Valutazione delle traiettorie di decarbonizzazione del settore civile: sviluppo di un modello europeo a partire dal caso italiano

Achieving climate neutrality in Europe by 2050 requires a deep transformation of the civil building sector, still among the largest contributors to final energy use and emissions. This thesis develops an optimization model to explore long-term decarbonization pathways for the European civil sector. Based on the oemof framework and adapted from a model originally built for Italy, it identifies the cost-optimal technological mix needed to meet building thermal demand across European countries while minimizing total system costs over the time horizon considered. The model combines high spatial and technological resolution with the explicit representation of European decarbonization policy constraints. Two emission constraint designs are analyzed—one at national level and one at continental scale—making it possible to assess how the geographical scope of targets affects technological trajectories and investment choices. Results show that electrification is the main driver of the transition. The large-scale deployment of heat pumps, both stand-alone and hybrid, plays a central role, alongside strengthened renovation of building envelopes. The transition emerges earlier in Southern Europe, where milder climatic conditions favor faster electrification, and gradually spreads across the continent by 2050. Nevertheless, regional differences remain, shaped by climate and existing technological structures. Demand reduction proves equally crucial. Lower thermal needs significantly reduce both costs and emissions, leading to an average decline in heating demand of about 35% across Europe and highlighting the structural role of energy efficiency in the transition process. The cumulative cost of decarbonizing the European civil sector over the analyzed horizon is estimated at approximately €4,900 billion. Overall, the findings indicate that achieving climate neutrality in the civil sector requires a coordinated strategy combining large-scale electrification with sustained improvements in building performance through extensive renovation.

La decarbonizzazione del settore edilizio civile risulta un passo fondamentale per conseguire la neutralità climatica europea al 2050. In questo contesto, l’obiettivo del lavoro è lo sviluppo di un modello di ottimizzazione per l'analisi di scenari di decarbonizzazione del settore civile europeo. Il modello, basato sul framework oemof e derivato da una struttura sviluppata per il caso italiano, individua il mix tecnologico ottimale per soddisfare i fabbisogni termici degli edifici nei Paesi europei, minimizzando il costo complessivo di sistema nel lungo periodo. È caratterizzato da un’elevata risoluzione spaziale e tecnologica, incorpora i vincoli delle direttive europee per la decarbonizzazione e considera due diversi livelli di vincolo emissivo, nazionale e continentale, evidenziando come la scala spaziale di applicazione influenzi le traiettorie tecnologiche stimate. I risultati dell’ottimizzazione indicano che il percorso verso la decarbonizzazione del settore civile è trainato principalmente dall’elettrificazione del settore, attraverso la diffusione delle pompe di calore, autonome o in configurazione ibrida, e da un rafforzamento degli interventi di riqualificazione dell’involucro. La transizione si manifesta inizialmente in modo più rapido nel Sud Europa, favorito da condizioni climatiche più miti, per poi estendersi progressivamente a tutto il continente entro il 2050, mantenendo tuttavia differenze territoriali legate a clima e assetto tecnologico di partenza. Parallelamente, la riduzione del fabbisogno si rivela una leva fondamentale per contenere costi ed emissioni, contribuendo a una diminuzione della domanda media di riscaldamento in Europa di circa il 35% e confermando il ruolo centrale dell’efficientamento energetico nel percorso di transizione. Il costo stimato della decarbonizzazione del settore civile europeo ammonta a circa 4900 miliardi di euro lungo l’orizzonte considerato. In conclusione, l’analisi conferma che il raggiungimento degli obiettivi di neutralità climatica nel settore civile dipende dall’integrazione tra s efficientamento energetico del patrimonio edilizio e riduzione dei fabbisogni attraverso la riqualificazione.