Il brevetto è un concio prefabbricato in calcestruzzo per rivestimenti di supporto di gallerie, adattato per scambiare calore con il terreno e l’ambiente circostante la galleria, al fine di scaldare e raffreddare gli edifici e le utenze limitrofe. Un circuito di tubi è installato all’interno del concio durante la fase di prefabbricazione. Quando in funzione, un fluido circola nella rete di tubi e scambia calore con il terreno. Il concio è previsto per gallerie scavate tramite scavo meccanizzato. Esso può essere realizzato con diverse configurazioni: un solo circuito lato terreno per lo scambio termico con quest’ultimo (ENERTUN GROUND) o con un solo circuito lato scavo per lo scambio termico con l’aria interna al tunnel (ENERTUN AIR) o con entrambi i circuiti (ENERTUN GROUND&AIR). Ogni circuito del concio ENERTUN è connesso idraulicamente ai conci limitrofi per formare un anello completo. Il sistema è previsto per ottimizzare lo scambio termico e limitare le perdite idrauliche. Esso può essere utilizzato per estrarre calore dall’ambiente sotterraneo (terreno e aria) e produrre riscaldamento, e/o per immettere calore nell’ambiente sotterraneo e produrre raffrescamento. Nel caso di tunnel alpini, esso potrebbe contribuire a ridurre i costi di ventilazione e raffreddamento delle gallerie.

Stato del brevetto

CONCESSO

Numero di priorità

102016000020821

Data di priorità

29/02/2016

Licenza

INTERNAZIONALE

Mercato

ENERTUN può potenzialmente essere implementato in tutte le future gallerie scavate mediante  sistema meccanizzato. Il brevetto è di interesse per le imprese di costruzione coinvolte nell’industria delle gallerie e per gli investitori in lavori pubblici. Il mercato potenziale è anche nelle aree degli stakeholder energetici, come le società che gestiscono sistemi di teleriscaldamento in ambiente urbano.

Un mercato aggiuntivo può essere rappresentato dalla realizzazione di tunnel alpini profondi, in quanto l’elevato potenziale geotermico associato alla necessità di raffreddamento dei tunnel può aprire interessi sul sistema Enertun.

La durata del brevetto è correlata alla durata delle infrastrutture che sono comprese tra 50 e 100 anni.

Problema

È stato stimato che circa il 30-40% del consumo energetico e delle relative emissioni in CO2 del 2017 sia attribuito agli edifici. Il conseguente impatto ambientale è significativo, e dovuto a un sempre crescente bisogno energetico. Tale bisogno può essere soddisfatto da soluzioni sostenibili, che si basino da un lato sulla riduzione dell’utilizzo di fonti fossili e dall’altro sullo sviluppo di tecnologie che sfruttino fonti rinnovabili. In questo contesto i sistemi a pompe di calore geotermiche offrono una possibilità interessante di produrre energia rinnovabile per l’ambiente urbano, dove il sottosuolo può essere direttamente utilizzato per scambiare calore e scaldare o raffreddare gli edifici sovrastanti. Una moderna applicazione di questa tecnologia è rappresentata dalle cosiddette geostrutture energetiche. Esse integrano il ruolo di stabilità statica delle strutture geotecniche con il principio della geotermia superficiale suddetto. Un sistema di tubi installato negli elementi strutturali in contatto con il terreno permette lo scambio termico. Il brevetto ENERTUN riguarda l’applicazione di questa tecnologia nei sistemi di sostegno delle gallerie.

Limiti attuali tecnologie / Soluzioni

Il riscaldamento usa spesso caldaie (a gas naturale, per la maggior parte), teleriscaldamento o pompe di calore. Le caldaie tuttavia richiedono la combustione di materia prima, generalmente combustibile fossile ma anche risorsa rinnovabile come la biomassa. In entrambi i casi si ha l’emissione di gas serra derivanti dalla combustione.

Il teleriscaldamento permette di aumentare l’efficienza, concentrando la produzione di energia e trasportandola fino all’utilizzatore. Le emissioni risultano però solo spostate geograficamente verso le periferie e vi sono perdite termiche nella rete.

Sono pochissimi gli impianti che hanno un uso duale con riscaldamento in inverno e raffrescamento in estate: rari gli impianti di teleraffrescamento, più comunemente si possono usare pompe di calore, ad aria o ad acqua.

Le pompe di calore ad aria hanno efficienze che risentono molto delle temperature esterne estremamente variabili. Al contrario le pompe di calore ad acqua o geotermiche sfruttano risorse ad una temperatura più stabile.

Lo scambio di calore con il terreno classicamente richiede perforazioni profonde e costose o ampie superfici da adibire a questo uso esclusivo. Le gallerie energetiche possono superare questi problemi.

Killer Application

Un prototipo della tecnologia è stato installato e testato con successo nella galleria del prolungamento Sud della linea 1 della metropolitana di Torino (Italia). Il sistema è installato tra le stazioni Lingotto e Bengasi. Il sito sperimentale comprende due anelli di rivestimento, che corrispondono a tre metri di lunghezza della galleria, interamente equipaggiati con il sistema ENERTUN Ground&Air. I segmenti sono collegati ad un sistema a pompa di calore e ad un circuito secondario per l’utilizzo del calore prodotto. L’installazione è stata ampiamente monitorata nelle condizioni operative durante la realizzazione della galleria. I risultati, pubblicati anche su riviste scientifiche (Barla et al. 2019, A novel real-scale experimental prototype of energy tunnel, Tunnelling and Underground Space Technology 87, 1-14; Insana & Barla 2020, Experimental and numerical investigations on the energy performance of a thermo-active tunnel, Renewable Energy 152, 781-792), hanno confermato le potenzialità energetiche della tecnologia ENERTUN. Il prototipo è ora in fase di risistemazione per consentire la continuazione dei lavori anche dopo l’apertura al servizio di questo tratto della linea metropolitana.

Tecnologia e nostra soluzione

L’implementazione della tecnologia Enertun in una galleria consentirà di realizzare un grande sistema geotermico a bassa entalpia da utilizzare come mezzo di scambio termico. Le quantità di energia sfruttabili sono dell’ordine di 0,5 / 1,5 MW ogni km di lunghezza della galleria, a seconda delle specifiche condizioni del sito. L’applicazione più appropriata e il primo obiettivo commerciale sarebbe quella relativa alla realizzazione di una galleria metropolitana in aree urbane mediante scavo meccanizzato. L’attrattiva di questa applicazione è rafforzata dalla vicinanza dei potenziali ricettori del calore in galleria. Le utenze possono essere collegate direttamente al sistema primario (la galleria) oppure un’alternativa interessante è quella di collegare la galleria energetica ad un sistema di teleriscaldamento a bassa temperatura e adottare quest’ultimo per distribuire il calore alle utenze finali. Quest’ultima soluzione può permettere di semplificare l’interazione commerciale con gli utenti finali e consentire una maggiore robustezza e backup del sistema complessivo. Questa specifica soluzione è attualmente in corso di studio per una area individuata nella periferia nord-orientale della città di Torino (Italia) in collaborazione con Iren, la società responsabile del sistema di teleriscaldamento della città. Dal punto di vista economico, la realizzazione e implementazione del sistema ENERTUN non rappresenta un significativo costo aggiuntivo rispetto a quelli di realizzazione della galleria. I vantaggi che si ottengono con la produzione di calore e fresco per tutta la durata del ciclo di vita dell’infrastruttura e con limitati costi di manutenzione e di esercizio risultano particolarmente allettanti dal punto di vista costi / benefici. Vale la pena ricordare ancora una volta che l’energia fornita dal sistema proposto è sostenibile, disponibile localmente e perfettamente in linea con l’attuale politica di sviluppo sostenibile.

Vantaggi

ENERTUN può essere realizzato con diverse configurazioni (si veda la figura): un solo circuito lato terreno per lo scambio termico con quest’ultimo (ENERTUN GROUND) o con un solo circuito lato scavo per lo scambio termico con l’aria interna al tunnel (ENERTUN AIR) o con entrambi i circuiti (ENERTUN GROUND&AIR). Ogni circuito del concio ENERTUN è connesso idraulicamente ai conci limitrofi per formare un anello completo. Il sistema è previsto per ottimizzare lo scambio termico e limitare le perdite idrauliche. Esso può essere utilizzato per estrarre calore dall’ambiente sotterraneo (terreno e aria) e produrre riscaldamento, e/o per immettere calore nell’ambiente sotterraneo e produrre raffrescamento. Nel caso di tunnel alpini, esso potrebbe contribuire a ridurre i costi di ventilazione e raffreddamento delle gallerie.

Roadmap

Recentemente sono pervenute numerose manifestazioni di interesse da parte di imprese e istituzioni di costruzioni nazionali ed internazionali, che rappresentano un primo passo avanti verso la commercializzazione e lo sviluppo industriale del brevetto. La tecnologia Enertun è stata considerata da:

– Systra & partners, per gli studi di fattibilità per la Metropolitana Linea 2 di Torino (Italia);

– Engie Solutions, per gli studi di fattibilità della Ligne 15 Ouest del Grand Paris Express, Francia;

– Municipalità di Cluj Napoca (Romania) per la nuova linea ferroviaria urbana.

I passi futuri saranno quindi rivolti agli stakeholder e alle aziende di cui sopra. La più interessante è la Linea 2 della Metropolitana di Torino, per le ovvie opportunità logistiche e per l’avanzata fase del progetto. Il progetto complessivo prevede 30 km di gallerie, la maggior parte delle quali da realizzarsi mediante scavo meccanizzato. L’attivazione termica dei segmenti Enertun è stata formalmente inclusa, studiata e valutata nello studio di fattibilità della linea. Ulteriori indagini e individuazione di potenziali ricettori di calore sono state effettuate nell’area Nord Est della città, insieme ad Iren SpA, e possono portare ad una utilizzazione commerciale del calore. Sulla base di ciò, gli inventori supporteranno la prossima fase di progettazione dell’infrastruttura e finalizzeranno la valutazione delle opportunità di marketing con Iren SpA.

Review the Technology
TRL 1
TRL 2
TRL 3
TRL 4
TRL 5
TRL 6
TRL 7
TRL 8
TRL 9

TRL

Il team

Menu