Contro CO₂ con CO₂

© Jan Reich, media dell'impero tedesco

© Jan Reich, Kaiserreichmedien

In inverno preferiamo essere caldi e in estate piacevolmente raffreddati, così immaginiamo la nostra casa e la temperatura ambientale nel nostro luogo di lavoro. Naturalmente siamo anche abituati al fatto che, su richiesta, è disponibile acqua calda. Con l'aumento delle temperature globali, applicazioni efficienti e a emissioni zero in tutti gli ambiti della vita stanno assumendo un'importanza sempre maggiore.

Come può essere realizzato tutto ciò in modo efficiente? A questo scopo si propongono pompe di calore riempite di CO2, che possono essere alimentate con energia elettrica da fonti rinnovabili in modo neutrale dal punto di vista delle emissioni di CO2. A differenza dei gas fluorurati (FCKW) finora utilizzati, il potenziale di riscaldamento globale (=1) è molto basso. Con i refrigeranti attualmente in uso, come il R134a, il potenziale di riscaldamento globale è superiore di un fattore 1430. Inoltre, con la CO2 si possono raggiungere temperature di mandata dell'acqua molto elevate, che consentono di riscaldare in modo efficiente edifici esistenti. In un edificio, le emissioni di CO2 derivanti dal riscaldamento e dal condizionamento possono essere ridotte, in casi estremi, di un fattore 20. La sfida principale di una pompa di calore a CO2 consiste nel dover resistere a pressioni più elevate. Un impianto tradizionale funziona a 24 bar, mentre uno di questa tipologia deve operare a almeno 120 bar. Ciò significa, ad esempio, che i componenti devono avere uno spessore maggiore delle pareti.

La BKW Kälte-Wärme-Versorgungstechnik GmbH di Wolfschlugen e l'Università di Reutlingen collaborano congiuntamente con Enisyst GmbH (Pliezhausen), che sviluppa soluzioni intelligenti per la gestione energetica e il controllo ottimizzato di sistemi energetici complessi.

Questo progetto di ricerca congiunto è sostenuto dal "Programma di innovazione centrale per le PMI" (ZIM), con un finanziamento di 600.000 euro dal Ministero federale dell'economia. Tuttavia, si tratta di più della tecnologia di refrigerazione: grazie a simulazioni su misura e alla loro analisi con l'ausilio dell'IA, è possibile effettuare manutenzioni predittive e rilevare automaticamente condizioni operative anomale. È inclusa anche una comoda possibilità di accesso remoto con strumenti di analisi per l'operatore dell'impianto. Il gemello digitale dell'impianto segnala, prima che si verifichi un guasto reale, eventuali deviazioni che potrebbero portare a danni maggiori o a guasti.

Il controllo viene derivato dal sistema di gestione delle pompe di calore convenzionale e adattato alle funzionalità richieste. La gestione include anche l'interfaccia per l'integrazione in una cosiddetta rete di riscaldamento a bassa temperatura. Il gemello digitale di questa rete di raffreddamento permette, oltre al concetto di manutenzione descritto, una modellazione precisa in sistemi energetici complessi. Questo vale anche per le aziende manifatturiere - con particolare attenzione a riscaldamento e raffreddamento - ad esempio in combinazione con una gestione intelligente del thermomanagement per il parco macchine.

Con questo progetto di ricerca si colpiscono due piccioni con una fava: edifici plurifamiliari, quartieri e aziende saranno alimentati con il nuovo impianto sviluppato, aprendo così un nuovo settore di mercato. In particolare, si mira a sostituire le commesse perse dal settore automobilistico. La prospettiva di contribuire a contrastare i cambiamenti climatici rappresenta il secondo obiettivo del progetto. Si vogliono offrire alternative ai combustibili fossili per il riscaldamento degli edifici, mantenendo o migliorando il comfort, con soluzioni orientate alle esigenze dei clienti. Si tratta di un dispositivo combinato che può essere utilizzato per riscaldamento, raffreddamento e produzione di acqua calda sanitaria. Soprattutto per le case passive con riscaldamento ad aria, questa tecnologia a CO2 nelle pompe di calore rappresenta una soluzione energeticamente ed ecologicamente sostenibile per il futuro.

Il livello di attenzione e di urgenza di questa tematica si può anche valutare dal fatto che sia l'Università di Darmstadt, che studia il funzionamento efficiente di impianti di produzione con un compressore variabile di BKW, sia il KIT di Karlsruhe stanno sviluppando nuove tecnologie per pompe di calore, dove è impiegata anche una pompa di calore a CO2 ad alta efficienza di BKW.