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Dec 19, 2023

La sostituzione delle caldaie a gas con pompe di calore è il modo più rapido per ridurre il consumo di gas in Germania

Communications Earth & Environment

Comunicazioni Terra e Ambiente volume 4, numero articolo: 56 (2023) Citare questo articolo

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La sicurezza dell’approvvigionamento di gas fossile è stata interrotta dalla guerra russo-ucraina. Le decisioni di delocalizzare la produzione e il trasporto del gas sono diventate così urgenti che sono imminenti nuovi contratti a lungo termine che minano l’Accordo di Parigi sul clima. Qui simuliamo la rapidità con cui l’aggiunta di elettricità rinnovabile e l’installazione di pompe di calore possono sostituire una quantità di gas sufficiente a ridurre il rischio di approvvigionamento, compiendo al contempo un passo decisivo verso il rispetto dell’accordo di Parigi. La nostra modellizzazione dal basso verso l’alto, utilizzando la Germania come esempio, mostra percorsi tecnici su come l’installazione di pompe di calore sia uno dei modi più rapidi per ridurre il consumo di gas, oltre a ridurre le ore di carico delle centrali elettriche alimentate a gas. Con sforzi mirati, entro il 2025, al massimo il 60% del gas proveniente dalla Federazione Russa potrà essere sostituito con pompe di calore e ampliamenti della rete, e rimarrà disponibile abbastanza elettricità da consentire l’eliminazione graduale del carbone e l’ingresso nella mobilità elettrica.

Per evitare un aumento della temperatura media globale oltre 1,5°C rispetto ai livelli preindustriali, è necessaria una rapida deossilizzazione dei sistemi energetici globali1. Il percorso accettato per raggiungere questo obiettivo in modo economicamente vantaggioso2 nel settore elettrico è una rapida sostituzione dei combustibili fossili con principalmente fotovoltaico (PV), energia eolica e un ulteriore bilanciamento da varie fonti rinnovabili3. Un altro settore energetico che provoca emissioni di gas serra è il riscaldamento4. Potrebbe essere necessario ridurre le emissioni legate al riscaldamento attraverso vari mezzi contemporaneamente, tra cui l’isolamento termico degli edifici, l’energia solare termica e la sostituzione delle caldaie a gas e petrolio con pompe di calore5,6 alimentate da elettricità rinnovabile, che sono considerate una componente importante per defossilizzare il sistema energetico3 ,7,8. Importanti per l'uso efficace del calore sono inoltre il comportamento consapevole dei consumatori9, le reti di teleriscaldamento basate sullo sfruttamento del calore di scarto industriale, l'energia solare termica e geotermica nonché varie tecnologie di stoccaggio10. L'espansione di legna, pellet e altre biomasse per il riscaldamento è limitata e spesso insostenibile11. Esiste un ampio consenso sul fatto che l’idrogeno rinnovabile non è adatto al riscaldamento domestico perché dovrebbe essere fornito alla metà del prezzo dell’elettricità (ma ci vuole circa tre volte più elettricità per produrre una quantità equivalente di idrogeno) e il costo totale del sistema sarebbe circa il doppio rispetto alle pompe di calore12,13. Nonostante tutta questa diversità, alla produzione di calore è stata assegnata una più ampia varietà di percorsi di sviluppo nei modelli di valutazione integrata4 rispetto a quella dell’elettricità.

La sicurezza dell’approvvigionamento di gas fossile è stata improvvisamente interrotta dalla recente guerra russo-ucraina. Le decisioni di delocalizzare sia la produzione che la logistica sono diventate così urgenti che nuovi contratti a lungo termine minacciano di indebolire l’Accordo di Parigi sul clima14. In questo documento sviluppiamo un percorso che riduce il rischio di approvvigionamento compiendo al tempo stesso un passo decisivo verso il rispetto dell’Accordo di Parigi. Ipotizziamo che uno dei modi più veloci sia quello di installare pompe di calore, poiché richiedono poche procedure di progettazione e approvazione e sono modulari, simili al fotovoltaico. Tuttavia, le pompe di calore competono per la stessa energia elettrica rinnovabile che sostituisce la produzione di elettricità alimentata a gas. Inoltre, in alcuni giorni invernali in cui l'energia solare ed eolica non sono sufficienti, l'elettricità per le pompe di calore deve essere fornita da centrali elettriche a gas. Pertanto, non è chiaro quanto gas possa essere sostituito in questo modo, soprattutto se l’isolamento degli edifici è modesto e le pompe di calore potrebbero funzionare in modo inefficace. Pertanto modelliamo il consumo di gas nel patrimonio edilizio, nell'industria e nella produzione di elettricità in Germania con risoluzione oraria. La priorità è data alla massima sostituzione del gas fossile con elettricità rinnovabile. Utilizziamo la Germania come caso di studio poiché l'accesso ai dati richiesti è ampiamente disponibile e il riscaldamento si basa principalmente sul gas naturale (50%) e sul petrolio (25%)15. Tuttavia, la nostra metodologia e i nostri risultati sono ampiamente applicabili ad altri paesi temperati.