Agosto è appena finito e si contano ovunque i danni dell’ennesimo caldo record. Ondate di calore e incendi sono un leitmotiv conosciuto, al quale si aggiunge via via il crollo delle reti elettriche. Migliaia e migliaia di famiglie “al buio” per gli effetti del sovraccarico di energia.
I blackout periodici offrono solo un piccolo indizio di ciò che è probabile che accada in futuro. Crescita di popolazione, urbanizzazione e temperature estive triplicherà il numero di condizionatori installati in tutto il mondo entro metà secolo. Il totale dei climatizzatori va verso i 6 miliardi, secondo il rapporto Future of Cooling dell’Agenzia internazionale per l’energia.
L’aria condizionata rappresenta una delle sfide più insidiose del cambiamento climatico e uno dei problemi tecnologici più difficili da risolvere.
È ovvio: più il mondo si riscalda, più abbiamo bisogno di raffreddamento
Non è solo questione di comfort, ma di salute e sopravvivenza in gran parte del mondo. Eppure gli stessi condizionatori d’aria producono abbastanza calore da aumentare in modo misurabile le temperature urbane e aumentare i gas serra.
Miliardi di nuove unità assetate di energia creeranno l’aumento di una delle maggiori fonti della domanda di elettricità in tutto il mondo.
Senza grandi miglioramenti, anche la domanda di energia dal raffreddamento triplicherà, raggiungendo i 6.200 terawattora entro il 2050, ovvero quasi un quarto del consumo totale di elettricità nel mondo odierno.
54,4° Celsius (130 gradi Fahrenheit). È la temperatura più alta mai registrata sua Terra. Ed è stata registrata lo scorso mese, nella Death Valley in California. Vogliamo continuare così? E dare una mano al caldo?
La tecnologia dei condizionatori è ferma
Di progressi nel settore ne vedo pochi. A parte piccoli guadagni di efficienza, la tecnologia di base funziona dei climatizzatori funziona in modo molto simile a quando è stata introdotta quasi un secolo fa.
“Il fatto che l’uso dei condizionatori continui ad aumentare mentre il prodotto ha in gran parte lo stesso aspetto di decenni fa parla da solo”, afferma Vince Romanin, amministratore delegato di Treau, una startup con sede a San Francisco che sviluppa un nuovo tipo di pompa di calore.
“Penso che molte persone sarebbero entusiaste di un cambiamento, ma ci sono stati solo progressi incrementali,” dice. E ha ragione.
Negli ultimi decenni ci sono stati miglioramenti di gran lunga maggiori in altre tecnologie energetiche (pannelli solari, batterie e veicoli elettrici) grazie a opinione pubblica e interventi statali. Treau è una delle numerose startup e gruppi di ricerca che ora stanno provando a ottenere progressi sul raffreddamento.
Potrebbe non bastare
Anche se lo stock globale di unità di climatizzatori diventasse molto più efficiente, i previsti balzi nell’uso sono così grandi che la domanda globale di elettricità continuerà a salire. Questo complicherà il compito già proibitivo compito di ripulire i settori energetici mondiali. Significa che le nazioni non devono solo revisionare le infrastrutture elettriche esistenti: devono costruire sistemi molto più grandi di quanto siano mai esistiti e fare tutto con fonti rinnovabili o senza emissioni.
Raffreddare i grandi volumi di aria calda che riempiono case, uffici e fabbriche è, e sarà sempre, un enorme consumo di energia.
Il problema non è solo che più condizionatori richiederanno sempre più elettricità per alimentarli. È che aumenterà particolarmente la quantità necessaria durante le ore di punta, quando le temperature sono davvero calde. Un problema già noto come “curva dell’anatra” che sarà causato anche dalle ricariche delle auto elettriche. Tutti tenderanno a ricaricare di notte, tutti accenderanno la loro aria condizionata nelle ore più calde. Dobbiamo costruire in eccesso i sistemi elettrici per soddisfare i livelli di domanda che possono verificarsi solo per poche ore o pochi giorni all’anno.
Occhio all’India
Il mondo vedrà aumenti molto maggiori nella domanda di climatizzatori nelle nazioni in cui la classe media è in rapida espansione, e dove le ondate di calore diventeranno più comuni e gravi. In particolare si prevede che l’India installerà altri 1,1 miliardi di unità entro il 2050, facendo aumentare la quota di condizionatori sul picco della domanda di elettricità della nazione dal 10% al 45%.
Come si può risolvere?
Energia pulita – L’azione più cruciale deve avvenire sulla rete elettrica nel suo complesso. Serve un maggiore utilizzo di fonti di energia pulita, come il solare e l’eolico, per ridurre le emissioni indirette di gas serra derivanti dall’utilizzo dei condizionatori.
Smart grid – lo sviluppo di reti sempre più intelligenti potrebbe aiutare i sistemi elettrici ad affrontare i picchi di domanda di corrente alternata. Questo comporta l’aggiunta di sensori, sistemi di controllo e software. Sistemi in grado di ridurre automaticamente l’utilizzo al diminuire della temperatura esterna o quando le persone lasciano gli spazi per lunghi periodi.
Fresco alternativo – Il mondo può anche ridurre le emissioni dei climatizzatori passando a refrigeranti alternativi. I produttori si sono ampiamente affidati agli idrofluorocarburi, gas ad effetto serra molto potenti che possono fuoriuscire durante la produzione e la riparazione o alla fine della vita di un’unità.
In base a un emendamento del 2016 al protocollo di Montreal, le aziende e i paesi devono passare sempre più a opzioni con un minore impatto. Ci sono alcuni composti promettenti noti come HFO, alcuni idrocarburi come il propano e persino l’anidride carbonica (che almeno ha un effetto riscaldante minore rispetto ai refrigeranti esistenti).
I refrigeranti alternativi potrebbero ridurre le emissioni dell’equivalente di circa 50 miliardi di tonnellate di anidride carbonica nei prossimi decenni.
Soprattutto efficienza
Aldilà di queste soluzioni, il numero crescente di condizionatori che operano in case ed edifici in tutto il mondo deve diventare molto più efficiente dal punto di vista energetico
La tecnologia per farlo c’è già: la migliore tecnologia disponibile è efficiente più del doppio dei prodotti effettivamente in uso nel mondo e tre volte migliore rispetto ai prodotti più inefficienti sul mercato.
Il problema è che la maggior parte di persone e imprese non pagherà molto di più per sistemi più efficienti “solo” per aiutare a raggiungere gli obiettivi climatici globali, in particolare nelle aree povere del mondo.
Incentivi o sussidi potrebbero contribuire a garantire la diffusione di prodotti più efficienti
Gli effetti? Evidenti
Nello scenario dell’AIE che include queste buone politiche l’aumento del consumo energetico correlato al raffreddamento si ridurrebbe del 45% entro la metà del secolo.
Anche allora, tuttavia, la domanda di energia aumenterebbe ancora di circa il 70% entro la metà del secolo.
Il raggiungimento di significativi guadagni aggiuntivi potrebbe richiedere cambiamenti più radicali.
Cambiamenti radicali
Diverse startup stanno cercando di spingere le cose oltre.
Transaera, cofondata dal professore di energia del MIT Mircea Dincă, sta tentando di migliorare in modo significativo l’efficienza dei climatizzatori.
Oltre a raffreddare l’aria, le unità convenzionali dedicano enormi quantità di energia per trattare il vapore acqueo, che trattiene calore. Questo richiede di abbassare la temperatura ben oltre quello che si legge sul display dei condizionatori. Solo così si può convertire il vapore in un liquido e rimuoverlo dall’aria.
“È incredibilmente inefficiente”, dice Dincă, “è un sacco di energia e non è necessario”.
L’approccio di Transaera si basa su una classe di materiali altamente porosi. Sono noti come strutture metallo-organiche, e possono essere ottimizzati per catturare composti specifici, compresa l’acqua. Transaera ha sviluppato un accessorio per sistemi di condizionamento d’aria che utilizza questi materiali per ridurre l’umidità nell’aria prima che entri in un climatizzatore. L’azienda stima che questo sistema migliori l’efficienza energetica complessiva di oltre il 25%.
Altre ricerche in corso
La SkyCool Systems di Mountain View, California, ha sviluppato specchi high-tech in grado di proiettare calore nelle fredde distese dello spazio, sfruttando un fenomeno naturale noto come raffreddamento radiativo.
Posizionati sui tetti, questi dispositivi possono sostituire o aumentare i tradizionali sistemi di raffreddamento degli edifici. L’azienda stima che la tecnologia possa ridurre l’energia utilizzata per raffreddare le strutture dal 10 al 70%, a seconda della configurazione e del clima. SkyCool sta installando i materiali nel suo quarto sito commerciale.
Altre startup stanno esplorando idee come pompe di calore geotermiche, tecnologie a stato solido che evitano la necessità di gas refrigeranti e nuove modifiche al raffreddamento.
