Sfruttamento delle risorse energetiche 

La conferenza internazionale di Parigi sui cambiamenti climatici del dicembre 2015 ha visto la totalità dei Paesi presenti convergere nella determinazione di ridurre il consumo di combustibili fossili le cui emissioni sono responsabili dell’effetto serra (con l’aumento di due gradi della temperatura della terra e un incremento di oltre il 20%) [16-17].

Pure in presenza di una lenta decrescita, le fonti fossili rappresentano oggi ancora l’85% a livello mondiale, il 74,5% per l’UE e l’81,1% per l’Italia. La ragione va ricercata soprattutto nel fatto che il mercato delle materie prime ha registrato una fase ascendente e il prezzo del petrolio – aumentato negli anni dal 1973 al 1978 e ancora dal 2003 al 2008 con l’economia mondiale in espansione – negli ultimi anni è sceso notevolmente (da 110 dollari al barile a meno di 30) per effetto della crisi economica scatenata dalla crisi finanziaria dei subprime del 2008 e per l’eccesso di offerta (con la messa a punto delle tecnologie di produzione shale oil, ossia produzione di petrolio e gas naturale da scisti negli Stati Uniti, che ha fatto aumentare le riserve).

Con riferimento al 2014 (dati ricavati da British Petroleum “BP Statistical Review Of World

Energy-June 2015”), il consumo di petrolio mondiale è il 32,57% del totale (UE 36,77%, Italia

38,01%), quello di gas naturale è il 23,71% (UE 21,61%, Italia 34,32%), quello di carbone è il 30,3 (UE 16,74%, Italia 9,07%); il nucleare è 4,44%; l’idroelettrico 6,80% (UE 5,20%, Italia 8,66%), le altre rinnovabili sono 2,45% (UE 7,47%, Italia 9,94%).

Anche per il gas naturale, come per il petrolio, le attività di ricerca di nuovi giacimenti hanno portato ad un incremento notevole delle riserve accertate (localizzate nel Medio Oriente ed in Europa ed Eurasia, particolarmente in Russia ed Asia Centrale), la cui movimentazione è avvenuta attraverso i gasdotti e solo un terzo via LNG. I maggiori Paesi esportatori via gasdotto sono stati Russia, Norvegia, Canada, Olanda e Stati Uniti e via LNG il Qatar; i maggiori paesi importatori via gasdotto sono stati la Germania, gli Stati Uniti, l’Italia ed il Regno Unito, e via LNG il Giappone e la Corea del Sud; l’Italia ha consumato l’1,7% del totale mondiale, proveniente per il 91% via gasdotto (Russia 45% circa, Olanda, Algeria, Libia, Norvegia) e il 9% circa via LNG (Qatar).

Per quanto riguarda il carbone, le riserve sono concentrate in America Settentrionale, Europa ed Eurasia ed in Asia e Pacifico, mentre la produzione ed il consumo concentrati in Asia/Pacifico ed in particolare in Cina, pur considerando che i costi sono dal 30% al 40% circa inferiori al prezzo del petrolio, sono in forte calo, per la necessità di diminuire l’inquinamento da CO2 (prodotta durante la

combustione in misura di 1,8 volte maggiore rispetto al gas naturale), da polveri e ossidi di zolfo.

Il consumo di energia da fonti rinnovabili nel 2014 è 9,80% nel mondo, 9,96% in Cina, 6,71% negli Usa, 13,21% nell’UE; nell’ambito dei maggiori paesi dell’UE, ammonta al 19,4% per la Spagna, al 18,9% per l’Italia, al 12,5% per la Germania, al 9,7% per la Francia, all’8,0% per l’Inghilterra. Caratterizzati da incrementi significativi sono alcuni Paesi in via di sviluppo, quali Sud Africa, Cile e Messico.

Il primato dell’UE nella produzione di energia da fonti rinnovabili è dovuto alla forte incentivazione negli investimenti, che però non ha sortito risultati di rilievo in quanto le emissioni

complessive di anidride carbonica sono aumentate del 20%, né si è risolto in un vantaggio tecnologico (che è visibile per aziende dell’estremo oriente e degli USA).

Dalla maggior parte degli studi risulta comunque la possibilità di produrre più dell’energia rinnovabile che oggi si consuma: soprattutto si evidenziano la grande potenzialità e superiorità dell’energia solare, e la potenzialità dell’eolico, forse la tecnologia oggi più consolidata.

Se politiche di supporto alle rinnovabili, da parte di diversi Paesi, hanno permesso di avviare un sistema energetico affidabile e compatibile con l’ambiente, alla luce dei costi attuali di installazione e prestazioni delle tecnologie rinnovabili emerge poi che queste costituiscono oggi la scelta più economica – o almeno competitiva con i costi delle tecnologie convenzionali – per l’elettrificazione di aree con elevata disponibilità di risorse rinnovabili, e presentano “curve di apprendimento” (riduzione dei costi di installazione per ogni raddoppio di capacità installata) assai significative.

Una gran parte dei nuovi investimenti in energie rinnovabili nelle economie sviluppate (Giappone, USA) è inoltre rivolta alla generazione distribuita e ha riguardato principalmente impianti fotovoltaici, sui tetti ed a terra; nei paesi in via di sviluppo il solare distribuito in piccola scala si presenta come un’alternativa disponibile e concorrenziale nei confronti dei sistemi centralizzati, connessi alla rete elettrica. Negli ultimi anni, infine, una nuova tecnologia sembra destinata a giocare un ruolo chiave: l’accumulo elettrico distribuito, la possibilità di stoccare l’energia prodotta e di utilizzarla per i propri consumi.

La crescita delle economie asiatiche e la crisi di quelle occidentali hanno causato nell’ultimo decennio un progressivo spostamento delle attività produttive e dei consumi verso oriente (Cina e India). Per quanto riguarda la composizione del paniere energetico, le fonti fossili e in particolare il carbone – nelle proiezioni degli studiosi – sono destinate a continuare a dominare i mercati energetici a causa della loro competitività economica, cara ai politici, mentre le fonti rinnovabili costituiranno, pur con un avvertibile incremento, una componente minoritaria del consumo energetico.

È necessario, per la lotta al cambiamento climatico e per uno sviluppo sostenibile pianificato e responsabile, “decarbonizzare” i vari settori energetici (elettrico, termico, dei trasporti), incrementare l’efficienza energetica, utilizzare sempre più fonti rinnovabili, elettrificare i vari settori, sviluppare e applicare nuove tecnologie per la mobilità elettrica e per gli usi termici [18].

1.6   Rinnovabili (eolico, solare, maremotrice/moto ondoso, biomasse) 

È stata definita energia rinnovabile l’energia “che deriva da processi naturali e che non comprende il consumo di risorse esauribili, come combustibili fossili e uranio”. Fonti rinnovabili di energia in ordine di sfruttamento attuale sono: biomasse, idroelettrica, eolica, geotermica e solare [19-23]. Biomassa 

La combustione di biomassa è la più antica forma di energia utilizzata dall’uomo nel passato, da sempre presente nei paesi più arretrati, tornata di attualità nei paesi industrializzati (e specialmente nei Paesi nordici) per una sopraggiunta coscienza ambientale.

Secondo le attuali definizioni, sono considerati combustibili rinnovabili: biomassa a crescita stagionale, scarti di lavorazione dell’industria agroalimentare e del legno, rifiuti organici o inorganici urbani, rifiuti solidi urbani o “RSU” o industriali (limitatamente al caso italiano). Biocombustibili e biogas sono utilizzati con tecnologie più avanzate sia per le esigenze del settore del riscaldamento sia per quelle della generazione elettrica.

Attualmente in Italia tale fonte (anche grazie alla sovvenzione garantita alla sottocategoria della biomassa costituita da RSU con i contributi CIP6), pure in crescita, rappresenta solo l’1,7% del fabbisogno energetico nazionale. Le biomasse sono destinate in ogni caso a restare la principale fonte rinnovabile nel prossimo futuro, soprattutto perché buona parte dei continente africano e

asiatico, con particolare riferimento all’India, resteranno escluse dall’accesso a forme di energia tecnologicamente più avanzate.

Idroelettrico 

L’energia idroelettrica è una fonte di energia rinnovabile che trasforma l’energia potenziale di una massa d’acqua in energia cinetica e quindi in energia elettrica tramite l’accoppiamento turbina idraulica-alternatore. Sfruttata con tecnologie mature nei Paesi occidentali, l’investimento in impianti alimentati da fonte idroelettrica è più marcato nei Paesi emergenti, alcuni dei quali limitati nella disponibilità di siti adeguati.

L’energia idroelettrica, che nei decenni passati rappresentava la quasi totalità dell’energia prodotta in Italia, attualmente garantisce il 15% del fabbisogno energetico italiano. Gli impianti idroelettrici garantiscono un’efficienza di 3-5 volte superiore a quella riscontrabile in impianti eolici e solari di analoga potenza. Fornisce il 16% dell’elettricità nel mondo.

Eolico 

L’energia eolica è una delle fonti di energia già sfruttata nell’antichità. Rappresenta attualmente una

valida alternativa ai combustibili fossili, in virtù della totale assenza di emissioni di gas serra e inquinanti da combustione. Per tale ragione gli studi di sostenibilità prevedono uno sviluppo futuro sostenuto e in costante crescita.

Le turbine eoliche (ad asse orizzontale o verticale) – oltre che per grandi wind farms di notevole potenza installata – rivestono un ruolo di interesse per installazioni di piccola taglia utilizzate per la generazione elettrica anche in zone isolate e montuose. La produzione di energia elettrica del singolo generatore è passata da pochi kW di potenza fino a 5-6 MW, con configurazioni di parchi eolici che raggiungono potenze di svariate centinaia di MW. In considerazione della variabilità della risorsa eolica, per tali sistemi wind-powered si richiede possibilmente la presenza associata, a livello di sistema elettrico nazionale, di un’adeguata quota di produzione convenzionale; a livello di generazione di piccola taglia e distribuita, la presenza associata di adeguati sistemi di stoccaggio.

Tuttavia, la costruzione di impianti eolici incontra difficoltà per il pur limitato impatto ambientale ad essi imputato: inquinamento acustico e alterazione del paesaggio, criticità all’ambiente faunistico selvatico e domestico, mortalità aviaria. Soluzioni alternative sono costituite da impianti off-shore: la collocazione di macchine più grandi e più potenti in mare, ad alcune miglia dalla costa, richiede d’altra parte costi non indifferenti per la prima realizzazione e successiva manutenzione (l’effettiva realizzazione è attualmente di pertinenza USA, Canada, Cina, nonché, in particolare, Spagna, Norvegia, Regno Unito, Danimarca, Olanda per il caso europeo).

L’energia eolica corrisponde solo all’1,5% del fabbisogno mondiale di elettricità ma, avviata e sostenuta dagli Stati Uniti, fornisce il 29% dell’elettricità prodotta in Danimarca, l’8% in Germania (dove esiste un alto grado di accettazione sociale), e il 16% in Spagna (dati del 2011) e ha una crescita stimata nel mondo del 25% annuo.

In Italia, sono stati individuati siti adatti allo sfruttamento dell’energia eolica nelle regioni di Puglia e Sardegna; impianti realizzati si trovano però anche altrove pur in presenza di risorsa più limitata (Campania, Calabria, Basilicata, etc.). La potenza eolica installata, a fine 2014, risulta pari a 8,66 GW (potenza che colloca il nostro Paese al 5º posto per la produzione dell’eolico in Europa). Geotermico 

L’energia geotermica è l’energia generata per mezzo di fonti geologiche di calore naturale della

Terra, originati all’interno della crosta terrestre, riconducibili alla natura magmatica e fluida nelle profondità di questa.

I vapori di natura geotermica vengono sfruttati in turbina a vapore per la generazione elettrica, come anche per soluzioni di teleriscaldamento urbano, applicazioni industriali e di terziario (cogenerazione, termalismo, serre). La geotermia, d’altro canto, pone il problema dell’abbattimento

dei gas disciolti nel vapore geotermico di origine vulcanica (in particolar modo idrogeno solforato, con connessa necessità dell’abbattimento dello zolfo presente).

L’Islanda è uno dei paesi a maggiore sfruttamento di energia geotermica. In Italia la produzione di energia elettrica dalla geotermia è concentrata in Toscana, con installazioni a Pisa, Siena e Grosseto (30 centrali elettriche). I giacimenti naturali di vapore in Toscana producono ogni anno oltre 14,4 PJ di elettricità nelle centrali di Larderello (Pisa), dove si trova il primo impianto geotermico costruito, e di Radicondoli (Siena). L’energia geotermica rappresenta oggi meno dell’1% della produzione mondiale di energia.

Solare 

L’energia del sole può essere sfruttata attraverso il ricorso a due tecnologie ben definite: il solare

fotovoltaico e il solare termodinamico.

Nel primo caso una cella fotovoltaica al silicio (Photovoltaic Cell-PV) converte una quota dell’ordine del 18% dell’energia solare direttamente in elettricità, senza passaggi intermedi in diverse fonti energetiche, tipici delle fonti di energia tradizionali. Attualmente, il solare fotovoltaico produce solo lo 0,01% dell’elettricità mondiale, a causa degli elevati costi degli impianti.

Nel secondo caso, la radiazione solare può essere sfruttata tramite l’impiego di un impianto

solare termodinamico: l’energia solare è accumulata sotto forma di calore e successivamente

convertita, tramite accoppiamento turbina a vapore-alternatore, in energia elettrica.

L’impianto Archimede dell’ENEA, sviluppato in collaborazione con l’ENEL e inaugurato nel 2010 a Priolo Gargallo in Sicilia, è la prima applicazione industriale della tecnologia solare termodinamica con collettori parabolici lineari a sali fusi (60% di nitrato di sodio e 40% di nitrato di potassio): permette un accumulo in due grandi serbatoi di calore e una temperatura di esercizio dell’ordine dei 550 C.

Maremotrice 

L’energia oceanica è energia derivabile dalle masse marine, che può essere estratta con tecnologie basate sull’energia cinetica della massa fluida (dispositivi meccanici per lo sfruttamento di correnti e maree) ovvero su quella instaurata da gradiente esistente tra masse in condizioni diverse (gradiente termico o salino).

Moto ondoso 

L’energia del moto ondoso – di recente sperimentazione – sfrutta l’energia cinetica contenuta nel moto delle onde. Il deflusso dell’acqua raccolta in un bacino superiore al livello del mare è sfruttata tramite il ricorso a turbine idrauliche con conseguente generazione di energia elettrica.