Valutazione 4E completa (energia, esergia, economia e ambiente) di una centrale elettrica a ciclo combinato a gas naturale ammodernata

Perché questa centrale è importante per la vita quotidiana

L’elettricità mantiene accese le luci, i telefoni carichi e gli ospedali funzionanti. Ma gran parte di quella energia proviene ancora dalla combustione di combustibili fossili, che utilizzano l’energia in modo imperfetto e rilasciano anidride carbonica che intrappola il calore. Questo studio esamina un nuovo modo di riprogettare le centrali a gas naturale in modo da estrarre più elettricità utile dallo stesso carburante riducendo al contempo sia le emissioni sia l’uso di acqua. Per paesi che dipendono fortemente dal gas naturale, come l’Algeria, miglioramenti di questo tipo possono avere impatti a livello nazionale sulle bollette energetiche, sulla sicurezza dell’approvvigionamento e sugli obiettivi climatici.

Trasformare il combustibile in energia in modo più intelligente

Le centrali oggetto dello studio sono impianti a ciclo combinato, che già utilizzano il combustibile in modo più efficiente rispetto a molte centrali a carbone o a turbine a gas semplici. Innanzitutto il gas naturale viene bruciato per azionare una turbina a gas che genera elettricità. Invece di disperdere i gas di scarico caldi, quel calore viene recuperato per produrre vapore che fa girare una seconda turbina per generare ulteriore energia. I ricercatori propongono un progetto aggiornato che si basa su questo concetto aggiungendo fasi di riscaldamento supplementari e un attento ricircolo del calore all’interno del sistema a vapore. Questi accorgimenti non cambiano ciò che esce dalla presa di casa, ma cambiano la quantità di combustibile necessaria per produrre ogni unità di elettricità.

Confronto tra impianti nuovi e esistenti

Per valutare se il nuovo schema sia davvero migliore, il team lo confronta con due centrali reali in Algeria: una centrale a vapore convenzionale e un impianto a ciclo combinato esistente chiamato Hadjret Enouss. Tutti e tre vengono analizzati nelle stesse condizioni e con la stessa potenza elettrica in uscita, così le differenze dipendono dal progetto, non dalla dimensione o dal clima. Il nuovo impianto raggiunge un’efficienza energetica di circa il 64%, ossia quasi due terzi dell’energia del combustibile diventano elettricità. È molto superiore alla centrale solo-vapore (circa 44%) e nettamente migliore dell’attuale impianto a ciclo combinato (circa 59%). Una misura più avanzata, chiamata “esergia” — che considera non solo quanta energia viene utilizzata ma quanto bene viene utilizzata — favorisce anch’essa il nuovo progetto, mostrando che meno potenziale del combustibile viene disperso come calore inutile.

Meno combustibile, meno carbonio e meno acqua

Questi miglioramenti nelle prestazioni si traducono direttamente in benefici ambientali. Poiché il nuovo impianto converte il combustibile in energia in modo più efficiente, necessita di meno gas naturale per erogare la stessa elettricità. Ciò riduce le emissioni di anidride carbonica a circa 40,8 chilogrammi al secondo, leggermente al di sotto dell’attuale impianto a ciclo combinato e molto inferiore alla vecchia centrale a vapore. Su un ciclo operativo di 35 anni, la centrale riprogettata potrebbe risparmiare più di 150 milioni di chilogrammi di gas naturale e evitare circa 24 milioni di chilogrammi di anidride carbonica ogni anno rispetto a una centrale tipica esistente. Il progetto riduce anche la pressione sulle risorse idriche: il suo sistema di raffreddamento utilizza la minore quantità d’acqua tra le tre configurazioni, un vantaggio importante in regioni dove sia il cambiamento climatico sia la crescita demografica mettono sotto stress le risorse idriche dolci.

Bilanciare profitto e sostenibilità

Ogni nuovo schema di centrale deve avere senso finanziario, non solo tecnico. I ricercatori eseguono quindi una valutazione economica completa, comprensiva dei costi di costruzione, delle spese operative, del costo del carburante e dei ricavi derivanti dalla vendita di energia elettrica su tre decenni. L’impianto combinato convenzionale risulta leggermente più redditizio in termini puri, principalmente perché il suo progetto più semplice è meno costoso da costruire e gestire. Il nuovo impianto presenta un costo iniziale un po’ più elevato a causa delle apparecchiature di riscaldamento aggiuntive, quindi il profitto complessivo sul ciclo di vita è marginalmente inferiore, sebbene rimanga nettamente positivo. In altre parole, gli investitori guadagnerebbero comunque, solo non tanto quanto con il progetto più semplice.

Cosa significa per il futuro dell’energia

Per i non specialisti, il messaggio chiave è che cambiamenti progettuali relativamente modesti possono rendere le centrali a gas naturale più pulite ed efficienti senza sacrificare l’affidabilità. L’impianto proposto usa meno gas, emette meno anidride carbonica e consuma meno acqua di raffreddamento rispetto ai progetti attuali, pur rimanendo economicamente interessante. Sebbene non sia un sostituto delle energie rinnovabili, tali miglioramenti possono rendere il sistema elettrico esistente più compatibile con il clima durante la lunga transizione lontano dai combustibili fossili. Se adottati su larga scala, progetti di questo tipo potrebbero aiutare i paesi a soddisfare la crescente domanda di elettricità riducendo al contempo l’impronta ambientale.

Citazione: Boukelia, T.E., Bouhala, A., Cheurfi, Y. et al. Comprehensive 4E (energy, exergy, economic, and environmental) assessment of a repowered natural gas-fired combined power plant. Sci Rep 16, 6505 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37499-7

Parole chiave: centrali a gas naturale, ciclo combinato, efficienza energetica, emissioni di carbonio, progettazione di centrali