Elettrificazione e ottimizzazione energetica

L'industria edilizia è uno dei maggiori consumatori di energia a livello globale, in quanto il funzionamento degli edifici rappresenta il 30% del consumo energetico finale. Circa il 40% di questa energia viene utilizzata per il riscaldamento, la ventilazione e il condizionamento dell'aria, mentre il resto viene utilizzato per l'illuminazione, le apparecchiature, gli ascensori, le scale mobili e altro ancora. Nel 2022, il funzionamento degli edifici rappresenterà il 27% delle emissioni globali di CO₂, pari a 9,8 Gt di CO₂ ⁽⁸⁾. Per sequestrare una tale quantità di emissioni di CO₂, avremmo bisogno di una foresta grande più o meno come la Cina.

La buona notizia è che gli edifici si stanno spostando verso le fonti rinnovabili e l'elettricità come fonte di energia, consentendo di eliminare le emissioni di carbonio a lungo termine qualora la generazione di energia fosse completamente decarbonizzata. La cattiva notizia è che, in termini assoluti, l'uso di combustibili fossili negli edifici è aumentato a un tasso di crescita medio annuo dello 0,5% dal 2010 ⁽⁸⁾. Il motore principale di questa crescita è l'aumento della superficie globale, che è cresciuta più velocemente rispetto alla diminuzione dell'intensità energetica (l'energia consumata per superficie). Un altro fattore trainante è l'aumento del ricorso al raffreddamento degli spazi. Il consumo energetico per il raffreddamento degli ambienti è più che triplicato dal 1990. C'è anche un effetto moltiplicatore, dato che più della metà delle aggiunte di superficie fino al 2030 avverrà in aree con un elevato fabbisogno di raffreddamento degli ambienti. Questa tendenza è destinata a continuare. Si prevede che entro il 2030 la superficie globale aumenterà di circa il 15%, pari all'intera superficie costruita del Nord America odierno ⁽⁹⁾. Per allinearsi allo scenario zero netto dell'Agenzia Internazionale dell'Energia (AIE), i combustibili utilizzati dagli edifici devono essere ulteriormente decarbonizzati e l'intensità energetica ridotta.

La decarbonizzazione dei combustibili per l'edilizia e la riduzione dell'intensità energetica richiederanno l'ottimizzazione della generazione di energia termica negli edifici: recupero, immagazzinamento e consumo.

Ottimizzare la generazione di energia termica per il riscaldamento significa passare da sistemi a combustibile fossile a pompe di calore alimentate da energia elettrica rinnovabile. Secondo l'AIE, triplicare lo stock globale di pompe di calore entro il 2030 potrebbe ridurre le emissioni di CO₂ di 500 Mt all'anno ⁽¹⁰⁾. Tuttavia, la maggior parte delle pompe di calore oggi utilizza refrigeranti a base di idrofluorocarburi con un elevato potenziale di riscaldamento globale (GWP). Senza interventi, lo stock di pompe di calore del 2030 potrebbe emettere 740 Mt di CO₂ equivalente ⁽¹⁰⁾. Le soluzioni comprendono la transizione verso idrofluorocarburi con un GWP inferiore, idrocarburi o altri refrigeranti naturali. Gli idrofluorocarburi, tuttavia, richiedono ulteriori ricerche nel campo della tossicità e della decomposizione atmosferica, mentre gli idrocarburi necessitano di ulteriori precauzioni di sicurezza per l'infiammabilità. Per quanto riguarda il raffreddamento, si prevede che la domanda sarà più che triplicata entro il 2050 a causa dell'adattamento climatico ⁽⁷⁾. Per mitigare l'aumento dell'intensità energetica associato sarà necessario migliorare l'efficienza dei sistemi di raffreddamento e adottare maggiormente applicazioni di raffreddamento passivo. Inoltre, l'elettricità fotovoltaica in loco e il suo immagazzinamento possono contribuire a decarbonizzare l'aumento dell'intensità energetica dovuta al raffreddamento.

Un altro modo per decarbonizzare il mix di combustibili degli edifici è recuperare e ridistribuire il calore di scarto. Sempre più spesso il calore in eccesso proveniente da impianti di rifiuti urbani, data center, gallerie metropolitane, siti industriali, elettrolizzatori o centrali nucleari sarà catturato e ridistribuito attraverso reti di teleriscaldamento. Grazie all'adozione della tecnologia delle pompe di calore, si prevede che anche le reti di anergia guadagneranno terreno. Le reti di anergia trasferiscono l'energia termica tra gli edifici a temperatura ambiente (10-25°C [50-77°F]), riducendo le perdite di calore.

Le pompe di calore e l'utilizzo del calore di scarto favoriranno inoltre una maggiore adozione delle unità di accumulo termico (o batterie termiche), che rappresentano un modo efficiente per bilanciare la domanda e l'offerta di energia. Le pompe di calore possono convertire l'elettricità in eccesso da fonti rinnovabili come l'eolico o il solare fotovoltaico in energia termica quando l'energia elettrica è abbondante e i prezzi dell'elettricità sono bassi ⁽¹⁰⁾. Inoltre, il calore di scarto dei processi industriali o dei data center può essere immagazzinato per un consumo successivo, evitando che l'energia si disperda nell'ambiente. L'immagazzinamento di energia termica è anche altamente efficiente, raggiungendo il 90-98% di efficienza per l'immagazzinamento di più giorni e il 70-80% per l'immagazzinamento stagionale.

Tuttavia, uno dei modi più efficienti ed economici per ridurre l'intensità energetica degli edifici è l'applicazione più diffusa dei sistemi di automazione e controllo degli edifici (BACS). Questo vale soprattutto per il patrimonio edilizio, la maggior parte del quale ha bisogno di essere riqualificato. Ad esempio, nell'UE, il 97% degli edifici è considerato inefficiente dal punto di vista energetico ⁽¹²⁾. La norma ISO 52120-1 evidenzia che passando da un BACS standard (classe C) a un BACS ad alte prestazioni energetiche (classe A) si può ottenere un risparmio energetico fino al 40%. Tali retrofit spesso richiedono modifiche minime, quali l'aggiunta di valvole di bilanciamento idronico dinamico, di sistemi a portata dell'acqua variabile, di portate dell'aria controllate a richiesta o di controlli del comfort ambiente modulanti con rilevamento di presenza. Dato l'elevato impatto e il basso costo, si prevede un'accelerazione nell'adozione di BACS avanzati, soprattutto perché l'attuale tasso di retrofit dell'1,0% all'anno è inferiore al 2,5% necessario per raggiungere lo zero netto entro il 2050 ⁽¹³⁾.