La dimensione urbana delle "blue energy"
Le città costiere come luoghi di sperimentazione: gli impianti di teleriscaldamento ad acqua di mare
Federica Di Pietrantonio

Abstract

Nell’ultimo decennio la Blue Energy o energia rinnovabile marina sta assumendo un ruolo sempre maggiore nella transizione dell’Unione Europea verso la carbon neutrality, ma solo recentemente l’interesse per queste tecnologie si è esteso all’area mediterranea, accompagnandosi a dubbi e resistenze in merito a eventuali impatti negativi sull’ambiente, sul paesaggio e sulle economie costiere del Mare Nostrum. Le reti di teleriscaldamento che sfruttano il mare come fonte di calore sono in grado di minimizzare le interferenze con gli ecosistemi marini e con la fruizione fisica e visiva della risorsa mare, mentre la loro scalabilità consente di fornire energia rinnovabile a prezzi contenuti sia a singoli edifici che a interi quartieri. Partendo dalla soluzione adottata dalla città di Marsiglia per l’eco-quartiere Euroméditerranée, questo contributo intende sollecitare una riflessione sull’integrazione di questa tecnologia in politiche complessive di trasformazione e decarbonizzazione urbana.

During the last decade, Blue Energy has been playing a more and more significant role in the transition of the European Union towards carbon neutrality. However, interest in these technologies has only recently extended to the Mediterranean area, accompanied by doubts and resistance regarding the possible negative impacts on the environment, the landscape and the coastal economies of the Mare Nostrum. District heating & cooling networks exploiting the sea as heat source can minimize interference with marine ecosystems and with the physical and visual fruition of the sea, while their scalability allows to supplying renewable energy at affordable prices to both individual buildings and entire neighbourhoods. Starting from the solution adopted by the City of Marseille for the eco-district Euroméditerranée, this contribution intends to stimulate reflection on the integration of this technology into overall policies for urban transformation and decarbonisation.

Premessa: l’energia dal mare nel quadro delle strategie dell’Unione Europea

La cosiddetta Blue Energy o energia rinnovabile marina¹ sta assumendo un ruolo sempre maggiore nell’ambizioso percorso di transizione dell’Unione Europea verso la carbon neutrality al 2050.
Il tema è stato inserito esplicitamente nel Green Deal², nonché in specifiche comunicazioni della Commissione Europea³, la quale ha anche recentemente annunciato i nuovi target comunitari di produzione di energia dal mare, quantificati in 100 MW al 2025 e almeno 1 GW al 2030⁴. Per accelerare il loro raggiungimento, il Piano di implementazione dell’energia dagli oceani⁵, elaborato nell’ambito del Piano Strategico per le tecnologie energetiche SET-Plan, propone un insieme di azioni finalizzate a rendere le rinnovabili marine più affidabili, competitive ed economicamente convenienti, sostenendo la ricerca e la sperimentazione attraverso strumenti di finanziamento (come i programmi Horizon2020 e il prossimo Horizon Europe⁶) e piattaforme per lo scambio di conoscenze ed il coordinamento delle attività di ricerca. Uno degli strumenti di gestione del SET-Plan è infatti l’Alleanza Europea per la Ricerca Energetica (EERA)⁷, che riunisce 250 università e centri di ricerca pubblici, configurandosi come la più grande comunità in Europa dedicata alla ricerca sui temi dell’energia a basse emissioni di carbonio. EERA porta avanti un programma di ricerca congiunto dedicato alla Ocean Energy⁸, che intende contribuire alla definizione di priorità comuni, all'allineamento delle attività di ricerca europee e nazionali, al coordinamento con l'industria e alla condivisione di conoscenze e infrastrutture di ricerca. Dal 2016, il programma si è focalizzato su ETIP Ocean⁹, piattaforma europea di tecnologia e innovazione per l'energia oceanica, che ha pubblicato un’agenda di ricerca strategica (pubblicata nel 2016 e aggiornata nel 2020). ETIP Ocean ha anche contribuito a definire una tabella di marcia per la commercializzazione nell’ambito dell’Ocean Energy Forum, promosso dalla Direzione Generale per gli Affari Marittimi e la Pesca della Commissione Europea, il quale raccoglie i portatori di interesse nel settore delle rinnovabili marine e ha come missione la comprensione condivisa delle criticità del settore e l’elaborazione di soluzioni praticabili in termini tecnologici, economico-finanziari e ambientali.
Il coinvolgimento dei portatori di interesse, volto allo sviluppo e consolidamento delle relazioni tra il mondo della ricerca e quello industriale, è uno dei punti chiave delle attività dell’UE nel settore, come dimostrato anche dall’istituzione, nell’ambito della Piattaforma S3¹⁰, del Partenariato interregionale sulle energie rinnovabili marine¹¹, che mira a creare nuove opportunità di business nell’ambito dell’eolico offshore, dell’energia da moto ondoso e dai flussi di marea. In questo solco opera anche Ocean Energy Europe¹², la più estesa rete mondiale di professionisti nel settore delle rinnovabili marine.
Parallelamente, l’Unione porta avanti la Pianificazione dello Spazio Marittimo (Direttiva 2014/89/UE), al fine di regolare l’utilizzo della risorsa mare e ridurre i conflitti tra le diverse attività che vi si svolgono, ivi compresa la produzione energetica, in un’ottica di protezione degli ecosistemi marini. L’implementazione dei relativi Piani nazionali per l’utilizzo dello spazio marittimo è ancora in corso in vari Stati Membri, e si intreccia indissolubilmente con il futuro delle Blue Energy.
Da un punto di vista operativo, in Europa fino a tempi recenti lo sfruttamento delle rinnovabili marine è stato appannaggio esclusivo dei paesi affacciati sull’Oceano Atlantico e sul Mare del Nord, che godono di condizioni ambientali, climatiche e politico-istituzionali più favorevoli allo sviluppo e all’installazione di tecnologie innovative. Tuttavia, recentemente l’interesse per queste tecnologie si sta allargando anche all’area mediterranea¹³, coinvolgendo non solo ricercatori ed esperti in campo energetico¹⁴, ma anche amministrazioni ed agenzie di settore di livello nazionale e regionale, come testimoniato anche dal numero di Progetti di cooperazione interregionale finanziati dalla Commissione Europea che hanno e hanno avuto come obiettivo lo sviluppo delle rinnovabili marine nel Mediterraneo¹⁵.
Data la relativa novità del tema, tale interesse si accompagna a prevedibili dubbi e resistenze legati a possibili impatti negativi degli impianti di blue energy (in parte ancora oggetto di studio) sull’ambiente e sul paesaggio marino caratteristici del Mare Nostrum, nonché su attività marittime cruciali per le economie costiere, come il turismo o la pesca¹⁶. L’esigenza di ridurre tali impatti porta a considerare con maggiore interesse soluzioni che minimizzino le interferenze sia con gli ecosistemi marini, sia con la fruizione fisica e visiva della risorsa mare. Gli impianti che sfruttano il gradiente termico marino per il riscaldamento/raffrescamento degli edifici rappresentano un’opportunità in tal senso, dato il loro ridotto impatto visivo ed ambientale, la loro capacità di integrarsi nel tessuto edilizio e urbano e la loro scalabilità, che li rende idonei sia per singoli fabbricati che per interi quartieri.

Energia termica dal mare: aspetti tecnico-ambientali

La maggior parte dell'energia termica solare che raggiunge la Terra viene assorbita dagli oceani e dai mari, e l'acqua di mare mantiene una temperatura relativamente costante durante tutto l’arco dell'anno¹⁷. Il suo sfruttamento come serbatoio termico, abbinato all’utilizzo di pompe di calore idrotermiche (macchine termodinamiche in grado di trasferire il calore da un corpo ad un altro), permette di ottenere energia termica a bassa temperatura, che può essere utilizzata per il riscaldamento o il raffrescamento degli edifici.
Per trasferire l’energia termica, le pompe di calore utilizzano un liquido refrigerante, che nel ciclo di riscaldamento è inizialmente allo stato liquido, a bassa pressione, e scorre in uno scambiatore di calore (evaporatore) che è esposto alla fonte di calore (in questo caso, l’acqua di mare). Il calore, spostandosi da questa al refrigerante, ne aumenta la temperatura e lo fa passare allo stato gassoso. Il gas caldo entra nel compressore, che ne aumenta la pressione e la temperatura, e si sposta poi in un altro scambiatore di calore (condensatore), dove cede calore all'acqua più fredda, raffreddandosi e tornando allo stato liquido, pronto ad assorbire nuovamente il calore dal serbatoio termico. Invertendo i ruoli dell’evaporatore e del condensatore, lo stesso principio di funzionamento vale per il raffrescamento, quindi l’impianto può sia trasferire calore dal serbatoio termico all’edificio d’inverno, sia recuperare calore dall’edificio e restituirlo al serbatoio termico in estate.
Esistono due tipologie di impianti idrotermici: a circuito aperto (in cui l’acqua viene pompata direttamente dal serbatoio termico nello scambiatore di calore) e a circuito chiuso (in cui lo scambio termico avviene per mezzo di un fluido refrigerante a basso punto di congelamento). L’efficienza dei due tipi di impianto è simile, anche laddove si utilizzi l’acqua di mare, ed entrambi presentano pro e contro. Il circuito aperto è più economico in fase di installazione, ma deve sottostare ai vincoli legati alle norme di tutela delle acque; inoltre, in ambiente marino i dispositivi di pompaggio possono risucchiare piccoli organismi, e generano rumore e vibrazioni che possono arrecare disturbo agli ecosistemi. Infine, la temperatura dell’acqua scaricata in mare deve essere monitorata, per evitare variazioni termiche significative a livello locale. Il circuito chiuso è meno soggetto a tali vincoli e richiede minore manutenzione; tuttavia, l’installazione è più costosa ed eventuali fuoriuscite del liquido refrigerante possono contaminare acque e fondali. In entrambi i casi, le tubature a contatto con l’acqua di mare devono essere realizzate con materiali speciali (ad es. leghe di titanio) per resistere alla corrosione dovuta alla salinità. Non bisogna infine dimenticare che le pompe di calore necessitano comunque di un input di energia elettrica per poter funzionare. Tuttavia, anche considerando tali criticità, questi impianti sono molto efficienti¹⁸ e, specie se combinati con altre fonti rinnovabili e con interventi di efficientamento energetico, possono dare un contributo significativo alla riduzione dei consumi e delle emissioni di CO2.

Energia termica dal mare a scala urbana: due casi studio europei

L’uso dell’acqua di mare per l’alimentazione di pompe di calore è una tecnologia consolidata, ampiamente testata e già applicata anche in paesi mediterranei¹⁹. Tuttavia la maggior parte di tali applicazioni riguarda singoli fabbricati o gruppi di edifici (ospedali, alberghi, complessi residenziali, ecc.) i cui gestori hanno optato per questa soluzione in una logica di risparmio e ottimizzazione dei costi energetici. Ma le pompe di calore ad acqua di mare possono essere usate anche a scala più ampia, all’interno di reti urbane di teleriscaldamento e teleraffrescamento. In alcuni casi, queste soluzioni sono state adottate da enti locali di governo del territorio e integrate in strategie di più ampio respiro per lo sviluppo e la riqualificazione di interi settori delle città, orientate al conseguimento di obiettivi complessivi di decarbonizzazione e sostenibilità urbana.
Esempi siffatti si possono trovare soprattutto in città del nord Europa come L’Aja (NL), Oslo²⁰ (NO) e Aarhus²¹ (DK), dove i rigidi climi invernali hanno stimolato la ricerca di soluzioni che consentissero di ovviare agli alti consumi (e costi) energetici per il riscaldamento degli edifici.
L'impianto de L’Aja²², realizzato tra il 2008 e il 2010, è stato il primo sistema di teleriscaldamento ad acqua di mare al mondo. La sua realizzazione ha coinciso con un programma di rinnovamento del quartiere di edilizia popolare di Duindorp, che ha visto l’amministrazione locale e gli abitanti convergere sull’idea di puntare alla neutralità energetica, adottando una soluzione che, sfruttando la vicinanza alla costa, fornisse energia rinnovabile senza aumentare i costi, visto il basso reddito delle 800 famiglie residenti. Il sistema, costituito da una pompa di calore centrale posta all'interno del porto, da una rete di distribuzione a bassa temperatura e da singole pompe di calore installate in ogni appartamento (Fig. 1), era del 50% più efficiente di un sistema convenzionale a metano, a fronte di un prezzo dell'energia per gli utenti finali similare e di una riduzione del 50% delle emissioni di CO2²³. L'impianto era parte del piano dell'Aja per l’energia sostenibile²⁴ ed è stato uno dei passi compiuti per rendere la città "climaticamente neutra" entro il 2050. Premiato nel 2009 con una Climate Star²⁵, è rimasto in funzione fino al 2019²⁶ e le pompe di calore ad acqua di mare figurano tuttora tra le possibili opzioni per la transizione energetica della città²⁷.

In area mediterranea, l’esempio più rilevante per dimensioni è rappresentato dall’impianto Thassalia²⁸, installato nel porto di Marsiglia a servizio di Euroméditerranée - un grande programma di rigenerazione urbana che coinvolge un'area di 480 ettari compresa tra il porto commerciale, il porto vecchio e la stazione TGV Euroméditerranée. Il programma, avviato nel 1995 dal governo francese, dalla città di Marsiglia, dalla comunità urbana metropolitana di Marsiglia-Provenza, dalla regione PACA e dal consiglio generale delle Bouches du Rhône, ha ottenuto lo status di "Operazione di importanza nazionale".
La rete di teleriscaldamento (Fig. 2) è lunga 3 km e serve 500.000 mq di edifici sia residenziali che terziari, per un totale di circa 40.000 utenti.
Oltre ai benefici ambientali (-70% di emissioni di gas serra, -40% di consumi elettrici, +50% di efficienza energetica rispetto a sistemi individuali di riscaldamento/raffrescamento), la realizzazione dell’impianto ha avuto ricadute positive in termini di occupazione (sessanta nuovi posti di lavoro a livello locale, di cui la metà responsabili del funzionamento dell’impianto) e di risparmio sui costi energetici, visto che gli utenti beneficiano di una riduzione del 15% delle tasse di riscaldamento grazie all'utilizzo di energia pulita.

La zona servita coincide con la ZAC Cité de la Méditerranée e comprende i Docks, la torre La Marseillaise, il polo terziario e ricettivo Euromed Center, il nuovo centro direzionale e residenziale La Joliette e il nuovo quartiere residenziale Parc Habité, frutto della riconversione dell’area portuale-industriale di Arenc. Il Parc Habité sarà completato nel 2022 e ospiterà, su una superficie di 37 ha, circa 2.000 alloggi (di cui il 20% sociali), uffici, servizi pubblici e commerciali, integrando in un impianto tipicamente urbano e multifunzionale una consistente copertura vegetale diffusa su strade ed isolati.

Thassalia è solo uno degli elementi che contribuiscono alla realizzazione del “quartiere modello”: l’intera Euroméditerranée è stata progettata in base a principi di sviluppo sostenibile e ha ottenuto il marchio nazionale ÉcoQuartier²⁹, lanciato nel 2012 dal governo francese per incoraggiare la realizzazione, da parte delle autorità locali, di operazioni esemplari di sviluppo urbano sostenibile. Il marchio è assegnato annualmente, a seguito di una procedura concorsuale che mette in competizione quartieri anche molto diversi tra loro, valutandone la rispondenza ad una serie di parametri di sostenibilità che comprendono la componente energetica, ma riguardano anche le dimensioni della progettazione e della governance, della qualità della vita quotidiana, dell’innovazione e dello sviluppo socioeconomico, dell’adattamento climatico e della sostenibilità ambientale. Il marchio ÉcoQuartier si inquadra a sua volta nell’iniziativa ÉcoCité³⁰, attraverso la quale lo Stato francese supporta e mette in rete grandi aree urbane e metropolitane impegnate in politiche di innovazione urbana improntate alla sostenibilità, al fine di valorizzarne le esperienze e l’attrattiva a scala nazionale ed internazionale. La città di Marsiglia fa parte dell’iniziativa dal 2011.
L’impianto idrotermico di Marsiglia è quindi parte di una strategia di respiro molto ampio. Una parte, peraltro, poco appariscente: la rete di teleriscaldamento passa infatti al di sotto della rete stradale e l’unico elemento fuori terra, la centrale termica, è stato realizzato nell’area portuale (Fig. 4), come a L’Aja.

Considerazioni finali: la centralità delle politiche urbane e il ruolo dei porti

I casi sopracitati sollecitano innanzitutto alcune riflessioni su una possibile relazione tra utilizzo dell’energia marina e politiche di trasformazione del tessuto urbano delle città costiere, e su come gli impianti di blue energy possano integrarsi in un ripensamento complessivo di parti di città in un’ottica di sostenibilità energetica e sociale.
L’obiettivo delle amministrazioni coinvolte era infatti quello di realizzare (sia attraverso operazioni di riqualificazione urbana, sia tramite la costruzione ex novo) degli eco-quartieri che contribuissero al raggiungimento degli obiettivi di riduzione delle emissioni fissati a livello urbano e sovra-urbano, senza indurre un aumento dei costi per gli utenti finali. Il quartiere nuovo/rinnovato diventa vetrina ed esempio tangibile di una “città nuova”, neutrale dal punto di vista delle emissioni di carbonio, nella quale le energie rinnovabili sono incorporate nel tessuto edilizio ed urbano. In questa visione complessiva, lo sfruttamento dell’energia marina è uno dei tanti tasselli che compongono la strategia urbana per il conseguimento della carbon neutrality.
L’integrazione dell’impianto in un progetto di riqualificazione/sviluppo urbano risponde anche a esigenze di carattere pratico ed economico: consente infatti l’elaborazione di progetti site-specific che tengano conto delle caratteristiche climatiche locali, nonché la realizzazione contestuale della rete di teleriscaldamento e degli edifici da alimentare, conseguendo adeguate economie di scala e riducendo i costi complessivi di costruzione degli impianti. Per tacere delle ricadute positive di immagine a livello locale, nazionale ed internazionale, essenziali per l’attrazione di residenti ed investitori³¹.
Affinché l’uso delle energie marine sia fattibile è quindi necessaria una convergenza tra interessi e strategie dei policy-maker e convenienza tecnico-economica degli interventi, dal punto di vista sia degli investitori che degli utenti finali – fattori che vanno al di là delle mere questioni di sostenibilità ambientale e climatica e al tempo stesso le inglobano in una visione di più ampio respiro. Inoltre, il coinvolgimento diretto e proattivo dell’amministrazione pubblica come promotore, co-finanziatore e coordinatore dell’iniziativa è importante per garantire il controllo dei risultati e la loro sostenibilità sociale, soprattutto laddove, come nel caso de L’Aja, si concentrano fasce di popolazione a basso reddito.
Un secondo livello di riflessione riguarda il ruolo dei porti: se gli impianti di teleriscaldamento non sono in genere molto impattanti dal punto di vista visivo, nelle aree considerate tale impatto è stato ulteriormente ridotto in quanto è stato possibile realizzare la centrale termica nell’area portuale. L’uso di spazi già infrastrutturati in prossimità del mare (e quindi già “compromessi” dal punto di vista ambientale e paesaggistico) ha consentito di minimizzare l’impatto visivo della centrale termica e il consumo di suolo, dando allo stesso tempo una nuova immagine ad aree sottoutilizzate.
Il porto rafforza così il proprio legame con la città retrostante, diventa luogo di sperimentazione di nuove tecnologie ma contribuisce anche alla loro “mimetizzazione” nei confronti di residenti e visitatori, bypassando o limitando (contrariamente con quanto accade con, ad esempio, l’eolico offshore) le possibili criticità relative all’accettazione delle tecnologie stesse da parte delle comunità locali.   

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