RENEWABLE ENERGIES
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L’interesse sull’argomento è oggi sospinto dall’aumento della domanda di energia, dall’aumento dei prezzi dei combustibili fossili per lungo periodo e dal crescente interesse socio politico per i cambiamenti climatici attribuiti all’aumento di emissioni di anidride carbonica, sfociato in protocolli di accordo e provvedimenti legislativi susseguenti.
La presentazione di oggi punta ad esaminare le Energie Rinnovabili per la produzione di elettricità, il loro avanzamento tecnologico, la loro potenzialità di penetrazione del mercato ed i possibili scenari futuri nel mercato energetico mondiale.
Per fare ciò non si può prescindere dalle valutazioni sullo scenario generale economico e sociale sulle fonti di energia.
Approfondiremo quindi tali possibili alternative con un breve passaggio di analisi delle tecnologie del nucleare, del gas e del carbone per soffermarci con maggiore attenzione sulle tecnologie relative alle energie rinnovabili ed in particolare sulle energie da fonte idrica, solare, eolica, geotermica, bio-combustibili, biomasse e moto ondoso.
Parleremo brevemente anche delle possibilità collaterali di intervento come le azioni sulla domanda dell’energia, azioni sui produttori dei sistemi energivori, azioni di cattura e sequestro dell’anidride carbonica
Termineremo quindi con una breve analisi dei possibili impatti dello sviluppo delle energie rinnovabili e la descrizione di possibili scenari futuri del mercato dell’energia.
Tale domanda è soddisfatta per la maggior parte dall’utilizzo di combustibili fossili che rappresentano più dell’80%, mentre il resto della domanda è coperto principalmente da fonte nucleare ed idrica.
I consumi per la produzione di energia elettrica rappresentano circa il 25% del fabbisogno energetico mondiale.
Di questi solo il 2% è rappresentato dalle fonti rinnovabili delle quali l’1% è caratterizzato da energia geotermica, solare ed eolica e l’altro 1% dai cosidetti combustibili rinnovabili comprendenti i rifiuti.
L’eolico assieme alla geotermia rappresentano la componente più grande tra le nuove fonti rinnovabili.
Di certo uno dei fattori principali è l’ubicazione territoriale delle riserve dei combustibili fossili: il petrolio risulta ubicato quasi interamente nella penisola dei paesi arabi e nella parte dei paesi ex Unione sovietica.
Il gas è distribuito sul territorio mondiale praticamente nella stessa forma.
Il carbone presenta una distribuzione differente con una forte presenza nei paesi asiatici così come nei paesi ex Unione sovietica e Turchia e nord americani.
Tale panorama geopolitico della distribuzione delle risorse determina una forte dipendenza di paesi come l’unione europea e gli Stati Uniti stante anche l’ingresso del mercato della domanda di paesi come la Cina e l’India e lo sviluppo crescente della domanda nei paesi ex Unione sovietica.
Ciò che risulta importante è come in concomitanza all’aumento della temperatura si sia registrato un fortissimo aumento della concentrazione di anidride carbonica negli ultimi 150 anni ben al di fuori dell’andamento avuto nei precedenti 400.000 anni. Tale aumento corrisponde alle attività dell’era moderna industriale, cioè all’utilizzo dei combustibili fossili i n forma massiccia associato alla deforestazione che ha comportato un aumento di emissioni di anidride carbonica di circa 40 parti per milione all’anno.
Il fatto che ci sia una stretta correlazione tra l’aumento di temperatura ed il forte innalzamento della concentrazione di anidride carbonica nell’aria è provato dall’andamento storico dei due fenomeni, come mostrato nel presente grafico, in cui si evidenzia come ad un aumento della temperatura terrestre dovuto ad uno spostamento dell’inclinazione dell’asse di rotazione o all’aumento dell’attività solare, storicamente segue un aumento della concentrazione di anidride carbonica che a su volta comporta un aumento susseguente della temperatura. In pratica il meccanismo si retroalimenta in modo positivo. Il ritardo tra i due fenomeni, ed in particolare il ritardo che si registra nell’ultimo periodo, è dovuto all’effetto degli oceani che fungono da captatori di calore e quindi ritardano il riscaldamento atmosferico. I modelli matematici di simulazione prevedono per il secolo corrente un aumento della temperatura compreso tra i 2 ed i 4,5° a seconda dell’andamento delle emissioni di anidride carbonica e quindi del quantitativo di combustibili fossili utilizzati. Le conseguenze di tale innalzamento sono di difficile predizione, di certo si avrà un progressivo sciogliersi dei ghiacciai ed una riduzione delle calotte polari, con conseguente innalzamento del livello dei mari, così come una forte raffreddamento delle acque. Ciò comporterà un sensibile cambiamento delle correnti marine e degli scambi termici superficiali che potrà portare verso una nuova era glaciale o ad una nuova era di surriscaldamento terrestre, entrambe di certo non adatte alle condizioni di vita umane.
Tale ipotesi, credibile o meno, ha di certo mobilizzato l’opinione pubblica che risulta sempre più attenta al tema ed ha portato alla richiesta di un quadro legislativo adeguato che permettesse di modificare l’andamento in corso. Di certo la conseguenza più nota è il protocollo di Kyoto adottato dalle nazioni unite nel 1997 e reso legale nel 2005, attraverso il quale i vari paesi aderenti si sono dati come obiettivo la riduzione delle emissioni di anidride carbonica. L’Italia ha aderito a tale protocollo, così come tutti i paesi della UE-25, ed ha espresso l’impegno di una riduzione dell’8% entro il 2012 portata ad un obiettivo del 20% per il 2025 rispetto alle emissioni del 1990. Il protocollo di kyoto non è stata mai ratificato da Cina, Stati Uniti, Autralia, le quali però, fortemente sollecitate dall’opinione pubblica stanno approvando altre forme di adesione alla riduzione deile emissioni di anidride carbonica.
Nei vari paesi sono vigenti differenti forme di agevolazioni finanziarie per lo sviluppo e l’installazione delle tecnologie per lo sfruttamento delle energie rinnovabili.
Tali alternative sono rappresentate dal combustibile nucleare, dai sistemi XTL che permettono di ottenere combustibili liquidi a partire da altri combustibili fossili quali il carbone od il gas, dal cosiddetto carbone pulito e dalle energie rinnovabili.
Oltre a ciò i possibili interventi collaterali alla diversificazione delle fonti di energia, per favorire la riduzione delle emissioni di anidride carbonica sono l’aumento dell’efficienza dei sistemi di generazione, l’aumento dell’efficienza dei mezzi di consumo, la cattura ed il sequestro in forma solida di anidride carbonica.
L’interesse sull’argomento è oggi sospinto dall’aumento della domanda di energia, dall’aumento dei prezzi dei combustibili fossili per lungo periodo e dal crescente interesse socio politico per i cambiamenti climatici attribuiti all’aumento di emissioni di anidride carbonica, sfociato in protocolli di accordo e provvedimenti legislativi susseguenti.
La presentazione di oggi punta ad esaminare le Energie Rinnovabili per la produzione di elettricità, il loro avanzamento tecnologico, la loro potenzialità di penetrazione del mercato ed i possibili scenari futuri nel mercato energetico mondiale.
Per fare ciò non si può prescindere dalle valutazioni sullo scenario generale economico e sociale sulle fonti di energia.
Data la grande quantità di gas presente nel mondo e vista la difficoltà di realizzazione e gestione dei gasdotti, il potenziale del Gas Liquefatto è certamente altissimo e permetterebbe lo sfruttamento dei bacini delocalizzati rispetto alle possibilità di collegamento.
Economicamente tale tipo di intervento risulta conveniente, come mostrato nel grafico in cui è riportato l’IRR al variare del prezzo del gas al metro cubo e del petrolio, per prezzi del gas sino a 2.5$ al mc e prezzi del petrolio attestati su 40/45$ al barile. Oggi il prezzo del petrolio si attesta intorno agli 80 dollari al barile ed inoltre nn sono previste forme di incentivo per tale tecnologia.
Il forte interesse per tale processo nasce dalla possibilità di utilizzo delle riserve di carbone che sono molto più elevate e molto meglio distribuite sul territorio mondiale, delle riserve di petrolio come abbiamo visto.
Tale tipo di processo risulta conveniente per prezzi del petrolio superiori 55 dollari al barile, tenuto conto del costo del carbone tra i 10 ed i 30 dollari per barile equivalente di petrolio, come mostrato nel grafico.
Di contro i presenta i seguenti aspetti.
Il processo di gassificazione richiede circa 5-18 barili di acqua per ogni barile di combustibile prodotto.
Il processo di produzione del combustibile rilascia anidride carbonica per un alto quantitativo, circa 7-10 volte in più degli impianti di raffinazione del petrolio.
La Cina ha in programma la costruzione di 27 impianti ed in studio di fattibilità altri numerosi progetti con l’ambizione di rendersi autosufficiente rispetto alla domanda di combustibile.
Idrica che permette la generazione di energia per mezzo dello sfruttamento dei salti d’acqua naturali o artificiali trasformando l’energia potenziale dell’acqua in energia meccanica mediante l’applicazione di turbine che, direttamente collegate a generatori producono energia elettrica. E’ la più antica forma di energia rinnovabile e la maggiormente sviluppata ed adottata sino ad oggi. E forse per questo spesso esclusa dai dibattiti sulle energie rinnovabili e dai piani di sviluppo governativi. Ciò anche dovuto alla quasi completa penetrazione dello sfruttamento di tale fonte assieme alla problematica della scarsità delle acque associata al cambiamento climatico.
Solare. Il sole irraggia quotidianamente la superficie terrestre in modo pressoché uniforme. L’energia solare è catturata in due forme attraverso pannelli fotovoltaici per la generazione di energia elettrica o attraverso pannelli termici per il riscaldamento. La sua applicazione è sviluppata principalmente per l’uso civile domestico e per i luoghi disconnessi dalla rete elettrica, ma oggi si iniziano a vedere applicazioni in forma più massiva che portano alla realizzazione di piccole centrali ad energia solare come vedremo più avanti.
La geotermia, che sfrutta il calore del sottosuolo, nel caso di piccole differenze termiche, per uso civile essenzialmente riscaldamento/raffreddamento, o nel caso di grandi differenze termiche per la produzione di energia elettrica attraverso turbine mosse dalla forza del vapore collegate a generatori elettrici. Tale ultima applicazione è limitata alle sole zone ove sono presenti grandi bacini di acqua calda e vapore relativamente vicini alla superficie terrestre.
Eolico. E’ una delle più vecchie e conosciute energie meccaniche sfruttate dall’uomo, oggi rivalutata e sviluppata per la produzione di energia elettrica attraverso il collegamento diretto od indiretto alla girante di un generatore elettrico. Sono ormai note le applicazioni di tale tecnologia soprattutto per il dibattito che consegue l’impatto visivo che ne comporta. Ad oggi l’eolico risulta una delle energie rinnovabili più competitive rispetto ai combustibili fossili, ma come vedremo no è privo di inconvenienti, primo fra tutti il carattere intermittente di tale forma di energia, come nel caso del solare.
Bio-Carburanti. Si tratta della trasformazione dei prodotti dell’agricoltura in carburanti per il trasporto o la produzione di energia elettrica. Si ottengono carburanti come il bio etanolo dalla distillazione delle piante da zucchero ed il biodiesel dalla esterificazione degli oli vegetali. Tale tipo di intervento è di certo non senza conseguenze per le politiche agricole ed alimentari mondiali come vedremo.
Biomasse. Si tratta della conversione in forma energetica di differenti materiali biologici. La biomassa più nota ed usata è di certo quella del legname che continua ad essere una delle fonti primarie di energia per il riscaldamento in tutto il globo. Oltre che per il riscaldamento Il calore può essere utilizzato per produrre vapore e generare energia attraverso turbine, come nel caso della geotermia. Lo stesso calore, può essere utilizzato per produrre frigorie attraverso scambiatori di calore. Tale processo è detto di cogenerazione in quanto si produce allo stesso tempo calore ed energia con notevole aumento del rendimento totale d’impianto. Valorizzando le biomasse provenienti dagli scarti degli usi civili e domestici è possibile oggi produrre calore, energia ed anche gas, come vedremo più avanti.
Lo sfruttamento del moto ondoso e delle correnti marine è ancora una frangia marginale nel mondo delle energie rinnovabili. La prima centrale è in fase di test in Portogallo ed altre sperimentazioni sono attualmente in corso, di certo è di interesse tale tipo di energia rinnovabile data la sua grande diffusione e le possibilità di sviluppo futuro come mostreremo più avanti.
Delle presenti approfondiamo brevemente le energie rinnovabili che oggi sembrano maggiormente poter rappresentare una alternativa ai combustibili fossili, per cui trascureremo idrico e geotermia, che come abbiamo detto sembrano allo stato dell’arte non avere ulteriori possibilità di grande sviluppo. Così come trascureremo, solo per mancanza di tempo, le energie derivanti dllo sfruttamento delle correnti marine.
Di questi 90.000 TW, la maggior parte viene riflessa oppure viene assorbita e riemessa dalla superficie della Terra. Una porzione invece si trasforma:
40.000 TW servono per sollevare l'acqua dei mari sino alle nubi, 370 TW mettono in moto il vento, 80 TW vengono trasformati dalla fotosintesi delle piante in energia chimica.
Tutta l’energia che arriva sulla terra, atmosfera compresa, (120.000 TW) viene poi riemessa sotto un’altra forma: la radiazione infrarossa ad onde lunghe: tutta la superficie terrestre emette in questo modo 120.000 TW.
In questo modo la temperatura dell’atmosfera e della superficie terrestre rimane costante: la temperatura di qualsiasi corpo infatti non cambia quando l'energia che assorbe è pari a quella che emette.
La Terra è così attraversata da un immenso flusso di energia che si modifica e si trasforma, pari a 120.000 TW di potenza
Coltivare questa fonte di energia rinnovabile significa proprio imparare ad intercettare una parte dell'immenso flusso di energia che attraversa la superficie terrestre: consideriamo che 10 TW è l’equivalente al fabbisogno energetico totale.
L'energia solare può essere utilizzata direttamente come energia luminosa, termica ed elettrica.
L'energia termica derivante dall' irraggiamento solare può essere "catturata" in molti modi e utilizzata per le varie necessità energetiche: come semplice energia termica utile alla produzione di acqua calda per usi sanitari e per riscaldamento ma anche per ottenere energia frigorifera, energia elettrica o energia meccanica. Le attuali migliori tecnologie permettono anche la cogenerazione di più tipologie di energia ed è possibile accumulare l'energia termica in molti modi e per differenti usi.
Da tale punto di vista si registra oggi un grande incremento della ricerca e sviluppo mirato alla realizzazione di impianti a concentrazione solare per la produzione di energia elettrica, si spera che la ricerca possa avanzare in tale direzione per rendere tali sistemi competitivi dal punto di vista economico.
Di cero oggi la forma più popolare e conosciuta per lo sfruttamento dell’energia solare è il fotovoltaico che permette la produzione di energia elettrica per mezzo della rottura del legame atomico per effetto dei fotoni della luce solare che colpendo una cella fotovoltaica “strappano” gli elettroni esterni degli atomi di un semiconduttore i quali vengono convogliati sul reticolo metallico sulla superficie della cella ottenendo così una corrente continua elettrica. L’energia prodotta può essere quindi accumulata o direttamente introdotta nella rete se questa è presente.
Il fenomeno fotovoltaico è noto sin dal secolo scorso e la prima applicazione commerciale si ebbe nel 1954 negli stati uniti ove si realizzo la prima cella fotovoltaica.
L’industria fotovoltaica è cresciuta del 25% all’anno negli ultimi 20 anni ed è cresciuta enormemente soprattutto nell’ultimo periodo. Il 21% dl mercato è rappresentato dalle installazioni fuori rete, mentre il resto del mercato è rappresentato da installazioni costruite per alimentare il sistema di rete. La maggior penetrazione del mercato è avvenuta ad oggi in paesi come Germania e Giappone ciò dovuto alla possibilità del sistema di rete di supportare tali installazioni così come l sistema incentivante stabilito dai governi locali. Il sistema di generazione elettrica fotovoltaica risulta infatti molto caro rispetto allo sfruttamento delle altre fonti energetiche come possimo vedere.
L’installazione di impianti fotovoltaici risulta oggi economicamente sostenibile nelle arre ad alta insolazione in cui la domanda di energia sia particolarmente alta nella fascia oraria centrale, nell’immagine presente vediamo come vari l’irraggiamento solare nella nostra nazione e come questo sia decisamente più elevato nelle regioni del sud. Per il futuro, data l’elevata domanda e considerando le evoluzioni tecnologiche sospinte dal mercato, di certo il prezzo di installazione si abbasserà di certo di almeno un 20-30% ed allo stesso tempo aumenterà l’efficienza di circa un 20-30% permettendo di rendere maggiormente competitiva tale applicazione. In particolare lo sviluppo tecnologico punta verso l’efficienza dell’industrializzazione della cosiddetta catena del fotovoltaico, che parte dalla materia prima, il silicone il quale viene trasformato in silicone “solare” con il quale si producono i wafer policristallini o monocristallini per la costruzione della cella fotovoltaica con la quale si genera energia dalla fonte solare. Dall’unione delle celle si ottengono i moduli o cosiddetti pannelli dall’installazione dei quali, si ottiene l’impianto fotovoltaico.
Oltre a ciò si tende allo sviluppo di tecnologie a più alta efficienza come quelle cosiddette a concentrazione che prevedono l’utilizzo di specchi ed orientatori solari che permettono di seguire il moto apparente del sole rispetto alla terra.
L’estrazione dell’energia avviene per mezzo di turbine, diciamo dei moderni mulini a vento. Le più diffuse ed ottimizzate presenti sul mercato sono le cosiddette turbine ad asse orizzontale, le cui e pale, in fibra di vetro e/o carbonio, assieme al mozzo di acciaio, costituiscono il rotore delle dimensioni di variabili tar i 40 ed i 120m, a seconda della tipologia di turbina, si mettono in moto per velocità del vento superiori ai 3 m/s generando energia per mezzo di un generatore collegato alla girante. Il sistema è supportato da una torre tubolare in acciaio dell’altezza anch’essa variabile tra i 50 ed i 100m.
All’interno della macchina sono presenti i vari elementi e componenti che ne permettono la regolazione ed il controllo al variare delle condizioni di vento.
I sistemi eolici sono, tra le FER , quelli che hanno avuto il maggior sviluppo negli ultimi anni, sono sempre meno, anche tra gli ambientalisti, gli oppositori a tali sistemi, mentre sono sempre maggiori gli studi che mettono in evidenza quale enorme potenziale abbia l'energia cinetica del vento. Nel grafico è riportata la potenza totale installata ed oggi, in uno studio per quantificare le risorse d'energia eolica mondiali chiamato Wind Force 12 la European Wind Energy Association e Greenpeace concludono addirittura che il potenziale mondiale d'energia generabile dal vento sarebbe il doppio della domanda d'elettricità mondiale prevista per il 2020.
Di certo il vento è abbondante, economico, inesauribile, ampiamente distribuito, non danneggia il clima ed è pulito ed anche i costi sono scesi, e ora sono ben più favorevoli.
Sino ad oggi lo sviluppo maggiore del settore si è avuto nell’area dell’europa del nord ove i venti risultano di maggiore intensità ed ove prima che in altri paesi si è goduto di una politica di sostegno a tali progetti.
I progressi nel disegno delle turbine eoliche degli ultimi 10 anni permettono oggi di operare anche a velocità del vento inferiori, imbrigliando una quantità maggiore di energia e raccogliendola ad altezze maggiori, aumentando la quantità di energia eolica sfruttabile e rendendo appetibili anche siti in italia ed in altre nazioni che stanno anche adeguando il quadro normativo di sostegno a tale fonte rinnovabile.
Di contro per sviluppare un progetto di sfruttamento della fonte eolica per fini energetici bisogna conoscere molti parametri: le variazioni diurne, notturne e stagionali; la variazione della velocità del vento con l'altezza sopra il suolo; l'entità delle raffiche nel breve periodo e valori statistici ottenibili registrando dati in un lungo periodo di tempo. E' importante conoscere la velocità massima del vento.
Prima di installare un aerogeneratore è opportuno compiere rilevamenti anemometrici che diano un quadro generale delle caratteristiche del vento nel punto esatto di installazione, questo studio si effettua con apparecchi detti anemometro e le rilevazioni devono durare minimo un anno, da tali dati si rileva anche quale tipo di aerogeneratore è più adatto al sito in questione attraverso studi e modelli matematici di simulazione in modo da poter tenere conto di tutti gli effetti dovuti alla variazione del vento con l’altezza e del sistema orografico in cui opera.
Oltre a ciò è necessaria la valutazione dei vincoli di trasportabilità delle turbine così come della possibilità di connessione alla rete elettrica degli impianti, non è detto infatti che dove ci sia vento sia possibile realizzare un impianto.
Onde far fronte alle difficoltà di installazione a terra ed essendo la risorsa vento maggiore in mare, si stanno diffondendo installazioni di parchi eolici di tipo off-shore, nonostante i maggiori costi di investimento previsti Lo sfruttamento dell’energia eolica,come mostrato nel grafico presente rappresenta la fonte più competitiva tra le fonti rinnovabili attualmente presenti sul mercato.
Presenta di certo la sconvenienza della discontinuità della risorsa che comporta una produzione di energia non sempre in linea con la domanda. Oltre a ciò la continua crescita della taglia delle turbine trova ostacoli per via dell’impatto visuale derivante, inoltre la crescente domanda di turbine rispetto alla carenza dell’offerta ha comportato un forte aumento dei prezzi. La crescita delle tecnologie di simulazione e predizione delle condizioni meteoreologiche e quindi dei venti sarà di certo un ottima risposta alle necessità di stabilizzaione della produzione da fonte eolica, così come l’ingresso di sempre maggiori attori sul mercato delle turbine comporterà innovazioni tecnologiche importanti ed il calo dei prezzi.
Mediante questo processo le piante assorbono dall'ambiente circostante anidride carbonica (CO2) e acqua, che vengono trasformate, con l'apporto dell'energia solare e di sostanze nutrienti presenti nel terreno, in materiale organico utile alla crescita della pianta. In questo modo vengono fissate complessivamente circa 2×1011 tonnellate di carbonio all'anno, con un contenuto energetico equivalente a 70 miliardi di tonnellate di petrolio, circa 10 volte l'attuale fabbisogno energetico mondiale.
Mentre nei paesi in via di sviluppo le biomasse coprono circa il 90% del fabbisogno energetico, nei paesi industrializzati queste coprono solamente il 3% del fabbisogno. Ciò certamente dovuto alla differete percentuale della domanda, ma anche alla forte penetrazione delle fonti fossili.
All’avanguardia, nello sfruttamento delle biomasse come fonte energetica, sono i Paesi del centro-nord Europa, che hanno installato grossi impianti di cogenerazione e teleriscaldamento alimentati a biomasse.
La biomassa rappresenta la più consistente tra le fonti di energia rinnovabile anche se esistono molteplici difficoltà di impiego dovute all’ampiezza e all’articolazione delle fasi che costituiscono le singole filiere.
Le tecnologie per ottenere energia dai vari tipi di biomasse sono naturalmente diverse e diversi sono anche i prodotti energetici che si ottengono. Ad esempio, se un materiale ha molto carbonio (C) e poca acqua (H2O), è adatto per essere bruciato per ottenere calore o elettricità; se, viceversa, ha molto azoto (N) ed è molto umido, può essere sottoposto ad un processo biochimico che trasforma le molecole organiche in metano ed anidride carbonica.
I processi che trasformano la materia in energia sono processi termochimici o bio chimici a seconda della tipologia di biomassa.
Tra queste riconosciamo la tecnologia del co-firing che permette l’utilizzo di biomassa miscelata a carbone negli impianti termoelettrici con un risparmio sulla risorsa ed una riduzione delle emissioni globali.
Altro processo è la pirolisi, processo di decomposizione termochimica dei materiali organici in forte carenza di ossigeno tra i 400-800° che permette di ottenere, a partire dalla bio massa, gas, materiali inerti di possibile utilizzo per edilizia, e bio olio combustibile.
In ultimo introduciamo il termovalorizzatore, che permette l’utilizzo di biomassa da rifiuti civili ed industriali, con conseguente produzione di calore ed utilizzo dello stesso per impianti di riscaldamento o teleriscaldamento, produzione di vapore per la generazione elettrica attraverso turbine.
Tali impianti presentano la grande difficoltà di gestione dei rifiuti così come la separazione degli stessi in modo da evitare emissioni altamente dannose. È di certo preferibile l’utilizzo di impianti di pirolisi che permettono il recupero del calore nelle stesse forme e valorizzano la componente umida dei rifiuti, scarti di lavorazione industria alimentare e zootecnica che vengono valorizzati sotto forma di vettore nergetico GAS
E’ evidente che le diverse fasi del ciclo produttivo del combustibile da biomassa, sia esso di origine agricola o forestale, creano posti di lavoro e favoriscono la ripresa dei settori agricolo e forestale. Inoltre, anche l'industria collegata alle tecnologie di conversione energetica potrebbe trarre un considerevole beneficio occupazionale. Circa 1.700 posti di lavoro per TWh/anno sono necessari per produrre energia elettrica da biomasse, contro i 100 richiesti per la fonte nucleare e 115 per il carbone.
E’ di certo complesso parlare del costo della generazione di energia da biomassa, dipendendo questo dalla natura della biomassa stessa se di scarto o dovuto a coltivazione. Grazie al sistema di incentivi sul recupero del calore e sulla produzione di energia elettrica da biomassa, gli impianti iniziano a risultare convenienti.
E’ necessario per una corretta valutazione un accurato studio sulle caratteristiche dele fonti, sulla vicinanza delle stesse onde non incorrere in onerosi costi di trasporto, sulle necessità di calore nelle vicinanze dell’ubicazione dell’impianto.
Di certo la ricerca e sviluppo nel campo agricolo forestale sta mettendo a punto apposite coltivazioni che migliorino i rendimenti termici e di estrazione di gas e olii derivati.
Bioethanolo: che deriva dalla fermentazione e distillazione di piante zuccherine. E’ ampiamente diffuso in america ed è praticamente equivalente alla benzina.
Bio metanolo: che deriva dlla distillazione delle piante a pasta legnosa, più compliacto oggi da ottenere, in via di studio e sviluppo negli stati uniti
Olio vegetale: Olio di colza, olio di palma e potenzialmente tutti gli oli vegetali sono combustibili, il suo utilizzo mescolato con gasolio è già possibile sui motori convenzionali in piccole percentuali. Ha un potere calorifero minore del gasolio
Bio diesel: derivante dalla reazione chimica di grassi animali o vegetali con alcool produce combustibile diesel comune utilizzabile direttamente negli attuali motori
I bio carburanti sono molto costosi seppure detassati dalle tasse sui combustibili per autotrazione. Di certo la possibilità di produzione degli stessi su vaste aree agricole, così come il grande aumento del petrolio li rendono molto attrattivi. Gli stati Uniti sono uno dei più grandi consumatori di etanolo assieme al brasile e l’industria legata a tale combustibile è in grande espansione, sperando anche in una espansione della produzione da piante legnose. Grandi prospettive si presentano anche per il mercato del biodiesel. Attualmente l’europa domina tale mercato che è fortemente sospinto da cina ed india.
Il bio combustibile ha molti effetti positivi sull’ambiente:
È privo di emissioni, riduce le emissioni di monossido di carbonio e di altre sostanze nocive, non contiene zolfo, non è autocombustibile riducendo il pericolo di stoccaggio e trasporto.
La crescita della penetrazione del mercato delle rinnovabili non è così veloce come la crescita della domanda di energia e quindi la penetrazione rispetto al mercato tenderà a scendere in percentuale.
Si registrano inoltre basse efficienze d’impianto rispetto alle fonti fossili e con un output energetico intermittente o fortemente fluttuante essendo fluttuante la stessa fonte come nel caso del solare e dell’eolico.
Le basse efficienze corrispondo quindi elevati costi di installazione.
Queste sono di certo rappresentate dall’intervento sulla domanda di energia. Attraverso l’aumento di efficienza dei mezzi di trasporto (mezzi più piccoli, con motori più effienti, con sistemi di recupero energetico sistemi ibridi – Incentivi l trasporto publico – attenzione ai sistemi di trasporto aereo)
Aumento efficienza dei beni di consumo (Elettrodomestici, condizionatori, boiler, etc…)
Diminuzione dei consumi energetici per la produzione industriale (attualmente si spreca molto)
Azioni sui produttori di energia
Sistemi di recupero delle eccedenze energetiche (produzione di idrogeno, aria compressa, aria liquida)
Incentivazioni all’adozione delle fonti alternative
Metodi Cattura e sequestro di anidride carbonica – forma di stoccaggio della co2 mediante metodologie correlate alla produzione di idrogeno, o l’iniezione nel substrato terrestre, o la mineralizzazione, come riportato in figura, che ne prevede il fissaggio per mezzo di alte pressioni in carbonati inorganici che possono poi essere utilizzati come materiali inerti.
Importante sarà lo sviluppo delle tecnologie in tal senso
Abbiamo visto come ad oggi la domanda sia praticamente coperta quasi totalmente dai combustibili fossili.
Parte dal nucleare e parte dall’idrico, ed in minima percentuale dalle fonti rinnovabili. Stante lo scenario politico e tecnologico attuale lo scenario prospettabile per il 2030 non è di certo differente data la crescente domanda rispetto alla diversificazione dell’offerta.
Ipotizzando una forte azione politica di sostegno alla diversificazione ed al risparmio si può immaginare una maggiore penetrazione delle fonti innovabili, ma certo non un drastico cambiamento dell’ndamento.
Il cambiamento nell’andamento potrà essere prodotto attraverso l’imposizione delle forme di sequestro dell’anidride carbonica
ENERGIA DA FONTI RINNOVABILI
L'ing. Fabio Pallotti del Gruppo Trevi ha presentato al Rotary Club di Cesena, il 20 ottobre, all'Hotel Casali, con rigore, chiarezza e soprattutto esperienza diretta un tema chiave per il nostro futuro: "Energia da fonti rinnovabili: se ne parla molto, ma quale futuro?".
L'ing. Pallotti non concede spazi al'improvvisazione. L'elencazione dei pro e dei contro allo sfruttamento delle fonti di energia è analitica. C'è una premessa da fare: entro il 2010 in ambito europeo l'Italia deve raggiungere il 22% di energia richiesta da fonti rinnovabili e ne è ancora abbastanza lontana per ritardi legislativi e inadeguatezza delle reti di distribuzione.
L'ing. Pallotti fa parlare le cifre nei confronti internazionali. La crescita della richiesta di energia è in aumento esponenziale. La combustione di carbone o idrocarburi, metano o petrolio, fornisce la massima quantità per riscaldamento e motori, ma soprattutto per la produzione di energia elettrica che è trasferibile a distanza e con bassa dispersione. Vengono consumate in breve tempo enormi quantità di combustibili fossili che la natura ha creato in milioni di anni. Peraltro sono localizzate per il 65% nel Medio Oriente. È una fonte esauribile e non rinnovabile con le conseguenze geopolitiche che tutti conosciamo per il controllo del petrolio.
L'energia idroelettrica si serve delle cascate d'acqua convogliate sulle turbine. Copre il 16 % del fabbisogno a livello mondiale. Le grandi dighe per gli invasi creano un notevole impatto ambientale e sociale e sono molto localizzate in zone montane.
L'energia nucleare da fissione per la produzione di energia elettrica ha bisogno di barre di uranio arricchito che lascia scorie radioattive che devono poi essere immagazzinate in siti geologici profondi come depositi permanenti. L'energia nucleare da fusione è una prospettiva lontana. Pesa sulla nostra storia, dopo Chernobil, il referendum contro il nucleare che invece di bloccare la costruzione delle centrali, ha impedito ogni forma di ricerca in un settore in cui eravamo i primi. Altri Paesi hanno distinto i due settori e non hanno smantellato i centri di ricerca.
L'energia geotermica esige lo scavo di pozzi per la profondità di un Km per ottenere una temperatura dai 17 ai 30 gradi per far risalire l'acqua trasformata in vapore. Anche in questo caso la localizzazione geografica condiziona.
L'energia eolica ha una lunga storia dai mulini a vento più antichi fino alle attuali turbine a vento. Copre lo 0,3 dell'energia mondiale, ma è in aumento come in Danimarca, Germania e Spagna. L'impatto ambientale è notevole per gli spazi, per alcuni anche per la rumorosità. La costruzione in mare esige manutenzione, ma il costo di questa energia è basso. È una forma in grande sviluppo.
L'energia solare usa una cella fotovoltaica al silicio che ne converte il 15% in elettricità.
Il costo dell'impianto dei pannelli è notevole, da ammortizzare nel tempo, ed esige irradiamento solare. Il solare termodinamico usa specchi parabolici in fluidi termovettori per scambiare il calore in vapore come per i combustibili fossili e a reazione. Il fotovoltaico è in grande sviluppo per le abitazioni e i loro consumi delimitati.
Quindi le energie rinnovabili dipendono dal sole, dal vento, dalle risorse idriche, geotermiche, dalle maree, dal moto ondoso e dalla trasformazione in energia elettrica dei prodotti vegetali o dei rifiuti organici e inorganici. È chiaro che la frazione non biodegradabile dei rifiuti non può essere considerata fonte di energia rinnovabile.
Regimi di incentivazione e di sostegno dovranno essere a cura degli Stati della Comunità europea. Vengono comprese in questo campo le forme di energia idroelettrica, geotermica, solare,eolica, ed energia da biomasse (biogas, oli vegetali, biodiesel, cippato, le scagliette di legno) e termovalorizzazione (dalla quale bisogna distinguere l'incenerimento, che la UE considera non rinnovabile).
La nucleare viene considerata non rinnovabile per le riserve limitate di materiali che non si rigenerano alla stessa velocità del consumo, come l'uranio. Per alcuni, anche la geotermica e quella prodotta dai rifiuti solidi urbani con prodotti non biodegradabili.
Il potenziale è enorme con lo sviluppo di nuove tecnologie in questi campi, ma è necessario tenere conto del fatto che le richieste sono enormi e in continuo sviluppo a livello mondiale.
È seguito un dibattito a tutto campo: ogni angolo della nostra vita ne viene coinvolto, dall'accensione di una lampadina, alla motorizzazione, alla differenziazione della raccolta dei rifiuti, al riscaldamento e ad una nuova edilizia urbana e privata.
Pietro Castagnoli
www.webalice.it/castagnoli.pietro