UCTAT Newsletter n.25 – luglio 2020
di Stefano Menotti Colucci e Claudio Pagani
Il tema dell’impatto derivato dal consumo energetico della nostra società è uno dei fattori determinanti la possibilità della sopravvivenza della società stessa così come si è evoluta e come la viviamo. Le nostre città consumano moltissima energia e sono caratterizzate da una elevata impronta di carbonio. Il processo di crescita dei consumi e dei costi energetici è stato molto repentino negli ultimi decenni. Questo processo di crescita ha creato una dipendenza collettiva dalle fonti di approvvigionamento e distribuzione dell’energia. Il processo di sensibilizzazione della società verso un consumo attento e consapevole ha permesso uno sviluppo delle energie alternative determinando una minore dipendenza dall’energia, ricavata da trasformazioni fossili.
La produzione di energia localizzata e la conservazione della stessa costituiscono attualmente un problema strategico per le reti di distribuzione ma la possibilità da parte dei cittadini di una maggiore indipendenza energetica che in ultima analisi, arrivando ad una sufficiente auto produzione giustificherebbe i contratti con gli enti fornitori e distributori di energia solo una necessità in caso di un eventuale disservizio auto produttivo. L’indipendenza dei cittadini, inevitabilmente, determinerà anche una modificazione energetica negli equilibri internazionali di ogni singolo Paese.
La nuova “hydrogen society” si basa sull’utilizzo diffuso di un elemento chimico, l’idrogeno, che non deve essere considerato solo un combustibile, ma un vettore energetico estremamente flessibile, utilizzabile sia nel settore dei trasporti “power to mobility “ come in quello del riscaldamento domestico “power to gas”, come per la ri-generazione di energia elettrica “power to power”. Molte città stanno pianificando l’impiego dell’idrogeno green generato da energie rinnovabili che, opportunamente stoccato, permetterà alimentando le celle a combustibile la generazione e successiva distribuzione di energia elettrica e termica. Si tratta di un’energia che senza inquinare sarà in grado di garantire l’autonomia energetica dei nuclei urbani. L’impiego dell’idrogeno ha un “footprint” in termini di CO2 generata praticamente nullo. Attualmente stiamo assistendo a una trasformazione delle città e alcuni progetti di rigenerazione urbana sono sviluppati nell’ottica della transizione energetica verso l’idrogeno.
Un’idea piuttosto chiara su come dovranno svilupparsi le zone urbane nei prossimi anni è stata presentata al CES di Las Vegas, la più importante fiera mondiale della tecnologia dove Toyota ha presentato l’idea di voler costruire un prototipo di città del futuro su un’area di 175 ettari alla base del monte Fuji, in Giappone.
La città si chiamerà Woven City, ospiterà 2.000 persone tra dipendenti della casa giapponese con le loro famiglie, scienziati e pensionati. La mobilità sostenibile, a zero emissioni sarà uno degli elementi essenziali del progetto per questa smart city, che servirà per sperimentare le tecnologie innovative in uno scenario di vita reale in un ecosistema urbano nel quale l’energia pulita avrà un ruolo di primo piano.
Toyota, infatti, che ha affidato il progetto all’architetto danese Bjarke Ingels, spiega che l’intera città sarà alimentata con il fotovoltaico e con celle a combustibile a idrogeno; gli edifici saranno realizzati perlopiù in legno e ci sarà un ampio utilizzo di vegetazione e colture idroponiche.
L’idea è creare una città “organica”, basata su una rete interconnessa di tecnologie, infrastrutture, persone, dando ampio spazio alla vivibilità dei quartieri con parchi, piazze, percorsi riservati ai pedoni.
La società del futuro potrebbe superare i combustibili fossili per la produzione energetica per seguire la via di transizione energetica nell’era delle reti WaMs (Wide area Management System) con le quali tutti i cittadini producono e mettono in condivisione l’elettricità prodotta dai generatori fotovoltaici, da generatori eolici domestici. L’elettricità generata tramite l’elettrolisi produrrà idrogeno che stoccato servirà anch’esso con le celle a combustibile alla produzione di energia.
L’illuminazione, la gestione dei rifiuti, la mobilità pubblica e privata potranno essere attivate con energia rinnovabile sia direttamente con impianti fotovoltaici sia indirettamente con l’elettrolisi dell’acqua e l’idrogeno da questa prodotto. Il controllo energetico potrà essere attuato semplicemente da app per smartphone, anch’essi ricaricati con batterie a celle combustibili portatili.
La città potrebbe rappresentare un ecosistema urbano completamente connesso e alimentato sia dalle energie rinnovabili sia dall’idrogeno. Uno spazio unico nel quale sperimentare nuovi edifici intelligenti, veicoli a guida automatica, robotica ed edifici in grado di produrre energia.
La tecnologia prevede che chiunque possa produrre energia pulita e rinnovabile con un pannello solare. Una logica industriale diversa permette a tutti o quasi di produrre ed accumulare energia pulita, da consumare in momenti diversi o da rivendere sul posto. Si elimina così il problema della gestione dell’energia rinnovabile generata durante alcune fasi della giornata in eccesso rispetto ai consumi, che sarà accumulata in forma di idrogeno, ottenibile direttamente dall’acqua e una WaM, connessa con una rete di WaMs.
Come è possibile produrre idrogeno dal sole?
L’acqua – H2O – si scompone grazie al processo elettrochimico dell’elettrolisi, in ossigeno, che si può rilasciare nell’ambiente, ed idrogeno che si può accumulare in serbatoi per essere utilizzato poi come vettore energetico. Le apparecchiature che lo utilizzano, chiamate celle a combustibile (Fuel Cell), vengono già installate su automobili, autobus, navi, e collocate in immobili civili e industriali, potendo generare energia elettrica e calore con alta efficienza (CHP – Combined Heat and Power). Nella cella avviene la ricombinazione dell’ossigeno (dall’aria ambiente) e dell’idrogeno, producendo elettricità e scaricando vapore d’acqua nell’ambiente.
L’idrogeno prodotto da energia rinnovabile attraverso il processo di water electrolysis, rappresenta una fonte energetica che diverrà sempre più competitiva in termini di costo rispetto ai tradizionali combustibili fossili, gravati già oggi da imposte e costi di acquisto. L’idrogeno costituisce una fonte d’energia In tutti i campi: domestico, industriale e dei trasporti l’idrogeno sarebbe la fonte economicamente competitiva ed inesauribile di elettricità pulita, senza emissione in atmosfera di dannosi inquinanti quali: anidride carbonica, ossidi di zolfo ed azoto, polveri sottili.
L’adozione di una rete WaM sarà in grado di produrre ed accumulare l’idrogeno necessario per tutti gli utilizzi di una famiglia occidentale tipica dotata di due automobili e di una abitazione (riscaldamento, condizionatore, apparecchi elettrici, illuminazione), alcuni utenti saranno in grado di generare un’eccedenza di energia, da rivendere e condividere attraverso le reti sociali WaMs.
Grazie ad un’applicazione per smartphone, si potrà fare il pieno ovunque, da una qualsiasi marca di WaM ed ottenere informazioni e assistenza dalla propria comunità.
L’Associazione delle reti WaMs unisce i costruttori e un’Autorità Pubblica per sviluppare la ricerca iniziale, per definire standard comuni garantendo la concorrenza, per aggiornare la mappa multimarca delle stazioni d’idrogeno ed informare l’utente dei prezzi che praticano.
L’impatto occupazionale garantito dalle nuove tecnologie potrebbe essere significativo, in quanto la tecnologia potrebbe ampliare la domanda di personale tecnico e scientifico per la gestione delle “Hydrogen Refueling Stations”.
La stessa struttura urbanistica della città potrebbe subire una metamorfosi attraverso la quale gli edifici sarebbero concepiti come generatori di energia orientandoli per consentire il maggiore irraggiamento solare e come elementi climaticamente sensibili e quindi meno energivori sfruttando la possibilità di convogliare il vento al fine di favorire la ventilazione naturale.
Le vie di comunicazione vedranno la compresenza di diverse tipologie di strade concepite per la circolazione di diversi tipi di traffico veicolare: veicoli senza guidatore e a bassa velocità, per soli pedoni immerse nel verde con intersezioni e aree di interscambio.
Nel concetto di transizione energetica l’architettura è rappresentata da un impianto architettonico funzionale che sappia coniugare l’esigenza di assorbire e conservare l’energia necessaria per alimentare la città con il segno architettonico delle preesistenze storiche e la città e le esigenze dell’uomo rispetto ai nuovi stili di vita. Il design innovativo è rappresentato dal concetto di approcciare lo sviluppo delle città con una nuova identità energetica che si identifichi in una cultura attenta alla salute e al bisogno di vivere in una città concepita a misura d’uomo.
Il concetto dell’abitare oggi è cambiato profondamente, nella città moderna il principio essenziale è la condivisione dell’energia prodotta non solo in senso fisico di risorsa energetica ma di condivisione delle energie. L’architettura diventa camaleontica in grado quindi di trasformare la propria pelle per raggiungere l’obiettivo della modulazione prestazionale di messa a sistema per la sintonizzazione climatica.
Il progetto è focalizzato sulla creazione di una “hydrogen society” totalmente GREEN cioè generato a partire dal fotovoltaico attraverso il processo di water electrolysis. Una WaM sarà in grado di produrre ed accumulare l’idrogeno necessario per tutti gli utilizzi di una famiglia tipica per l’abitazione, il luogo di lavoro e la mobilità. Il sistema sarà in grado di generare un’eccedenza di combustibile verde, da distribuire poi attraverso le reti sociali WaMs. Si tratta di un’energia che senza inquinare (il suo “footprint” in termini di CO2 generata è nulla) sarà in grado di garantire l’autonomia energetica dei nuclei urbani. Per raggiungere questi risultati gli edifici saranno orientati per favorire la massima produzione fotovoltaica di energia, Ventilazione naturale. Il concetto moderno di città prevede la formazione di un ecosistema urbano completamente connesso e alimentato dall’idrogeno. Uno spazio unico dove saranno sperimentati nuovi edifici intelligenti, veicoli a guida automatica, robotica ed edifici con coltivazioni idroponiche. Persone edifici e veicoli potranno essere in comunicazione tra loro attraverso dati e sensori, saremo in grado di testare la tecnologia dell’AI connessa sia nel regno virtuale che in quello fisico massimizzandone il potenziale.
L’impronta di carbonio, per definizione, misura la quantità di gas serra emessi da un’attività, un’organizzazione o una popolazione. I gas serra che vengono presi in considerazione, in conformità al Protocollo di Kyoto, sono l’anidride carbonica (da cui prende il nome), il metano, l’ossido nitroso, gli idro fluorocarburi, i perfluorocarburi e l’esafloruro di zolfo. Attraverso processi che coinvolgono fonti di energia primaria rinnovabile, l’energia dell’idrogeno prodotto attraverso il totale impiego di energia fotovoltaica è una fonte di energia totalmente pulita carbon free. Come l’elettricità, l’uso dell’idrogeno non produce emissioni nocive. La sua modalità di produzione determina la sua impronta di carbonio e quindi solo l’idrogeno prodotto da energia rinnovabile è privo di carbonio (carbon free).
L’energia fotovoltaica autoprodotta può essere accumulata in forma di idrogeno, ottenibile dall’acqua. Per garantire lo “storage” di energia è previsto lo stoccaggio per il gas in serbatoi attraverso l’impiego di serbatoi operanti in pressione. Il costo dello stoccaggio è stimato in 100 ÷ 120 €/kW per 10 ore. Dalla centrale di produzione locale l’idrogeno è immesso nella rete di distribuzione per alimentare le Fuel Cell di piccole dimensioni collocabili in corrispondenza delle singole unità immobiliari.
L’idrogeno inoltre può essere utilizzato per la mobilità con una duplice modalità: o direttamente attraverso una o più HRS (Hydrogen Refueling Station) andando a rifornire veicoli elettrici a fuel cell (FCEV), oppure indirettamente alimentando delle stazioni per fast recharging dei veicoli “full electric” a loro volta energizzate da fuel cell. In tal modo la rete di distribuzione elettrica non dovrebbe essere sovradimensionata al fine di ospitare stazioni difast recharging alimentate direttamente dalla stessa. L’energia prodotta in eccesso potrebbe essere condivisa attraverso una WaM, connessa con una rete di WaMs.
Le declinazioni progettuali della nuova città, sono rintracciabili in alcune esperienze della permacultura che offre la possibilità di coniugare alcuni criteri progettuali consolidati con le componenti della tradizione. Si tratta di un processo di progettazione integrata teso alla conservazione consapevole ed etica di ecosistemi produttivi che abbiano la complessità, la diversità, la stabilità e la flessibilità degli ecosistemi naturali: le Transition Towns propongono un modello inclusivo e il coinvolgimento di una necessaria massa critica di persone per produrre un cambiamento significativo con lo scopo di creare società re-localizzate e resilienti.
La nuova cultura della città non può prescindere dal concetto della transizione energetica, la produzione dell’energia carbon free rappresenta oggi uno dei temi centrali dell’umanità. Il superamento delle energie fossili è un processo lento che potrebbe rappresentare la nuova rivoluzione industriale che come tale porterebbe a un nuovo e più moderno concetto di urbanistica e di cultura urbana.
Notizie dalla stampa
(Rinnovabili.it) – L’azienda italiana Snam (Società Nazionale Metanodotti), la più grande società europea attiva nel settore del trasporto, dello stoccaggio e della rigassificazione del metano, mostra il proprio impegno per l’ambiente e la green economy annunciando un piano quadriennale d’investimenti da 6,5 miliardi di euro che prevede obiettivi più ambiziosi di mobilità sostenibile, energie rinnovabili ed efficientamento energetico per imprese e condomini.
Ministero Dell’interno Decreto 23 ottobre 2018.
Regola tecnica di prevenzione incendi per la progettazione, costruzione ed esercizio degli impianti di distribuzione di idrogeno per autotrazione.
Il futuro dell’auto elettrica a idrogeno
La Germania ha recentemente comunicato che investirà 40 miliardi di Euro per lo sviluppo dell’auto elettrica. Nello sforzo di decarbonizzare il settore trasporti in Europa, è già stato lanciato sin dal 2015 il progetto H2ME1, seguito da H2ME 2 dopo meno di un anno. L’obbiettivo è quello di incrementare la tecnologia a pila combustibile per veicoli elettrici (FCEV, fuel cell elettric vehicle), ossia l’idrogeno.
Questi due progetti sono sostenuti da finanziamenti UE, e tra i paesi che perseguono questo ambizioso progetto a idrogeno, annoveriamo la Danimarca, Francia, Germania, Islanda, Paesi Bassi, Norvegia, Svezia e Regno Unito. Contemporaneamente questi paesi stanno creando una rete di stazioni di rifornimento per l’idrogeno. Ciò che distingue i FCEV dalle automobili convenzionali è il fatto che producono zero emissioni di carbonio.
Presentato lo studio Snam-McKinsey sulle prospettive di sviluppo dell’idrogeno in Italia
(Rinnovabili.it) – Quali sono le prospettive e i trend di sviluppo per l’idrogeno in Italia? E quanto questo vettore può contribuire alla decarbonizazione nazionale? A rispondere è oggi il nuovo rapporto Snam-McKinsey, presentato in occasione della HYchallenge 2019 Gobal ESG conference, in corso in questi giorni a Roma. L’evento, fra dibattiti e tavoli tecnici interattivi, sta affrontando il ruolo dell’idrogeno nella transizione energetica in un contesto di crescente importanza dei fattori ambientali, sociali e di governance (ESG) per le aziende. Se è vero che a livello globale questo carburante sta attirando un interesse sempre maggiore da parte di governi e imprese, lo è anche che, allo stato attuale, lo sviluppo di una diffusa hydrogen economy è ancora lento e costoso.
URBAN CURATOR TAT 