Abbandona i combustibili fossili in meno della metà del tempo e risparmia mezzo miliardo di dollari o più rispetto a quanto spenderesti altrimenti per decarbonizzare. Questa è la proposta che un gruppo di studenti, ex studenti e docenti presenterà agli amministratori del Massachusetts Institute of Technology durante un forum sulla decarbonizzazione del campus oggi.
La proposta, ufficialmente nota come MIT Thermal Energy Network (MITTEN), prevede un sistema avanzato di riscaldamento e raffreddamento che utilizza energia termica a bassa temperatura proveniente da tubi che collegano gli edifici del campus.
La rete trarrebbe calore da una serie di fonti, tra cui pompe di calore ad aria, pozzi poco profondi perforati nel terreno, calore di scarto attualmente ventilato dagli edifici, concentratori solari sui tetti che raccolgono calore dalla luce solare e persino condutture dell’acqua cittadina. L’acqua che circola attraverso la rete di tubi del MIT si collegherebbe a pompe di calore geotermiche che forniscono riscaldamento e raffreddamento agli edifici individuali.
“Il progetto MITTEN costerà centinaia di milioni di dollari in meno per essere implementato e costerà il 30% o più in meno per essere gestito,” ha detto Herb Zien, un ex studente del MIT che ha co-fondato una società che una volta era il più grande proprietario e operatore di sistemi di riscaldamento e raffreddamento distrettuale negli Stati Uniti. “Sarà semplicemente meno costoso in entrambi i sensi.”
Zien, che non possiede più la società di riscaldamento distrettuale, è un membro volontario del MIT Alumni/Student Decarbonization Team, il gruppo dietro la proposta.
L’università sta già considerando un sistema di energia termica proposto da AEI, una società di consulenza esterna che l’università ha assunto per aiutarla a elaborare un piano per decarbonizzare—o smettere di bruciare combustibili fossili nel campus per il riscaldamento, il raffreddamento e la generazione di elettricità—entro il 2050.
Separatamente e come parte del suo percorso verso la decarbonizzazione, il MIT ha recentemente collaborato con Harvard, Mass General Brigham e altre istituzioni dell’area di Boston per finanziare la costruzione di una fattoria solare in Texas e una fattoria eolica in North Dakota che produrranno energia pulita. Questi progetti compenseranno l’energia da combustibili fossili altrove, permettendo al MIT e agli altri partner del progetto di rivendicare ciascuno una parte delle riduzioni delle emissioni.
I piani del consulente del MIT includono molti degli stessi componenti della proposta MITTEN, tra cui una rete di tubi che collega gli edifici del campus, pompe di calore, recupero del calore di scarto e sistemi geotermici.
“Tutte le sovrapposizioni sono significative,” ha detto Joe Higgins, vicepresidente del MIT per i servizi del campus e la gestione. “Sono generalmente tutti gli stessi concetti. È tutta la stessa fisica.”
Tuttavia, una differenza chiave tra le due proposte è che i piani del consulente del MIT prevedono una centrale di utilità centrale con un piccolo numero di grandi pompe di calore per generare acqua calda e fredda che verrebbe distribuita attraverso il campus.
Al contrario, la proposta della comunità del MIT farebbe circolare acqua a temperatura “ambiente”, circa 45-90 gradi Fahrenheit, attraverso la sua rete di tubi.
In un tale sistema, i pozzi geotermici o le condutture dell’acqua municipale funzionerebbero come una batteria termica, servendo sia come fonte di energia termica a bassa temperatura sia come serbatoio che potrebbe assorbire il calore in eccesso. Centinaia di piccole pompe di calore attingerebbero quindi all’acqua a temperatura ambiente per fornire riscaldamento e raffreddamento agli edifici individuali dove è necessario.
La rete termica a bassa temperatura è simile a quella che la società di servizi di gas Eversource ha recentemente completato a Framingham, Mass.
Ciò che può sembrare una piccola differenza nel design potrebbe avere un impatto significativo.
I membri del MIT Alumni/Student Decarbonization Team hanno detto che possono utilizzare i tubi dell’acqua refrigerata esistenti che attualmente fanno parte del sistema di riscaldamento e raffreddamento distrettuale a gas dell’università per la loro rete a temperatura ambiente.
Tuttavia, i tubi del vapore esistenti attualmente utilizzati per il riscaldamento distrettuale sono troppo piccoli per essere riutilizzati per distribuire acqua calda attraverso il campus, secondo il gruppo di ex studenti e studenti. Il loro piano non si basa sull’uso di acqua calda, ma il piano del consulente del MIT sì.
“Bisognerebbe costruire effettivamente un’intera rete di distribuzione di tubi solo per l’acqua calda che oggi non esiste,” ha detto Zien. “Questo costa centinaia di milioni di dollari e interromperà il campus per anni a causa di tutta la costruzione.”
Zien ha detto che la stima dei costi per la nuova rete di tubi si basa su cifre che l’amministrazione dell’università ha condiviso con il loro gruppo. Higgins non ha risposto a una domanda sul costo, se non per dire che l’università prevede di rilasciare ulteriori informazioni sulle diverse proposte entro la fine dell’anno.
Tuttavia, Higgins ha detto che un sistema decentralizzato—del tipo proposto dal gruppo di ex studenti e studenti—richiederebbe molte più apparecchiature, tutte le quali dovrebbero essere mantenute.
“Sarebbero migliaia di pezzi di apparecchiature, rispetto a un approccio centralizzato, dove useremmo meno di una dozzina di pezzi di apparecchiature,” ha detto Higgins. “C’è molta complessità operativa associata a ciò.”
Zien ha detto che il sistema decentralizzato che stanno proponendo utilizzerebbe piccole pompe di calore standard. Ha detto che i dispositivi funzionano in modo molto simile ai frigoriferi e ai condizionatori d’aria e offrono lo stesso alto livello di affidabilità.
“Quando è stata l’ultima volta che hai chiamato qualcuno per controllare il tuo frigorifero in cucina?” ha chiesto Zien. “O quando è stata l’ultima volta che qualcuno è venuto a controllare il tuo condizionatore d’aria nel cortile? Questi sono pezzi di apparecchiature molto affidabili, e un tecnico HVAC standard è in grado di monitorarli, sostituirli, ripararli o fare tutto ciò che è necessario. Mentre nella centrale, la manutenzione è un grosso problema.”
Zien ha aggiunto che i sistemi centralizzati sono meno efficienti, perdendo tra il 10 e il 15 percento della loro energia termica a causa della dispersione di calore mentre distribuiscono calore dalla centrale agli edifici individuali.
I ricercatori del National Renewable Energy Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti hanno anche scoperto che le reti di energia termica a bassa temperatura sono più efficienti dei sistemi ad alta temperatura in uno studio pubblicato a settembre. Parte dei guadagni di efficienza deriva dalla capacità di bilanciare i carichi tra gli edifici, utilizzando essenzialmente pompe di calore individuali per prelevare calore da un edificio mentre lo spingono in un altro, a seconda delle esigenze di riscaldamento e raffreddamento degli edifici.
La Colorado Mesa University a Grand Junction, Colorado, ha risparmiato più di 15 milioni di dollari in costi di carburante dal 2008 principalmente attraverso tale bilanciamento delle esigenze di riscaldamento e raffreddamento con una rete di energia termica a bassa temperatura, secondo un rapporto del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Susan Murcott, una professoressa del MIT che fa parte del MIT Alumni/Student Decarbonization Team, ha detto che ha iniziato a sostenere la rete di energia termica al MIT tre anni fa dopo aver iniziato a sostituire i combustibili fossili con una pompa di calore geotermica e pannelli solari per riscaldare e raffreddare la sua casa.
“Una piccola lampadina si è accesa nella mia testa,” ha detto Murcott. “Se posso farlo io, può farlo anche il MIT. E se posso farlo in 10 anni, allora anche il MIT può farlo in 10 anni.”
A marzo, il gruppo ha firmato un accordo con l’università per sviluppare un progetto preliminare per un progetto pilota, una rete di energia termica decentralizzata che fornirebbe riscaldamento e raffreddamento a sei edifici del campus. Questi includono la pista di pattinaggio dell’università, una piscina e il centro studenti.
Il gruppo ha concluso che una rete di energia termica per i sei edifici potrebbe essere installata in due anni a un costo di 10-15 milioni di dollari, secondo un rapporto rilasciato dal gruppo a settembre. Il rapporto affermava che una rete simile potrebbe essere dispiegata in tutto il campus in un decennio a un costo di 500-750 milioni di dollari in meno rispetto a diverse proposte di decarbonizzazione del campus preparate dal consulente del MIT.
L’aumento dell’efficienza previsto del sistema distribuito ridurrebbe le spese operative di almeno 100 milioni di dollari durante la vita del sistema rispetto alle proposte del consulente che lavora per il MIT, secondo il rapporto.
“Costa meno farlo, e costa meno gestirlo,” ha detto Rick Clemenzi, un ex studente del MIT e co-proprietario di una società di progettazione di reti di energia geotermica che ha lavorato con Murcott sulla proposta del MIT per diversi anni.
Higgins ha messo in dubbio i risparmi sui costi previsti nel rapporto del gruppo della comunità del MIT e ha detto che il costo effettivo di quella proposta è probabilmente “molto più alto.”
“Non voglio che ci sia l’impressione che ci sia, tipo, una cosa magica che è 10 volte più economica e più veloce,” ha detto Higgins. “La realtà è che non lo è.”
Higgins ha detto che il MIT ha appena completato una valutazione dei costi di terze parti della proposta MITTEN e prevede di esaminare i risultati con il gruppo di studenti, ex studenti e docenti presto.
Jason Chen, uno studente membro del gruppo, ha detto che vorrebbe vedere il MIT andare avanti con il progetto pilota e fornire un percorso a basso costo per la decarbonizzazione che altre università possono seguire.
“Siamo visti come persone che innovano all’avanguardia tecnologica,” ha detto Chen, che faceva parte di un team che ha vinto una competizione nazionale per studenti del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti l’anno scorso per una bozza precedente della proposta di rete di energia termica del MIT.
Chen ha detto di temere che il MIT perseguirà un sistema di energia termica centralizzato più convenzionale che costerebbe di più, simile ai progetti che Stanford e Princeton hanno recentemente completato.
“Uno scenario ideale è che il MIT prenda la leadership nel dire, ‘Questo è un manuale su come fare questo per ogni college, e non solo per i college d’élite che hanno questi soldi,’” ha detto Chen.
Higgins ha detto che tutte le opzioni rimangono sul tavolo.
“Questo è per la prossima era energetica, i prossimi 100 anni,” ha detto. “È molto urgente, e vogliamo arrivarci, ma dobbiamo farlo nel modo giusto.”