Testo: Michael Staub,
Foto: Stefano Schröter
Il committente di una villa nel Sottoceneri ha messo in atto la transizione energetica in maniera insolita. Con l’elettricità solare autoprodotta non alimenta solo la termopompa geotermica, ma produce anche idrogeno. Quest’ultimo viene stoccato per generare elettricità tramite una cella a combustibile con sistema di recupero del calore.
La generosa villa sorge nel bel mezzo di un grande giardino. Davanti al soggiorno c’è un terrazzo con tettoia. Come altre parti del tetto, è ricoperta di tegole fotovoltaiche di Sunstyle per un totale di 326 moduli che vanno a comporre un elegante disegno a scandole. La prevista produzione annua dell’impianto è di circa 35’000 chilowattora. Lungo il fronte della villa, in una sezione aperta sul davanti, si trovano 24 bombole da 50 litri ciascuna. Servono a stoccare l’idrogeno prodotto con un elettrolizzatore al piano interrato. Per il committente si tratta di un logico complemento all’impianto fotovoltaico. «Per me il fotovoltaico è sensato solo quando l’energia prodotta può anche essere immagazzinata. E la tecnologia dell’idrogeno è secondo me una soluzione ovvia e semplice», afferma il committente. La realizzazione di questa visione ha richiesto tuttavia una grande tenacia e molta pazienza. I suoi contatti con associazioni di categoria in Svizzera, Gran Bretagna e altri Paesi europei lo hanno finalmente condotto a Philippe Couty, direttore della Tecphy Sàrl di Renens (VD).
Idrogeno prodotto con l’elettricità
Philippe Couty ha innanzitutto effettuato un’analisi preliminare del fondo e calcolato il rendimento solare annuo. Il consumo di energia è stato poi simulato in diversi scenari: con e senza veicoli elettrici, con e senza piscina, e via di seguito. Alla fine, ha deciso per una via di mezzo e stabilito la capacità richiesta per l’impianto a idrogeno (elettrolizzatore e cella a combustibile) e il deposito delle bombole. Considerato l’utilizzo corrente, l’impianto risulta essere sovradimensionato, ma permetterà di integrare senza problemi eventuali utenze aggiuntive.
La produzione dell’idrogeno avviene nel piano interrato. A tale scopo si utilizza un sistema «Quokka» del fabbricante francese H2Gremm. L’impianto comprende da un lato un elettrolizzatore, da cui si ottiene l’idrogeno tramite il classico processo di elettrolisi: l’acqua (H2O) viene scomposta in idrogeno (H) e ossigeno (O2) utilizzando energia elettrica. L’ossigeno viene evacuato, l’idrogeno stoccato. All’occorrenza, l’idrogeno è condotto nella seconda parte del sistema, dove reagisce chimicamente con l’ossigeno in una cella a combustibile per produrre elettricità tramite un generatore integrato da 4 chilowatt.
Nessun limite massimo
Per quanto riguarda la durata operativa della cella a combustibile non ci sono limiti: «Il sistema è in grado di produrre elettricità fin tanto che è disponibile sufficiente idrogeno», spiega Olivier Hautin, responsabile marketing alla H2Gremm. L’impianto di stoccaggio della villa ha attualmente una capacità di 37,5 chilogrammi di idrogeno. In linea di massima è possibile ampliarlo a piacimento, aggiungendo semplicemente altre bombole.
Per la manutenzione dell’impianto a idrogeno è richiesto un normale servizio annuale. «Attualmente siamo l’unico fabbricante che offre una soluzione plug-and-play di questo genere», sottolinea Olivier Hautin. Visto che il sistema Quokka consente sia di produrre idrogeno che di riconvertirlo in elettricità, la ditta lo definisce anche «batteria all’idrogeno».
Progettazione intelligente
Ma come si traduce un simile impianto dal CAD 3D in realtà? La ditta incaricata era la AFRY Svizzera SA. «La nostra più grande sfida è stata quella di combinare la parte idraulica del sistema di riscaldamento con l’impianto a idrogeno e farli dialogare tra loro», spiega Matteo Colombo, capo progetto responsabile alla AFRY. In particolare, si è dovuto combinare le esigenze della villa per la produzione di riscaldamento, raffreddamento e acqua calda sanitaria con il recupero e lo smaltimento del calore in eccesso prodotto dall’impianto a idrogeno nelle diverse fasi di funzionamento. «A questo proposito abbiamo dovuto sviluppare una strategia di integrazione che permettesse ai diversi sottosistemi di operare in modo coordinato, garantendo al tempo stesso efficienza energetica, affidabilità e continuità di esercizio anche in condizioni di utilizzo variabili dell’edificio», afferma Matteo Colombo. L’intero sistema può essere gestito tramite app.
Il cuore dell’impianto di riscaldamento è una termopompa geotermica AQUATOP® T22HR di ELCO, che fornisce energia termica per il riscaldamento a pavimento nel semestre invernale. Nel semestre estivo, la macchina inverte il ciclo e convoglia acqua refrigerata nelle serpentine annegate nel pavimento. Tenuto conto che sia l’elettrolizzatore che la cella a combustibile producono molto calore, su richiesta del committente è stato installato un sistema aggiuntivo di recupero. «A tale scopo utilizziamo lo scaldacqua a pompa di calore AEROTOP® DHW di ELCO, posizionato direttamente a fianco dell’impianto a idrogeno», spiega Matteo Colombo. «Con l’aiuto di ELCO siamo riusciti ad adattare il sistema in modo da garantire che anche in estate, con la grossa produzione di idrogeno, il calore venisse smaltito attraverso le sonde geotermiche, rigenerandole, o recuperato per la produzione di acqua calda sanitaria», conclude Matteo Colombo.
Progettato secondo standard industriali
Durante la progettazione di questo impianto fuori dal comune si è dovuto affrontare un problema piuttosto raro: per le applicazioni a idrogeno in ambito residenziale non esistono in pratica norme e prescrizioni specifiche. Si è fatto perciò riferimento alle normative valide per gli impianti industriali. «Abbiamo dotato il locale tecnico di un’aerazione naturale attraverso due pozzi luce. In caso di fuoriuscita di idrogeno od ossigeno, entrambi i gas possono quindi disperdersi facilmente all’esterno anziché accumularsi nell’edificio», afferma Matteo Colombo. Tenuto conto delle prescrizioni antincendio, la centrale tecnica consiste in due spazi compartimentati tra loro e rispetto alla casa. Il primo accoglie l’inverter e l’intero impianto di riscaldamento, mentre nel secondo ci sono l’elettrolizzatore e la cella a combustibile. Il deposito con le bombole di idrogeno si trova all’esterno ed è protetto da una tettoia.
L’installazione dell’impianto di riscaldamento è stata eseguita dalla ditta Galli SA di Lamone. «Lavoriamo da molto tempo con ELCO e abbiamo già installato numerose termopompe geotermiche e anche diversi impianti con sistemi radianti e ventilconvettori. L’implementazione dell’impianto a idrogeno era invece una prima assoluta», afferma Paolo Besana, capo progetto responsabile alla Galli SA. Capire come integrare una tale soluzione di ultima generazione in un riscaldamento convenzionale è stato «molto interessante e decisamente fuori dall’ordinario». Paolo Besana apprezza soprattutto il fatto che «l’intero impianto è perfettamente silenzioso, il che, in questa zona già di per sé tranquilla ai margini del bosco, rappresenta un ulteriore vantaggio.»
Conclusione
Dalla sua messa in servizio, il sofisticato sistema funziona senza particolari problemi. Un comando automatico fa sì che la produzione di elettricità fotovoltaica e di idrogeno funzionino perfettamente anche durante le assenze prolungate. Il committente è molto soddisfatto: «Quella dell’idrogeno è di principio una tecnologia semplice, conosciuta da 150 anni. Volevo dimostrare la sua effettiva utilità. E con questo impianto credo di esserci riuscito.»
DIDA: L’impianto fotovoltaico ha una potenza di 33 kWp e occupa una superficie di 200 m2. L’energia elettrica può essere utilizzata per produrre idrogeno.
