A implantação de bombas de calor residenciais de forma mais ampla nos Estados Unidos tem o potencial de ajudar a reduzir a poluição por carbono e, ao mesmo tempo, economizar o dinheiro dos proprietários, de acordo com um novo estudo realizado por um pesquisador da Universidade de Michigan e colegas.

Contudo, na maior parte do país, a rede elétrica terá que ficar mais limpa e as bombas de calor elétricas terão que ficar mais baratas antes que esses dispositivos se tornem ambiental e financeiramente atraentes, diz Parth Vaishnav do Centro de Sistemas Sustentáveis ​​da Escola de Meio Ambiente e Sustentabilidade da U-M.

O estudo foi publicado online em 28 de julho na revista Cartas de Pesquisa Ambiental . Os outros autores são Thomas Deetjen da University of Texas e Liam Walsh da Carnegie Mellon University.

O que é uma bomba de calor residencial? Já os vi descritos como essencialmente um ar-condicionado ligeiramente modificado para funcionar em duas direções, resfriar a casa no verão e fornecer calor no inverno. Isso é correto?

Isso é exatamente correto. O calor flui naturalmente de lugares quentes para lugares frios, assim como um carro vai rolar ladeira abaixo. Durante o verão, os condicionadores de ar transferem o calor de um local frio (o interior de sua casa) para um local quente (o exterior). Durante o inverno, condicionadores de ar podem funcionar como uma bomba de calor e fazer a mesma coisa, exceto que o lugar frio é o lado de fora e o lugar quente é sua casa. Assim como você precisa trabalhar para empurrar um carro morro acima, você precisa fazer algum trabalho para empurrar o calor de um lugar frio para um lugar quente. O que torna as bombas de calor eficientes é que geralmente você pode transferir duas ou mais unidades de calor para cada unidade de trabalho.

As bombas de calor são amplamente discutidas como ferramentas para ajudar a combater as mudanças climáticas. Como as bombas de calor elétricas podem ajudar a reduzir as emissões de combustíveis fósseis, e qual é o potencial para sua ampla adoção nos Estados Unidos?

A maioria das casas nos EUA são aquecidas pela queima de um combustível contendo carbono (gás natural, propano ou óleo) dentro de casa. Isso emite gases de efeito estufa. Não há maneira fácil de eliminar os GEEs dessa combustão. Por exemplo, seria muito caro capturar pequenas quantidades de dióxido de carbono de centenas de milhões de lares e sequestrá-lo permanentemente. Contudo, bombas de calor funcionam com eletricidade, e há muitas maneiras boas e relativamente baratas de descarbonizar a rede elétrica.

Nosso estudo mostra que, se assumirmos a descarbonização moderada da rede ao longo da vida útil de uma bomba de calor instalada hoje, bombas de calor reduziriam as emissões de gases de efeito estufa em todos os lugares. Deveríamos, Contudo, tenha duas coisas em mente. 1, bombas de calor aumentariam os custos de aquecimento para algumas casas, especialmente se não tributássemos os combustíveis fósseis pelos danos que eles causam à saúde humana e ao meio ambiente.

Segundo, a geração de eletricidade a partir do carvão e do gás natural também produz poluentes prejudiciais, como óxidos de nitrogênio, partículas finas e dióxido de enxofre. Em algumas partes do país, a mistura de geração elétrica é suja o suficiente para que as emissões desses poluentes causem danos suficientes para superar os benefícios da redução das emissões de dióxido de carbono.

Contando por tudo isso, nosso estudo sugere que mudar cerca de 30% das residências unifamiliares para bombas de calor agora reduziria os danos ao meio ambiente e à saúde humana e economizaria o dinheiro das famílias. Devemos começar trocando o aquecimento elétrico resistivo, petróleo e propano em gás natural. Os melhores lugares para começar são as partes do país que têm um clima moderado.

Também devemos limpar a grade o mais rápido possível. Se nos comprometermos a fazer isso, nossos estudos anteriores mostram que as bombas de calor podem reduzir os danos ambientais e à saúde humana em praticamente todo o país.

Como foi o Cartas de Pesquisa Ambiental estudo feito, e qual foi a descoberta mais importante?

Usamos um banco de dados chamado ResStock, desenvolvido pelo Laboratório Nacional de Energia Renovável, para simular 400 casas em cada uma das 55 cidades dos EUA, para um total de 22, 000 casas. Cada conjunto de casas foi escolhido para ser representativo do estoque habitacional daquela cidade. Em seguida, usamos o modelo EnergyPlus do Departamento de Energia dos EUA para simular o uso de energia por hora para cada um desses 22, 000 casas. Executamos duas versões desta análise:uma com bombas de calor, e outro com qualquer combustível de aquecimento que a casa possuísse atualmente. Comparamos essas duas execuções para calcular os benefícios e custos de uma mudança para bombas de calor.

Para avaliar os danos à saúde humana, usamos modelos integrados de qualidade do ar desenvolvidos por pesquisadores da Carnegie Mellon. Para avaliar os danos do meio ambiente, usamos o custo social do carbono.

A descoberta mais importante foi que você pode economizar dinheiro e reduzir os danos sociais - agora - dobrando a proporção de casas que têm bombas de calor.

Que porcentagem de residências nos EUA poderia se beneficiar financeiramente - na forma de contas de serviços públicos reduzidas - com a instalação de uma bomba de calor elétrica, e que porcentagem dessas casas poderia reduzir as emissões de gases de efeito estufa instalando uma bomba de calor?

Cerca de um terço das residências unifamiliares se beneficiariam financeiramente, depois de contabilizar o custo extra de instalação de bombas de calor em relação a um forno a gás. Todas essas casas reduziriam as emissões de gases de efeito estufa.

Quais são alguns dos principais impedimentos para alcançar a adoção generalizada de bombas de calor nos Estados Unidos?

Do ponto de vista de um proprietário, a principal barreira é o custo percebido mais alto de instalação de bombas de calor. Digo percebido porque em muitas partes do país, bombas de calor mais do que se pagariam ao longo de suas vidas. Também, se um proprietário precisar substituir um forno e um ar condicionado, instalar uma bomba de calor - que pode aquecer e resfriar - pode ser a opção mais barata. Outra barreira importante é que os instaladores podem não saber o suficiente sobre bombas de calor para informar os clientes de forma adequada.

Qual é o potencial para a adoção de bombas de calor residenciais em um estado de clima frio como Michigan?

A longo prazo, muito bom. Em termos de capacidade de "fazer o trabalho, "As bombas de calor ficaram muito melhores em trabalhar de forma confiável e eficiente em climas frios. Elas continuarão a melhorar. À medida que os verões ficam mais quentes, o fato de que as bombas de calor também podem servir como condicionadores de ar eficientes se tornará cada vez mais valioso.

Dito isto, devemos continuar a investir para tornar as bombas de calor mais baratas e eficientes. Também devemos investir para tornar nosso estoque habitacional mais eficiente, apoiando a climatização. Além do clima frio, um dos desafios é que a rede elétrica no meio-oeste ainda é muito dependente do carvão e do gás natural. Devemos mudar para fontes que não produzam emissões de dióxido de carbono, ou devemos capturar as emissões das usinas de carvão e gás e sequestrá-las permanentemente.