In che modo le normative possono ridurre i gas fluorurati nelle reti elettriche?

Gas serra SF6 nelle reti energetiche: sono in aumento le normative. Facciamo il punto con Frederic Godemel vicepresidente esecutivo Power Systems and Services di Schneider Electric.

Dalla metà del XX secolo, l’esafluoruro di zolfo (SF6) è stato ampiamente utilizzato come sostituto degli olii come isolante nelle apparecchiature elettriche e uno dei più diffusi usi che ha oggi è nei quadri elettrici. Il gas SF6 si è dimostrato affidabile ed altamente efficace nelle applicazioni in cui ci si può aspettare la formazione di archi e il suo utilizzo ha consentito di realizzare apparecchiature più compatte e durevoli. Da quasi tutti i punti di vista, i risultati sono stati ottimi.

La preoccupazione per il riscaldamento globale

Tuttavia, l’SF6 è anche un “gas serra” (GHG). Essendo uno del gruppo di composti noti come gas fluorurati, SF6 risulta essere il gas serra più potente in termini di potenziale di riscaldamento globale (GWP). Di conseguenza, sono state istituite misure rigorose per limitarne il rilascio nell’atmosfera, che includono un’attenta contabilizzazione della produzione e della distribuzione di questo gas oltre a livelli massimi di utilizzo.

Negli Stati Uniti, l’EPA ha iniziato a indagare sull’SF6 nel 1997. Nel 2012 ha richiesto di fornire report per le apparecchiature con capacità dichiarate pari o superiore a 17.820 libbre. Ciò ha comportato una marcata diminuzione delle emissioni. Molti stati, in particolare la California, ma anche Washington, Oregon, Massachusetts e New Jersey, hanno seguito l’esempio istituendo regolamenti sulla segnalazione dell’SF6 e riducendo le emissioni consentite.

Già a metà del 2000, il programma europeo per il cambiamento climatico (ECCP) ha identificato la riduzione dell’uso di SF6 come componente chiave nelle sue iniziative di riduzione dei gas serra, per rispettare gli impegni del Protocollo di Kyoto assunti dall’UE. I piani includevano l’eventuale divieto di alcuni gas fluorurati in applicazioni specifiche, nonché il rafforzamento dei controlli operativi sui sistemi che utilizzano questi gas e la limitazione delle loro attività di produzione e import/export. Questi sforzi sono proseguiti nell’ambito dell’Accordo di Parigi sul clima del 2015 e proseguiranno nell’ambito dei futuri aggiornamenti sui piani climatici.

Si registrano successi ma le sfide rimangono

Sono stati fatti grandi progressi nella riduzione dell’uso di gas climalteranti in applicazioni come i propellenti aerosol e il condizionamento dell’aria. Ad esempio, l’industria automobilistica e i produttori di HVAC in generale hanno eliminato da diversi anni l’uso di refrigeranti a base di HFC. Anche alcuni usi dell’SF6, come nella produzione di magnesio, sono stati drasticamente ridotti. Tuttavia, il suo utilizzo rimane diffuso in diverse applicazioni.

L’85% dell’SF6  prodotto oggi viene utilizzato nei quadri elettrici di alta e media tensione e in altre apparecchiature elettriche isolate in gas. La tenuta dei registri per i sistemi sigillati, come quelli utilizzati in MT, evidenzia tassi di perdita molto bassi dello 0,1% durante l’intero ciclo di vita. Altri usi di SF6 in cui il gas non è contenuto in un sistema sigillato includono applicazioni mediche, metallurgiche ed elettroniche (come i circuiti stampati). Sebbene queste applicazioni rappresentino una porzione minore dell’utilizzo dell’SF6, contribuiscono in misura simile all’SF6 che viene rilasciato nell’atmosfera dall’industria elettrica.

Quali sono le regole oggi e che evoluzioni hanno?

Nell’Unione Europea

L’UE si è posta l’obiettivo di ridurre le proprie emissioni di gas fluorurati di due terzi entro il 2030. Sebbene gran parte di questa diminuzione deriverà dall’utilizzo di meno gas tra quelli inclusi nel protocollo di Montreal, l’SF6 è parte integrante del mix.

Le misure specifiche in corso di attuazione includono la limitazione della quantità totale di idrofluorocarburi che possono essere venduti nell’UE; il divieto dell’uso di alcuni gas fluorurati in molti nuovi tipi di apparecchiature; la prevenzione delle emissioni di SF6 attraverso il monitoraggio, la manutenzione e il recupero del gas a fine vita (EoL) nei quadri elettrici.

Il recupero di SF6 è particolarmente importante. Il fattore più dannoso per il clima degli impatti dell’SF6  riguarda le potenziali emissioni EoL delle apparecchiature. Al fine vita, il gas va estratto, trasportato fino al luogo in cui sarà riciclato o distrutto; esistono regolamenti europei per la manipolazione e il recupero dell’SF6 ma l’implementazione di queste normative è incerta.

Il Fraunhofer Institute for Energy Economics stima che utenti diversi adottano comportamenti diversi rispetto alla gestione del fine vita del gas SF6 – in un range che va dalla buona gestione alla negligenza – a seconda che il proprietario del quadro sia una grande azienda elettrica o un attore del mercato privato più frammentato. Fraunhofer stima le seguenti perdite di SF6 a fine vita:

  • best practice per grandi utility: 1,5%
  • perdite effettive (ipotesi migliore): 10%
  • caso peggiore: 40%

Solo una regolamentazione più rigorosa dello smantellamento delle apparecchiature SF6 e/o l’applicazione della politica esistente può risolvere questo problema.

Negli Stati Uniti

In California, questi tipi di regolamenti sono promulgati attraverso l’Air Resources Board (ARB) dello stato. È attualmente in vigore un programma di eliminazione graduale, inclusi limiti sempre più severi sui tassi di emissioni di SF6 consentiti, che nel 2020 sono arrivati all’1%. I piani attuali includono una graduale eliminazione dell’uso dell’SF6, a partire da apparecchiature con valore nominale di 72 kV o inferiore alla fine del 2024. Il suo utilizzo in apparecchiature a tensione più elevata sarà consentito fino alla fine del 2026 e 2028, con le apparecchiature con il valore più alto tensione (550 kV) in cui non sarà più consentito utilizzare SF6 a partire dal 31 dicembre 2030.

Limiti futuri alla produzione di SF6

La maggior parte delle normative che alla fine influenzeranno l’uso dell’SF6 riguardano la famiglia chimicamente simile di gas fluorurati comunemente denominati “gas F”. Ciò include gli idrofluorocarburi (HFC), che hanno vita relativamente breve, e i perfluorocarburi (PFC), che possono rimanere nell’atmosfera per molti anni. Sia gli HFC che i PFC sono stati ampiamente sostituiti da alternative più rispettose dell’ambiente. Pertanto, man mano che le normative sui gas fluorurati diventano più rigorose, influenzeranno sempre più l’SF6 .

Le tecnologie alternative cambiano il gioco

Le attività normative relative all’uso dell’SF6 hanno continuato ad aumentare negli ultimi anni, concentrandosi principalmente in California e nell’Unione Europea (UE). Questi regolamenti hanno per lo più concesso esenzioni per l’uso continuato dell’SF6 nei quadri di alta e media tensione per il motivo che non esistevano tecnologie alternative. Ma i produttori che pensano a lungo termine hanno lavorato per sviluppare alternative più sostenibili alla tecnologia basata su SF6 e molti ora offrono nuovi approcci creativi alla progettazione, al funzionamento e alla manutenzione dei quadri. Poiché queste nuove tecnologie sono state dimostrate in prove sul campo, sia l’UE che la California stanno dimostrando una maggiore disponibilità a procedere verso un’ulteriore riduzione della produzione e dell’uso di SF6. Ad esempio, per quanto riguarda l’SF6 nelle applicazioni dei quadri di media tensione, la Commissione europea sta attualmente valutando la fattibilità di tecnologie alternative all’SF6 che consentono la sostituzione di questo gas serra.

Le nuove tecnologie differiscono da un produttore all’altro, con alcuni che scelgono di concentrarsi sulla riduzione del GWP con l’aiuto di gas alternativi. Alcuni produttori di apparecchiature, tra cui Schneider Electric, hanno scelto di evitare le incertezze che circondano i gas alternativi nuovi e non provati e utilizzano invece aria pura per questa transizione verde. Oltre ad essere sicuro per le persone e per il pianeta, questo approccio basato sull’aria riduce il rischio normativo futuro. La nuova gamma di quadri  “green” e digitali, SM AirSeT, ha già vinto l’Industrial Efficiency Award all’Hannover Messe 2020 e ha ricevuto il prestigioso iF Design Award all’inizio di quest’anno.

Per scoprire cosa sta facendo Schneider Electric per aiutare il settore della distribuzione elettrica e i consumatori di energia a passare a un’alimentazione più sostenibile, visita la nostra pagina sulla tecnologia dei quadri di media tensione isolati in aria.

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Questo post blog è stato originariamente pubblicato in inglese sul blog Schneider Electric Global.

L’autore del blog: Frederic Godemel

Frederic Godemel è il vicepresidente esecutivo Power Systems and Services di Schneider Electric. Entrato in Schneider nel 1990 e ha sviluppato la sua carriera internazionale nel settore dell’energia, spaziando tra bassa e media tensione, automazione energetica, infrastrutture e servizi.


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