Le nuove caldaie “hydrogen 20% ready” sono già una realtà per i produttori di generatori termici a gas: si tratta di una tecnologia sicura e sostenibile che presto costituirà il punto di riferimento per il mercato del riscaldamento domestico.
L’industria del riscaldamento punta decisamente sui nuovi generatori a condensazione, appositamente sviluppati per utilizzare miscele di gas combustibile contenenti fino al 20% di idrogeno. Fra le numerose opzioni disponibili per la transizione energetica, quella delle caldaie a miscela metano/idrogeno “hydrogen 20% ready” è fra le più semplici da percorrere, almeno per quanto attiene il mercato del riscaldamento domestico.
La progressiva sostituzione degli apparecchi esistenti con quelli di nuova concezione consentirà di mantenere pressoché inalterate le prestazioni. Sulla carta, infatti, le miscele con idrogeno fino al 20% sono caratterizzate da un potere calorifico leggermente inferiore rispetto a quello dei gas fossili puri. Quando le miscele inizieranno a essere distribuite, disporre di una caldaia “hydrogen 20% ready” sarà perciò un vantaggio per gli utenti.
Parallelamente, la diffusione delle caldaie “hydrogen 20% ready” contribuirà a creare le condizioni per sostenere la crescita della domanda di idrogeno verde, prodotto da fonti rinnovabili, funzionale nell’ottica della decarbonizzazione del settore energetico. Obiettivo di questo articolo è rispondere ad alcuni degli interrogativi sulla nuova tecnologia proposta al mercato.
Perché l’idrogeno?
Estremamente diffuso in natura, l’idrogeno non è presente sulla superficie terrestre allo stato puro ma si trova in abbondanza nelle forme composte, ad esempio nelle molecole dell’acqua, del metano e del carbone. Questi ultimi sono le materie prime più impiegate per la produzione industriale dell’idrogeno, rispettivamente mediante processi di steam reforming e di gassificazione particolarmente energivori, inquinanti e climalteranti. L’idrogeno si ottiene anche tramite elettrolisi dell’acqua, in questo caso consumando elettricità.
In sostanza, l’idrogeno è un vettore che deve essere ottenuto dalle fonti primarie utilizzando energia. Se per produrlo si utilizzano fonti rinnovabili, l’idrogeno svolgerà un ruolo determinante per contrastare alcuni grandi problemi ambientali. In questo caso l’idrogeno è definito “verde” e, a tutti gli effetti, costituisce una soluzione tecnicamente molto efficace per lo stoccaggio di grandi quantità di energia elettrica, a fronte di impatti ambientali più contenuti rispetto ad altre tecnologie e, in teoria, anche a fronte di bassi costi almeno per quanto riguarda la componente energetica.
L’idrogeno verde è anche estremamente versatile in quanto può essere prodotto localmente, dove serve, senza significativi inve stimenti infrastrutturali. Attualmente, però, non esistono impianti né centrali di elettrolizzazione in grado di assorbire, se non in minima parte, l’eccedenza di energia rinnovabile già disponibile.
Come distribuire l’idrogeno?
La modalità prioritaria per il consumo dell’energia da fonte rinnovabile è senz’altro quella diretta e istantanea, che permette agli impianti solari ed eolici di operare al massimo delle proprie potenzialità. Ragionevolmente, l’idrogeno verde sarà prodotto nei periodi in cui la domanda proveniente dalla rete elettrica risulterà inferiore all’offerta, rendendo indispensabile anche la realizzazione di sistemi di accumulo a monte dell’infrastruttura di distribuzione.
Nel caso di trasporto dell’idrogeno a grande distanza, l’impiego delle reti del gas esistenti sembra essere oggi l’opzione più conveniente, nonostante le complessità tecniche. La molecola dell’idrogeno, infatti, è la più piccola esistente in natura e ha la tendenza a fuoriuscire da serbatoi, tubazioni e impianti. Inoltre si tratta di un gas molto più infiammabile del metano e dalla spiccata tendenza a corrodere i metalli, indebolendoli dal punto di vista meccanico.
Ciò nonostante, SNAM – il principale operatore europeo nel trasporto e nello stoccaggio di gas naturale – sostiene che il 99% della rete italiana di distribuzione del metano è già in grado di trasportare una miscela metano/idrogeno al 10%, e sono già in corso ricerche e verifiche per rendere sicuro il trasporto di miscele con percentuali di idrogeno superiori.
È inoltre è allo studio un’infrastruttura dedicata al trasporto dell’idrogeno puro. La nuova dorsale sarà parte integrante dell’European Hydrogen Backbone, che entro il 2040 connetterà una ventina di paesi europei con quelli del Nord Africa, dove sono previsti importanti investimenti per costruire centrali di produzione dell’idrogeno alimentate da fonti rinnovabili (vedere figura 1).
Perché usare l’idrogeno per il riscaldamento?
Rispetto ai più diffusi combustibili gassosi, l’idrogeno presenta una densità energetica in massa circa 3 volte maggiore (141,9 MJ/kg, pari a 39,4 kWh/kg) e un potere calorifico inferiore (PCI: 120 MJ/kg) circa 2,5 volte maggiore; in rapporto al volume, però, la sua densità energica a temperatura ambiente (0,01079 MJ/l) è 3,5 volte inferiore. Si tratta perciò un gas potenzialmente molto efficace nelle applicazioni per il riscaldamento, ma che deve essere consumato in quantità decisamente superiori rispetto al metano.
In generale, nel caso di apparecchi esistenti non concepiti per utilizzare il blend metano/idrogeno, a parità di fabbisogno termico il comfort potrebbe risultare penalizzato e, per compensare, potrebbe essere necessario aumentare la portata della miscela con conseguente incremento del consumo. La combustione di una miscela al 20% può comportare un depotenziamento anche nei generatori di nuova concezione equipaggiati con valvola di alimentazione pneumatica, mentre quelli che utilizzano un sistema di controllo elettronico della combustione con retroazione dovrebbero risultare meno soggetti al problema.
Un altro aspetto da considerare consiste nella temperatura della fiamma, più elevata rispetto a quella del metano, che comporta l’uso di materiali ad hoc per alcuni componenti del generatore termico. Il principale vantaggio ambientale della combustione dell’idrogeno sono le emissioni in atmosfera, che consistono teoricamente solo in vapore acqueo e, nei fatti, anche in quantità minime di NOx.
Perché utilizzare miscele al 20%?
Fino dagli anni ‘90, per la commercializzazione delle caldaie (UNI EN 437:2021) è prevista l’effettuazione di test con i cosiddetti gas di prova, ovvero miscele che contengono idrogeno con concentrazioni anche superiori al 20%. La decisione di sviluppare nuovi apparecchi a combustione in grado di utilizzare un blend metano/idrogeno al 20% risponde principalmente all’esigenza di compatibilità con:
- le caratteristiche tecniche delle reti esistenti, considerando anche l’effettuazione di eventuale interventi di adeguamento e l’implementazione delle procedure di monitoraggio, sorveglianza e manutenzione preventiva;
- il mantenimento dell’attuale livello di sicurezza e funzionalità assicurato – nella stragrande maggioranza dei casi – dagli apparecchi a combustione già installati;
- le potenzialità a medio e lungo termine di produzione e importazione dell’idrogeno verde.
Nei fatti la tecnologia “hydrogen 20% ready” è in anticipo rispetto all’effettiva disponibilità del combustibile miscelato, ma costituisce comunque un’opportunità per il consumatore che, per l’intero ciclo di vita del prodotto, avrà a disposizione un generatore di pari efficienza in grado di fronteggiare, nella massima sicurezza ed efficienza, il progressivo passaggio alla miscela con idrogeno al 20%.
Quali saranno i cambiamenti normativi?
Il settore del riscaldamento si è dimostrato particolarmente reattivo. Pubblicata nel febbraio 2021, la UNI/TS 11854 è la prima specifica tecnica emanata da un ente di normazione europeo sulle caldaie alimentate con miscela di metano/idrogeno al 20% in volume. La norma interviene nel percorso di sviluppo tecnologico, definendo regole utili alla certificazione “hydrogen 20% ready” dei nuovi prodotti, secondo uno standard condiviso.
I test finora effettuati su apparecchi tradizionali non hanno evidenziato un comportamento differente rispetto al metano puro, specie per quanto riguarda la sicurezza. È ragionevole prevedere che, contestualmente all’inizio della distribuzione delle miscele metano/idrogeno, saranno emanate norme e raccomandazioni per la verifica di apparecchi e impianti e per l’effettuazione delle tarature in campo.
Nulla cambierà, almeno per ora, anche per quanto riguarda i bonus. L’attuale sistema incentivante prevede infatti detrazioni fiscali per la sostituzione dei generatori termici esistenti con caldaie a condensazione, aventi efficienza almeno pari alla classe A, anche integrate in sistemi ibridi, indipendentemente dalla composizione chimica del combustibile utilizzato. Il pacchetto RePower EU prevede però, dal 2027, il declassamento della performance energetica degli apparecchi alimentati esclusivamente da fonti fossili, che di conseguenza non potranno più accedere agli incentivi statali. Negli anni successivi è ragionevole prevedere anche il bando completo alla loro immissione nel mercato.
Quanto costerà la miscela?
Come mostrano le recenti tensioni sul mercato nazionale e internazionale, azzeccare una previsione circa il prezzo dei combustibili gassosi non è facile, ma l’argomento si presta ad alcune riflessioni. Il prezzo è e resterà un fattore cruciale per il successo delle politiche di decarbonizzazione. Alla sua formazione concorreranno i prezzi dei gas fossili e dell’idrogeno verde. Il prezzo del metano era già in ascesa prima dell’inizio della guerra in Ucraina. Si può cambiare un fornitore sgradito, ma fino a quando non sarà conseguito un livello di efficienza energetica sufficientemente diffuso ed elevato – idoneo a permettere un affrancamento generalizzato dalle fonti fossili – la domanda resterà elevata.
In alcune realtà il biometano potrebbe risultare un’alternativa al gas naturale, in ragione della produzione distribuita sul territorio. La diffusione dei generatori termici “H2 ready” e “full hydrogen” e delle applicazioni di cogenerazione alimentate in tutto o in parte con idrogeno, comprese le celle a combustibile, supporteranno la crescita della domanda di combustibili “green”. Anche in questo caso le politiche di incentivazione e i programmi per la realizzazione delle infrastrutture (elettrolizzatori, stoccaggi, reti, ecc.) concorreranno alla formazione del futuro prezzo dell’idrogeno verde.
Nel settore del riscaldamento, il prezzo del combustibile miscelato dovrà risultare competitivo anche nei confronti del consumo diretto di elettricità negli impianti basati sulle pompe di calore. Anche per questa ragione i produttori si stanno decisamente orientando verso i sistemi ibridi, che possono sfruttare l’elettricità a basso costo prodotta localmente da impianti a fonti rinnovabili e ottimizzare i consumi anche dal punto di vista economico.
Caldaie a miscela metano/idrogeno – La rassegna di RCI
ARISTON – Qualità, efficienza, comfort
La nuova gamma di caldaie a condensazione Ariston One+ NET vanta elevata efficienza e un comfort senza precedenti ed è compatibile con le miscele di idrogeno al 20%. I prodotti di punta sono Alteas One+ NET e Genus One+ NET, la cui classe energetica arriva fino alla A+. La gamma è all’avanguardia anche dal punto di vista tecnico. Lo scambiatore in acciaio inox XtratechTM garantisce performance nel tempo e affidabilità. Il nuovo Ignition System+ riduce le emissioni di NOx del 30% rispetto alla precedente gamma One. Il nuovo Sensys HD è il termostato più avanzato nella gamma di termoregolazione Ariston. La gamma One+ NET è anche tra le più silenziose della propria categoria. Il termostato, dal design completamente rinnovato, presenta uno schermo TFT a colori ad alta risoluzione e un’interfaccia utente più moderna ed intuitiva. Sottoscrivendo un contratto di manutenzione con un centro di assistenza tecnica si può usufruire anche della nuova funzione di manutenzione predittiva, basata sull’intelligenza artificiale, che consente il monitoraggio costante del funzionamento e prevede i malfunzionamenti.
ATAG – Orizzonte “full-hydrogen”
Presentata nel giugno scorso, H2 è la nuova caldaia murale multigas a condensazione sviluppata da ATAG, che può essere alimentata con una miscela metano/idrogeno (oppure gpl/ idrogeno) fino al 30%, in grado di ridurre le emissioni di CO2 del 10% rispetto a un modello tradizionale equivalente. Si tratta dell’evoluzione dell’affermato modello i28CZ-H, primo passo nel processo di conversione dell’intera gamma ATAG che interesserà progressivamente le linee iZone e Pserie, la linea QR e, infine, le caldaie ad alta potenza XLW, XLF, Q51 e Q60. Compatta ed efficiente, concepita per l’installazione interna o esterna in nicchia, H2 è l’esito della costante innovazione che interessa tutti i prodotti della gamma e che, entro il 2025, permetterà all’azienda di proporre al mercato la prima caldaia a condensazione interamente alimentata a idrogeno. L’elettronica a bordo è di ultima generazione con un’intuitiva interfaccia utente: abbinata al controllo ambientale One Zone H2 può raggiungere la massima efficienza energetica (classe A+) e, grazie all’uso di termostati smart, app e assistente vocale, la regolazione multizona può gestire fino a sei differenti zone.
BAXI – Comfort e design
Caratterizzata da un’estetica totalmente nuova e da livelli di efficienza molto elevati, la nuova Luna Style è la gamma di caldaie a condensazione Baxi progettate per funzionare con una miscela composta da idrogeno fino al 20%, in classe A+ se equipaggiata con il sistema Mago e con la sonda esterna.Le numerose innovazioni tecniche migliorano l’efficienza della caldaia e garantiscono un risparmio considerevole: dalla pompa ad alta efficienza, per la modulazione totale della potenza erogata (fino a 1:10), alla funzione elettronica di dearazione impianto che facilita la rimozione dell’aria durante la prima accensione, fino all’innovativo smart-fill. Basato sul segnale di fiamma, il controllo automatico della combustione è appannaggio del Gas Adaptive Control, che utilizza valvola a gas con motore passo-passo e controllo elettronico per aggiustare la portata di gas e mantenere così costante la qualità della combustione. Luna Style si auto-adatta alla qualità del gas (compreso il funzionamento con gpl) e alla lunghezza degli scarichi fumi, con significativi vantaggi non solo dal punto di vista del contenimento di consumi ed emissioni, ma anche in termini di semplificazione dell’installazione e della regolazione.
FONDERIE SIME – Funzionalità in ogni condizione
Edea HM è la caldaia murale a condensazione fabbricata da SIME in diverse versioni, con potenze da 25 a 40 kW, per riscaldamento e produzione istantanea di ACS oppure con predisposizione per bollitore esterno, che può utilizzare gas combustibili anche con miscelazione dell’idrogeno fino al 20%. Il bruciatore a microfiamme a premiscelazione totale è abbinato a un corpo di scambio in acciaio inox con sezioni maggiorate, mentre la camera di combustione stagna è classificabile tipo “C” o “B” in base alla configurazione dello scarico dei fumi adottata in sede di installazione. Anche grazie alla capacità di modulazione 1:10 del generatore e al circolatore modulante ad alta prevalenza idoneo anche per impianti radianti, la scheda elettronica a microprocessore provvede alla miglior gestione dell’impianto in funzione delle effettive necessità e delle condizioni climatiche. Sono inoltre previste funzioni per antigelo, antibloccaggio della pompa e della valvola deviatrice, spazzacamino, comfort sanitario e autodiagnostica, con visualizzazione sul display di valori, impostazioni e codici di errore per facilitare comando e controllo e le attività di riparazione e manutenzione.
HOVAL – A prova di futuro
UltraGas 2 è l’ultima generazione di caldaie a condensazione Hoval, certificata “H2-ready”, perciò utilizzabile anche con idrometano, miscela di metano ed idrogeno con percentuale fino al 20%. Concepita per l’installazione a pavimento, presenta potenze idonee al riscaldamento di edifici condominiali, commerciali e collettivi. UltraGas 2 permette di assecondare la trasformazione delle fonti energetiche alternative, compresa la possibilità di alimentazione con biometano al 100%, ed è parte di un sistema ibrido finalizzato alla facile integrazione di altre fonti rinnovabili (solare, pellet) e tecnologie (pompe di calore). L’innovativo scambiatore di calore TurboFer consente di raggiungere temperature di 95 °C e, anche grazie alla vasta gamma di funzioni e regolazioni offerta dal sistema di controllo Hoval Digital, il nuovo modello soddisfa i più alti standard di efficienza energetica e risparmio economico. Il design compatto, l’adattabilità a qualsiasi porta standard, fino alla potenza di 500kW, e la possibilità di scomporre la generatore in parti singole, facilitano il trasporto e l’installazione, anche in condizioni di scarsità di spazio, rendendo questo generatore la soluzione ideale anche in caso di ristrutturazione.
IMMERGAS – Efficienza e flessibilità
Victrix Superior è la nuova caldaia a condensazione Immergas in classe A+ che, grazie alla certificazione “Hydrogen Ready”, punta decisamente al mercato della sostituzione di qualità. Il generatore può infatti funzionare a metano, gpl, aria propanata e anche con una miscela metano/idrogeno fino al 20%. La notevole efficienza stagionale (94%) è risultato dell’amplissimo campo di modulazione e dell’abbinamento a un termoregolatore evoluto (Smartech Plus, CARV2), mentre le nuove funzioni della scheda elettronica favoriscono il massimo comfort permettendo la gestione di 3 zone e l’impostazione di 4 fasce orarie e 4 calendari. Nelle versioni istantanee il micro-accumulo Aqua Celeris velocizza l’erogazione dell’ACS, ma sono disponibili anche modelli per il solo riscaldamento, con possibilità di installazione indipendente o in cascata anche all’esterno e in abbinamento a sistemi di evacuazione dei fumi collettivi in pressione positiva. Il circolatore modulante adatta automaticamente il funzionamento alle condizioni di utilizzo, diminuendo il consumo elettrico. Victrix Superior è promossa con l’iniziativa “Passa al Nuovo”, che prevede l’estensione della garanzia fino a 15 anni di cui i primi 10 senza costi di attivazione.
RIELLO – Nate oggi per il domani
Start, Residence In, Family e Family Externa sono le nuove caldaie a condensazione con cui Riello ha recentemente rinnovato la propria offerta residenziale. Caldaie nate oggi con lo sguardo rivolto al domani. Le quattro gamme sono infatti accomunate dalla predisposizione a funzionare con miscele di gas naturale e idrogeno fino al 20%, che contribuiranno a ridurre l’impatto ambientale e le emissioni nei prossimi anni. Start, ideale per le utenze domestiche di piccole e medie dimensioni, è costruita attorno alle esigenze di comfort dell’utente. L’interfaccia digitale con touchpad LCD permette un facile utilizzo e l’accesso intuitivo a impostazioni e parametri della caldaia e del sistema. Residence In si distingue per compattezza e flessibilità installativa. In particolare, nella taglia da 25 kW, è tra le caldaie più compatte sul mercato ed è ideale per la sostituzione, in special modo a incasso. Family e il modello per esterno Family Externa rappresentano il top di gamma del portafoglio Riello e sono la soluzione per le utenze più esigenti in termini di performance e di efficienza, con possibilità di integrazione diretta in sistemi ibridi attraverso il comando evoluto di serie.
RINNAI – Tecnologia scalabile
Rinnai ha certificato il funzionamento di caldaie e scaldabagni del portfolio attuale: funzionano con metano, gpl e propano miscelati con idrogeno fino al 30% e, recentemente, ha presentato il primo scaldacqua domestico al mondo in grado di utilizzare anche solo idrogeno al 100%, attraverso la semplice sostituzione di un ugello e l’esecuzione del relativo set up elettronico. Durante lo sviluppo del prototipo “full hydrogen”, ad esempio, sono state messe a punto soluzioni tecniche per la “lean combustion”, per minimizzare oppure eliminare le emissioni di NOx prodotte dalle alte temperature di combustione, e la geometria della camera di combustione è stata ridisegnata per risolvere i problemi di legati all’uso dell’idrogeno (migrazione del combustibile più leggero, spegnimenti localizzati di fiamma, stress termoacustici). Fra le numerose innovazioni tecnologiche si distinguono il bruciatore a doppio layer metallico, l’apparato di pre-miscelazione, il meccanismo di flame trap funzionante anche a basse portate e i sensori per la rilevazione della fiamma e il controllo del ritorno di fiamma. sensore UV dell’idrogeno. Lo scaldacqua Rinnai è così in grado di replicare il range di funzionamento, le prestazioni e il comfort di un apparecchio standard a metano.
VIESSMANN – Calore a basse emissioni
Vitodens serie 100 è la nuova gamma di caldaie a condensazione a gas di Viessmann, certificata per l’alimentazione con una miscela metano/idrogeno al 20%. Si tratta di generatori murali e compatti, in Classe A (A+ in abbinamento a termoregolazione evoluta in classe VI), con campo di modulazione fino a 1:10 e rendimento stagionale fino al 98%. La gestione di un circuito diretto e/o miscelato è fra le impostazioni gestibili mediante il display LED con tasti touch e tramite l’App Vicare, se la caldaia è connessa al wifi di casa. ll bruciatore MatriX-Plus, grazie alla nuova superficie in acciaio inossidabile resistente alle alte temperature e al controllo della combustione elettronico Lambda Pro, si distingue per l’affidabilità, per le basse emissioni inquinanti, per la ridotta rumorosità e per l’alta efficienza. Lo scambiatore di calore Inox-Radial in acciaio inox condensa i fumi attraverso un unico passaggio e, grazie all’effetto autopulente della parte esterna dello scambiatore, garantisce un’elevata resa nel tempo del generatore. Il modello Vitodens 100-W B1KF-25, in particolare, è stato eletto “Miglior Acquisto” da Altroconsumo sulla base di 80 prove effettuate nei loro laboratori su 17 prodotti. Con un piano di manutenzione programmata è inoltre possibile estendere la garanzia a cinque anni.