Energia e cambiamenti climatici La sfida del XXI secolo

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1 036-41_TER_ott_asdrubali :35 Pagina 36 di G. Moncada Lo Giudice, F. Asdrubali, F. Rossi Energia e cambiamenti climatici La sfida del XXI secolo Parte prima Negli ultimi tempi si fa gran parlare di effetto serra, di cambiamenti climatici che lasciano prevedere catastrofi a breve, di difficoltà di approvvigionamenti energetici, di crescita incontrollabile della domanda di energia (in gran parte attribuita alla crescita demografica di due grandi colossi come la Cina e l India), del più o meno imminente esaurirsi dei combustibili fossili, dell incoscienza dell uomo che quasi fosse ignaro di tutto questo, continua a degradare definitivamente il proprio pianeta, dimenticando del tutto i tanto conclamati principi di uno sviluppo sostenibile. La responsabilità dell uomo nell inquinamento atmosferico, con la combustione di combustibili fossili, l emissione di anidride carbonica e il conseguente riscaldamento del pianeta sembra anzi essersi aggravata di anno in anno, cosicché gli ultimi dati - come si dirà meglio in seguito - parlano di una responsabilità antropogenica del 90%. La prova di tutto quanto sopraddetto viene certificata da una serie di pubblicazioni di assoluta affidabilità (tutte edite nei primi mesi di quest anno) come il World Energy Outlook dell Agenzia Internazionale per l Energia (IEA), l Energy Technology Perspectives della stessa IEA, il Global Status Report di REN21 riguardante le fonti rinnovabili, lo State of the World del Worldwatch Institute, o lo stesso ultimo interessante Rapporto dell ENEA. Ora, consultando questi Rapporti appare evidente (a parte l eventuale discutibilità dei programmi di calcolo impiegati) la difficoltà di raccogliere da fonti diversissime (che sovente possono avere interessi lobbystici) dati certi ed univoci, cosicché non risulta facile elaborare proiezioni statistiche senza che non si rilevino differenze talora non trascurabili tra gli Enti informatori. Si è ritenuto pertanto opportuno - dopo aver dato un breve cenno sui cambiamenti climatici - raccogliere in tabelle dati e notizie sparsi in pubblicazioni diverse e non sempre facilmente recuperabili. Il lavoro effettuato non ha alcuna pretesa se non quella di mettere a disposizione del lettore una serie di informazioni che potrebbero risultare utili in una lettura ragionata dei Rapporti sopraccitati. Clima e cambiamenti climatici È a tutti noto come il pianeta che oggi appare ai nostri occhi con i suoi continenti, i suoi mari e la sua atmosfera, abbia subito nel corso di milioni di anni profonde trasformazioni e che alcune di queste trasformazioni, anche se in misura ridotta, sono tuttora in corso, come ad esempio la deriva dei continenti. In particolare negli ultimi milioni di anni le grandi oscillazioni nella temperatura sono state provocate in prevalenza dalla variazione dell energia solare che raggiunge la Terra e ciò a causa delle periodiche variazioni di posizione del nostro pianeta rispetto al Sole (variazione orbitale). Prof. Gino Moncada Lo Giudice, Università di Roma La Sapienza, Dipartimento di Fisica Tecnica; prof. Francesco Asdrubali, prof. Federico Rossi, Università degli Studi di Perugia, Dipartimento di Ingegneria Industriale. I meteorologi ci dicono che i cinque periodi caldi precedenti a quello attuale sono stati provocati dalla massima vicinanza al Sole dell orbita ellittica terrestre, dalla minima inclinazione dell asse terrestre rispetto ai raggi solari, al dondolio dell asse stesso (moto di nutazione). Analogamente le quattro grandi glaciazioni dell ultimo milione di anni si sono verificate quando i movimenti terrestri citati hanno fatto assumere alla Terra la posizione inclinata più sfavorevole rispetto al Sole. Tali oscillazioni di temperatura, stimate tra i 3-4 C, hanno richiesto in ogni caso tempi dell ordine di anni. Negli ultimi 200 anni circa si è avuto invece un riscaldamento di quasi 1 C; tale riscaldamento sembra poter aumentare per raggiungere 2,5 o più gradi alla fine del 2100, in concomitanza con lo sviluppo dell era industriale e del conseguente uso di combustibili fossili. Appare logico collegare i due fenomeni e indicare nell attività antropogenica la causa dell odierno aumento di temperatura (effetto serra), che a molti scienziati sembra gravemente anomalo rispetto ai cicli naturali, anche se si levano voci molto critiche su questa impostazione. L effetto serra è un fenomeno naturale e di per sé stesso utile, che consente al nostro pianeta il mantenimento di una temperatura capace di garantire la vita sulla superficie terrestre. L energia che la terra riceve dal sole durante il giorno, opportunamente assorbita e filtrata dall atmosfera che la circonda, giunge sulla superficie terrestre e la riscalda. Nelle ore notturne la terra tende a reirraggiare (il termine vuol comprendere in modo improprio anche i fenomeni convettivi) verso l universo più freddo parte dell energia ricevuta. Se questo reirraggiamento non fosse contrastato da una serie di gas come il vapore acqueo, l anidride carbonica, il metano, l ozono che circondano il nostro pianeta come una coltre, un vetro protettivo, che rinvia verso la terra parte dell energia, ci sarebbe il grave pericolo di raffreddamento, che potrebbe raggiungere valori di temperatura di parecchi gradi inferiori a quelli attuali. Ora però l effetto serra starebbe diventando troppo pesante per la produzione antropogenica di gas climalteranti (GHG), tra i quali appunto la CO 2, da attribuire alla combustione di prodotti fossili e il metano dovuto a motivi geologici, ai trattamenti agricoli e in buona parte alla zootec- 36 La Termotecnica Ottobre 2007

2 036-41_TER_ott_asdrubali :35 Pagina 37 nia. Per quanto riguarda il metano (CH 4 ), alcuni scienziati lamentano anzi che il suo contributo risulti sottovalutato nel rapporto preliminare dell IPCC. L incremento di emissione dei cosiddetti gas serra spiegherebbe l aumento anomalo di temperatura, aumento che se continuato in maniera decisa e non controllata, potrebbe portare al declino della criosfera, cioè allo scioglimento dei ghiacciai polari ed alpini, all aumento della temperatura dei mari (con effetti anche sulla fauna ittica), all aumento del loro livello e alla modifica temporale di tutti quegli eventi atmosferici che dipendono sempre dai cicli termici come uragani, alluvioni, temporali. Tutto ciò con conseguenti problemi di abitabilità delle coste, di desertificazione di vaste aree, di dissesti idrogeologici e di danni all agricoltura. La domanda che l opinione pubblica si pone oggi è quindi: è possibile che l intervento dell uomo possa provocare danni tanto gravi? Gli ultimi studi ed in particolare il draft della Prima parte del Rapporto di Valutazione dei Cambiamenti Climatici, comunicato a Parigi dal IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) nel febbraio del 2007, anche se non ancora in stesura definitiva, danno in pratica una risposta positiva a tale domanda. Nella recente Conferenza di Bruxelles tenutasi nel mese di aprile del 2007, con la partecipazione di 124 delegazioni provenienti da tutto il mondo, sia pure con grandi discussioni, è stato approvato il draft originario. Tra i firmatari figurano anche USA e Cina, a riprova che l opinione pubblica mondiale è in ogni caso trasversalmente preoccupata per il futuro del pianeta, anche se recentemente le posizioni dei due grandi Paesi non sembrano avallare completamente i provvedimenti e le tempistiche previsti da altri Paesi per affrontare il problema. Nel XX secolo - dice l IPCC - la temperatura è cresciuta di 0,6 C, ma se l uomo non diminuirà in modo drastico l emissione di CO 2 (dovremmo dire CO 2 equivalente, per tener conto di altri componenti come metano, fluorocarburi ecc.) il pianeta andrà incontro già nel secolo attuale ad uno scenario catastrofico a causa di un aumento considerevole della temperatura (1,5-2,8 C o più), con aumento del livello dei mari tra i cm e la riduzione dei ghiacci polari. Infatti, il rapporto preliminare IPCC presentato a Parigi nel draft del I Gruppo di lavoro conclude che: La maggior parte dell aumento globale di temperatura, osservato sin dalla metà del XX secolo è molto probabilmente dovuto all incremento della concentrazione di gas serra provocato dall attività umana. In altro posto si legge ancora: Despite remaining uncertainties. Il molto probabilmente sta a significare al 90%. Nicholas Stern, consulente economico del Primo Ministro inglese Tony Blair, in un suo ormai divenuto famoso rapporto pubblicato nel 2006 (the Stern Review on the Economics of Climate Change), arriva a dire: le nostre azioni, ora e nei prossimi decenni potrebbero creare rischi di disturbo alle attività economiche e sociali, comparabili a quelle associate alla grande guerra e alla crisi economica che si verificò nella prima metà del XX secolo. Le parole sono pesanti e tra l altro il Climate Change Group (CGC), costituito nel 2002 dal Presidente Bush per un programma di ricerca sul clima, e del quale fanno parte ben 13 Amministrazioni Statunitensi (tra le quali la Smithsonian Institution, il Meterological Institute ecc.) in un recente comunicato ha rivendicato il loro ruolo primario nel compilare il rapporto del I gruppo di lavoro dell IPCC, che è proprio il rapporto più deciso nell attribuire i cambiamenti climatici all apporto antropogenico. Questo intervento, fino a poco tempo fa impensabile, al di là delle valutazioni sui contenuti, rende finalmente credibile che per il dopo Kyoto (2012) sia veramente realizzabile una politica energetica globale, foriera di interventi decisivi e producenti. Politica che dovrebbe finalmente segnare la definitiva collaborazione tra i paesi che hanno ratificato il Protocollo di Kyoto sulla diminuzione di CO 2, e tutti i Paesi che pur facendo parte dell UNFCCC (United Nation Framework Convention on Climate Change) non hanno ritenuto di ratificare i limiti di emissione di tale gas fissati nel 1997, appunto a Kyoto. Interessante, a questo proposito, la svolta morbida di Bush che, nelle riunioni del G-8 svoltesi nei primi di giugno di quest anno in Germania, dopo avere finalmente aderito all idea di un contributo antropogenico non trascurabilie al riscaldamento del pianeta, ha accettato un compromesso che, pur non fissando limiti precisi alle emissioni, fa riferimento al rapporto ONU sul clima,nel quale come è noto è previsto un obiettivo di riduzione delle emissioni di CO 2 del 50% entro il Si ricorda però che tra i Paesi che non hanno firmato Kyoto, a parte Stati Uniti ed Australia, sono compresi Cina ed India, i quali, secondo proiezioni attendibili, tra vent anni emetteranno gas serra in quantità pari a quelle di Stati Uniti ed Europa messi insieme. È un problema che non può essere trascurato se si vogliono raggiungere veri accordi operativi per il dopo Kyoto. Per completezza di informazione va ripetuto che non tutti gli scienziati concordano con il draft del rapporto IPCC, e vengono classificati come gli scettici, in confronto ai cosiddetti catastrofisti. Tra gli scettici, qualcuno, come Richard Lindzen ordinario di Meteorologia presso il MIT, critica assai severamente il rapporto Stern, dicendo, in un articolo pubblicato nel Daily Mail l 8 marzo 2007: In ogni capitolo del suo rapporto è evidente la mancanza di scientificità. Egli (Stern) altera i dati o distorce l evidenza per privilegiare tesi politiche, promuovendo allarmismo, al posto di una discussione razionale, e reinventando la storia del clima. A quest ultimo proposito Lindzen critica Stern per aver affermato che le temperature globali recentemente registrate non hanno precedenti negli ultimi mille anni di storia. Lindzen obietta che nella migliore delle ipotesi abbiamo misure dettagliate di temperatura, solo per gli ultimi 50 anni. Lindzen insiste poi che non si possono trascurare altre mille cause di incidenza (forcing), e tra queste sottolinea il peso del vapor acqueo (anch esso da considerarsi gas serra), l effetto compensante dei cirri d alta quota, l andamento delle radiazioni solari, l incremento in atmosfera di aerosol dovuti ad effetti vulcanici. Conclude Lindzen: Ormai ci stiamo allontanando dalla scienza per entrare nel fanatismo religioso e ancora Stern si serve di una scienza fasulla per perseguire i propri scopi. E per svelenire la virulenza delle osservazioni, un attacco divertente; dice Lindzen e poi guardate ci sono oggi orsi bianchi rispetto ai del Sono parole molto forti e ciò che sconcerta è che il parere di uno scienziato tanto illustre sia in netto contrasto con le conclusioni del IV rapporto IPCC, che coincidono invece in molti punti con la tesi di Stern. Tra i catastrofisti il Nobel per la chimica Paul Crutzen, che ha scritto per una grande casa editrice italiana un libro sull uomo che ha cambiato il clima, titolato polemicamente: Benvenuti nell Antropocene. Tra gli scettici, 120 scienziati (provenienti da 11 Paesi) riunitisi in un Convegno al Royal Institute of Technology di Stoccolma, che hanno sollevato seri dubbi sui modelli impiegati nella teoria IPCC del riscaldamento globale. E ancora Lomborg, Svensmark, che senza giungere alla critica eccessiva di Lindzen, danno un particolare valore alle variazioni di temperatura dovute alle variazioni di flusso dei raggi cosmici (che influenzano il formarsi delle nubi), che sottolineano l interdipendenza tra vento solare e campo elettromagnetico terrestre, o che ritengono, per esempio, che l attività ciclonica risponda a suoi cicli decennali, e infine, che non è chiaro nemmeno il meccanismo tra le nubi a varie quote e tra queste e la terra, né il vero valore dell assorbimento di anidride carbonica da parte dei cosiddetti pozzi di carbonio, che poi sarebbero gli oceani e le foreste ecc. (anche se non è male ricordare che ogni anno si perdono circa 13 milioni di ettari di foreste). Molti scienziati italiani, va detto, sono su queste posizioni. La Termotecnica Ottobre

3 036-41_TER_ott_asdrubali :35 Pagina 38 Politiche di riduzione delle emissioni Lasciando ai meteorologi il dibattito sui cambiamenti climatici, resta il fatto che il progresso e l aumento di popolazione chiederanno sempre più energia, e che non sarà possibile soddisfare all infinito questa domanda bruciando combustibili fossili che sono comunque destinati ad esaurirsi. Ci sono alternative che vanno dal nucleare alle fonti naturali (sole, vento, acqua, biomasse, geotermia ecc.), ma che richiedono investimenti e tempi non brevi perché la loro incidenza divenga significativa. Insieme a tali provvedimenti occorre iniziare da subito una seria, globale politica di risparmio energetico, che poi in definitiva coincide fortemente con una politica di diminuzione di gas serra. Perché questa politica sia resa possibile per tutti, anche per i Paesi poveri, forse occorrerà rivedere il nostro modello di sviluppo. Non si può considerare il PIL come unico indice di benessere, anche l ambiente presenta i suoi conti, e non si può non trasferire risorse in modo deciso a favore dei Paesi più bisognosi. Così, per le considerazioni sopra esposte, va accolta con favore, almeno a livello politico, la proposta della Commissione europea di ridurre entro il 2020 del 20% l emissione di gas climalteranti rispetto al 1990, con un obiettivo del 50% (!) entro il La proposta è interessante, ma è anche una grande sfida per le industrie dei Paesi ricchi (che dovranno investire grosse somme per ridurre le emissioni) e anche per i Paesi poveri che, se non aiutati, saranno nell impossibilità di seguire tale ambizioso programma. Curioso, anche se utile per l umanità, che coloro che non hanno ratificato il Protocollo di Kyoto, chiedano ora compatti la stabilizzazione della concentrazione di gas serra ad un livello di 450/550 parti per milione di CO 2 equivalente (questa concentrazione garantirebbe in ogni caso che l aumento di temperatura a fine secolo non superi i 2 C) Per questo viene auspicata una serie di partenariati bilaterali e multilaterali, coinvolgendo Governi, Banca Mondiale, Agenzia Internazionale per l Energia, Partenariato Asia-Pacifico (APP che comprende USA, Canada, India, Cina e Giappone). Questi Paesi plaudono ai progressi conseguiti dal programma di scambio di emissioni della UE (Emission Trading System) e individuano nel risparmio energetico il modo economicamente più valido per ridurre le emissioni di gas serra. Infine essi si augurano, soprattutto dopo le aperture mostrate dagli USA nell ultimo G-8, che nella riunione dell UNFCCC che si terrà nel novembre 2007 a Bali, si possa già prendere atto dei programmi operativi dei vari Governi per il dopo Kyoto. Queste dichiarazioni lasciano veramente ben sperare in una collaborazione seria e collettiva tra tutti i Paesi e quindi sono di buon auspicio per il futuro del nostro pianeta. Altri segnali positivi possono cogliersi nelle Comunicazioni della Commissione europea già citate (COM/ 2007/a def.), dove, oltre che aumentare per il 2020 del 20% l impiego di fonti rinnovabili, si auspica un aumento dell efficienza energetica del 20% sia per le attività civili che industriali, nonché l impiego del 10% di biocarburanti nei trasporti; inoltre è delineato anche un piano di azione energetico in 10 punti, con un programma di misure volto a garantire il raggiungimento degli obiettivi proposti. Si parla di competitività, di sostenibilità, di sicurezza delle forniture, di mix energetico, di microcogenerazione diffusa, e di solidarietà tra i vari membri in caso di crisi energetica. Nell ottica del risparmio energetico, si sottolinea ancora l importanza della crescita delle tecnologie pulite a bassa emissione di carbone, le già citate BCAT (Best Clean Available Technology), e l obiettivo che le fonti energetiche rinnovabili rappresentino il 20% del mix entro il Anche l IEA (International Energy Agency) nel suo TABELLA 1 - Emissioni di gas serra nei paesi dell Unione Europea (2004) Gas serra CO 2 SO (1) 2 NO (2) x CO COVNM (3) CH 4 N 2 O (4) Unità di misura Mt (5) kt (6) kt kt kt kt kt Austria da processi energetici Belgio da processi energetici Danimarca da processi energetici Finlandia da processi energetici Francia da processi energetici Germania da processi energetici Grecia da processi energetici Irlanda da processi energetici Italia da processi energetici industrie energetiche indus.manifat.e costruz trasporti altri settori emiss. evap. da carburanti Lussemburgo da processi energetici Olanda da processi energetici Portogallo da processi energetici Spagna da processi energetici Svezia da processi energetici Regno Unito da processi energetici biossido di zolfo - 2 ossidi d azoto - 3 composti organici volatili diversi dal metano 4 protossido d azoto - 5 milioni di tonnellate annue - 6 migliaia di tonnellate annue 38 La Termotecnica Ottobre 2007

4 036-41_TER_ott_asdrubali :35 Pagina 39 World Outlook 2006, ribadisce l importanza delle tecnologie avanzate per migliorare l efficienza energetica, ma afferma anche che esse non potranno determinare più del 75% di riduzione dell emissione di gas alteranti e quindi ribadisce la necessità di rivedere la politica nucleare. In definitiva l IEA ritiene che per ridurre le emissioni di CO 2 eq. del 40% occorrerebbe un mix così composto: - 75% miglioramento dell efficienza energetica negli usi finali; - 12% incremento fonti rinnovabili; - 10% incremento fonti nucleari (questo incremento può sembrare inadeguato ma forse sconta i tempi necessari per la costruzione o il revamping degli impianti, anche se va registrato un nuovo, deciso interesse per il settore, con la costituzione di grossi gruppi internazionali di ricerca per la messa a punto di reattori a sicurezza intrinseca). D altro canto ricordiamo, per fare qualche esempio, che una centrale a combustibile fossile da MW riduce in cenere ogni anno da 1 a 2 milioni di tonnellate di combustibile (carbone, olio combustibile o gas), scaricando in atmosfera (a seconda delle tecnologie adottate): - da 4 a 7 milioni di tonnellate di CO 2 ; - da 600 a t di CO; - da a t di SO X ; - da a t di NO X ; - da 1500 a t di particolati; - da 0,02 a 0,06 msv di radiazioni. Una centrale nucleare della stessa potenza produce in un anno circa 2 tonnellate di materiali ad alta attività derivanti dal ritrattamento del combustibile utilizzato. Non è da sottovalutare come anche la Commissione europea, dopo anni di silenzio, accenni al nucleare che costituisce una delle opzioni disponibili per ridurre le emissioni di CO 2. A questo proposito una notazione: James Lovelock, l inventore di Gaia, la terra autorigenerantesi, per anni uno dei massimi idoli di alcuni ambientalisti, ha recentemente dichiarato che l energia nucleare è l unica energia verde. Infine la Commissione propone la istituzione di un Ufficio dell osservatorio di energia che, si spera, avrà maggiori poteri di controllo e coordinamento, al fine di una politica energetica comune, di quanto non l abbia l attuale Consiglio dei Regolatori Europei (ERGEC), che è un organo di consultazione, senza alcun potere decisionale. Va precisato che per il programma sopra descritto la Commissione ha previsto un costo aggiuntivo medio annuo tra il 2005 ed il 2020 di 10/18 miliardi di euro, che però sarebbero (il condizionale sembra d obbligo) compensati da un minor acquisto di petrolio e dal mercato dei diritti di emissione di CO 2. La cifra, oltre a coprire gli incentivi per le energie alternative, è necessaria a coprire le differenze tra le cosiddette tecnologie pulite ad alto risparmio energetico (BCAT) e le tecnologie industriali comuni e gli aiuti ai Paesi emergenti. Emissioni di gas serra nell Unione Europea Nella Tabella 1, relativa alle emissioni di gas serra, sono riportate, per ciascun Paese dell Unione Europea, le emissioni dei principali gas serra (anidride carbonica CO 2, biossido di zolfo SO 2, ossidi di azoto NO x, monossido di carbonio CO, composti organici volatici diversi dal metano COVNM, metano CH 4, protossido di azoto N 2 O) con il dettaglio della quota relativa ai soli processi energetici. L analisi dei dati mostra che il Paese dell Unione con il quantitativo più elevato di emissioni è la Germania (con 876 milioni di tonnellate annue di gas emessi in atmosfera) seguita da Regno Unito (564 milioni di tonnellate annue) e Italia (496 milioni di tonnellate annue). Diverso è invece lo scenario se si analizzano le emissioni degli altri gas ad effetto serra. Nel caso del monossido di carbonio la Francia è il Paese con la quota di emissioni maggiore (5.968 migliaia di tonnellate annue) seguita dall Italia (4.430 migliaia di tonnellate annue) e dalla Germania (4.153 migliaia di tonnellate annue). Nel caso degli ossidi di azoto il Paese con le emissioni maggiori risulta invece il Regno Unito (1.569 migliaia di tonnellate annue) seguito dalla Spagna (1.507 migliaia di tonnellate annue) e dalla Germania (1.428 TABELLA 2 - Sistemi di produzione dell'energia: rendimenti ed emissioni Tipologia Taglia Funzionam. Rendim. Consumo Consumo PCI Emissioni Emissioni impianto tipica medio % combustib. combustib. MJ/kg gco 2 / gco 2 eq/ MWe ore/anno t/anno Nm 3 /anno kwh kwh Gas naturale TG (1) ,29E CCGT (2) ,52E CCGT ,93E8 360 CCGT ,86E8 360 Olio combustibile (3) Carbone pulito , Nucleare PWR (4) - 16 Eolico (5) > 40 (6) Fotovoltaico > 50 kw (7) 6 (8) - 12 (9) (8) 121 (10) 193 (11) Idroelettrico > 10 MW Celle a Combustibile PEM 0,2 (12) (13) (14) 119,9 530 (15) - MCFC 0,25 (12) (13) (14) 431 (15) - SOFC 0,1 (12) (13) (14) 413 (15) - PAFC 0,2 (12) (13) (14) 514 (15) - 1 centrale a turbogas - 2 centrale a ciclo combinato (Combined Cycle Gas Turbine) - 3 il volume di combustibile consumato è stato calcolato prendendo a riferimento la densità media a 15 C dell olio combustibile STZ (senza tenore di zolfo) - 4 burnup dell uranio corrispondente alla quantità di energia totale prodotta per unità di massa del combustibile utilizzato in funzione del tipo di reattore - 5 ore di funzionamento minime che giustificano la realizzazione dell impianto 6 rendimento di un aerogeneratore a pala. In base alla teoria di Betz un aerogeneratore reale non può estrarre più del 59.3% della potenza posseduta da un tubo d aria di area A e diametro d che fluisce con velocità v. La potenza teorica è dunque pari all energia cinetica Ek associata al tubo d aria dove Ek = (16/27) d A v3. 7 ore annuali di soleggiamento equivalenti alla massima potenza nell Italia centrale - 8 pannello fotovoltaico in silicio amorfo - 9 pannello fotovoltaico in silicio monocristallino e policristallino - 10 pannello fotovoltaico in silicio monocristallino - 11 pannello fotovoltaico in silicio policristallino 12 potenza elettrica massima di impianto - 13 tonnellate di idrogeno - 14 Nm 3 /anno di idrogeno - 15 emissioni del processo di reforming del combustibile. La Termotecnica Ottobre

5 036-41_TER_ott_asdrubali :35 Pagina 40 migliaia di tonnellate annue). Bisognerà vedere ciò che avverrà in Gran Bretagna dopo la riapertura delle miniere di carbone del Galles, fatte chiudere dalla Thatcher venti anni fa e riaperte recentemente da Tony Blair. Per quanto riguarda infine il metano la Germania è il Paese con la quota di emissioni più alta (3.582 migliaia di tonnellate annue) seguita dalla Francia (2.885 migliaia di tonnellate annue) e dal Regno Unito (1.933 migliaia di tonnellate annue). Produzione di energia ed emissioni di gas climalteranti Nelle Tabelle 2 e 3 relative ai sistemi di produzione dell energia sono riportati per ciascuna tipologia di impianto i rendimenti di conversione, le emissioni di CO 2 e CO 2eq per kwh di energia elettrica prodotta, i costi degli impianti espressi in /kw installato ed il costo di produzione dell energia elettrica espressi in /kwh prodotto. Per quanto riguarda il costo di produzione in tabella sono evidenziati anche i contributi del costo dell impianto, del costo del combustibile e degli altri costi (gestione dell impianto, manutenzione ecc.) sul costo complessivo. L analisi dei dati mostra che tra gli impianti alimentati da fonti di energia tradizionali, la tipologia più conveniente in termini di costi di produzione dell energia elettrica risulta la centrale nucleare PWR con reattore ad acqua in pressione. Il costo di produzione dell energia elettrica da fonte nucleare risulta infatti più basso rispetto a quello delle centrali CCGT di almeno il 37% (0,030 /kwh contro 0,047 /kwh) e più basso rispetto a quello delle centrali ad olio combustibile di circa il 53% (0,030 /kwh contro 0,064 /kwh). TABELLA 4 - Centrale nucleare - costi di produzione dell energia elettrica Tipologia Costo Costo Costo Costo Costo Costi Costo impianto impianto combustib. dismissione smaltim. scorie esterno vari totale /kwh /kwh /kwh /kwh /kwh /kwh /kwh Centrale nucleare 0,016 0,004 0,002 0,003 0,004 0,001 0,030 TABELLA 3 - Sistemi di produzione dell'energia: aspetti economici Tipologia Costo Costo Costo Costi ) Costo Prezzo Tempo impianto impianto impianto combustibile vari totale energ.elett. di vita /kwe /kwh (1) /kwh (2) /kwh (3) /kwh /kwh anni Gas naturale TG (4) 265 0,004 0,046 0,003 0,053 0,078 (6) CCGT (5) 447 0,005 0,042 0,006 0, CCGT 0,004 0,004 0,050 CCGT 0,003 0,002 0,047 Olio combustibile ,006 0,052 0,006 0, Carbone pulito ,019 0,028 0,008 0, Nucleare PWR ,016 0,010 0,004 0, Eolico ,068-0,012 0,080 0,203 (7) 20 Fotovoltaico > 50 kw ,132-0,008 0,140 0,518 (8) 30 Idroelettrico > 10 MW ,021-0,004 0,025 0,203 (7) > 30 Celle a combustibile PEM ,078 (6) 8 (9) MCFC ,4 (10) SOFC PAFC > 10 1 incidenza del costo dell impianto sul costo di produzione finale dell energia elettrica - 2 incidenza del costo del combustibile sul costo di produzione finale dell energia elettrica - 3 incidenza dei costi di esercizio, di manutenzione e del personale sul costo di produzione finale dell energia elettrica - 4 centrale a turbogas - 5 centrale a ciclo combinato (Combined Cycle Gas Turbine) - 6 prezzo medio di acquisto dell energia nella borsa elettronica (gennaio 2007) - 7 somma del prezzo medio di acquisto dell energia nella borsa elettronica e dei Certificati Verdi (0,125 /kwh). I Certificati Verdi costituiscono una forma di incentivazione della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili disciplinata dal DLGS 79/99 (Decreto Bersani) - 8 per gli impianti fotovoltaici il prezzo di acquisto è stato calcolato come somma del prezzo medio di acquisto dell energia nella borsa elettronica e dell incentivo per gli impianti integrati architettonicamente (0,44 /kwh) previsto dal Decreto Conto Energia intervallo di manutenzione routinaria h, intervallo di manutenzione componenti principali h - 10 Ore massime di funzionamento continuo prototipo MTU ( h) I maggiori costi di realizzazione delle centrali PWR rispetto alle altre tipologie fanno sì che il tempo di ritorno dell investimento, ovvero il numero di anni necessario per il recupero dei costi di realizzazione e gestione dell impianto, risulti maggiore sia delle centrali turbogas tradizionali che delle centrali turbogas a ciclo combinato. Un altro vantaggio offerto dalle centrali nucleari è rappresentato dalla quasi totale assenza di emissioni di gas inquinanti in atmosfera: 16 gco 2eq /kwh contro i 500 gco 2eq /kwh delle centrali turbogas a ciclo combinato ed i gco 2eq /kwh delle centrali a carbone pulito. Per il nucleare rimane tuttavia il problema dello smaltimento delle scorie radioattive. Si stima che un tipico reattore a fissione di MW produca ogni giorno circa 3,2 kg di scorie e, in trent anni, circa trenta tonnellate; a parità di energia erogata, i rifiuti generati da un impianto a carbone ammonterebbero a circo 8 milioni di tonnellate (una quantità in peso volte superiore). Tale dato sconta il fatto che le scorie nucleari presentano una pericolosità ambientale molto più elevata delle scorie prodotte da impianti alimentati con combustibili di origine fossile con la conseguente necessità per il loro lo stipamento di siti geologicamente stabili e dotati di strutture capaci di schermare radiazioni. A tale proposito, in Tabella 4 sono riportati i costi medi di dismissione (decommissioning) di un impianto nucleare, i costi di inertizzazione e smaltimento del combustibile esaurito (scorie radioattive) ed i costi esterni, cioè i costi correlati alla emissione di gas serra e di sostanze pericolose durante il ciclo di vita dell impianto e quelli correlati al rischio derivante dalle radiazioni ionizzanti dovute ad eventuali incidenti e dovute alla fase di estrazione in miniera del combustibile. L analisi dei dati mostra che il costo di dismissione incide sul costo di produzione finale dell energia elettrica per circa il 6%, contro il 10% del costo di smaltimento delle scorie radioattive ed il 13% dei costi esterni. Recentemente l Associazione di scienziati italiani che ha nome Galileo ha caldeggiato l uso del nucleare, a suo tempo abbandonato più per motivi emozionali che per serie opinioni scientifiche, giungendo a scrivere in tal senso al Presidente della Repubblica. Con un tempo di costruzione inferiore ai 10 anni potrebbero realizzarsi 40 La Termotecnica Ottobre 2007

6 036-41_TER_ott_asdrubali :35 Pagina centrali nucleari, portandoci così al livello degli altri Paesi, sempre che sia possibile riaprire un dialogo chiaro e sincero con la popolazione, sino ad oggi ingannata e spaventata da false informazioni. Per quanto riguarda gli impianti operanti con fonti di energia rinnovabile, la tipologia più conveniente in termini di costi di produzione dell energia elettrica risultano le centrali idroelettriche: 0,025 /kwh contro 0,080 /kwh dell energia eolica e 0,140 /kwh dell energia fotovoltaica. Si precisa che anche nel caso delle fonti di energia rinnovabili è prevista comunque una quantità di emissioni di CO 2eq relative alla fase di realizzazione delle infrastrutture e dei componenti costituenti l impianto, alla fase di trasporto dei componenti suddetti ed alle fasi di realizzazione, gestione, manutenzione e dismissione dell impianto vero e proprio; in tal senso gli impianti migliori sono anche in questo caso le centrali idroelettriche con 4 gco 2 /kwh contro i 36 gco 2 /kwh dell eolico ed i 193 gco 2 /kwh del fotovoltaico con pannelli in silicio policristallino. È interessante osservare che gli impianti eolici e quelli funzionanti con pannelli fotovoltaici, sebbene classificati come impianti alimentati da fonti di energia rinnovabile, producono emissioni di CO 2eq maggiori di quelle delle centrali nucleari. In termini di tempo di ritorno dell investimento, calcolato in base alla taglia tipica di ciascuna tipologia di impianto, le centrali idroelettriche con circa 2 anni sono la tipologia più conveniente, seguita dagli impianti eolici (3 anni circa) e dagli impianti fotovoltaici (8 anni circa). Una considerazione importante ai fini dell impatto ambientale può essere fatta prendendo in esame la porzione di CO 2eq /kwh imputabile alle sole fasi di realizzazione delle infrastrutture e dei singoli componenti costituenti l impianto. Per una centrale termoelettrica alimentata a gas naturale, a fronte di un valore di emissione di circa 500 gco 2eq /kwh, la quota relativa alle fasi di realizzazione dell infrastruttura (produzione del cemento e dell acciaio, estrazione di materiale lapideo ecc.) e delle apparecchiature ausiliarie, alle fasi di gestione e manutenzione dell impianto e alle fasi di smantellamento dello stesso costituisce appena lo 0,004% (2 gco 2eq /kwh) della quota complessiva. Per gli impianti alimentati da fonti rinnovabili le fasi suddette rappresentano invece l unico contributo. Ipotizzando quindi lo stesso tempo di vita (15 anni) e la medesima potenza (400 MW) per una centrale a ciclo combinato CCGT, per una centrale eolica e per un impianto fotovoltaico, prendendo a riferimento le ore di funzionamento medie annue specifiche di ciascuna tipologia di impianto, si ottiene che per un impianto eolico le emissioni di CO 2eq risultano maggiori di quelle di una centrale CCGT per i primi 2 mesi di esercizio. Per un impianto fotovoltaico tale periodo sale a 3, 5 e 9 mesi di esercizio a secondo rispettivamente della tecnologia utilizzata: silicio amorfo, silicio monocristallino e silicio policristallino. Anche se presenti nella Tabella, nel confronto non sono state prese in considerazione le celle a combustibile. Tale tecnologia è ancora lontana dalla maturità pertanto i costi di produzione dell energia elettrica non sono ancora comparabili con le altre tipologie di impianto (così come anche riportato nel Rapporto Energy Technologies Perspectives, pubblicato dall IEA nel 2006, insieme ad analoghe considerazioni sull idrogeno). [Segue seconda parte] La seconda parte dell articolo verrà pubblicata nel numero di novembre e riguarderà la situazione energetica italiana, il contributo delle biomasse, le conclusioni nonché la bibliografia. La Termotecnica Ottobre

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