Nuotatore della Canottieri Milano, dove gareggiò assieme a Carlo Pedersoli (Bud Spencer), Lorenzelli fu primatista italiano per il 1953 nei 100 metri farfalla con 1'14"6. In quell' occasione la Gazzetta dello Sport lo definì dal punto di vista agonistico "minaccioso ventenne". Dopo essere entrato in Nazionale e aver partecipato ai Campionati europei di Torino nel 1954, gli viene proposto di trasferirsi a Berkeley negli Stati Uniti dove, assieme al suo compagno di squadra Fritz Dennerlein, avrebbe potuto continuare gli studi e perfezionarsi nel nuoto agonistico in vista delle Olimpiadi di Melbourne del 1956. Ma Lorenzelli, proprio dopo aver ottenuto i record italiani dei 100 metri farfalla e nei 4 x 100 misti (con Carlo Pedersoli nello stile libero, Egidio Massaria nel dorso e Giorgio Grilz nella rana), decide di abbandonare il nuoto agonistico per dedicarsi completamente alla ricerca scientifica.