabagno elettrici rappresentano il 13% dell'energia prodotta (circa 650 TWh/anno). Le grandi unità di cogenerazione per teleriscaldamento alimentate a combustibile fossile producono una quantità simile di calore. La produzione diretta di calore da fonti di energia rinnovabile è di circa il 10%, con la 8,1%, (370 TWh/anno) derivante da biomassa solida. Considerando anche il contributo dell'elettricità rinnovabile, la quota di energia rinnovabile per il riscaldamento e il raffreddamento è solo del 15%. Ciò produce enormi effetti negativi:
Mitigare questi effetti negativi é priorità delll'agenda UE, ma si producono anche:
Se consideriamo le caldaie a gas centralizzate, l'utilizzo di energia primaria (PE) - incluso il trasporto di gas - è di circa 1,4 MWh per MWh di energia fornita all'edificio (efficienza termica media 80% e fattore di energia primaria del gas pari a 1,1, dato EUROSTAT) e l'equivalente di CO2 generata ammonta a 320 kgCO2/MWh (Fattore di emissione di CO2 per gas 257 kgCO2/MWh). La maggior parte delle reti di teleriscaldamento in Europa sono gestite mediante caldaie a combustibile fossile e unità di cogenerazione. Supponendo che le migliori caldaie a gas a condensazione di grandi dimensioni siano installate con un'efficienza termica di 1 e un'efficienza di rete complessiva dell'80-85%, un PE di circa 1,2 MWh viene consumato per ogni MWh di energia fornita alla rete (corrispondente a 260 kgCO2/MWh) . I cogeneratori a gas di grandi dimensioni che trasformano circa l'85% dell'energia finale consumata in energia termica utilizzabile (oltre all'efficienza della rete), consumano circa 1,4 MWh di PE per MWh di energia messa a disposizione della rete (corrispondente a 310 kgCO2/MWh). Si può quindi ipotizzare un consumo di PE di circa 1,3 MWh e 300 kg di emissioni di CO2 equivalenti per ogni MWh di energia utile. Per la produzione di calore dall'elettricità, si ipotizza un fattore di energia primaria di 2,26, equivalente a un fattore di emissione di CO2 di 377 kg/MWh. Abbinando i parametri ambientali con gli usi energetici, possiamo calcolare un consumo di PE tra 6,000 TWh e 1,3 miliardi di tonnellate di CO2 equivalente all'anno. La maggior parte dell'inquinamento atmosferico è causato dall'uomo e deriva dall'uso di combustibili fossili e biomassa. In questo senso, sebbene la produzione sostenibile di biomassa sia una fonte di energia rinnovabile, non può essere considerata sostenibile a lungo termine per le aree urbane. In termini di emissioni locali di inquinanti si possono assumere i seguenti parametri (media europea) con riferimento alle singole caldaie a gas:
Anche questi dati possono essere incrociati con il consumo di combustibili fossili, portando a emissioni complessive annue di inquinanti di circa:
Il calcolo è prudente poiché le emissioni delle caldaie a gasolio sono in realtá molto maggiori. L'inquinamento atmosferico è la prima causa ambientale di morte nell'UE, responsabile di oltre 400.000 decessi prematuri all'anno (SEE, 2016). Secondo gli studi dell'OMS, l'esposizione al particolato può causare o aggravare malattie cardiovascolari e polmonari, infarti e aritmie, colpire il sistema nervoso centrale e il sistema riproduttivo e provocare il cancro. L'esposizione al biossido di azoto aumenta i sintomi della bronchite nei bambini asmatici e riduce la crescita della funzionalitá polmonare. I costi esterni legati alla salute variano da 330 a 940 miliardi di Euro all'anno, a seconda della metodologia di valutazione (Europa, 2013). Una delle pietre miliari dei piani ambientali dell'UE è la direttiva sulla qualità dell'aria (2008). Questa direttiva stabilisce una serie di standard di qualità dell'aria da non superare entro un determinato anno. Il "Programma aria pulita per l'Europa" (2013) stabilisce di raggiungere a breve termine l'obiettivo della piena conformità alla legislazione esistente entro il 2020, nonché quello a lungo termine di non superare i livelli delle linee guida dell'OMS per la salute umana. Un'isola di calore è un'area urbana significativamente più calda rispetto alle aree rurali circostanti, causata delle attività umane. Le isole di calore urbane sono principalmente dovute alla sostituzione della silvicoltura e dell'agricoltura con materiali di costruzione che assorbono e riflettono l'energia solare incidente. L'aumento della temperatura rispetto alla campagna produce effetti negativi su animali e piante e impatta la qualità dei fiumi e delle acque sotterranee, poiché il calore in eccesso viene raccolto dall'acqua piovana attraverso fognature e acquazzoni. Le isole di calore producono effetti secondari sulla meteorologia locale, compresa l'alterazione dei modelli di vento e delle precipitazioni. Il calore in eccesso porta a un maggiore movimento delle masse d'aria verso l'alto, che produce maggiori temporali durante l'estate, responsabili di improvvise inondazioni. Durante le ondate di calore estivo, la cui intensità e durata é aumentata nel corso degli anni nei paesi del sud dell'Europa, le alte temperature causano colpi di calore, collassi e in alcuni casi decessi. Di conseguenza, le isole di calore sono anche indirettamente responsabili dell'uso non necessario dei condizionatori d'aria, insieme a un maggiore consumo di elettricità (U.S. Environmental Protection Agency. 2008. Reducing Urban Heat Islands: Compendium of Strategies). Il settore del riscaldamento/raffrescamento svolge un ruolo chiave nel garantire il successo della transizione dell'UE verso un'economia decarbonizzata ad alta efficienza energetica, che a sua volta consentirà di mitigare i cambiamenti climatici. Si rende necessario uno sfruttamento delle fonti di energia che promuova sistemi resilienti a livello europeo, nazionale e sopratturtto a livello locale, garantendo sicurezza energetica, accessibilità e salubrità a lungo termine. In questo contesto, il passaggio al riscaldamento e raffrescamento con fonti rinnovabili locali e altre risorse sostenibili è al centro della transizione energetica europea, che è sostenuta dalla Energy Union Communication COM(2015) 80 (A Framework Strategy for a Resilient Energy Union with a Forward-Looking Climate Change Policy) e dalle direttive varate a novembre 2016 (attualmente in fase di revisione) nel pacchetto "Clean Energy for All Europeans". Secondo questo documento, è importante sviluppare strumenti che consentano alla pianificazione di riscaldamento e raffrescamento di diventare una pratica corrente principale per le autorità pubbliche e gli attori economici. Nonostante l'esistenza di soluzioni economicamente sostenibili dal punto di vista tecnico, è necessario sviluppare modelli commerciali attendibili per la fornitura di energia, in grado di supportare una loro più ampia diffusione sul mercato nell'interesse dei fornitori di energia e degli utenti finali (Energy Efficiency Directive, draft 2016). Life4HeatRecovery si focalizza sul recupero e il riutilizzo del calore di scarto delle strutture urbane, disponibile a bassa temperatura (>40° C) nelle reti di teleriscaldamento. La maggior quantità di calore di scarto disponibile nell'ambiente urbano viene immessa:
I sistemi di raffreddamento dei data center e dei supermercati rilasciano anch'essi un'enorme quantità di energia termica: il processo di refrigerazione di un supermercato di medie dimensioni rappresenta il 50% dei suoi consumi energetici e può coprire il fabbisogno di riscaldamento di 200 appartamenti. Il recupero di calore dai dry cooler dei processi industriali (alla fine della catena di raffreddamento) richiede solo lavori di tubazione con bassi impatti economci, senza interferire con la produzione industriale. In questo modo l'accettazione di queste soluzioni é piú semplice. Il recupero di calore a bassa temperatura e il suo riutilizzo per sostituire le caldaie a combustibile fossile degli edifici residenziali e terziari ha un triplo effetto positivo:
Consumo finale europeo di energia per tecnologia utilizzata per la produzione, dati 2014, ricerca Eurac da varie fonti, la leggenda si riferisce all'anello esterno. |