L'implementazione più ampia di pompe di calore residenziali negli Stati Uniti ha il potenziale per aiutare a ridurre l'inquinamento da carbonio e allo stesso tempo risparmiare denaro ai proprietari di case, secondo un nuovo studio di un ricercatore e colleghi dell'Università del Michigan.

Però, nella maggior parte del paese la rete elettrica dovrà diventare più pulita e le pompe di calore elettriche dovranno diventare più economiche prima che questi dispositivi diventino interessanti sia dal punto di vista ambientale che finanziario, afferma Parth Vaishnav del Center for Sustainable Systems presso la School for Environment and Sustainability di U-M.

Lo studio è stato pubblicato online il 28 luglio sulla rivista Lettere di ricerca ambientale . Gli altri autori sono Thomas Deetjen dell'Università del Texas e Liam Walsh della Carnegie Mellon University.

Cos'è una pompa di calore residenziale? Li ho visti descritti essenzialmente come un condizionatore d'aria leggermente modificato in modo che possa funzionare in due direzioni, rinfrescare la casa d'estate e riscaldare d'inverno. È corretto?

Esatto. Il calore scorre naturalmente dai luoghi caldi ai luoghi freddi, proprio come una macchina rotolerà in discesa. Durante l'estate, i condizionatori d'aria spostano il calore da un luogo freddo (l'interno della casa) a un luogo caldo (l'esterno). Durante l'inverno, i condizionatori d'aria possono funzionare come una pompa di calore e fare la stessa cosa, tranne che il luogo freddo è l'esterno e il luogo caldo è la tua casa. Proprio come devi fare del lavoro per spingere un'auto in salita, devi fare un po' di lavoro per spingere il calore da un luogo freddo a uno caldo. Ciò che rende efficienti le pompe di calore è che di solito si possono trasferire due o più unità di calore per ogni unità di lavoro.

Le pompe di calore sono ampiamente discusse come strumenti per aiutare a combattere il cambiamento climatico. In che modo le pompe di calore elettriche possono aiutare a ridurre le emissioni di combustibili fossili, e qual è il potenziale per la loro adozione diffusa negli Stati Uniti?

La maggior parte delle case negli Stati Uniti viene riscaldata bruciando un combustibile contenente carbonio (gas naturale, propano o olio) all'interno della casa. Facendo questo emette gas serra. Non esiste un modo semplice per eliminare i gas serra da questa combustione. Per esempio, sarebbe molto costoso catturare piccole quantità di anidride carbonica da centinaia di milioni di case e sequestrarla in modo permanente. Però, le pompe di calore funzionano con l'elettricità, e ci sono molti modi buoni e relativamente economici per decarbonizzare la rete elettrica.

Il nostro studio mostra che, se assumiamo una moderata decarbonizzazione della rete durante il ciclo di vita di una pompa di calore installata oggi, le pompe di calore ridurrebbero ovunque le emissioni di gas serra. Dovremmo, però, tieni a mente due cose. Uno, le pompe di calore aumenterebbero i costi di riscaldamento per alcune case, soprattutto se non tassassimo i combustibili fossili per i danni che arrecano alla salute umana e all'ambiente.

Secondo, la generazione di elettricità da carbone e gas naturale produce anche inquinanti nocivi come ossidi di azoto, particolato fine e anidride solforosa. In alcune parti del paese, il mix di generazione elettrica è talmente sporco che le emissioni di questi inquinanti fanno abbastanza danni da sopraffare i benefici della riduzione delle emissioni di anidride carbonica.

Contando tutto questo, il nostro studio suggerisce che il passaggio di circa il 30% delle case unifamiliari alle pompe di calore in questo momento ridurrebbe i danni all'ambiente e alla salute umana e farebbe risparmiare denaro alle famiglie. Dovremmo iniziare passando dal riscaldamento elettrico resistivo, petrolio e propano al gas naturale. I posti migliori per iniziare sono le parti del paese che hanno un clima moderato.

Dovremmo anche ripulire la griglia il più velocemente possibile. Se ci impegniamo a farlo, i nostri studi precedenti mostrano che le pompe di calore possono ridurre i danni all'ambiente e alla salute umana praticamente ovunque nel paese.

Com'era il Lettere di ricerca ambientale studio fatto, e qual è stata la scoperta più importante?

Abbiamo usato un database chiamato ResStock, sviluppato dal National Renewable Energy Laboratory, simulare 400 case in ciascuna delle 55 città degli Stati Uniti, per un totale di 22, 000 case. Ogni insieme di case è stato scelto per essere rappresentativo del patrimonio abitativo di quella città. Abbiamo quindi utilizzato il modello EnergyPlus del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per simulare il consumo orario di energia per ciascuno di quei 22, 000 case. Abbiamo eseguito due versioni di questa analisi:una con pompe di calore, e un altro con qualunque combustibile per riscaldamento la casa avesse attualmente. Abbiamo confrontato queste due prove per calcolare i vantaggi ei costi di un passaggio alle pompe di calore.

Per valutare i danni alla salute umana, abbiamo utilizzato modelli integrati di qualità dell'aria sviluppati dai ricercatori della Carnegie Mellon. Per valutare i danni ambientali, abbiamo utilizzato il costo sociale del carbonio.

La scoperta più importante è stata che potresti risparmiare denaro e ridurre i danni sociali, proprio ora, raddoppiando la percentuale di case dotate di pompe di calore.

Quale percentuale di case degli Stati Uniti potrebbe trarre vantaggio finanziario, sotto forma di bollette ridotte, dall'installazione di una pompa di calore elettrica, e quale percentuale di quelle abitazioni potrebbe ridurre le emissioni di gas serra installando una pompa di calore?

Circa un terzo delle case unifamiliari ne beneficerebbe finanziariamente, dopo aver tenuto conto del costo aggiuntivo dell'installazione di pompe di calore rispetto a un forno a gas. Tutte quelle case ridurrebbero le emissioni di gas serra.

Quali sono alcuni dei principali ostacoli alla diffusione dell'adozione di pompe di calore negli Stati Uniti?

Dal punto di vista di un proprietario di casa, l'ostacolo principale è il costo percepito più elevato di installazione delle pompe di calore. Dico percepito perché in molte parti del paese, le pompe di calore si ripagherebbero più che da sole nel corso della loro vita. Anche, se un proprietario di casa aveva bisogno di sostituire un forno e un condizionatore d'aria, l'installazione di una pompa di calore, che può riscaldare e raffreddare, potrebbe essere l'opzione più economica. Un'altra barriera fondamentale è che gli installatori potrebbero non conoscere abbastanza le pompe di calore per informare adeguatamente i clienti.

Qual è il potenziale per l'adozione di pompe di calore residenziali in uno stato freddo come il Michigan?

A lungo termine, molto bene. In termini di capacità di "fare il lavoro, " Le pompe di calore sono migliorate molto nel lavorare in modo affidabile ed efficiente nei climi freddi. Continueranno a migliorare. Man mano che le estati si fanno più calde, il fatto che le pompe di calore possano fungere anche da condizionatori d'aria efficienti diventerà sempre più prezioso.

Detto ciò, dovremmo continuare a investire per rendere le pompe di calore più economiche ed efficienti. Dovremmo anche investire nel rendere più efficiente il nostro patrimonio immobiliare sostenendo l'invecchiamento. A parte il clima freddo, una delle sfide è che la rete elettrica nel Midwest è ancora troppo dipendente dal carbone e dal gas naturale. Dovremmo passare a fonti che non producono affatto emissioni di anidride carbonica, oppure dovremmo catturare le emissioni degli impianti a carbone e gas e sequestrarle permanentemente.