Non basta sostituire le fonti fossili: la chiave per costruire sistemi energetici resilienti, efficienti e sostenibili risiede nella capacità di integrare soluzioni differenti adottando una cultura della multidisciplinarietà
Integrazione delle tecnologie termiche per la transizione energetica
La Commissione Europea, già alla fine degli anni ’90, ha introdotto il principio di Energy Efficiency First e, con il documento Best Available Techniques for Energy Efficiency elaborato nell’ambito della Direttiva IPPC, ha indicato con chiarezza la necessità di integrare soluzioni, competenze e attori diversi per ridurre la dipendenza dalle fonti fossili e rispondere alla crescita della domanda, chiedendo anche cooperazione tra industria e territorio.
Tuttavia, la transizione energetica, fino ad oggi, è stata spesso condotta come se si trattasse di una competizione tra tecnologie e come se si limitasse ad una corsa alla sostituzione dell’esistente (carbon intensive) con il nuovo (carbon free).
Il risultato è che gli obiettivi non sono stati raggiunti e che la dipendenza energetica non si è significativamente ridotta; senza contare che la capacità industriale interna non si è rafforzata e si è aperto il tema della dipendenza tecnologica e delle materie critiche. In buona sostanza, non c’è stato il cambio di paradigma auspicato.
Guardando al settore termico, la mancata assunzione dei principi guida Europei risulta ancora più evidente. Eppure, il calore è la dimensione più rilevante dell’energia, considerato che in Italia oltre il 60% del gas naturale è impiegato per produrre calore nei settori industriale, terziario e civile (nel solo residenziale, il riscaldamento e l’acqua calda sanitaria assorbono circa il 40% dei consumi).
Ignorare le tecnologie termiche e un sano principio di integrazione, tradotto in termini concreti, significa rinunciare agli obiettivi di indipendenza. Tra l’altro, il riscaldamento rappresenta il 70% della spesa energetica delle famiglie, e intervenire in questo ambito significa incidere direttamente e positivamente sul contrasto alla povertà energetica.
A questo va aggiunto che l’Italia è leader nella termotecnica, perché la maggior parte dei componenti chiave è prodotta in stabilimenti interni, con garanzia di qualità, tracciabilità e sicurezza di approvvigionamento. Questa filiera trae origine da una tradizione meccanica e meccatronica consolidata (dall’oil&gas alla motoristica industriale) che l’ha resa un riferimento mondiale, con oltre 1,6 milioni di addetti nel comparto metalmeccanico e meccatronico, che pesa per quasi il 50% su quello riferito al settore manifatturiero (FONTE: Federmeccanica 2023 – L’Industria meccanica e Meccatronica. Dato elaborato da Federmeccanica su dati Eurostat).
Favorire l’efficienza termica si traduce in un vantaggio competitivo nazionale.
Le tecnologie sono disponibili: pompe di calore, ORC, cogenerazione, accumuli termici (latenti e sensibili). Non deve però essere persa l’occasione di considerarli come componenti di un sistema che, se progettato in modo sinergico, permette di ridurre la domanda di energia primaria, aumentare l’efficienza complessiva e accelerare la decarbonizzazione.
Non esiste, infatti, una tecnologia “vincente” in senso assoluto. I criteri guida devono essere risparmio energetico, indipendenza dalle importazioni e autonomia tecnologica, valorizzando le filiere interne. Promuovere l’integrazione delle soluzioni significa adottare una cultura della multidisciplinarietà: un approccio più complesso, ma l’unico capace di generare risultati duraturi. Nessuna tecnologia, da sola, è in grado di rispondere alla varietà dei fabbisogni termici; solo un sistema integrato, collaborativo e misurato sui risultati può trasformare gli obiettivi in realtà.
Tutto questo vale anche guardando alla loro integrazione con le rinnovabili elettriche e alla loro potenzialità di diventare un fattore vincente per la stabilità della rete.
Il termico integrato
Ogni tecnologia termica risponde a un diverso livello applicativo. Per esempio, laddove il fabbisogno termico è rappresentato da vapore, la cogenerazione è una delle soluzioni alternative alle caldaie tradizionali, mentre le pompe di calore non possono fornire contributi per limiti funzionali (temperature di mandata condizionate dalle temperature critiche dei fluidi refrigeranti comunemente utilizzati).
Altro esempio è il recupero di calore di scarto ad alta temperatura da forni di fusione: se le pompe di calore non trovano applicazione perché le temperature in gioco sono ampiamente al di sopra di quelle che consentono ai fluidi refrigeranti comunemente utilizzati di evaporare stabilmente, l’ORC diventa la soluzione ideale, anche perché le industrie caratterizzate da questa tipologia di cascami termici sono tipicamente energivore e pertanto l’energia elettrica prodotta grazie al recupero può essere interamente autoconsumata, massimizzando il beneficio economico.
Al contrario, se il fabbisogno termico è rappresentato da acqua calda, oppure il cascame termico recuperabile è a bassa temperatura, le pompe di calore sono senza dubbio la migliore soluzione.
Gli esempi citati rappresentano scenari di applicazione delle tecnologie in modalità stand-alone, senza considerare alcuna forma di integrazione tra loro, ovvero senza considerare i vantaggi, in termini di risparmio di energia primaria, che possono derivare da una loro applicazione complementare.
Un primo esempio riguarda la cogenerazione integrata con pompe di calore. Nei motori endotermici in applicazione cogenerativa, una parte significativa del calore recuperabile proviene dal circuito di raffreddamento del motore. Quando questo calore non è utilizzato, normalmente viene dissipato in dry-cooler. Potrebbe invece essere recuperato, ovvero valorizzato come sorgente termica di alimentazione di una pompa di calore per produrre acqua calda a temperatura superiore. In questo modo, il calore a bassa temperatura del circuito di raffreddamento risulta “valorizzato” e utile per altri processi industriali.
L’integrazione di pompe di calore con cogeneratori non si limita a questo: l’installazione di una pompa di calore comporta sempre un incremento della potenza elettrica installata che, in alcuni casi, può essere limitata dalla disponibilità della rete locale. In questo scenario, il cogeneratore può diventare strumento di “mitigazione” della criticità (fino ad azzerarla), perché in grado di sopperire alla potenza necessaria. Tra l’altro, recuperando il calore e fornendolo in parallelo a quello prodotto dalla pompa di calore, il sistema integrato permette di ridurre la potenza di quest’ultima.
Un secondo esempio riguarda l’integrazione tra ORC e pompe di calore. Nel ciclo ORC, il condensatore deve smaltire il calore residuo del fluido organico dopo l’espansione in turbina. Questo calore, invece di essere smaltito in torri di raffreddamento o in dry-cooler, può diventare una sorgente termica per una pompa di calore. L’acqua di raffreddamento del condensatore, che esce a bassa temperatura, può alimentare una pompa di calore in grado di produrre acqua calda per usi industriali. Anche in questo caso, l’integrazione genera un beneficio: l’ORC produce elettricità dal cascame termico ad alta temperatura, mentre la pompa di calore valorizza il calore residuo a bassa temperatura, massimizzando l’uso della risorsa termica iniziale e incrementando l’efficienza complessiva del sistema.
In entrambi i casi, si possono raggiungere livelli di efficienza energetica particolarmente elevati quando il sito di installazione presenta fabbisogni termici compatibili con le temperature di produzione della pompa di calore. In queste condizioni, l’integrazione tra tecnologie consente di sfruttare integralmente il calore recuperato, trasformando un sottoprodotto energetico in un contributo diretto ai processi produttivi o ai servizi interni dell’impianto.
Quando però tali fabbisogni non sono presenti, o risultano inferiori rispetto alla disponibilità termica generata, oppure non c’è contemporaneità tra sorgente disponibile e richiesta termica, si apre la strada per un’ulteriore forma di integrazione: quella tra industria e territorio. Il calore recuperato e “valorizzato” dalla pompa di calore può infatti essere immesso in una rete di teleriscaldamento. In questo modo, un surplus termico che altrimenti verrebbe dissipato diventa una risorsa condivisa, capace di ridurre i consumi del contesto urbano circostante e di generare un beneficio ambientale ed economico distribuito.
Questi esempi mostrano come la multidisciplinarità termica può diventare una strategia concreta per trasformare tecnologie diverse in un unico sistema coerente, capace di adattarsi ai fabbisogni, valorizzare ogni livello di temperatura e ridurre in modo significativo la domanda di energia primaria. È un cambio di paradigma che supera la logica della singola macchina e costruisce un ecosistema energetico integrato, dove ogni tecnologia contribuisce a massimizzare l’efficienza complessiva e a rafforzare la cooperazione tra imprese e territorio.
Il ruolo dell’accumulo termico
I sistemi di accumulo termico che utilizzano materiali a cambiamento di fase (PCM) sono sistemi che favoriscono l’integrazione, perché consentono di svincolare la produzione termica dalla domanda. L’accumulo, infatti, permette di immagazzinare calore quando è disponibile e di rilasciarlo in presenza di una domanda.
L’accumulo latente è caratterizzato da una densità energetica molto superiore rispetto all’accumulo tradizionale e questo riduce gli ingombri e permette di gestire in modo efficiente anche variazioni rapide dei carichi termici.
L’accumulo consente, per esempio, di esercire le pompe di calore in presenza di produzione di energia elettrica fotovoltaica, o quando il prezzo di acquisto dell’energia elettrica è più favorevole, anche in assenza di una domanda termica. Permette infatti di immagazzinare temporaneamente il calore e di rilasciarlo in presenza di una domanda.
Per analogia, permette di immagazzinare il calore prodotto da una pompa di calore alimentata dal calore recuperato dal circuito di raffreddamento del motore di un cogeneratore anche quando la richiesta di calore del sito è assente. Allo stesso modo, nei sistemi ORC accoppiati a pompa di calore, l’accumulo permette di sfruttare in modo ottimale il calore residuo del condensatore, trasformandolo in una riserva termica programmabile.
In presenza di reti di teleriscaldamento, l’accumulo assume un ruolo ancor più strategico dal momento che la domanda e l’offerta di calore sono spesso disallineate.
In estrema sintesi, è un componente che permette al sistema integrato di comportarsi come un’unica infrastruttura coordinata, capace di rispondere ai fabbisogni con flessibilità, efficienza e stabilità.
Integrazione con le rinnovabili elettriche
Abbiamo visto come l’integrazione tra tecnologie termiche può favorire livelli di efficienza elevati. Ora entriamo nel merito di come la sinergia possa essere estesa anche alle rinnovabili elettriche quali ad esempio il fotovoltaico, guardando all’integrazione non come un semplice “collegamento”, ma come un modo diverso di progettare il sistema energetico.
Le tecnologie termiche sono ovviamente caratterizzate da un elemento dominante, quale la produzione di calore, ma possono essere alimentate, governate e rese più flessibili grazie all’energia elettrica prodotta da fotovoltaico. Le pompe di calore, in particolare, rappresentano il punto di contatto più evidente: trasformano energia elettrica in calore con rendimenti elevati e, se abbinate ad accumuli termici, possono concentrare il proprio funzionamento nelle ore in cui la produzione rinnovabile è maggiore o il costo dell’energia è più basso. In questo modo possono anche svolgere un’azione di “stabilizzazione della rete”, contribuendo a ridurre i picchi di prelievo, ad aumentare l’autoconsumo locale e a rendere più gestibile l’intermittenza delle rinnovabili.
Anche nei sistemi industriali integrati (cogenerazione + pompe di calore, ORC + pompe di calore), la presenza di rinnovabili elettriche non sostituisce le tecnologie termiche, ma ne modifica la logica di esercizio: parte dei fabbisogni elettrici delle pompe di calore può essere coperta da fotovoltaico o da altre fonti rinnovabili on-site, riducendo ulteriormente l’uso di energia di rete e migliorando il bilancio complessivo di CO₂.
L’integrazione con le rinnovabili elettriche, se progettata con attenzione ai profili di carico e alle reali condizioni di esercizio, non trasforma le tecnologie termiche in strumenti di regolazione di rete, ma le rende parte di un sistema più efficiente, più autonomo e meno esposto alla volatilità dei mercati energetici.
Conclusioni
La transizione energetica richiede un cambio di paradigma che vada oltre la logica della sostituzione tecnologica e abbracci una visione multidisciplinare.
Le tecnologie termiche non sono alternative tra loro, ma sono elementi di un’unica architettura energetica. La loro integrazione consente di valorizzare ogni livello di temperatura, recuperare calore oggi disperso, ridurre in modo significativo la domanda di energia primaria e creare sinergie tra industria e territorio. L’accumulo termico, in particolare, permette di trasformare questa integrazione in un sistema dinamico e programmabile, capace di rispondere ai fabbisogni reali e di sfruttare al meglio la disponibilità di energia rinnovabile.
L’integrazione con le rinnovabili elettriche completa il quadro: non trasforma le tecnologie termiche in strumenti di regolazione della rete, ma le rende più flessibili, più autonome e meno esposte alla volatilità dei mercati. È un’integrazione che rafforza l’autoconsumo, riduce i picchi di prelievo e permette di utilizzare l’energia elettrica rinnovabile in modo più efficiente e coerente con i fabbisogni termici.
In questo scenario, l’Italia parte da una posizione di forza: una filiera termotecnica solida, completa e radicata nel territorio, capace di garantire qualità, sicurezza e indipendenza tecnologica. Sostenere l’efficienza termica significa quindi non solo accelerare la decarbonizzazione, ma anche valorizzare un patrimonio industriale strategico per il Paese.
La multidisciplinarità termica non è un esercizio teorico: è la chiave per costruire sistemi energetici resilienti, efficienti e sostenibili. È un approccio che richiede competenze integrate, visione industriale e capacità di cooperazione tra imprese, istituzioni e territori. Ma è anche l’unico percorso in grado di trasformare gli obiettivi della transizione energetica in risultati concreti, misurabili e duraturi.
