ISO/PAS 50010: integration of Net Zero Energy and sustainability concepts into ISO 50001 energy management system with an analysis of cogeneration GHG emissions

In recent years, the global energy scenario has been changing radically to face climate change, an increasingly worrying phenomenon. Renewable energy sources are becoming more and more spread nowadays, and this fact will even increase in the future. Energy efficiency and sustainability practises are becoming fundamental, especially in industrial sector. This paper investigates ISO/PAS 50010, a recent standard that integrates sustainability concepts into an ISO 50001 energy management system (EnMS) aiming net zero energy (NZE) and net zero carbon (NZC). Zero energy performance indicators (zEnPIs) are fundamental to control the most important variables trends, pursuing continuous improvements to hit decarbonization into defined boundaries: in this thesis, different zEnPIs have been proposed and subsequently applied to a case study. Moreover, particular attention is given to cogeneration, a widespread practise in Italian industrial sector. In this work, an hourly model of 2023 Italian electricity generation grid is implemented to evaluate, under different assumptions, carbon emission factors. The final goal is a comparison of heat and electricity generation with a cogeneration plant and separate generation, using a boiler and purchasing electricity from the grid. Moreover, some analyses on GHG accounting methods have been done, highlighting some issues on cogeneration case. It has been seen that cogeneration is better than separate production in terms of primary energy consumption (0.21 toe and 0.26 toe respectively), but, on the other side, GHG emissions (kgCO2e) analyses with average emissions factors display that the technology is more emissive than the other option, both now and in the future (2030 PNIEC scenario). In a marginal perspective, cogeneration GHG emissions nowadays are less than thermal ones, but the future case implementation illustrates that this technology will lose competitiveness.

Negli ultimi anni, lo scenario energetico globale sta cambiando notevolmente per combattere il cambiamento climatico, un problema sempre più preoccupante. Le risorse rinnovabili stanno diventando sempre più diffuse e lo saranno ancora di più in futuro. Pratiche come l’efficienza energetica e la sostenibilità stanno diventando fondamentali, in particolare nel settore industriale. Questa tesi studia la ISO/PAS 50010, una norma recente che integra concetti relativi alla sostenibilità in un sistema di gestione dell’energia tipico della norma ISO 50001, mirando al net zero energy (NZE) e al net zero carbon (NZC). Gli indicatori di performance zero energy (zEnPIs) sono strumenti preziosi per controllare l’andamento delle principali variabili energetiche, con lo scopo del continuo miglioramento per il raggiungimento della decarbonizzazione all’interno dei confini considerati. In questa tesi, alcuni zEnPIs sono stati proposti e applicati a un reale caso studio. Inoltre, grande attenzione è stata riservata alla cogenerazione, una tecnologia molto diffusa nel settore industriale italiano. In questo lavoro, è stato costruito un modello orario riferito al parco di generazione elettrica italiano nel 2023, per calcolare, basandosi su varie ipotesi, i fattori di emissione carbonica. L’obiettivo è quello di confrontare la produzione di elettricità e di calore sfruttando un impianto di cogenerazione o con una produzione separata, mediante una caldaia e acquistando dalla rete l’elettricità. Inoltre, è stata fatta un’analisi sui metodi di rendicontazione GHG, sottolineando alcune criticità relative alla cogenerazione. I risultati mostrano che la cogenerazione consuma meno energia primaria della produzione separata (0.21 tep contro 0.26 tep), ma, al contrario, un’analisi basata sul fattore emissivo medio della rete (kgCO2e), mostra che questa tecnologia è più emissiva della concorrente, sia nell’anno di riferimento che nel futuro (scenario al 2030 basato sugli obiettivi del PNIEC). Un’analisi marginale mostra che nel 2023 la cogenerazione è meno emissiva della produzione termoelettrica, ma nel futuro questa tecnologia perderà, sotto quest’aspetto, di competitività.