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Attivare la pompa di calore: la rivoluzione silenziosa nei nostri seminterrati

Le oscillazioni dei prezzi hanno riportato in auge l’efficienza energetica. Le pompe di calore sono dalle 3–5 volte più efficienti delle caldaie a gas e sono anche una valida alternativa ai condizionatori. Di conseguenza, stanno guadagnando una buona fetta di mercato nel settore degli impianti di riscaldamento e refrigerazione e potrebbero soddisfare futuri regolamenti sulle emissioni di carbonio.

31 marzo 2023

Holger Frey

CAIA, Senior Portfolio Manager, Credit Suisse Asset Management

Pompe di calore

Il 23 dicembre 2022 una fredda tempesta invernale particolarmente pericolosa ha colpito l’Upper Midwest e il Nordest degli Stati Uniti.1 Le temperature sono scese fino a –46 °C (50 °F)2, mettendo a rischio le infrastrutture energetiche critiche. Il congelamento dei pozzi di gas ha causato il peggior calo della produzione di gas naturale negli Stati Uniti in un solo giorno da più di un decennio3, spingendo i prezzi della materia prima oltre USD 100 a Washington D.C. e in alcune parti del New England alla vigilia di Natale.4

La dura tempesta invernale è stata un nuovo promemoria di come le infrastrutture energetiche di oggi stiano affrontando sempre più spesso eventi meteorologici estremi, che isolano i clienti dalle forniture e causano forti shock dei prezzi. Con la loro crescente frequenza, il tema della sicurezza e dell’efficienza energetica è diventato l’argomento principale nei salotti, dove fino a poco tempo fa, a causa del COVID-19, l’attenzione si concentrava sulla configurazione dei dispositivi smart home Alexa e sui servizi streaming di Netflix.

Il cambiamento climatico non è ovviamente l’unico fattore che sta dietro alla crescente attenzione nei confronti dell’efficienza energetica. Da quando la Russia ha invaso l’Ucraina nel febbraio 20225, gli europei hanno visto svanire l’immagine di un approvvigionamento energetico affidabile e conveniente. Mentre i politici si affannavano a garantire nuove forniture di gas naturale e terminal galleggianti per il GNL (gas naturale liquefatto), è diventato chiaro che non esiste una soluzione semplice alla crisi energetica europea. In questo contesto, sebbene le temperature invernali in Europa, particolarmente alte al punto da destare preoccupazione, abbiano contribuito a evitare il peggio nel breve termine, la sicurezza energetica rimane a rischio senza miglioramenti nell’uso efficiente dell’energia.

L’aumento dell’efficienza energetica costituisce un argine all’aumento dei costi energetici

La crisi energetica europea ha innescato un forte aumento delle fatture, ma l’entità di questo aumento dipende in gran parte dal livello di efficienza energetica del singolo edificio. Le abitazioni più efficienti dal punto di vista energetico hanno registrato aumenti assoluti relativamente più bassi, mentre i costi sono lievitati fino a 4,6 volte di più per quelle meno efficienti (cfr. figura 1). Ad esempio, per le abitazioni britanniche con rating «B» la fattura energetica annuale è aumentata di USD 820 nel 2022 rispetto al 2019, mentre la categoria di edifici a più bassa efficienza energetica «G» ha subito l’incredibile aumento di USD 3376.6 Questo è il motivo più forte a favore del miglioramento dell’efficienza energetica degli edifici da decenni a questa parte.

Aumento della fattura energetica in una famiglia media del Regno Unito per classe di prestazione energetica dell’edificio (USD, 2022 vs. 2019)

Fonte: AIE. Licenza: CC BY 4.0, Energy Efficiency 2022 – Analysis - IEA (AIE)

Le pompe di calore attenuano la volatilità dei prezzi dei combustibili fossili

Poiché il gas naturale è il combustibile dominante a livello globale e copre il 42% del fabbisogno di riscaldamento domestico7, il recente shock dei prezzi sta mettendo in discussione il suo ruolo di fonte energetica accessibile e di transizione. In realtà, le famiglie che utilizzano pompe di calore elettriche sono state molto più protette dalle oscillazioni selvagge dei prezzi. Ad esempio, il costo di gestione di un sistema di riscaldamento a gas per una famiglia media in Danimarca è aumentato del 330% in seguito all’impennata dei prezzi del gas, mentre il riscaldamento della stessa superficie con una pompa di calore elettrica è aumentato del 100%.8 Per le famiglie in grado di consumare energia rinnovabile autoprodotta, il passaggio a un riscaldamento elettrico efficiente aumenta la sicurezza energetica e la stabilità delle fatture, poiché i prezzi dell’elettricità possono essere bloccati per molti anni, evitando così la volatilità delle quotazioni dei combustibili fossili.

Ridurre l’impronta di carbonio conviene

L’utilizzo di combustibili fossili per riscaldare le abitazioni è anche uno dei principali fattori che contribuiscono al riscaldamento globale. Negli Stati Uniti, il riscaldamento e il raffreddamento sono responsabili del 38% delle emissioni di gas serra prodotte dagli edifici residenziali, con un ulteriore 15% di emissioni derivanti dal riscaldamento dell’acqua.9 Passando a un sistema di riscaldamento con pompa di calore, i proprietari di abitazioni possono ridurre drasticamente la loro impronta di carbonio da 1 a 8 tonnellate all’anno.10 Per fare un paragone, l’adozione di una dieta vegana per un anno intero consente di risparmiare circa 1 tonnellata di emissioni di CO2 11, mentre il prezzo delle emissioni di carbonio è destinato ad aumentare in termini strutturali. Il 18 dicembre 2022 il Parlamento europeo ha approvato l’introduzione di un prezzo del carbonio sui combustibili per l’edilizia come parte della riforma del sistema di scambio delle quote di emissione (ETS) del blocco, il più grande mercato di scambio del carbonio a livello globale.12 A partire dal 2027 fino al 2030, le emissioni di carbonio causate dalla combustione di combustibili fossili nel trasporto stradale e nel riscaldamento avranno un prezzo massimo di EUR 45 per tonnellata.13 L’accordo va oltre la bozza iniziale, poiché il nuovo ETS2 include anche il calore di processo proveniente da attività industriali e il riscaldamento degli uffici.14

Impronta ambientale dei sistemi di riscaldamento

Fonte: The Parliamentary Office of Science and Technology, BBC 2020, Credit Suisse

Come funziona una pompa di calore?

La tecnologia alla base delle pompe di calore non è nuova ed è simile a quella utilizzata da un frigorifero o da un condizionatore d’aria. Le pompe di calore estraggono calore da una fonte che può essere l’aria circostante, il terreno (energia geotermica), l’acqua o il calore di scarto di una fabbrica. A differenza delle tradizionali caldaie a gas e dei riscaldatori elettrici, la pompa di calore non genera calore in sé, ma trasferisce e amplifica il calore ottenuto dalla suddetta fonte. Il processo inizia con un compressore che muove un fluido refrigerante attraverso un ciclo di refrigerazione e uno scambiatore di calore che estrae il calore dalla fonte. Attraverso un altro scambiatore di calore, il calore viene poi trasferito a un dissipatore.

Processo di base di una pompa di calore

Fonte: Credit Suisse, immagine usata per gentile concessione di Nibe Industrier

Il coefficiente di prestazione (COP), ovvero l’unità di energia elettrica immessa per fornire un’unità di calore in uscita, per una tipica pompa di calore domestica è di circa 4, ossia è da 3 a 5 volte più efficiente15 di una caldaia a gas. Inoltre, durante i periodi caldi, le pompe di calore possono essere utilizzate in senso inverso, estraendo calore da una stanza e trasferendolo all’esterno.

Sebbene un tempo le pompe di calore ad aria fossero meno efficienti nei climi rigidi, grazie ai miglioramenti tecnologici oggi funzionano efficacemente a temperature di –23 °C (–10 °F) e inferiori.16 La penetrazione di mercato del 60% in Norvegia e di oltre il 40% in Svezia e Finlandia lo conferma.17 Le pompe di calore di nuova generazione mirano a fornire il più alto COP possibile per un intervallo di temperature più ampio, a ridurre ulteriormente i livelli di rumorosità e a ottimizzare il duplice uso (riscaldamento e raffreddamento). Gli obiettivi di ricerca e sviluppo includono la predisposizione di nuove tecnologie di compressione come quelle allo stato solido (ad esempio magnetocaloriche, termoelettriche ed elastocaloriche) e gassoso (ad esempio cicli Brayton e Stirling), e i primi risultati dei sistemi di raffreddamento basati sulla tecnologia elastocalorica sono particolarmente promettenti.18

Le installazioni raggiungeranno nuovi record

Nel 2021 erano in funzione circa 190 milioni di pompe di calore in tutto il mondo, con i modelli ad aria come tipologia più utilizzata.19 Le installazioni hanno raggiunto un nuovo record nel 2021 registrando un’impennata di quasi il 15%, con la crescita maggiore in Europa, dove si sono superati i 2 milioni di nuove unità: un aumento del 35% rispetto all’anno precedente. Si prevede che questa tendenza continui, confermata dal raddoppio dei tassi di crescita in Europa nella prima metà del 2022. Per raggiungere gli obiettivi climatici ed energetici, le installazioni potrebbero addirittura salire a 5–7 milioni ogni anno entro il 203020, solo in Europa.21 Considerando i cambiamenti politici in corso, è lecito pensare che potenzialmente assisteremo ad altri record.

Le installazioni di pompe di calore residenziali in Europa dovrebbero aumentare in misura significativa

La previsione è basata su un’analisi integrata degli attuali obiettivi (Energy White Paper del Regno Unito, pacchetto Fit for 55 dell’Europa e singoli Stati membri) e sullo storico della diffusione di pompe di calore in linea con le politiche esistenti, nonché sui nostri modelli previsionali sul gas.
Fonti: Credit Suisse, Wood Mackenzie. Basato su Wood Mackenzie; 2022 Europe to install 45 million heat pumps by 2030 | Wood Mackenzie; consultato il 5 gennaio 2023

Con l’Europa nell’occhio del ciclone della crisi energetica, sette Paesi europei, tra cui il Regno Unito, che rappresentano l’80% dell’uso domestico del gas nel continente, hanno annunciato piani per vietare nuovi allacciamenti al riscaldamento a gas.22 Anche diversi Stati degli USA stanno introducendo il divieto di installare caldaie a gas e a gasolio. Inoltre, l’IRA (Inflation Reduction Act) prevede nuovi e significativi sconti e incentivi fiscali per i proprietari di immobili. Gli sconti possono raggiungere USD 8000 sull’acquisto di una pompa di calore per le famiglie a basso e medio reddito, ed è previsto un credito d’imposta fino al 30% per le famiglie ad alto reddito.23 Finora uno degli ostacoli a una crescita ancora più forte è stata la disponibilità di professionisti qualificati per l’installazione di sistemi a pompa di calore: a ciò il settore ha reagito accrescendo e formando la propria forza lavoro. Un’altra nuova opzione è rappresentata dalle pompe di calore a finestra, facili da installare, che possono essere montate con la stessa rapidità di un comune condizionatore d’aria, ma che garantiscono climatizzazione e riscaldamento efficienti dal punto di vista energetico. I prezzi partono da USD 200024 e consentono l’ammodernamento a posteriori per famiglie a basso e medio reddito.

Conclusione

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https://edition.cnn.com/2022/12/24/weather/christmas-arctic-winter-storm-power-outages-saturday/index.html; consultato il 5 gennaio 2023 
JJet Stream Bends Under Climate Change | bnef.com; consultato l’11 gennaio 2023
https://www.bnef.com/news/1110099; consultato il 9 gennaio 2023
https://www.bnef.com/news/1110099; consultato il 5 gennaio 2023
5  https://www.politico.eu/article/putin-announces-special-military-operation-in-ukraine/; consultato il 3 gennaio 2023 
'Executive summary – Energy Efficiency 2022 – Analysis - IEA; consultato il 9 gennaio 2023
IEA: Energy Efficiency 2022; consultato il 6 gennaio 2023
https://www.iea.org/reports/energy-efficiency-2022/executive-summary; periodo 2022 vs. 2019; consultato il 4 gennaio 2023 
How to cut carbon out of your heating - BBC Future; consultato il 4 gennaio 2023
10 The top 3 climate-friendly tax credits coming out in 2023 - The Washington Post; consultato il 3 gennaio 2023
11 Carbon Footprint of Food | Green Eatz; consultato il 9 gennaio 2023
12 EU approves CO₂ tax on transport | Fleet Europe; consultato il 10 gennaio 2023
13 EU approves CO₂ tax on heating and transport – EURACTIV.com; consultato il 4 gennaio 2023
14  EU approves CO₂ tax on transport | Fleet Europe; consultato il 12 gennaio 2023
15 IEA: The Future of Heat Pumps; consultato il 5 gennaio 2023
16 The Inflation Reduction Act "pumps up" heat pumps | HVAC Solutions; consultato il 9 gennaio 2023
17 Gas crisis driving heat pump boom in Europe, IEA says – EURACTIV.com; consultato l’8 gennaio 2023
18 IEA: The Future of Heat Pumps; pagina 31; consultato il 12 gennaio 2023
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20 Heat pumps to support Europe’s net zero and energy security goals | Wood Mackenzie; consultato il 9 gennaio 2023
21 Gas crisis driving heat pump boom in Europe, IEA says – EURACTIV.com; consultato il 5 gennaio 2023
22  Executive summary – Energy Efficiency 2022 – Analysis - IEA; consultato il 12 gennaio 2023  
23  The Inflation Reduction Act "pumps up" heat pumps | HVAC Solutions; consultato il 7 gennaio 2023
24 Heat pump can decarbonize public housing | BloombergNEF; consultato il 5 gennaio 2023
25  Heat pump can decarbonize public housing | BloombergNEF; consultato l’8 gennaio 2023
26 IEA: The Future of Heat Pumps; pagina 45; consultato il 3 gennaio 2023
27 IEA’s ‘largest ever’ revision - Carbon Brief; consultato l’11 gennaio 2023

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