Il rapporto annuale dell'ENEA sull'efficienza energetica: Ricerca applicata e Tecnologie

Ricerca applicata, tecnologie e strumenti a livello settoriale 

Nel 2011, i due terzi della spesa pubblica nella ricerca energetica in UE è stato finanziato direttamente dagli stati membri attraverso le rispettive politiche nazionali, mentre la parte rimanente è stata sovvenzionata dai programmi di finanziamento della Commissione Europea: Francia, Germania, Regno Unito e Italia sono i paesi europei che hanno erogato in termini assoluti i maggiori finanziamenti di ricerca nel settore energia. In Italia, il finanziamento pubblico per la R&S nel settore energetico è stato di circa 400 milioni di euro, con una crescita del 36% rispetto al 2005. La quota dedicata all’efficienza energetica sul totale dei fondi stanziati a livello governativo per la R&S energetica risulta più elevata in Austria (53%), Finlandia (46%), Regno Unito (43%) e Svezia (37%) mentre in Italia, Spagna, Francia e Germania si attesta su valori intorno al 20%.

Spesa pubblica in R&S di alcuni paesi UE (Milioni di Euro), anno 2012 

Analizzare le tecnologie efficienti nel settore industriale è un compito sempre difficile e intrinsecamente parziale. Le difficoltà emergono infatti sia a livello di semplice denominazione tipologica, sia a livello di quantificazione delle corrispondenti ricadute energetiche ed implicazioni economiche. In generale, incrementi di efficienza possono ottenersi in due aree ben distinte sia dal punto di vista operativo che concettuale: i servizi di stabilimento ed il processo produttivo.

I servizi di stabilimento comprendono tutte le impiantistiche di supporto al processo: quelle tipiche e sempre presenti in ogni contesto sono impianti di trasformazione e distribuzione dell’energia elettrica, di produzione e distribuzione di energia termica e frigorifera, di aria compressa, di illuminazione, ecc. Gli interventi di risparmio energetico sui servizi di stabilimento sono tipici e non è stato complesso definire schede standardizzate per l’ottenimento di Certificati Bianchi, essendo le tipologie impiantistiche note e gli algoritmi di calcolo dei relativi risparmi derivabili con sufficiente precisione.

Nell’area del processo produttivo è molto più difficile definire degli interventi tipo poiché, in pratica, i processi produttivi sono sterminati, così come le relative impiantistiche e le corrispondenti modalità gestionali. Alcune tipologie di intervento sono abbastanza ben predicibili in ben definiti stabilimenti produttivi quali laterifici, cementifici o cartiere; tuttavia, le modalità produttive variano in modo sostanziale, come ad esempio nei settori della chimica e petrolchimica, della meccanica, della siderurgia/metallurgia o del tessile. Inoltre, non sono rare le invenzioni sul processo, rendendo possibili nuovi prodotti con nuovi processi aventi diverse richieste energetiche.

Poiché l’ENEA è attiva dal 2006 nella valutazione delle proposte presentate nel sistema dei Certificati Bianchi, per avere un quadro più allargato sulle tecnologie efficienti adottate nell’industria si è fatto riferimento alla banca dati istituita dalla stessa ENEA, dalla quale è stata desunta un’ampia casistica delle installazioni incentivate.

Nell’ambito delle tecnologie cogenerative incentivate attraverso il meccanismo, la maggior parte dei progetti realizzati negli ultimi anni ha riguardato motori a combustione interna relativi ad impianti di piccola taglia (da 0,5 MWe a 5 MWe); le turbine a gas costituiscono la seconda tecnologia più ricorrente (impianti con potenza tra 3 e 10 MWe); le centrali con ciclo combinato sono relative a impianti di taglia superiore, da un minimo 10 MWe a oltre 400 MWe; infine, le turbine a vapore hanno al momento un ruolo del tutto marginale, sia in termini di numerosità di nuove installazioni che di risparmi ottenuti. La Tabella 1 riporta i dati tecnici e tempi di pay-back per la realizzazione di un impianto tipo per le differenti tecnologie cogenerative analizzate.

Tabella 1 – Parametri tecnico-economici per investimenti nelle tecnologie cogenerative

La maggior parte degli interventi che comportano l’impiego di impianti a biomasse realizzati negli ultimi anni consiste nell’installazione di caldaie alimentate con scarti di processi produttivi (biomasse solide), tipicamente nei settori agroalimentare, del legno e delle aziende produttrici di cippato e pellet, dove la disponibilità di residui ne determina una naturale applicazione. 

Dal trattamento dei rifiuti si possono ottenere prodotti combustibili, costituiti principalmente da carta, plastica, legno e fibre: dal 2012 quelli rispondenti a determinate specifiche sono riconosciuti come combustibili solidi secondari. In particolare, nell’industria del cemento si sta diffondendo tale pratica per l’alimentazione del forno per la produzione di clinker. 

Gli interventi di recupero termico sono fra i più realizzati in industria. L’analisi condotta sui progetti incentivati ha fatto registrare mediamente un risparmio di circa 1.000 tep/anno per ogni installazione. Molto spesso il calore recuperato a bassa temperatura viene utilizzato in altri processi all’interno dell’impresa: un tipico esempio è quello nell’industria della ceramica, dove dal forno di cottura viene prodotta una notevole quantità di aria calda che può essere recupera nella fase di essiccamento o per la climatizzazione invernale dei reparti.  

Per quanto riguarda l’efficientamento termico, si segnalano diverse tecnologie applicate a seconda del comparto: ad esempio, nell’industria del vetro un intervento che ha prodotto ingenti risparmi energetici consiste nell’ammodernamento del forno fusorio; nello stesso comparto e nel siderurgico si applica generalmente l’ossicombustione, nel petrolchimico la pinch technology, nell’alimentare la ricompressione meccanica del vapore, nelle cartiere il revamping della macchina continua.

Infine, una tecnologia che si va sempre più affermando in tema di efficientamento termico è quella dei bruciatori rigenerativi, in sostituzione di quelli tradizionali: la Tabella 2 riporta i dati tecnici e tempi di pay-back associati alla realizzazione di tale intervento di natura trasversale, riscontrato in più comparti quali siderurgico, alimentare, ceramico, cemento, meccanica e vetro.

Tabella 2 – Parametri tecnico-economici per investimenti nei bruciatori rigenerativi

In tema di efficientamento elettrico, l’azionamento di motori con inverter è la tecnologia adottata più frequentemente negli ultimi anni: la Tabella 3 riporta i dati tecnici e tempi di pay-back associati alla realizzazione di un intervento tipo.

Tabella 3 – Parametri tecnico-economici per investimenti negli inverter

Altre tecnologie adottate in ambiti industriali e che hanno giocato un ruolo importante nel numero di progetti incentivati sono: le membrane separative; l’ammodernamento delle stazioni radio per l’erogazione del servizio GSM/DCS e UMTS da parte delle principali società di telecomunicazioni; il sistema di ossidazione a bolle fini, applicato ad impianti di depurazione di acque reflue sia civili che industriali; la produzione di gas tecnici on-site, tipicamente nei comparti petrolifero, chimico, energetico e metallurgico.

Infine, si segnala l’applicazione di tecnologie dedicate al trattamento dei solventi, interessanti non tanto per le dimensioni di risparmio conseguibile attraverso un singolo intervento, quanto per le possibilità di replica e per la sinergia positiva tra gli aspetti ambientali e quelli energetico/economici, importanti per favorirne la diffusione nelle medie e piccole imprese di diversi ambiti produttivi.

Le tecnologie che nel settore residenziale e non residenziale possono apportare un significativo contributo alla riduzione dei consumi energetici riguardano in particolare: l’impiantistica ad alta efficienza materiali, dispositivi e prodotti per la riduzione delle dispersioni energetiche delle tubazioni degli impianti termici o per un miglior rendimento della diffusione finale del calore; materiali dedicati per l’isolamento termico degli edifici; laterizi innovativi, con caratteristiche di elevato isolamento termico; prodotti e sistemi per la riduzione delle dispersioni e degli assorbimenti di calore (quali ad esempio serramenti ad alte prestazioni termiche, vetri a controllo solare per la riduzione del fabbisogno di climatizzazione estiva, schermature solari esterne mobili). Inoltre, si vanno sempre più affermando tecnologie e sistemi innovativi quali i sistemi domotici, l’involucro attivo, il solar cooling, lo smart building e la cogenerazione.

Gli obiettivi definiti dal quadro tecnico normativo italiano e nazionale per i Nearly Zero Energy Building richiedono livelli prestazionali sempre maggiori per i componenti ed i sistemi dell’involucro edilizio. Gli obiettivi perseguiti sono essenzialmente di due tipi: estremizzare le prestazioni per i componenti statici e favorire soluzioni che rendano l’involucro edilizio come un sistema dinamico, in grado di adeguarsi all’evolversi delle condizioni ambientali esterne ed interne.

Il miglioramento della prestazione estiva dei componenti opachi è sempre più spesso delegata al controllo solare, raggiungibile attraverso materiali ad elevata riflettanza solare, i cosiddetti cool materials, il cui utilizzo per le coperture e le facciate degli edifici limita l’apporto solare e quindi la richiesta energetica per il raffrescamento. L’utilizzo di materiali generalmente chiari consente di ridurre la potenza degli impianti di illuminazione esterna a parità di prestazione illuminotecnica e riveste quindi una notevole importanza per l’efficienza energetica negli usi finali, in particolar modo quelli elettrici, legati alla riduzione dei regimi termici durante la stagione estiva. I cool materials trovano applicazione anche per le pavimentazioni di spazi urbani aperti con elevate potenzialità di risparmio energetico conseguibili a scala urbana e di edificio.

Per quanto riguarda l’involucro trasparente, raggiunto il massimo dell’isolamento termico per i vetro-camera con trattamenti basso emissivi, gli obiettivi sono, da un lato, quello di spingere ulteriormente l’isolamento termico passando a vetrazioni multiple per climi freddi; dall’altro, migliorare la selettività del componente vetrato per climi caldi. Notevoli miglioramenti di isolamento termico sono stati inoltre raggiunti negli infissi di legno, alluminio e PVC. Materiali innovativi sul mercato da alcuni anni sono i vetri elettrocromici, tuttavia i costi ancora proibitivi li relegano ad applicazioni di nicchia; maggiore riscontro si ha per il fotovoltaico trasparente che comincia ad avere applicazioni maggiori, sfruttando tecnologie innovative o consolidate come il silicio.

Per quanto riguarda la protezione solare, l’innovazione è orientata soprattutto verso l’integrazione architettonica con soluzioni hi-tech sempre più ardite (griglie metalliche e plastiche, con trame bi e tri-dimensionali).

Nella filiera agroalimentare è stringente la necessità di interventi per ridurre lo spreco delle produzioni orticole, che è pari ad oltre il 50%, rispetto alle diverse categorie che intervengono nella filiera, per le coltivazioni in pieno campo mentre raggiunge quasi il 60% per le coltivazioni in serra.

Nell’ambito del Programma Ricerca di Sistema, l’ENEA ha in corso una attività mirata alla definizione sia tecnica sia energetica dei sistemi Greenery per gli edifici. Per la realizzazione di coperture a verde mediante la coltivazione in verticale e in orizzontale di essenze vegetali, è stata stimata una riduzione di energia tra il 5 e il 15% per il riscaldamento invernale e tra il 5 e il 50% per il raffrescamento.

Nella Pubblica Amministrazione, il Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare, con la collaborazione dei Ministeri di Economia e Finanze e Sviluppo Economico e di CONSIP, ENEA, ISPRA, ARPA, attraverso un ampio processo di consultazione con enti locali e parti interessate, ha messo a punto il Piano d’azione per la sostenibilità ambientale dei consumi della Pubblica Amministrazione. 

Il Piano ha l’obiettivo di diffondere presso gli enti pubblici la pratica di acquisti verdi (cosiddetto Green Public Procurement) con ridotto impatto ambientale, in particolare in relazione a consumo di risorse naturali (energia, acqua, ecc.), contenuto di sostanze pericolose, emissioni inquinanti e produzione di rifiuti, tenendo anche conto degli aspetti economici e degli impatti sociali (di natura etica e relativi a sicurezza e salute) che i beni, i servizi e i lavori hanno durante il loro intero ciclo di vita. 

In particolare, il Piano identifica le categorie di beni, servizi e lavori ai quali corrispondono ingenti volumi di spesa pubblica e per i quali appare prioritario migliorare la sostenibilità attraverso la definizione di specifici criteri da inserire nelle procedure di acquisto pubbliche (cosiddetti criteri ambientali minimi). Ad esempio, per quanto riguarda l’illuminazione pubblica, i risparmi ottenibili dall’applicazione di tali criteri in tutti i comuni italiani con non più di 100.000 abitanti ammontano a circa 0,4 Mtep, cui corrispondono più di 1,3 milioni di tonnellate di CO2 evitate (Tabella 4).

Tabella 4 – Stima del contributo dei criteri ambientali minimi nell’illuminazione pubblica

Il contratto di rendimento energetico è già da tempo contemplato nella normativa e applicato a livello europeo. La citata Direttiva 2012/27/UE ha ridefinito tale strumento all’articolo 2 nel modo seguente:

“Accordi contrattuali tra il beneficiario e il fornitore di una misura di miglioramento dell’efficienza energetica, verificata e monitorata durante l’intera durata del contratto, laddove siano erogati investimenti (lavori, forniture o servizi) nell’ambito della misura in funzione del livello di miglioramento dell’efficienza energetica stabilito contrattualmente o di altri criteri di prestazione energetica concordati, quali i risparmi finanziari”. 

In attesa del recepimento della Direttiva 2012/27/UE, la principale fonte normativa nell’ordinamento giuridico italiano riguardante il contratto di rendimento energetico è il Decreto Legislativo 115/2008: è sulle pubbliche Amministrazioni che ricade il compito di mostrarsi virtuose non solo nell’erogazione di servizi, negli investimenti e nella manutenzione degli impianti/edifici, favorendo l’utilizzo degli strumenti volti al risparmio e all’efficientamento, ma anche nella scelta del contraente, laddove devono essere privilegiati i concorrenti che offrono maggiori garanzie di efficienza energetica. 

Nell’elaborazione del format di contratto di rendimento energetico, l’ENEA sta adottando le disposizioni già contenute nella Direttiva 2012/27/UE, anticipandone di fatto il recepimento per ciò che riguarda questo strumento. Per tenere conto delle diverse osservazioni portate all’attenzione dagli stakeholders si sta lavorando ad un contratto che subordina la futura fornitura e manutenzione a valle della realizzazione degli interventi previsti, che rappresenteranno la prima e necessaria fase per il perfezionamento del contratto energetico in senso stretto. 

In particolare, il soggetto aggiudicatario del contratto di rendimento energetico vedrà assicurata la fornitura e manutenzione degli impianti/edifici per tutta la durata degli interventi di efficientamento. Conclusa l’opera la Pubblica Amministrazione dovrà comunque verificare che essa garantisca il risparmio stabilito in sede contrattuale e solo allora decidere se risolvere il contratto e rivolgersi ad altro operatore, oppure affidare in via definitiva la fornitura e la manutenzione al soggetto che ha posto in essere gli interventi di riqualificazione. 

In questo modo, la Pubblica Amministrazione ha la garanzia che gli interventi posti in essere dalla controparte siano eseguiti a regola d’arte e nel rispetto di quanto proposto nel progetto esecutivo: le ESCo avrebbero infatti tutto l’interesse a ottenere anche la futura manutenzione e fornitura dei vettori energetici, in quanto ciò ridurrebbe decisamente i tempi di rientro del capitale inizialmente investito. Il risultato finale sarebbe l’emergere di una molteplicità di soggetti virtuosi sul mercato delle opere di riqualificazione, stimolandone la crescita e la competitività. 

Per il settore dei trasporti, la normativa europea relativa alle emissioni di anidride carbonica sempre più stringente (95 g/km di CO2 al 2020) ha spinto la maggior parte dei costruttori di auto a inserire nella propria flotta anche modelli ibridi ed elettrici. Nel 2012 si è registrato un significativo segnale di crescita delle vendite di auto elettriche con un aumento di circa il 40% rispetto al 2011; anche per le auto ibride la crescita è stata consistente (+24%). Tuttavia il settore elettrico-ibrido continua a costituire ancora una quota marginale del mercato e del parco circolante, sebbene si continuino a registrare crescenti progressi tecnologici in termini di autonomia e di prestazioni energetiche: queste ultime potrebbe ulteriormente aumentare con la diffusione di sistemi per la ricarica rapida, rendendo quindi più competitive sul mercato queste tipologie di veicolo. 

Anche nel settore del trasporto collettivo sono sul mercato e si stanno diffondendo veicoli con tecnologie alternative: i bus alimentati elettricamente hanno consumi specifici alle ruote molto più bassi (circa un quarto) di quelli che montano motori a combustione interna (diesel o a metano). Tuttavia, gli elevati costi di acquisto e l’implementazione del servizio in modalità elettrica, con predisposizione delle necessarie infrastrutture, hanno ad oggi un rapporto costo-beneficio ancora molto svantaggioso per ripagare in tempi brevi l’investimento necessario. 

Il veicolo elettrico più piccolo sul mercato è la bicicletta a pedalata assistita (cosiddetta Pedelec), con un’autonomia che può raggiungere i 100 km. Il Pedelec favorisce la scelta verso la bicicletta, in quanto oltre a soddisfare gli spostamenti individuali può essere utilizzata anche per spostamenti di famiglie con bambini (cosiddetto bakfiet), per servizi di ciclo-corrieri e per sistemi di bike sharing. Da notare come nel 2012, per il secondo anno consecutivo, il numero di biciclette vendute in Italia ha superato quello di autovetture.

Fonte www.enea.it