di Riccardo Battisti, Annalis Corrado, Serena Drigo, Claudia Vannoni, Dipartimento di Meccanica e Aereonautica, Università di Roma "La Sapienza"
Utilizzare un combustibile pulito, gratuito, pressoché inesauribile e disponibile ovunque è da sempre una possibilità che suscita curiosità, interesse e speranze degli “energetici” di tutto il mondo. L’Italia, a fronte di un ingresso prorompente nel mercato delle tecnologie solari nei primi anni Ottanta e dopo una lunghissima fase di stallo, non sembra ancora aver colto pienamente la portata dei benefici ottenibili grazie a una maggiore penetrazione dell’energia solare sul territorio in termini energetici, ambientali, sociali ed economici.
Se il mancato decollo del fotovoltaico nel nostro Paese sembra legato al continuo rinvio del nuovo sistema di incentivazione, il settore del solare termico appare penalizzato da una ancora diffusa diffidenza circa le prestazioni e l’affidabilità degli impianti, nonché da una ingiustificata sottovalutazione delle potenzialità e della convenienza economica di tale tecnologia.
Lo sviluppo eccezionale dei mercati tedesco e austriaco, ad esempio, basterebbe da solo a sfatare il mito della scarsa efficienza e affidabilità degli impianti che, con la maturità tecnologica conseguita, riescono a essere vincenti nonostante la risorsa solare disponibile nelle Regioni del Nord Europa sia circa la metà di quella media italiana e le condizioni climatiche di lavoro siano, senza dubbio, più avverse.
Quali sono le applicazioni più promettenti?
Gli impianti solari termici convenzionali convertono l’energia solare in calore con un’ottima efficienza quando il calore stesso deve essere prodotto in un intervallo di temperature medio - basse. Oltre al loro attuale e consolidato utilizzo per la produzione di acqua calda sanitaria o per il riscaldamento di ambienti e piscine, quindi, si presenta particolarmente interessante il loro impiego per la produzione di calore di processo nelle industrie. Esse richiedono, infatti, una notevole quantità di calore a temperature spesso limitate (al di sotto dei 250°C) offrendo perciò agli impianti solari termici la possibilità di intervenire proficuamente per soddisfare parzialmente la domanda di energia termica dei diversi processi. Se, da un lato, si può fornire in tal modo un importante contributo a un consumo energetico affidabile, pulito, sicuro ed economicamente competitivo, si aprirebbe dall’altro una nuova enorme fetta di mercato per le industrie e le aziende italiane impegnate con competenza nella promozione e diffusione del solare termico. In particolare, il solare termico può essere facilmente utilizzato nei processi industriali caratterizzati da temperature medio - basse (fino a 250 °C) e domanda di calore continua e costante. Affinché la scelta solare sia concretamente perseguibile ed economicamente vantaggiosa, l’inserimento dell’impianto solare nel sistema di produzione e distribuzione del calore già esistente deve risultare, inoltre, tecnicamente possibile. Sulla base di tali considerazioni è possibile individuare i settori industriali più adatti all’impiego degli impianti solari termici, nonché i processi specifici con le relative temperature.
Qual è il potenziale di diffusione per questo tipo di applicazione? Si pensi che la richiesta di calore a temperature fino a 250 °C nelle industrie rappresenta circa un terzo della domanda totale di energia termica a uso industriale. Tenendo conto delle limitazioni economiche e di superficie disponibile per l’installazione dei collettori solari, recenti studi condotti in Spagna, Portogallo, Austria, Cipro, Olanda e Svezia, hanno evidenziato che il potenziale totale del solare termico per processi industriali è pari al 3÷4% del consumo totale per la produzione di calore nelle industrie. Si attendono a breve, inoltre, i risultati di un analogo studio per l’Italia, sviluppato dal Dipartimento di Meccanica e aeronautica dell’Università di Roma “La Sapienza”. L’analisi delle potenziali applicazioni del solare termico nel settore industriale italiano prevede, tra le altre attività, specifici approfondimenti per quei settori che risultano particolarmente interessanti sia per il profilo del carico termico sia per la loro rappresentatività all’interno del comparto industriale nazionale.
L’integrazione dell’impianto solare
Come accennato in precedenza, un problema spesso rilevante è la massima superficie disponibile per il posizionamento dei collettori, che può rivelarsi il principale fattore limitante per la taglia dell’impianto. È necessaria, quindi, una attenta valutazione dell’area disponibile al suolo o sulle coperture (tetti o facciate) degli edifici degli stabilimenti industriali. Non esiste, in generale, una soluzione unica per accoppiare il sistema solare e il processo al quale il calore deve essere ceduto. Secondo i casi specifici, l’impianto solare può essere collegato direttamente con il processo (per esempio, riscaldamento diretto di una vasca per il lavaggio di tessuti), oppure supportare il sistema centrale di produzione di calore, preriscaldando l’acqua in ingresso ad una caldaia a vapore o generando direttamente vapore, nel caso si utilizzino collettori innovativi ad alta efficienza.
È buona norma, prima ancora dello studio di fattibilità dell’impianto solare, che l’industria, eventualmente supportata dai progettisti “solari” stessi, valuti la possibilità di realizzare recuperi interni di calore per aumentare l’efficienza energetica complessiva del processo produttivo. La progettazione dell’impianto solare dovrebbe essere sempre subordinata a questo passo preliminare e mirata a soddisfare la restante richiesta di calore. La scelta della tipologia di collettori solari da adottare dipende, principalmente, dalla temperatura necessaria per il calore richiesto:
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Collettori piani vetrati: si tratta dei collettori solari convenzionali, che lavorano con valori di efficienza soddisfacenti fino a 70÷80 °C.
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Collettori stazionari “speciali” ad elevata efficienza:
sono collettori sottovuoto oppure collettori dotati di riflettore parabolico per la concentrazione della radiazione solare (CPC, Compound Parabolic Concentrators); come i precedenti, tali collettori non utilizzano nessun meccanismo per “inseguire” il sole, ma, grazie alle loro peculiari caratteristiche, possono produrre calore fino a circa 150 °C.
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Collettori parabolici lineari (Parabolic trough): sono collettori a concentrazione, dotati di meccanismo di inseguimento del sole, e possono generare energia termica anche fino a 400 °C.
Valutazioni economiche e finanziamenti
Il costo “chiavi in mano” di un impianto solare ad uso industriale può essere stimato tra 250 e 500 €/m2 (ossia inferiore a quello di impianti domestici tradizionali), poiché si tratta di applicazioni di grande scala, con superfici di centinaia o migliaia di metri quadrati. Gli impianti migliori hanno un tempo di ritorno economico di circa 10 anni e tale indicazione appare confortante per due ragioni: la vita attesa per gli impianti solari è, senza dubbio, superiore ai 20 anni e, inoltre, esiste la possibilità di accedere a meccanismi di finanziamento su scala nazionale o regionale. Tra queste possibilità, vale la pena ricordare:
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i contributi dati dal ministero dell’Ambiente e della tutela del territorio per l’installazione di impianti solari termici in strutture pubbliche; il bando è tuttora aperto e i fondi sono in gran parte ancora disponibili;
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i contributi regionali per l’installazione di impianti solari termici, per soggetti sia pubblici sia privati;
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i finanziamenti regionali per l’innovazione nelle industrie;
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la legge 598/94;
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i fondi europei per lo sviluppo della piccola e media impresa;
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il sistema dei certificati bianchi derivante dai Decreti Ministeriali del 24 aprile 2001.
Particolarmente interessante appare la legge 598/94, che promuove gli investimenti per l’innovazione tecnologica e la tutela ambientale ed è indirizzata a piccole e medie imprese industriali che si trovano nella necessità di rinnovare gli impianti produttivi con macchinari di nuova concezione e a tecnologia avanzata o che devono effettuare programmi di investimento per la riduzione dell’impatto ambientale. Nel settore “tutela ambientale”, in particolare, la misura 9) prevede il finanziamento per la “conversione di processi produttivi inquinanti in processi produttivi a basso impatto ambientale”, tra i quali rientrano gli impianti solari termici per la produzione di calore di processo.
La legge è gestita, per conto del ministero delle Attività produttive, da Mediocredito Centrale. Il meccanismo di funzionamento è basato sulla concessione di un contributo in conto interessi su un mutuo con durata di 7 anni (compreso un periodo di preammortamento di massimo 2 anni). L’agevolazione, che consiste in un mutuo a tasso agevolato, copre il 70% del totale dell’investimento con un massimo di 1.549.370 € e il tasso del mutuo è diverso secondo che si tratti di piccole o medie imprese e secondo la localizzazione della sede. Alcune regioni hanno provveduto a integrare queste agevolazioni prevedendo, oltre al contributo in conto interessi, anche un contributo a fondo perduto. Altre regioni hanno invece sostituito interamente il contributo sugli interessi con un contributo a fondo perduto. Il finanziamento può essere richiesto in qualsiasi periodo dell’anno, consentendo, in tal modo, un accesso piuttosto agevole.
Gli impianti esistenti
Allo stato attuale, la maggior parte delle applicazioni del solare termico ai processi industriali è costituita da progetti pilota. In Europa sono operativi sistemi solari termici industriali che coprono complessivamente una superficie pari a circa 10.000 m2. Il 68% degli impianti censiti nel mondo, e destinati alla produzione di calore di processo, sono stati realizzati in Austria, Grecia, Spagna e Usa. La maggior parte di tali impianti è di recente realizzazione: i sistemi in funzione da meno di 10 anni rappresentano circa il 60% di quelli rilevati, mentre gli impianti risalenti agli Anni Ottanta sono stati per lo più smantellati oppure risultano fuori servizio. Il settore industriale nel quale oggi si utilizza maggiormente l’energia solare è quello agroalimentare (26%), seguito dal settore chimico, tessile e automobilistico. La ripartizione delle applicazioni per settore produttivo varia sensibilmente da Paese a Paese. In Austria, ad esempio, la maggior parte degli impianti solari (34%) è stata realizzata nel settore chimico e automobilistico mentre, per quanto riguarda le applicazioni più diffuse, oltre la metà dei sistemi solari in uso (56%) produce calore per il riscaldamento degli ambienti di lavoro. Del tutto differente appare la situazione in Grecia, dove il 45% degli impianti solari è stato installato in aziende agroalimentari e il 27% nel settore tessile e conciario, con una ripartizione che sostanzialmente rispecchia la struttura produttiva nazionale. Analogo è il caso della Spagna, dove il settore più rappresentato è quello alimentare, per la preparazione e la conservazione di cibi. Il profilo delle applicazioni solari nel settore industriale tedesco, invece, è caratterizzato quasi esclusivamente da impianti per la produzione di acqua calda destinata al lavaggio di mezzi di trasporto (4 impianti su 5 censiti). La temperatura di lavoro si attesta per il 60% tra 40 e 100 °C. In tali condizioni operative, i collettori piani vetrati offrono ottime prestazioni e, pertanto, sono attualmente i più installati (65%), non solo nel settore domestico ma anche per applicazioni di tipo industriale. Una percentuale assai minore, ma non trascurabile (17%), lavora a temperature superiori ai 100 °C e di questi oltre l’85% richiede calore a più di 160 °C. In questi intervalli di temperatura si rendono necessarie soluzioni tecnologiche più sofisticate, tra le quali l’impiego di collettori tubolari sottovuoto con o senza superficie riflettente di tipo CPC (pari all’11% delle applicazione censite) per temperature non superiori ai 140 °C, e concentratori parabolici lineari a inseguimento per temperature più elevate (21% delle applicazioni). Per quanto riguarda le dimensioni degli impianti, il 30% dei sistemi solari in esercizio sono di piccola taglia (≤ 100 m2) e, in generale, operano a basse temperature (inferiori a 100°C). La maggior parte degli impianti censiti (circa il 50%) occupa, invece, una superficie compresa tra 100 e 1000 m2. È interessante, infine, notare che temperature di esercizio medio - alte richiedono l’installazione di impianti di grandi dimensioni (fino a 3000 m2) senza dimenticare, tuttavia, che la superficie necessaria, solitamente, è determinata da molteplici fattori tra i quali la potenza termica richiesta, l’irraggiamento e l’efficienza del sistema solare. Per quanto riguarda la situazione in Italia, è in corso la mappatura degli impianti esistenti mediante il coinvolgimento dei principali operatori del solare termico.
Conclusioni
In alcuni settori industriali il solare termico può essere impiegato con notevoli benefici energetici e ambientali per fornire calore a bassa e media temperatura (fino a circa 250 °C). Il potenziale di sfruttamento è rilevante, anche rispetto ai consumi finali complessivi. Gli edifici industriali, inoltre, ben si prestano all’inserimento di impianti solari termici in una fase successiva a quella della costruzione, poiché nella stragrande maggioranza dei casi non sono soggetti a vincoli di tipo paesaggistico o architettonico. L’industria può godere anche di un notevole ritorno di immagine, legata all’impiego di energia pulita, senza tralasciare i vantaggi economici dovuti al costo nullo del “combustibile” solare. La presenza di incentivi regionali o nazionali può rendere ancora più appetibile tale scelta. Alcuni operatori italiani del solare termico si sono già mossi in questa direzione e attualmente collaborano alle attività di ricerca e applicazione in questo campo. Si tratta di operatori che hanno intuito la portata della diffusione del solare nel settore industriale e l’importanza di muoversi in maniera tempestiva per evitare il rischio di un’eccessiva “colonizzazione” del mercato italiano da parte di gruppi stranieri.
È fortemente auspicabile, inoltre, il contributo di altri soggetti, come i Ministeri competenti (Ambiente e Attività produttive), e associazioni di categoria rappresentanti le industrie interessate (settore alimentare, cartiero, chimico, ecc.) e gli Enti locali privilegiati da una forte aderenza al tessuto produttivo dell’area di pertinenza. L’apporto della penetrazione del solare nell’industria, grazie ad impianti di grossa taglia, potrebbe essere decisivo per il raggiungimento degli obiettivi italiani sul solare termico, fissati dal finalmente ratificato protocollo di Kyoto. L’impegno dell’Italia, infatti, avrebbe dovuto portare entro il 2010 all’installazione di 3.000.000 di m2 di collettori; a meno di interventi straordinari, di fatto, tale obiettivo risulta a dir poco utopistico, dato che il totale attualmente installato è inferiore ai 500.000 m2.
L’Italia si trova di fronte a una irrinunciabile occasione per colmare il divario con gli altri Paesi europei nel campo delle energie pulite e rinnovabili: nel Paese del sole, l’industria non può essere certamente lasciata in ombra.
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