Una possibile rivoluzione verde per l’industria grazie a una pompa di calore innovativa
L’UE intende ridurre le emissioni di gas a effetto serra di oltre il 40 % entro il 2030, un obiettivo che sta attualmente venendo innalzato al 55 %(si apre in una nuova finestra). Nei processi di trasformazione industriale il calore è responsabile del 74 % di tutti i consumi energetici(si apre in una nuova finestra), una situazione che ne rende fondamentale la decarbonizzazione al fine di contrastare i cambiamenti climatici. Esiste un ampio consenso sul fatto che le pompe di calore risulteranno essenziali a questo scopo, per temperature sino ai 150 °C. Le pompe di calore forniscono svarianti vantaggi in più rispetto ad altre tecnologie rinnovabili in questo intervallo di temperature, tra cui la disponibilità sia in estate che in inverno, il costo per kWh inferiore e la maggiore efficienza; ciononostante, sussiste tuttora una mancanza di soluzioni commerciabili. Dopo aver verificato la capacità delle pompe di calore di raggiungere temperature fino ai 150 °C, il progetto Rotation Heat Pump, sostenuto dall’UE, ha sviluppato due prototipi e un impianto pilota con l’azienda Bioenergie Bucklige Welt(si apre in una nuova finestra) (sito web in tedesco), un primo utilizzatore di queste tecnologie. Il progetto ha inoltre individuato i parametri necessari per la progettazione e la produzione della serie. «Per quanto concerne processi industriali quali distillazione, pastorizzazione, lavaggio e cottura, la nostra tecnologia è in grado di colmare il divario esistente nel mercato fornendo un’efficienza nell’intervallo di temperature compreso tra i 100 e i 150 °C fino al 70 % superiore rispetto a quella garantita da altre soluzioni rinnovabili», spiega Bernhard Adler, l’amministratore delegato di ecop(si apre in una nuova finestra), l’azienda che ha ospitato il progetto e ha vinto il premio European Business Award for the Environment(si apre in una nuova finestra) nel 2018. Rotation Heat Pump ha ampliato il precedente lavoro di sviluppo effettuato da ecop sulle pompe di calore, che aveva portato alla realizzazione di un modello iniziale e al deposito di 68 brevetti a livello mondiale.
Sviluppo e ottimizzazione
Le pompe di calore sfruttano una fonte di energia esterna per trasferire l’energia termica da un’area più calda a una più fredda allo scopo di fornire riscaldamento, o nella direzione opposta ai fini del raffreddamento. Le fonti termiche solitamente provengono dall’aria, dal terreno, dall’acqua o dall’aria di scarico. Le pompe di calore sono state adottate in settori industriali come quelli dell’alimentare e delle bevande, del legno e della carta e dalle industrie chimiche, dove possono essere utilizzate per processi come ad esempio l’essiccazione e la disidratazione, l’evaporazione, il lavaggio e la pulizia, la sterilizzazione e la pastorizzazione. L’innovazione di Rotation Heat Pump è consistita nello sviluppo di un processo ciclico termodinamico(si apre in una nuova finestra) a un’unica fase, che offre vantaggi rispetto al processo termodinamico di compressione a due fasi tipico delle pompe di calore convenzionali. Per la prima volta diventa così possibile l’impiego industriale su larga scala, in quanto le pompe di calore tradizionali non sono adatte a essere utilizzate con le temperature elevate e le condizioni variabili che caratterizzano il contesto industriale. Inoltre, per il processo di trasferimento del calore le soluzioni esistenti si affidano solitamente a refrigeranti che danneggiano l’ambiente, mentre la pompa di calore sviluppata da Rotation Heat Pump ricorre a un gas inerte ampiamente disponibile, economico e sicuro composto da elio, argon e krypton. Rotation Heat Pump ha creato due prototipi. Il primo è stato sviluppato per un impianto di cogenerazione situato nelle vicinanze di Vienna, nel quale la pompa di calore utilizza il calore di scarto proveniente dalla turbina a vapore per consentirne l’impiego diretto nella rete di teleriscaldamento. Il secondo prototipo è stato realizzato per effettuare collaudi interni e in qualità di impianto dimostrativo.
Superare i limiti delle pompe di calore esistenti
Grazie allo svolgimento di una serie di collaudi è stato possibile constatare un funzionamento stabile, la possibilità di resistere a temperature fino ai 120 °C e un innalzamento della temperatura (in inglese temperature lift, ovvero la differenza tra la fonte di calore e la temperatura prodotta) di 35 Kelvin. Entro la fine dell’anno il progetto si propone di incrementare questa cifra sino a raggiungere i 50 Kelvin. Inoltre, il valore massimo di coefficiente di prestazione(si apre in una nuova finestra) (COP) ottenuto è stato pari a cinque, il che significa che il sistema è stato in grado di creare una quantità di energia termica fino a cinque volte maggiore rispetto all’energia elettrica necessaria per generarla. «I nostri test hanno confermato la precisione delle simulazioni che avevamo svolto, registrando un COP praticamente irrealizzabile con le pompe di calore normali», afferma Adler. Il gruppo sta ora sviluppando alcuni progetti dimostrativi, in particolare allo scopo di integrare e personalizzare il proprio sistema con i processi di riscaldamento industriale.
