I sistemi a propulsore elettrico per applicazioni industriali stanno invecchiando: un rischio concreto per l’efficientamento energetico dell’UE

Più della metà dell’elettricità prodotta a livello mondiale viene utilizzata per alimentare dei sistemi a motore elettrico. Secondo la United States Energy Information Administration, nel 2021 i motori elettrici hanno rappresentato circa il 70% del consumo di elettricità dell’industria e oltre il 40% del consumo del settore terziario – e lo stesso avviene in agricoltura, dove i sistemi a motore utilizzati per l’irrigazione assorbono la gran parte dell’elettricità a disposizione.

Vista da questa prospettiva, l’ambizione di progettare motori elettrici sempre più efficienti sembra tutto fuorché un esercizio di stile: se vogliamo raggiungere gli obiettivi climatici fissati nell’Accordo di Parigi, lavorare sull’efficienza energetica dei motori è un primo passo fondamentale.

Eppure, si legge in un recente studio dell’Università di Coimbra, lo scenario europeo è ancora caratterizzato dalla massiccia presenza di motori a bassa efficienza. Secondo la ricerca, un’accelerazione nel ricambio dei motori vetusti nel Vecchio Continente porterebbe a un risparmio di energia totale equivalente al consumo annuale di elettricità del Belgio.

In Europa motori industriali sempre più vecchi

Nel 2015, 195 Paesi firmarono l’Accordo di Parigi. In quella sede, i Governi presero l’impegno di mantenere l’aumento globale della temperatura entro il limite di 1,5°C, che almeno in teoria permette di ridurre significativamente i rischi legati al cambiamento climatico. Per raggiungere quest’obiettivo, è noto, le emissioni globali devono diminuire del 45% entro il 2030 e arrivare alla soglia dello zero netto nel 2050.

In questa urgente e disordinata marcia verso la sopravvivenza della specie, l’efficientamento energetico delle macchine già operanti sul pianeta è uno dei primi passi da compiere, in attesa di nuove tecnologie e strategie di mitigazione. Tantopiù che abbiamo già tutto quello che ci serve. Come si legge in uno studio pubblicato nel 2023 sulla rivista Energies,

“Migliorare la penetrazione di tecnologie più efficienti ridurrà significativamente l’onere che grava sulla produzione di energia rinnovabile: queste tecnologie, infatti, sono già disponibili, sono economicamente vantaggiose e possono essere scalate con rapidità”.

Il problema, si legge nello studio, è che i motori funzionano sin troppo bene: la vita media stimata è di 12-20 anni, ma diverse ricerche in Europa e negli Stati Uniti hanno rilevato durate effettive molto superiori (e motori decisamente vecchi ancora in funzione).

Nel 2013, per esempio, l’Agenzia Svizzera per l’Energia SAFE ha valutato oltre 4mila sistemi di motori in 18 stabilimenti, e ha scoperto che il 56% di tutti i motori analizzati aveva superato di molto la sua aspettativa di vita. In alcuni casi, il motore aveva il doppio dell’età prevista per la dismissione. In Europa, in generale, si stima che il 70% dei motori operativi sia al di sotto della classe di efficienza IE3.

Motori elettrici: oltre il risparmio energetico

La sostituzione dei motori inefficienti, spiega lo studio, porterebbe a un risparmio energetico immediato nell’ordine del 20-30%. Eppure, la lunga durata dei motori elettrici riesce ancora a rallentare il tasso di penetrazione delle tecnologie più efficienti.

Ciò è dovuto essenzialmente a una serie di ragioni pratiche: innanzitutto, l’investimento iniziale richiesto è più elevato, e tanto basta a sopire molte buone intenzioni. Come spiegano gli scienziati:

“Molti siti dispongono di scorte di vecchi motori “recuperati” e di motori “nuovi di zecca” a bassa efficienza, pronti a sostituire un motore danneggiato, e vi è una tendenza naturale a utilizzare questi motori “liberi” piuttosto che acquistarne di nuovi”.

I motori, inoltre, sono spesso considerati elementi a bassa priorità nelle strategie di efficientamento energetico e in caso di guasti si tende a ripararli il prima possibile, senza stare a consultare il catalogo dei nuovi modelli.

Si può intuire facilmente che nell’Europa di oggi questa resistenza sia dovuta soprattutto a questioni economiche. Ma ragionando sul medio periodo, la sostituzione dei vecchi motori industriali può portare un risparmio significativo da diversi punti di vista: come si legge nello studio, un motore più efficiente non si limita a consumare meno energia, ma è in grado di ottimizzare i processi di produzione e di lavorare a temperature più basse, richiedendo meno manutenzione.

L’efficientamento è un primo passo necessario

Tra le misure aggiuntive che possono contribuire notevolmente ad abbattere i consumi, spiegano i ricercatori, c’è in primo luogo il corretto dimensionamento: i motori raggiungono la massima efficienza tra il 70 e l’80% della potenza nominale, ciò significa che la correzione del sovradimensionamento può ridurre al minimo il consumo energetico (oltre a migliorare il fattore di potenza dell’impianto).

Nella maggior parte delle applicazioni, inoltre, i motori non devono necessariamente funzionare al massimo della velocità per tutta la durata delle operazioni: l’adozione della tecnologia VSD (Variable Speed Drives), che regola la velocità del compressore grazie a un inverter, può adattare la velocità delle apparecchiature ai requisiti dei carico, aumentando ulteriormente l’efficienza del 15-35%.

Nel 2012, tuttavia, i VSD erano ancora soltanto il 22% dei motori venduti in Europa. Vista la durata media di un apparecchio, possiamo dare per certo che la maggior parte dei motori con carichi variabili esistenti (circa il 35% del totale) siano ancora gestiti con metodi inefficienti.

A tutto questo vanno aggiunte le tecnologie digitali come sensori e misuratori intelligenti, che possono portare a un risparmio nell’ordine del 5-10%, corrispondente a 31-63 TWh ogni anno soltanto in Europa.

Sostituendo i vecchi macchinari e adottando queste tecnologie, si legge nella ricerca, il risparmio totale di energia si attesterebbe intorno ai 100 TWh l’anno, equivalenti grossomodo alla domanda interna del Belgio.

Proprio il mese scorso, la Commissione Europea sottolineava che “gli sforzi dell’UE in materia di efficienza energetica devono essere ulteriormente intensificati se si vuole raggiungere l’obiettivo di riduzione del consumo energetico finale dell’11,7% entro il 2030”. Prima ancora dello sviluppo di nuove tecnologie per le energie rinnovabili, insomma, è fondamentale lavorare sull’esistente per abbattere i consumi e ottimizzare l’uso di energia nei processi più dispendiosi.

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