Progetti di spicco svolti negli otto anni di ricerca energetica degli SCCER

Soluzione di software per una pianificazione energetica ottimizzata di sistemi energetici locali

Nel quadro del SCCER FEEB&D, i ricercatori hanno sviluppato nuovi metodi di pianificazione dei sistemi energetici locali. Con lo spin-off Sympheny dell’Empa queste innovazioni metodologiche sono state immesse sul mercato come soluzione «software as a service». A beneficiare della soluzione sono soprattutto i progettisti di sistemi di energia, in modo particolare gli studi di ingegneria e le aziende municipalizzate. Ai progettisti energetici viene fornito supporto nella ricerca di una soluzione ottimale di approvvigionamento energetico in un luogo specifico. La piattaforma li aiuta a integrare meglio le fonti di energia rinnovabili e a incrementare l’efficienza energetica a costi ridotti.

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Pompa di calore ad alta temperatura con refrigeranti rispettosi dell’ambiente

Generalmente si stima che i benefici delle pompe di calore ad alta temperatura per la decarbonizzazione dell’industria siano elevati. Tuttavia, al momento la disponibilità di queste pompe sul mercato è ancora piuttosto scarsa. Negli ultimi anni, l’SCCER EIP ha svolto un’intensa ricerca nel campo delle pompe di calore ad alta temperatura con refrigeranti rispettosi dell’ambiente e ha pubblicato i principali risultati ottenuti nel libro «Pompe di calore ad alta temperatura» (disponibile unicamente in tedesco “Hochtemperatur-Wärmepumpen”). Oltre a effettuare analisi teoriche, la Scuola universitaria professionale OST ha sviluppato un prototipo con caratteristiche superiori alla media delle pompe di calore studiate. Il potenziale di questa tecnologia sviluppata per ridurre le emissioni di anidride carbonica in vari settori industriali è ritenuto molto alto. Ne è un esempio l’azienda Maestrani Schweizer Schokoladen AG, che ha modernizzato l’approvvigionamento di energia utilizzato per produrre cioccolato con una tecnologia di refrigerazione e pompe di calore efficienti e rispettose dell’ambiente. L’azienda si è prefissata di produrre cioccolato a zero emissioni CO₂ nei prossimi anni.

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Uso dell’energia geotermica

In futuro si mira a sostituire i combustibili fossili con altre fonti di energia, fra cui l’energia geotermica. Per attenuare le fluttuazioni stagionali e far fronte anche ai picchi stagionali con fonti di energia a basso contenuto di CO2, è cruciale il ruolo dello stoccaggio di calore e di freddo. L' SCCER-SoE ha sviluppato dei processi di lavoro per trovare anzitutto risorse idrotermali sul posto, ai fini dell’uso diretto, e per utilizzarle anche per lo stoccaggio di calore. Si potranno in questo modo bilanciare le fluttuazioni stagionali della domanda e dell’offerta di energia in estate e in inverno.

Un esempio di uso di risorse idrotermali è la città di Ginevra, dove entro il 2023 saranno effettuate delle misurazioni geofisiche e trivellazioni di prova all’interno del progetto geotermico. L’obiettivo è quello di acquisire dati più precisi del sottosuolo di Ginevra e di individuare i punti della regione che più si prestano allo sfruttamento dell’energia geotermica. Entro il 2035, il cantone di Ginevra mira a generare il 20 per cento dell’energia di riscaldamento con energia geotermica.

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Integrazione di filtri antiparticolato negli impianti di combustione

La biomassa è un’importante fonte di energia rinnovabile. Il suo utilizzo comporta però diverse sfide, come le emissioni di polveri fini durante la combustione. I ricercatori del SCCER BIOSWEET hanno studiato, fra le altre cose, come poter ridurre il particolato emesso dagli impianti di combustione di biocarburanti solidi. In tal modo si può da un lato ridurre l’esposizione a composti potenzialmente cancerogeni, e dall’altro migliorare l’accettazione di questi dispositivi da parte della società.

Il lavoro svolto nell’ambito dello SCCER BIOSWEET è sfociato in un progetto con l’azienda Oekosolve tuttora in atto e sostenuto da Innosuisse. Lo scopo di questo progetto è integrare filtri antiparticolato nella caldaia stessa. Si può così risolvere il problema delle emissioni di particolato indipendentemente dalla geometria del camino e dalle condizioni dello spazio, senza dover intervenire ulteriormente sulla sostanza strutturale. Questo sistema offre alle proprietarie e ai proprietari di case un maggiore potenziale di utilizzo del riscaldamento a biomassa e quindi di abbandono graduale dei combustibili fossili.

Dimostratore per l’ottimizzazione di reti elettriche

Nell’ambito del SCCER-FURIES è stato sviluppato un dimostratore che applica diverse tecnologie e metodi nel campo delle «Smart Grids». La città di Arbon è il luogo ideale per queste attività dimostrative, in quanto la sua rete possiede già i requisiti previsti per le reti del futuro, come l’introduzione al 100 per cento di contatori intelligenti o l’alta penetrazione di risorse energetiche rinnovabili. Con il dimostratore di energia di Arbon si può dare prova che i contatori possono essere utilizzati non solo per il conteggio, ma anche per ottimizzare le reti senza doverle espandere. Con un’accurata gestione dei dati si possono calcolare le tensioni della rete completa. In più, la digitalizzazione può ridurre i costi dell’hardware per l’espansione della rete e per la tecnologia di misurazione. Alla stregua di un laboratorio virtuale, tramite un cockpit è possibile testare diverse strategie e diversi scenari.

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Dalla cantina all’accumulatore di calore

Più dell’80 per cento dell’energia finale delle case svizzere è destinato alla produzione di calore. L’uso dell’energia solare e di altre fonti di energia rinnovabili è ancora così ridotto anche perché l’energia non giunge quando ne abbiamo bisogno, ovvero principalmente in inverno. La soluzione è l’impiego di accumulatori stagionali: il calore può essere immagazzinato in estate in un grande serbatoio d’acqua in modo da poter poi essere utilizzato in inverno. Insieme agli specialisti di isolamento termico di swisspor, un gruppo di ricerca sta sviluppando una soluzione economica e facile da implementare per singoli edifici residenziali o intere zone industriali. L’idea è quella di convertire un vano esistente – per esempio una cantina vuota – in un’unità di accumulo di calore. Lo spazio viene isolato e sigillato all’interno in modo che possa essere riempito d’acqua e fungere da serbatoio stagionale di acqua calda.

In un primo progetto d’innovazione, sviluppato all’interno del SCCER HaE, è stato creato un materiale per l’isolamento termico in grado di resistere a temperature fino a 65 gradi e di durare fino a 50 anni. Nel progetto successivo, la HSLU e swisspor stanno ora studiando, con il sostegno di Innosuisse, come aumentare sia la temperatura nel serbatoio dell’acqua calda a 95 gradi e che la pressione. 

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Stampa 3D di componenti efficienti

Il peso di un veicolo stradale incide significativamente sul consumo energetico dello stesso e, in caso di utilizzo di combustibili fossili, sulle emissioni di CO2. I ricercatori del SCCER Mobility hanno studiato, tra le altre cose, nuovi materiali leggeri e componenti per veicoli. In particolare, hanno sviluppato un nuovo processo di stampa 3D per la produzione di componenti in plastica che, pur essendo estremamente leggeri, presentano proprietà meccaniche che altrimenti si trovano solo nei polimeri rinforzati con fibra o nei metalli. Allo stesso tempo, sono completamente riciclabili e a basso consumo energetico.

Nel 2020 è stato creato lo spin-off del Politecnico NematX AG per immettere questa tecnologia sul mercato. L’obiettivo è sviluppare una tecnologia di stampa 3D per la produzione di componenti in plastica per i più alti requisiti tecnici, ad esempio per il settore aerospaziale, l’elettronica o la medicina. Nel suo percorso, la start-up è anche sostenuta dal programma BRIDGE, tra gli altri.

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Commercio automatico di energia solare

Un obiettivo della Strategia energetica 2050 è quello di espandere la produzione di energie rinnovabili, come ad es. l’energia eolica e solare. La disponibilità irregolare di queste energie non solo pone di fronte a sfide tecniche, ma suscita anche nuovi interrogativi per i mercati dell’energia. I ricercatori del SCCER CREST hanno sviluppato un mercato locale di elettricità che permette alle proprietarie e ai proprietari di impianti fotovoltaici di vendere l’energia solare in eccesso direttamente ai loro vicini. L’obiettivo del progetto «Quartierstrom» [Elettricità di quartiere] è stato quello di consumare sul posto quanta più elettricità prodotta localmente possibile.

L’azienda di approvvigionamento energetico e idrico di Walenstadt si è mostrata disponibile all’esperimento, e così è stato creato il primo mercato locale di elettricità della Svizzera. Con ottimi risultati: grazie al mercato locale di elettricità è raddoppiato l’autoconsumo di produzione propria all’interno della comunità, le 37 economie domestiche partecipanti si riforniscono al 33 per cento con la propria energia solare.

Alla conclusione del progetto, a metà del 2020 è stata creata la start-up Exnaton. La giovane start-up sviluppa e vende una soluzione di software che mette in collegamento fornitori e consumatori di elettricità e semplifica il commercio di energia solare all’interno delle comunità energetiche.

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