Un sistema esiste nella produzione industriale per ridurre drasticamente le inefficienze,  l’incertezza sui costi e i costi stessi dell’energia: è la cogenerazione. I cogeneratori sono macchine che convertono energia da una fonte di energia primaria, quali gas naturale, biogas, biometano o idrogeno in energia elettrica ed energia termica, vapore e freddo. La cogenerazione è pertanto il sistema già collaudato più accessibile all’industria per realizzare la propria transizione energetica, contenendo i costi e senza incertezze nell’approvvigionamento.

Integrate negli impianti di aziende di ogni dimensione le macchine di cogenerazione fanno la differenza in termini di redditività e sostenibilità. Essendo i cogeneratori controllati dalla singola azienda, sono sicuri e stabili in termini di disponibilità di elettricità ed energia termica che può essere usata per riscaldare, o raffreddare o per produrre vapore. È pur vero che il gas è soggetto a fluttuazioni nei prezzi e nella disponibilità,  ma i cogeneratori possono continuare a funzionare senza alcuna interruzione passando a un’altra fonte primaria come il biogas o il biometano e, sempre di più, l’idrogeno.

I cogeneratori migliorano dunque vistosamente i valori dell’efficienza energetica di una azienda, anche perché, non solo si dimensionano alle precise esigenze in termini output di kW e percentuale del tipo di energia risultante – quanto calore o freddo o vapore o elettricità  – ma  si a

deguano alla tipologia di fonti primarie disponibili, come il gas da biomasse o il gas naturale, e ora anche l’idrogeno grazie ai i primi idrogenodotti in Europa.

Abbiamo avuto l’opportunità di visitare gli stabilimenti produttivi di cogeneratori di 2G Energy AG a Heek, in Germania. L’azienda  è partita da qui nel 1995 con forza nel settore agricolo – per sopperire all’ovvio fabbisogno degli stabilimenti zootecnici sia di elettricità sia di calore. Ora è il terzo produttore di cogeneratori in Germania, e sta nel gruppo di testa al mondo assieme a Caterpillar Inc., Innio Jenbacher, Northeast-Western Energy Systems, Siemens Energy, Solar Turbines e l’American Gas Association, in quanto membro della CHP (Combined Heat and Power) Alliance che a livello globale tracia la strada verso il cosiddetto idrogeno verde.

Dal polo di Heek, 2G Energy serve imprese e aziende dell’energia in 68 paesi, con una dinamica presenza in crescita anche in Italia: oltre 300 cogeneratori istallati tra cui presso ICS Maugeri, F.lli Faccia, Salumificio Predrazzoli, tra gli altri. I clienti nel resto del mondo – dei circa 8000 impianti installati – oggi includono Scottish Water, Bosch, Springer, Siemens, Merck, e poi Energy Technologies in Malesia, Evo Energy in Australia, Energy in Indonesia,  DK Power in Corea, e vari in Giappone, tra cui Toyota, Technics Co Fuji Electric e  PT Maxi. Il Giappone è stato curiosamente uno dei primi paesi nel quale il gruppo si è espanso già nel 2004.

Dopo anni di incertezze negli approvvigionamenti – e nei costi, e considerate le condizioni geopolitiche e del mercato, l’industria ora valuta e adotta attivamente alternative alle fonti uniche di energia quali il gas e l’elettricità che dipendono da fornitori terzi e non consentono una programmazione affidabile.

Considerando che funzionano in container collocati esternamente agli impianti e non impegnano quindi spazio produttivo, i casi d’uso sono innumerevoli sia nei processi industriali, sia nel civile: ospedali, scuole, piscine o intere città come nel caso di Hassfurt (vedi sotto).

“I container che li contengono sono di tipo simil marino e collegati in serie creano al bisogno spazi considerevoli, sempre all’aperto”, spiega Christian Manca, ceo di 2G Italia. “A un nostro cliente abbiamo proposto una soluzione di cogenerazione containerizzata. Invece di costruire un intero nuovo capannone, per il quale ci sarebbero voluti molti mesi, o anni, nel tempo record di 30 settimane il cliente ha avuto la sua soluzione completa plug-and-play, pronta a produrre energia elettrica, vapore, calore e freddo”.

È anche il caso del grande polo logistico di DIMAR S.p.A. a Roreto di Cherasco, Cuneo, che si estende su 30.000 mq. Data la superficie, era richiesto un sistema efficiente di teleriscaldamento per le utenze commerciali. Assieme a Egea, nel 2022, Dimar ha installato un cogeneratore 2G, integrato con un impianto fotovoltaico. Collegato direttamente alla centrale termica di EGEA, il cogeneratore alimenta la rete di teleriscaldamento del polo logistico e gli ausiliari della centrale, oltre a immettere le eccedenze direttamente nella rete.

Le fonti primarie – La cogenerazione è lo strumento che sta dando una nuova vita alle biomasse e ai reflui organici, e alla cattura del metano.

In Messico, un cogeneratore 2G della gamma più potente ha permesso di catturare ben 16.900 tonnellate di emissioni di metano, riducendo contemporaneamente quelle di CO₂ dall’elettricità per  4.200 tonnellate. Considerando anche l’utilizzo dell’energia termica recuperata, il risparmio complessivo di solo questo sito raggiunge addirittura un 45-50%.

Nel caso di biomasse o di reflui organici, è un biodigestore a trasformare la materia organica in biogas pulito e rinnovabile che va ad alimentare il cogeneratore che a sua volta produce energia termica ed elettrica in maniera altamente efficiente, riducendo anche l’impatto ambientale dei reflui di partenza.

Sono state le mutate condizioni del sistema dell’energia, il riconoscimento del ruolo fondamentale che possono avere i biogas e le biomasse e l’irrompere delle infrastrutture dell’idrogeno ad aver dato una nuova vita alle macchine della cogenerazione.

L’industria – Negli impianti industriali che utilizzano vapore, freddo o calore, i cogeneratori cambiano l’equazione energetica: dal semplice utilizzo del calore per il riscaldamento delle strutture all’utilizzo di elettricità, calore o vapore nei processi.

I casi d’uso vanno da Merck, l’azienda farmaceutica più antica al mondo, alla GM Plast, alla Torniveneta in Italia, all’Emsa con Rwe nelle utilities in  Europa, alla totale autosufficienza energetica di Simonds International negli Usa.

2G Energy è l’unico produttore di cogeneratori che offre l’intera gamma di output di energia, dai microgeneratori – i  g-box che producono 20-50 kW destinati alle pmi, a quelli con le massime potenze, gli avus, che arrivano a produrre 550-4500 kW. Negli Usa, è in funzione in un ospedale il cogeneratore più potente in assoluto da 8 MW, in fase di studio anche in altre strutture ospedaliere e resort.

Una delle caratteristiche che più motivano le reti, i fornitori e i consulenti energetici a impiegare la cogenerazione sono il contenimento totale delle perdite nella distribuzione. Una normale centrale elettrica che riceve combustibile attraverso le infrastrutture tradizionali registra in media in questa catena una perdita del 62%: l’energia elettrica ceduta alla rete del consumo ammonta al solo 38% del combustibile primario. Un impianto da cogenerazione produce a partire dal combustibile primario il 47% di energia elettrica e il 47% di energia termica, oltre all’energia per fare funzionare il motore del cogeneratore stesso.

Pronti per un futuro a idrogeno – 2G è l’unica azienda al mondo i cui cogeneratori sono tutti pronti a funzionare al 100% a idrogeno dal 2018, con oltre 30 applicazioni in tutto il mondo. Utilizzando idrogeno, i cogeneratori diventano un sistema di approvvigionamento dall’azzerata dispersione e neutrale quanto a emissioni nocive.

“Siamo gli unici produttori al mondo”, ci spiega Manca, “a offrire la possibilità di convertire un cogeneratore alimentato a gas naturale o a biogas in un impianto a idrogeno al 100% con poche e semplici modifiche a parità di efficienza. La possibilità di utilizzare una miscela che preveda fino al 40% di idrogeno è già realtà in ogni nostro prodotto. Ad oggi, ciascuno dei nostri cogeneratori è non solo “H2-ready“, ma può essere convertito in qualsiasi momento al 100% idrogeno per produrre energia a zero emissioni”.

La svolta critica al digitale – Nel 2016, 2G introduce per clienti e partner la piattaforma digitale MY2G: è lo strumento che permette alle aziende di ottimizzare la gestione dei propri impianti di cogenerazione. Parallelamente lo Shop on-line di 2G per i pezzi di ricambio è sempre a disposizione per facilitare la manutenzione programmata o straordinaria.

L’importante svolta nel 2018 è la piattaforma I.R.I.S., Intelligent Report Information System, un sistema di analisi predittiva dei guasti che monitora costantemente gli impianti per rilevare irregolarità prima che essi si verifichino. I.R.I.S. analizza 400 milioni di dati di sistema o da sensori alla settimana per predire potenziali difetti o fermi e prevenire che essi si verifichino. Ora I.R.I.S. è integrata da I.R.I.S. GPT per un ulteriore passo verso l’integrazione evoluta dell’intelligenza artificiale nella gestione dei cogeneratori.

Che cosa vi ha spinto alla digitalizzazione e con quali dati raccolti dove? chiediamo a Christian Grotholt, ceo e fondatore assieme a Ludger Gausling. “Questo è un aspetto fondamentale del nostro lavoro, ricerca e visione per il futuro. Pensi alle ‘4 D’”, ci dice Grotholt facendo riferimento ai quattro concetti ritenuti i quattro pilastri della transizione energetica:  digitalizzazione, decentralizzazione, democratizzazione e decarbonizzazione*.

“Decarbonizzare l’economia globale vuol dire decentralizzare [l’approvvigionamento energetico], il che, a sua volta, può essere realizzato in maniera soddisfacente soltanto se si dispone di un ambiente digitalizzato. Questo perché nel nuovo quadro le macchine devono parlare, devono comunicare tra loro, anche per avvicinarsi al quarto obiettivo che è la democratizzazione. Nel caso dell’energia ciò deve coinvolgere tutti gli operatori degli impianti energetici”.

Con un vasto team di ingegneri elettrici, tra cui lo stesso Grotholt, 2G produce i propri Plc, che ora sono integrati nel sistema che usa l’intelligenza artificiale. “Abbiamo 8000 macchine monitorate dalla nostra piattaforma I.R.I.S. Essa elabora milioni di dati e ha, per esempio, individuato 67 criticità che, soprattutto nei cogeneratori che arrivano ai 50 kW, possono risultare molto dispendiose se si deve mandare personale a fare la manutenzione”, dice. “Grazie a questo sistema, sono state le macchine stesse a generare 5.000 eventi di richiesta di servizio, a fronte dei 500 che avrebbe registrato il personale che le controlla”.  Grotholt ci spiega la differenza che questo numero fa in termini di efficienza complessiva per le aziende che utilizzano i cogeneratori. Grazie al sistema I.R.I.S., ha ridotto gli intervalli di manutenzione dei suoi cogeneratori portandoli da 2.000 a 4.000 ore di funzionamento senza eventi. “Ciò che si tende a chiamare manutenzione predittiva è per noi l’obiettivo della massima efficienza, dell’imparare dalle esperienze e del fornire la massima disponibilità”.

Oltre a un team di ingegneri informatici, 2G impiega anche dei data scientist. “È fondamentale avere un sistema connesso e integrato”, precisa Grotholt, “che naturalmente deve essere anche aperto agli altri perché tocca ai nostri cogeneratori assumere il ruolo principale nella produzione di energia quando quella solare o quella eolica non sono disponibili”.

Grotholt parla della complessità insita nell’integrazione di tutte le fonti primarie di energia e dei cogeneratori nelle reti elettriche. “Come fornitori di tecnologia”, dice, “noi miriamo a togliere complessità per gli utilizzatori. In altre parole, noi, dobbiamo saper affrontare più complessità affinché la gestione dell’energia sia veramente semplice per l’utilizzatore finale”.

 

Il caso eccezionale della città di Hassfurt:  un cogeneratore integrato in un sistema energetico che serve l’intera città ed è integralmente sostenibile.

La municipalizzata di Hassfurt fornisce elettricità sostenibile a tutta la città. Il primo elemento del sistema è un elettrolizzatore Siemens che vanta un rendimento del 70%. Oltre a produrre una potenza picco pari a 1,25 MW, trasforma l’eccesso di energia elettrica rinnovabile in idrogeno. È stato aggiunto nel 2019 a un sistema eolico e fotovoltaico già funzionante. L’elettrolizzatore è integrato da un cogeneratore da 140 kW di 2G che funziona al 100% con questo idrogeno puro. Il progetto è stato premiato nella categoria “Industria” dei Handelsblatt Energy Awards 2018/2019. È il primo caso di una città di 14.000 abitanti che produce energia da cogenerazione con idrogeno verde, e utilizza l’energia termica prodotta dal cogeneratore per il teleriscaldamento in inverno e per il raffrescamento delle strutture municipali d’estate.

 

*Benché non formalmente corretto in italiano da un punto di vista scientifico, “decarbonizzare” è ormai il termine  di uso comune per definire l’obiettivo di azzerare le emissioni da CO₂.