Possono essere gli smart siti luoghi d’identità dell’uomo? Ormai i variegati approcci di sostenibilità, a volte contradditori, risultano insoddisfacenti nel governare la realtà costruita la quale evidenzia le profonde ferite lasciate dai comportamenti non virtuosi delle passate generazioni.

Nano antenne, nuova frontiera del fotovoltaico
L’MIT ha allo studio una tecnologia capace di migliorare di 100 volte l’efficienza dei comuni
pannelli.
http://www.nanowerk.com

Dossier

La diffusione delle tecnologie integrate

di Marco Cuomo

In tutti questi anni si sono fatti numerosi passi avanti, sia a livello normativo che nell’implementazione delle conoscenze ingegneristiche e tecniche relative all’impiego delle energie rinnovabili. Nonostante ciò sembra che gli sforzi fatti a livello normativo, anche attraverso gli incentivi statali non abbiano centrato appieno i risultati ipotizzabili. Le indagini e i dati di ritorno dell’ENEA chiariscono che l’incidenza dell’energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili in Italia non supera il 4%, e che la dipendenza dal petrolio è sempre forte e radicata.

E’ necessario ricordare che il protocollo di Kyoto, la programmazione e le direttive europee a livello energetico creano già oggi una guida solida e affidabile per il cittadino che vuole attuare comportamenti virtuosi per la salvaguardia dell’ambiente attraverso l’uso delle fonti di energia rinnovabile. L’indirizzo di come agire nel risolvere le criticità e le problematiche di efficienza energetica degli organismi edilizi è chiarito dalla stessa normativa (UNI/TS 11300), consentendo un percorso guidato attraverso parametri definiti da azioni di controllo che in primis verifichino la fattibilità finanziaria, nonché la realizzazione dell’opera con il supporto di specifiche tecnico-prestazionali.

L’obiettivo è creare le condizioni per un processo capace di garantire edifici ecocompatibili volti alla riqualificazione ambientale delle aree urbane e non solo, situazione che deve costituire, oggi più che mai, uno dei punti di forza delle strategie di rigenerazione urbana capaci di armonizzare in chiave bio-ecologica il patrimonio edilizio di vecchia e recente edificazione. Un’esperienza che risulta essere un modello significativo di come affrontare la questione dell’integrazione delle tecnologie innovative di micro-generazione e risparmio energetico è il progetto dell’eco-quartiere mediterraneo di S. Rocco a Faenza (Italia). (1)

Visualizzazione in 3D del quartiere residenziale S. Rocco a Faenza, progetto europeo Med-EcoQuarties.

Le aree residenziali sono costruite utilizzando il teleriscaldamento, in modo da consentire un’affidabilità maggiore nel risparmio energetico e soprattutto l’abbassamento dei costi di manutenzione. Oltre a ciò i pannelli solari termici e fotovoltaici integrano in micro scala le esigenze di energia all’interno delle singole unità abitative. La scelta di una cultura solare si pone quindi come portavoce dell’uso razionale dell’energia, del recupero energetico, del controllo degli sprechi; è facile capire che una soluzione in tal senso prospetta vantaggi enormi per il rispetto dell’ambiente.

Si sta dunque avviando una fase di trasformazioni tecnologiche basata su logiche eco-generative capaci di dare risposte sostenibili alle esigenze. La micro-generazione elettrica solare ed eolica è arrivata a coprire un sesto del totale dell’energia prodotta al mondo. Ciò significa che, in termini di diffusione su scala mondiale, l’energia nucleare è in svantaggio. Il sorpasso è avvenuto nel 2006. (2) Comunque l’ultimo decennio ha consentito di implementare notevolmente le soluzioni tecnologiche per i prodotti del settore delle energie rinnovabili. Uno dei tanti esempi è l’ottimizzazione dei pannelli solari attraverso elementi ibridi, che hanno funzioni sia di riscaldamento sanitario dell’acqua e sia di produzione d’energia elettrica. (3) In pratica, tradotto in parole più semplici, la cogenerazione solare (generazione di energia termica ed elettrica) consente di ridurre drasticamente gli sprechi, producendo maggiore elettricità e di conseguenza incrementa il risparmio energetico da fonti convenzionali.
A tale proposito fa ben sperare l’iniziativa di Khosla Ventures, che ha investito 10,5 milioni dollari (circa 7,7 milioni di euro) nel progetto dell’ibrido solare, proprio alla luce della convenienza data da tale tecnologia: essendo, a suo avviso, la soluzione di cui c’è bisogno per competere nel contemporaneo mercato dell’energia non solo contro altri fornitori di energia solare, ma soprattutto contro le altre fonti classiche (non rinnovabili) come il carbone.

L’incentivazione del conto energia ha consentito di superare i centomila impianti in esercizio in Italia di fotovoltaico, il GSE (gestore dei Servi Energetici) riferisce che già alla fine del 2010 la capacità fotovoltaica installata in Italia supererà 2.500 MW. L’aggiornamento introdotto dalla recente normativa ha introdotto una significativa semplificazione, in quanto scompare la vecchia definizione di pannelli solari “integrati, parzialmente integrati e non integrati” in favore di quella di pannelli “sugli edifici”.

La distinzione principale, quindi, sarà tra fotovoltaico a terra e fotovoltaico sui tetti. È altresì necessario evidenziare l’attenzione del settore produttivo verso un modello di micro-cogenerazione domestica, (4) dove molto probabilmente si giocheranno le sfide della sostenibilità dei prossimi decenni. Infatti si prospettano risposte estremamente interessanti per ottimizzare l’uso delle energie rinnovabili attraverso sistemi di micro-co-trigenerazione, (5) capaci soddisfare il risparmio di energia primaria con una congrua diminuzione dei costi energetici nel rispetto dei parametri di impatto ambientale e, soprattutto, azzerando le emissioni di CO2.

Visualizzazione in 3D del nucleo residenziale della casa a zero emissioni di Mario Cucinellla.

Una risposta virtuosa integrata la quale consente un’armonizzazione costruttiva grazie ad un mix sinergico tra tecnologie energetiche ed antichi saperi di gestione bioclimatica dell’organismo edilizio, la possiamo trovare nel caso studio che prevede la realizzazione ex-novo di abitazioni a zero emissioni a firma dell’architetto Mario Cucinella, supportato e patrocinato dalla Fondazione Symbola (Legambiente). Tale progetto ha come obiettivo primario la costruzione di un’unità abitativa di circa 100 mq non energivora, a basso costo ed alta qualità con zero emissioni di CO2 e un basso impatto ambientale. L’eco-edificio, come progettato, è in grado di sfruttare appieno le strategie passive per il risparmio energetico e allo stesso tempo è capace di soddisfare il fabbisogno energetico attraverso l’autoproduzione di energia elettrica e termica. (6)

Rendering del progetto Le Piagge (Firenze), Ipostudio

Non meno interessante è il caso studio presentato nell’ambito del progetto europeo Surefit. L’intervento si pone quale modello tecnologico per la rigenerazione del patrimonio edilizio proponendo metodiche ed esempi che hanno come filo conduttore la riqualificazione energetica attraverso la sopraelevazione degli edifici esistenti.

Lo stato dell'arte oggi attraverso la continuativa crisi economica iniziata nella seconda metà del 2008 ha aperto nuovi scenari rispetto alla produzione di energia in micro scala, orientando di fatto il sistema energetico delle fonti rinnovabili verso una serie di trasformazioni di settore che evidenziano processi di transazione condizionati sia sul piano dell'offerta e sia dei consumi. L’ottimizzazione prestazionale dell'efficienza energetica sta portando i suoi primi frutti attraverso il ricorso ad innovazioni tecnologiche che sono il risultato di una costante ricerca della comunità scientifica. D'altra parte i limiti intrinseci di alcune fonti rinnovabili e il successivo tentativo di promuoverle al grande pubblico utilizzando argomenti di marketing, ha provocato un certo disincanto verso l’uso delle stesse fonti energetiche nonostante gli incentivi. Questi aspetti problematici, per fortuna, non hanno portato a un rafforzamento delle fonti fossili in micro-scala, che negli ultimi vent'anni peraltro, e malgrado la retorica di alcune politiche ambientali, non avevano fatto che consolidarsi. Le attuali conoscenze tecnologiche del fotovoltaico, che oggi viene fortemente caldeggiato dal sostegno pubblico, non sono certamente sufficienti per rispondere ai bisogni energetici. Inoltre non sembra una irrilevante questione la non valutazione dell’intero ciclo di vita utile dei pannelli fotovoltaici. Infatti il loro smaltimento è un problema non ancora adeguatamente approfondito sia nelle metodiche di riciclaggio e sia nelle eventuali metodiche rigenerative, allo stato dell’arte anzi, si prospetterebbe un concreta criticità nel contenere i consumi e i costi di dismissione. Invece più favorevoli e consolidate risultano le aspettative tracciate dal settore delle biomasse, dell'efficienza energetica, delle tecnologie passive e delle pompe di calore di nuova concezione. Infatti hanno fatto passi da gigante le aggiornate tecnologie della micro-generazione di integrazione nel sistema edilizio, per esempio alimentando almeno in parte gli impianti di cogenerazione distribuita con biogas e biocombustibile.

Una prospettiva certamente interessante sulle rinnovabili nasce dal filone di ricerca del Massachussets Institute on Technology, il quale sta studiando da qualche anno l’utilizzo di nano-antenne dalle microscopiche dimensioni per catturare le radiazioni solari; questo metodo riuscirebbe a migliorare di 100 volte l’efficienza degli impianti fotovoltaici tradizionali. Le antenne sarebbero costituite da nanotubi in carbonio, che avrebbero il compito di veicolare la radiazione solare verso le celle solari.

L’auspicio è di vedere in tempi brevi un impiego più diffuso di tali tecnologie attraverso il cosiddetto fotovoltaico di terza generazione, affiancato da sistemi di produzione energetica di micro-cogenerazione a bio-masse e geotermico.

Infine emerge un ulteriore dato su cui porre l’attenzione nei futuri lavori di ricerca, che mirano a determinare modelli e metodiche progettuali per ottenere un’architettura energetica di qualità: ovvero stabilire una governace del territorio in chiave energetica attraverso carte interpretative che vanno a mappare rispetto al contesto le tipologie possibili di energie rinnovabili. La scelta coerente delle tipologie (fotovoltaico, eolico, geotermico, ecc.) e le soluzioni di tecnologia responsabile permetteranno ai variegati territori antropizzati di dare risposte sostenibili capaci di rispettare le risorse esauribili della terra.

Note

1) E. Nonni, S. Laghi (2008), Un eco quartiere mediterraneo, il quartiere residenziale S. Rocco a Faenza, Ed. Comune di Faenza grafiche Zattoni, nell’ambito del progetto europeo Med-EcoQuarties, Faenza.

2) Amory B. Lovins co-fondatore e direttore scientifico dell’istituto Rocky Mountain in Colorado riporta questo dato assai significativo.

3) La tecnologia a pannelli ibridi è stata inventata da Cogenra Solar. La stessa azienda spiega che il tradizionale fotovoltaico converte circa il 16% dell’energia del sole in energia elettrica utilizzabile, sprecando l’energia residua per lo più sotto forma di calore. La cogenerazione solare cattura questo calore residuo e lo trasforma in un reale valore quale è l’acqua calda. Questa soluzione cogenerativa ha il vantaggio di raffreddare i componenti del pannello fotovoltaico e ottimizza la generazione elettrica del sistema. Cogenra Solar ha già installato un impianto solare ibrido in California che è in grado di produrre 50 kilowatt di energia elettrica e l’equivalente di 222 kilowatt di energia termica. Visti i buoni risultati si può pensare un rapido sviluppo di questa innovativa soluzione tecnologica.

4) La cogenerazione individua la produzione a cascata di energia elettrica e calore in un unico sistema. Dunque la differenza con gli impianti convenzionali avviene attraverso il recupero del calore, non più disperso nell’ambiente ma utilizzato come risorsa energetica, consentendo di raggiungere un’efficienza energetica superiore anche all'85% contro il 45-50% dei più evoluti impianti tradizionali.

5) La possibilità di accoppiare un assorbitore a un impianto di cogenerazione mostra un’ulteriore potenzialità di tale sistema. L’assorbitore è una macchina capace di compiere un ciclo frigorifero non sfruttando il lavoro del compressore, bensì utilizzando il calore fornito da una sorgente calda, quale è quella fornita da un impianto di cogenerazione. Quindi un micro-trigeneratore può facilmente soddisfare le esigenze di condizionamento di qualsiasi edificio residenziale o quelle di refrigerazione di fabbricati industriali e artigianali. La produzione combinata di calore, elettricità e produzione del freddo, prospetta un risparmio energetico importante nel soddisfare le esigenze di confort abitativo-produttivo.