Trasformazione del sistema energetico svizzero
Dove c'è una volontà, c'è un modo per farlo
Crisi climatica, carenza energetica, abbandono del nucleare. Dobbiamo trasformare il nostro sistema energetico. Questo è chiaro. È chiaro anche che sarà complesso e costoso. Ma molto dipende da noi, afferma Peter Richner, esperto di energia e vicedirettore dell'Empa. Molte tecnologie sono già disponibili, ma sono (troppo) poco utilizzate.
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Nei decenni passati, la disponibilità permanente di energia a basso costo era un dato di fatto che non veniva quasi mai messo in discussione. Il cambiamento climatico, da un lato, e il previsto abbandono dell'energia nucleare, dall'altro, hanno innescato discussioni sulla ristrutturazione del nostro sistema energetico, ma le misure necessarie sono state attuate finora solo in modo esitante.
Nel 2022 la situazione è cambiata radicalmente. In Europa in particolare - e quindi anche in Svizzera - c'era una massiccia carenza di energia disponibile. A seguito dell'attacco russo all'Ucraina, le forniture di gas dalla Russia, che prima coprivano più del 30% della domanda europea, si sono esaurite quasi completamente. Allo stesso tempo, solo il 50% circa delle centrali nucleari francesi è attualmente collegato alla rete, poiché i lavori di revisione sono rimasti indietro durante la pandemia e, inoltre, sono sorti problemi di corrosione sulle condutture, che hanno portato a indagini più lunghe.
Decuplicazione del prezzo dell'elettricità
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La conseguente carenza di forniture energetiche ha fatto aumentare massicciamente i prezzi in tutti i settori, soprattutto per il gas e l'elettricità. Per un breve periodo, i prezzi dell'elettricità per il primo trimestre del 2023 hanno superato i 1.000 euro per MWh sui mercati a termine - un aumento di dieci volte in un anno! Per riportare l'offerta e la domanda in una sorta di equilibrio, nel breve periodo l'attenzione si concentra sulle misure di efficienza e di risparmio. A medio e lungo termine, l'obiettivo è rendere disponibile energia da altre fonti, che devono essere anch'esse rinnovabili e a basse emissioni di CO2. La ricerca orientata ai materiali e alle tecnologie, come quella condotta all'Empa, costituisce la base su cui sviluppare risposte pratiche a queste sfide.
Una trasformazione massiccia del nostro sistema energetico nel giro di pochi mesi o anni è impossibile, anche se molti vorrebbero che avvenisse al momento. La costruzione di impianti solari alpini e i relativi adeguamenti della rete elettrica, l'innalzamento delle dighe delle centrali di accumulo e il passaggio all'idrogeno prodotto in modo rinnovabile per le applicazioni industriali ad alta temperatura comportano enormi investimenti e non possono essere attuati dall'oggi al domani. Pertanto, attualmente dovremmo concentrarci innanzitutto sulle misure di efficienza e risparmio. Il modo più semplice e veloce, almeno in teoria, è quello di attuare cambiamenti comportamentali, che spesso sono solo una questione di volontà. L'esempio più ovvio è l'abbassamento della temperatura ambiente in inverno, che può far risparmiare circa il 6-7% di energia per grado.
Risparmiare un quarto dell'energia di riscaldamento
Tuttavia, è difficile farne a meno, ma ci sono sicuramente modi per ridurre significativamente il consumo energetico senza perdite evidenti in termini di comfort o prestazioni. La digitalizzazione, in particolare, offre possibilità completamente nuove. Felix Bünning e Benjamin Huber del dipartimento Urban Energy Systems hanno sviluppato un algoritmo di controllo basato sui dati per la regolazione della temperatura ambiente e lo hanno messo alla prova in NEST. Con l'aiuto di un sensore di temperatura, in due settimane è possibile creare un modello specifico per la stanza, che viene utilizzato in combinazione con le previsioni meteorologiche per controllare il riscaldamento e il raffreddamento. Ciò avviene in modo completamente automatico attraverso l'apprendimento automatico, senza la necessità di conoscere le condizioni fisiche di un edificio. Pertanto, questa tecnologia può essere implementata in modo semplice, rapido e senza adeguamenti tecnici in numerosi edifici. Rispetto alla regolazione convenzionale del riscaldamento, il consumo energetico può essere ridotto del 20-30%, come ha dimostrato una sperimentazione su larga scala nell'edificio amministrativo dell'Empa a Dübendorf nell'inverno 2021/2022. E: circa il 90% dei dipendenti ha dichiarato di non aver notato alcuna perdita di comfort. Nel frattempo, i due ricercatori hanno fondato la start-up "viboo" e sono pieni di entusiasmo per dimostrare ancora una volta che "Empa - The Place where Innovation Starts" è molto più di uno slogan.
Una questione di prezzo
Sono disponibili numerose altre soluzioni, che negli ultimi anni hanno dimostrato il loro potenziale e la loro fattibilità in laboratorio e nei primi progetti dimostrativi. Tuttavia, non hanno ancora trovato spazio sul mercato, semplicemente perché non hanno reso ai precedenti prezzi dell'energia e della CO2. L'unità NEST "Solar Fitness and Wellness", ad esempio, propone un concetto energetico innovativo in grado di ridurre di tre volte il consumo energetico di saune e bagni di vapore; inoltre, consente un approvvigionamento quasi esclusivo di energia solare in combinazione con tecnologie di accumulo. Solo ora, quando gli hotel si trovano improvvisamente a dover far fronte a prezzi dell'elettricità dieci volte più alti, l'interesse per questa tecnologia sta aumentando a dismisura e ci sono buone probabilità che l'implementazione nella pratica con i partner dell'industria diventi realistica.
Lo stesso vale per la diffusione dei "contatori intelligenti". Sebbene la tecnologia sia ben nota e i dispositivi corrispondenti siano disponibili, la Svizzera sta prendendo tempo con l'implementazione; entro il 2027, l'80% di tutti i contatori elettrici dovrà essere sostituito da "contatori intelligenti". Questi sono un prerequisito fondamentale per l'integrazione di energia rinnovabile generata in modo decentralizzato e per il bilanciamento del carico a bassi livelli di rete. Ciò consente di ottenere notevoli guadagni di efficienza a livello di quartiere, come hanno dimostrato le ricerche condotte negli ultimi anni dall'Empa e dai suoi partner. Nell'attuale situazione di incertezza della fornitura di energia elettrica, l'installazione a livello nazionale di "Smart Meters" sarebbe un prerequisito per poter controllare la domanda in modo mirato in caso di carenza di energia, controllando centralmente gli apparecchi il cui funzionamento non è critico dal punto di vista temporale, come il riscaldamento o le caldaie.
Ci sono quindi molte soluzioni pronte e in attesa di essere implementate, e quindi di dare un contributo significativo a un approvvigionamento energetico neutrale dal punto di vista climatico, affidabile e conveniente. Tuttavia, sono necessari ulteriori sforzi per seguire con successo il percorso fino alla fine. L'attenzione si concentra sulle soluzioni che consentono di immagazzinare l'energia per diversi periodi di tempo e di trasportarla su lunghe distanze. Nuovi concetti di batterie basate su materie prime non critiche e concetti di riciclaggio per le batterie ad alte prestazioni, essenziali per la mobilità, sono al centro di diversi progetti di ricerca dell'Empa.
L'autosufficienza energetica è un'utopia
La completa autosufficienza energetica della Svizzera non ha senso né dal punto di vista economico né da quello tecnico. Oltre all'espansione delle energie rinnovabili a livello nazionale, occorre quindi trovare il modo di importare energia rinnovabile, soprattutto in inverno. Non è certo che ciò sia possibile da parte dei Paesi vicini, poiché è probabile che i sistemi energetici dei nostri Paesi confinanti si sviluppino in modo molto simile. In altri luoghi del mondo, invece, il potenziale di generazione di energia rinnovabile è enorme, ad esempio nelle regioni desertiche del Nord Africa, del Medio Oriente o in Patagonia e Australia. Tuttavia, trasportarla su distanze così lunghe sotto forma di elettricità non è fattibile. L'elettricità generata dal vento o dal sole deve essere prima convertita in vettori energetici chimici come idrogeno, ammoniaca o idrocarburi sintetici. Questo rende l'energia immagazzinabile e trasportabile allo stesso tempo. Nuovi catalizzatori e processi catalitici sono essenziali per rendere i processi di conversione chimica il più efficienti possibile e per produrre vettori energetici che forniscano il massimo beneficio possibile, ad esempio come sostituto della paraffina (fossile). In tutti questi approcci innovativi, il bilancio dei gas serra è centrale. Questo dovrebbe essere "netto zero" o - idealmente - addirittura negativo, cioè ridurre la concentrazione di gas serra nell'atmosfera.
Grazie alle sue conoscenze nella scienza dei materiali e nello sviluppo tecnologico, l'Empa continuerà a sviluppare nuove soluzioni che consentiranno di porre il nostro sistema energetico su basi sostenibili. Tuttavia, noi come società dobbiamo raccogliere la volontà necessaria e la corrispondente serietà per affrontare con successo questo percorso impegnativo insieme.
Dr. Peter Richner
Civil and Mechanical Engineering
Tel. +41 58 765 4140
peter.richner@empa.ch
Communicazione
Tel. +41 58 765 4592
michael.hagmann@empa.ch
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