Se immaginiamo l’impatto ambientale di una fabbrica, la nostra mente corre subito a enormi macchinari energivori, alimentati da chilometri di cavi elettrici. È un’immagine soltanto parziale. il vero cuore pulsante, e inquinante, degli stabilimenti non è tanto l’elettricità, quanto il calore industriale.
In Europa, la netta maggioranza delle emissioni industriali non deriva da computer o da motori e generatori, bensì dal vapore e dall’acqua calda. Processi essenziali svolti quotidianamente su vasta scala, come pastorizzazione alimentare, lavaggio industriale o tintura di tessuti, richiedono quello che tecnicamente si definisce calore a bassa temperatura, ovvero sotto i 200°C. Questo viene prodotto pressoché integralmente bruciando gas fossile in caldaie obsolete. Sostituire questi sistemi con pompe di calore industriali elettrificate potrebbe essere lo stimolo e il punto di partenza di una reale decarbonizzazione dell’industria.
Il dato shock: il peso invisibile del calore termico in Europa
Mentre il dibattito pubblico si concentra ancora troppo spesso sull’auto elettrica e altri processi o mezzi che, in realtà, incidono in maniera piuttosto limitata sul cambiamento climatico, il settore termico industriale rimane una sorta di gigante invisibile nelle statistiche climatiche. Eppure, si tratta di un elemento dall’impatto significativo, sia in termini di consumo energetico sia di emissioni. La sua transizione rappresenta una delle principali sfide per la decarbonizzazione. Si consideri che la sola industria europea è responsabile di quasi il 20% delle emissioni totali di gas serra. La generazione di calore industriale rappresenta il 66% della destinazione dell’energia impiegata nei processi industriali.
I consumi reali delle fabbriche
I numeri raccolti dall’Agenzia Internazionale dell’Energia parlano chiaro. Circa il 60-70% dell’energia totale consumata dall’industria manifatturiera europea serve a generare calore termico, non forza motrice. Quasi la metà di questo calore è destinato a processi che non superano mai la temperatura di 200°C. Si tratta di un segmento dominato per oltre il 90% dai combustibili fossili. Ciò rende le emissioni termiche delle aziende uno dei nodi più difficili da sciogliere per raggiungere gli obiettivi di neutralità climatica. Gran parte di questi processi, è elettrificabile già oggi.
Dall’alimentare al tessile: i settori più colpiti
Per capire l’entità della sfida dell’elettrificazione, basta guardare al carrello della spesa o al nostro armadio. La pastorizzazione del latte; l’essiccazione della pasta; la produzione di carta e la tintura dei filati tessili, tutti processi necessari alla produzione di prodotti che utilizziamo e/o consumiamo quotidianamente, hanno bisogno di calore a bassa temperatura, compresa tra 100 e 200 gradi, e lo ottengono servendosi, principalmente, di gas naturale.
Per le piccole e medie imprese italiane, ma anche europee, la dipendenza dal calore fossile rappresenta oggi la principale causa di emissioni di anidride carbonica. Ciò non comporta soltanto un problema ambientale dovuto all’impatto causato dall’utilizzo di queste forme di energia ma, allo stesso tempo, anche una questione di tipo economico. Servirsi di questa fonte energetica aumenta il rischio di esposizione alla volatilità dei prezzi energetici per le PMI. In uno scenario di questo tipo, l’industria alimentare e quella tessile, maggiormente dipendenti dal calore a bassa temperatura e fornitrici di prodotti primari, sono quelle che soffrono di più.
Temperature di riferimento e tecnologie per la decarbonizzazione dell’industria
Organizzare la transizione e attrezzarsi per decarbonizzare implica una comprensione di quale tecnologia vada applicata a ogni specifico processo produttivo. In tabella indichiamo le alternative green applicabili a differenti settori industriali che operano a temperature diverse.
| Fascia di temperatura | Esempi di settori industriali | Soluzione green attuabile |
| Bassa (< 200°C) | Alimentare, tessile, farmaceutico, cartiero. | Pompe di calore industriali, ad alta temperatura, con alimentazione elettrica. |
| Media (200°C – 500°C) | Chimica, raffinerie, essiccazione, produzione di ceramica. | Caldaie elettriche; sistemi ibridi di ultima generazione; solare termico a concentrazione. |
| Alta (> 500°C) | Acciaierie, cementifici, produzione di vetro. | Idrogeno verde, forni ad arco elettrico (EAF). |
Pompe di calore industriali: una soluzione tecnologica
Una pompa di calore industriale rappresenta una soluzione elegante ed efficiente. La fisica ce la mette a disposizione per generare le temperature necessarie al funzionamento dei settori industriali che necessitano di un ambiente il quale non si scaldi oltre i 200 gradi.
Questo dispositivo offre un modo efficace per riutilizzare il calore residuo e diminuire la dipendenza dai combustibili fossili. È in grado di aumentare l’efficienza energetica di svariati processi industriali e utilizza considerevolmente meno energia per generare la stessa quantità di calore utile dei metodi tradizionali di riscaldamento. La pompa può essere alimentata da energia eolica o solare e traghettare l’industria verso una nuova era, caratterizzata da innovazioni tecnologiche importanti in campo energetico.
Come funzionano le pompe industriali e perché sono superiori alle caldaie a gas
Il principale vantaggio legato all’elettrificazione del calore risiede nell’efficienza termodinamica. Una caldaia a gas tradizionale ha un’efficienza massima attorno al 95%. La percentuale, naturalmente, vale soltanto per le macchine più prestanti. Allo scopo di generare calore, queste caldaie bruciano energia. Una pompa, invece, utilizza l’elettricità solo per spostare calore da una sorgente all’altra e innalzare la temperatura.
Il valore di riferimento è il cosiddetto coefficiente di performance, o COP. Si tratta di una grandezza fisica definibile come il rapporto tra il calore fornito al processo di generazione di energia termica (Qout in formula) e l’energia elettrica consumata (Win). Un impianto industriale moderno può raggiungere un COP di 3 o 4. Questo significa che, per ogni kW di elettricità immesso nella pompa industriale, si ottengono 3 o 4 kW di calore. È un’efficienza energetica imbattibile. Nessuna combustione, tra quelle di cui siamo a conoscenza, può raggiungerla.
COP = Qout / Win
Il recupero del calore di scarto
L’economia termica circolare rappresenta la realizzazione dell’idillio tra industria e sostenibilità. Molte aziende dissipano calore residuo, nei compressori o nei sistemi di raffreddamento, gettando letteralmente energia fuori dalle finestre e originando uno spreco notevole. Le pompe industriali di cui stiamo scrivendo possono catturare questo calore di scarto, a bassa e bassissima temperatura, pomparlo a un livello termico superiore e reinserirlo all’interno del ciclo produttivo, una volta salito di gradi. In questo modo, l’energia si riutilizza, invece di liberarsene quando può ancora svolgere il suo compito.
Ostacoli alla transizione e incentivi necessari per decarbonizzare il calore industriale
Nonostante i vantaggi tecnici offerti da una pompa di calore siano notevoli, come abbiamo scritto, quella che potrebbe rappresentare una vera e propria rivoluzione procede a rilento. La barriera principale è ovviamente economica. Il costo d’acquisto di un simile dispositivo è significativamente più alto rispetto a quello di una caldaia a gas, mai troppo costosa, anche quando si tratta di una macchina industriale. Ciò è particolarmente problematico nel nostro Paese, dove il rapporto tra il costo dell’elettricità e quello del gas è generalmente sfavorevole e finisce per allungare considerevolmente i tempi di rientro dell’investimento.
Secondo il Kyoto Club e Legambiente, al fine di accelerare la decarbonizzazione dell’industria, sarebbero necessarie politiche di supporto strutturali. Strumenti come il piano Transizione 5.0 e incentivi mirati allo svecchiamento delle centrali termiche sono di fondamentale importanza, se si vuole permettere alle PMI di abbandonare i fossili senza perdere competitività. Soltanto ridefinendo le modalità di produzione di calore industriale potremo davvero avviare, nei fatti, la transizione ecologica del manifatturiero e dell’alimentare.
