SODDISFARE INTERAMENTE IL FABBISOGNO MONDIALE DI ENERGIE CON IL VENTO, L ACQUA E IL SOLE 1

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1 SODDISFARE INTERAMENTE IL FABBISOGNO MONDIALE DI ENERGIE CON IL VENTO, L ACQUA E IL SOLE 1 di Mark A. Delucchi e Mark Z. Jacobson 2 Sommario La combustione di energie fossili è in larga parte responsabile dei problemi del cambiamento climatico, dell inquinamento dell aria e in generale della mancanza di sicurezza sull approvvigionamento di energia. La combinazione di vento, acqua e sole è la migliore alternativa alle energie fossili, così affermano gli autori, perché le energie rinnovabili hanno pressoché emissioni zero di gas serra ed altri inquinanti nell aria; non danno luogo a problemi di collocazione di rifiuti a lungo termine e nessun rischio di incidenti catastrofici. Comparandoli con l energia nucleare e le biomasse, gli autori affermano che le energie dal vento, acqua e sole da soli darebbero, non solo vantaggi, ma sarebbero anche pienamente realizzabili per soddisfare il 100% del fabbisogno di energie del mondo intero. Essi spiegano come i sistemi di energie rinnovabili possono essere realizzati ed messi in atto per assicurare un affidabile produzione di energie per coprire la domanda mondiale; essi calcolano che queste sorgenti di energia costerebbero meno delle fossili se si considerano tutti i costi sociali; e raccomandano politiche energetiche tali da facilitare la transizione a sistemi di energia basati completamente su vento, acqua e sole. Parole chiave Bioenergie,cambiamento climatico, energie fossili, energia idroelettrica, energia nucleare, energia solare, energia eolica. Finanziamenti Questa ricerca non ha ricevuto alcuna assegnazione finanziaria da qualsivoglia fund agency dei settori pubblico, commerciale, industriale, od ONLUS Nel maggio 2013 il livello medio giornaliero di anidride carbonica in atmosfera ha superato i 400 ppm (parti per milione) cioè un aumento di più del 40% dall inizio della rivoluzione industriale ed è anche il più alto livello sulla terra in molti milioni di anni. 3 Lo stesso mese, numerosi scienziati hanno riferito che i ghiacci Artici, uno dei più visibili e importanti indicatori del cambiamento climatico globale, stavano sciogliendosi più velocemente di quanto i più seri modelli matematici dei cambiamenti climatici avevano previsto, sollevando la possibilità che durante l estate artica le acque saranno pressoché senza ghiacci entro il 2020 (Overland e Wang 2013). In tutto il mondo l inquinamento atmosferico nelle megalopoli normalmente supera gli standard internazionali della qualità dell aria stabiliti per salvaguardare la salute umana. Globalmente l uso di prodotti petroliferi per i trasporti cresce implacabilmente, esponendo l economia mondiale alla volatilità delle disponibilità e dei loro prezzi, esacerbando così i problemi politici e dell ambiente nei paesi dove i carburanti e combustibili petroliferi sono prodotti e consumati. Questi problemi di cambiamento climatico, di inquinamento atmosferico e di insicurezza di fornitura sono dovuti principalmente alla combustione di energie fossili, in primis carbone, petrolio e gas naturale. Sebbene l efficienza energetica e la tecnologia abbia migliorato il controllo delle emissioni, e gli accordi di condivisione e delle riserve di energie fossili abbiano mitigato alcuni degli impatti negativi sull ambiente e sulla sicurezza delle disponibilità, queste misure alla fine possono fare molto poco per risolvere le pressioni dell aumento della popolazione e del suo sviluppo economico che porta al continuo incremento dei consumi. Al fine di evitare seri danni all ambiente e all economia dall uso di energie, si deve interrompere l utilizzazione delle energie fossili al più presto possibile. 1 Traduzione di Gennaro Aprea dell articolo apparso su Bulletin of the Atomic Scientists nel I profili dei due autori sono disponibili alla fine dell articolo 3 La pietra miliare è stato il livello medio misurato dagli strumenti dell Osservatorio di Mauna Loa (4.170 m di altitudine) sull isola con lo stesso nume nell arcipelago delle Hawaii, che è praticamente rappresentativo dell intero emisfero nord del pianeta. 1

2 Nella ricerca delle alternative alle energie fossili, scienziati ed esperti di politica energetica hanno messo a fuoco la loro attenzione su tre sostituti che sono largamente conosciuti per avere minori emissioni di gas serra e di inquinanti atmosferici delle energie fossili che sono le responsabili del cambiamento climatico. Essi sono: - l energia nucleare - le energie da biomasse - la combinazione di energie da vento, acqua e sole. La terza opzione comprende le pale eoliche, le centrali fotovoltaiche ed i sistemi di pannelli per i tetti, le centrali termiche del solare a concentrazione, le piccole centrali idroelettriche, gli impianti geotermici, le turbine mosse dalle maree e i convertitori delle onde per la rotazione delle turbine. Tutte queste tecnologie hanno numerosi vantaggi sull energia nucleare e le bioenergie, compreso le basse (quasi zero) emissioni di gas serra ed di inquinanti dell aria, nessun problema di scorie degradabili in lunghissimi tempi (secoli e millenni) e nessun rischio di incidenti catastrofici. Nonostante la naturale variabilità del vento, dei movimenti delle acque e della luce solare, esse possono produrre energie affidabili più economicamente del sistema attuale basato sulle energie fossili, se si considerano tutti i costi sociali. In effetti tutti i sistemi energetici nel mondo possono basarsi sul vento, acqua e sole non rendendo più necessario di seguire l energia nucleare e le bioenergie. Però vi sono un certo numero di stadi per iniziare questa trasformazione. Perché no bioenergie o energia nucleare? Per assicurare all umanità un sistema energetico che abbia un impatto pressoché zero sull ambiente anche in presenza di una continua crescita della popolazione e del conseguente incremento dell attività economica, questo sistema deve emettere virtualmente nessun gas serra e inquinanti atmosferici durante l intero suo ciclo di vita 4. Un sistema veramente sostenibile deve essere basato su energie primarie e risorse materiali che siano rinnovabili indefinitamente, riciclabili o sostituibili senza o pressoché minimo impatto sulla qualità dell acqua, sulla sua utilizzazione e sull integrità dell ecosistema; il sistema deve porre minimi rischi catastrofici senza dubbi sulla possibilità assoluta di poter immagazzinare scorie o rifiuti non biodegradabili. Nel 2009 Mark Jacobson ha valutato numerosi sistemi energetici riguardo ai loro impatti sul riscaldamento globale, sull inquinamento dell aria, sulla disponibilità di acqua, sul consumo dei suoli, sulla fauna selvatica, sull inquinamento termico, sull inquinamento chimico delle acque e sulla proliferazione delle armi nucleari; egli ha trovato che vento, acqua e sole danno luogo a impatti minori in queste categorie rispetto alle energie nucleare e da biomasse. Ha così concluso che l uso del carbone con assorbimento dell anidride carbonica, l etanolo da mais, l etanolo da cellulosa, il biodiesel da soia, altri biocarburanti e l energia nucleare, tutti sono moderatamente o pesantemente più dannosi delle energie da vento, acqua e sole al fine di ridurre emissioni di gas serra e inquinamento atmosferico. Inoltre i sistemi basati sull energia nucleare e sulle bioenergie possono dar luogo a problemi di consumo dei suoli, utilizzazione delle acque, disponibilità di risorse e rischi catastrofici 5. Per esempio, anche le più climate-friendly materie prime meno ecologicamente distruttive, come le graminacee naturali spontanee (Tilman e altri 2006) possono provocare inquinamento anche mortale dello stesso ordine della benzina in quantità di decessi all anno negli Stati Uniti (n.d.t. gli USA sono i maggiori produttori al mondo di etanolo), perché la combustione di etanolo crea emissioni che possono provocare seri problemi respiratori. (Anderson, 2009, Jacobson, 2007). Inoltre l uso del suolo per la produzione di materie prime per le bioenergie è peggiorativo per il clima, la qualità dell acqua, il suolo, la biodiversità e tutto l ecosistema della salute in generale, ed anche considerando la bonifica del suolo per ricreare un terreno per il suo uso ecologico originario, cioè agricolo, ottenendo energie da altre fonti (non biomasse). In altre parole, ottenere energie (calorica ed elettrica) dal sole, vento e acqua piuttosto 4 Il materaile di questa sezione è ricavato da Jacobson e Delucchi (2011) 5 Vedi Delucchi (2010) Una revisione dell uso dei suoli e delle acque, nonché degli impatti dei bio-carburanti 2

3 che dalle biomasse, permette alla società di avere un uso migliore della coltivazione di piante energetiche. Per quanto riguarda l energia nucleare, vi sono molte ragioni per dire che essa sia meno desiderabile delle energie da vento, acqua e sole, quali sorgenti a lungo termine. Forse la ragione più importante riguarda la sicurezza dell energia nucleare, cioè la possibilità che le armi nucleari e i materiali con emissioni radioattive possano cadere in mani sbagliate. Lo sviluppo dell energia nucleare ha aumentato la capacità delle nazioni e degli individui di acquisire o arricchire l uranio per le armi nucleari col risultato di gravi rischi di radioisotopi per il terrorismo radioattivo; inoltre l aumento globale su larga scala di questo tipo di energia potrebbe esacerbare questo problema, mettendo così il mondo a grande rischio di guerre nucleari o di attacchi terroristici (Feiveson 2009; Gruppo di lavoro sui materiali fissili ; Kessides 2010; Masfarlane e Miller 2007; Miller e Sagan 2009; Ullom 1994). Quanto all impatto sull ambiente, l energia nucleare crea emissioni di gas serra maggiori rispetto a tecnologie di altre energie alternative, in parte dovute alla raffinazione dell uranio, al trasporto e alla costruzione dei reattori. Studi ed analisi approfonditi (Lenzen 2008; Sovacool 2008) hanno stabilito che l energia nucleare durante l intero ciclo di vita dà luogo ad emissioni di circa 65 gr. di anidride carbonica (o equivalenti) per ogni kwh di elettricità prodotto, maggiore degli 8/10 gr. per kwh emessi dall energia eolica, 13 gr./kwh emessi dal solare termico, e 32 gr./kwh emessi dai sistemi fotovoltaici (Sovacool 2008); la costruzione di una centrale nucleare necessita di tempi molto più lunghi per la definizione del sito, dei permessi e per il completamento dell impianto, rispetto per esempio ad un grande impianto eolico; nel frattempo l elettricità convenzionale necessaria alla lunga costruzione continua ad emettere gas serra (Jacobson 2009). Inoltre l energia convenzionale a fissione si basa su riserve finite di uranio. Quindi un programma nucleare su scala globale dove il ciclo della materia prima (cioè il combustibile uranio) può essere usato una sola volta e i cui residui sono unicamente scorie, potrebbe esaurire le disponibilità di uranio in circa un secolo (Adamantiades e Kessdies 2009; Macfarlane e Miller 2007). Sebbene l industria nucleare abbia migliorato la sicurezza dei reattori e messo in atto tecnologie meno pericolose ma ancora non collaudate completamente (Adamantiades e Kessides 2009; Mourogv e altri 2002; Penner e altri 2008; Piera 2010; Rosner e altri 2011) 6, gli insuccessi e gli errori del passato fanno pensare che sia impossibile escludere la probabilità che persino i reattori più avanzati tecnologicamente saranno progettati, costruiti ed operati non correttamente. Sebbene i rischi di catastrofe sia molto limitato, esso non è zero (Feiveson 2009); invece, con l eolico, piccole centrali idroelettriche ed energie solari i rischi spaventosi indotti su larga scala sono zero; e questo è un importante vantaggio in termini sociali. Infine, l energia nucleare convenzionale produce scorie radioattive che devono essere immagazzinate per decine di migliaia di anni (Feiveson e al. 2011) con crescenti problemi di competenza tecnica e istituzionale, costi ed etica intergenerazionale (Adamanitiades e Kessides 2009;Barré 1999; Macfarlane 2011; Von Kippel 2008). Vi sono almeno tre alternative di reattori ad nucleari ad acqua leggera 7, cioè quelli a fissione più in uso finora, i reattori autofertilizzanti, i reattori al torio e in più quelli a fusione nucleare. I maggiori vantaggi dei reattori autofertilizzanti sono la produzione di scorie meno radioattive rispetto ai reattori ad acqua leggera, nonché il riuso del combustibile, ciò che farebbe aumentare le riserve di uranio, forse indefinitamente (Penner et alt. 2008; Purushotam e al. 2000; Till et al. 1997). Inoltre alcune tecnologie autofertilizzanti hanno caratteristiche che rendono diversificazione e riprocessamento difficili, anche se non impossibili. Comunque i reattori autofertilizzanti presentano numerosi svantaggi: sono troppo costosi; hanno problemi di sicurezza e affidabilità legati all uso di sodio refrigerato e comunque posseggono seri rischi di proliferazione (Cochran e al. 2010). 6 Per esempio reattori con progettazione a sicurezza passiva non prevedono azioni (manuali) di un operatore o automatismi elettronici per interrompere la reazione nucleare in alcuni tipi di emergenza, come in caso di surriscaldamento oppure a perdite nei sistemi di raffreddamento 7 Sono quelli di 1 e 2 generazione 3

4 Per queste ragioni Thomas B. Cochran, Senior Scientist del Programma Nucleare del Consiglio della Difesa e delle Risorse Naturali, con altri (2010), sostiene che lo sviluppo dei reattori autofertilizzanti dovrebbe essere abbandonato. Il torio, come carburante per l energia nucleare è più abbondante in natura dell uranio, meno adatto a condurre verso la proliferazione di armamenti nucleari; inoltre produce meno scorie degradabili a tempi lunghi (Macfarlane e Miller 2007). Tuttavia le energie alternative evitano interamente la produzione di questi problemi. Inoltre gli ingegneri finora hanno una relativa limitata esperienza nella costruzione di reattori al torio. La fusione nucleare di nuclei leggeri (per esempio, protio, deuterio, o tritio dell idrogeno 8 ) in teoria potrebbero fornire energia indefinitamente senza scorie radioattive a lungo degrado (Ongena e Van Oost 2006; Tokimatsu e altri 2003); tuttavia la fusione nucleare produrrebbe scorie a breve degrado che devono essere eliminate dal nucleo del reattore per evitare interferenze con l operatività. In ogni caso la fusione nucleare non sarà probabilmente disponibile commercialmente almeno prima di altri 50 anni (Moyer 2010; Tokimatsu et al. 2003) sebbene alcuni esperti di fusione credono che essa sarà disponibile nel 2050 (Bullettin of the Atomic Scientists 2013). Al contrario le energie solari, eolica e le piccole centrali idroelettriche possono essere disponibili subito, possono durare indefinitamente (e le prime due essere sostituite con altrettante nuove in brevissimo tempo n.d.t.) e danno luogo a rischi limitati per la fauna e flora e per gli umani. Ricerche indipendenti negli Stati Uniti riflettono le nostre valutazioni del vento e del solare rispetto al nucleare. La ricerca del MIT (Massachusset Institute of Technology) del 2007 ha provato che il 76 % degli Americani sono in favore dell uso dell energia solare ed eolica, mentre solo il 37% sono in favore del nucleare (Ansolabehere, 2007). Ricerche più recenti realizzate da Pew Research Center (2013) dimostrano un largo favore per le energie del vento e del sole ed opposizione per il nucleare. I risultati d queste ricerche appaiono relativamente stabili, nonostante degli sforzi da parte dell industria dell energia nucleare di persuadere l opinione pubblica che questa energia sia un opzione desiderabile (Ramana 2011). Il grande pubblico ha una più larga, più chiara e alla fine più razionale visione dei rischi e dei benefici dell energia nucleare, tenendo in appropriata considerazione fattori come l involontaria esposizione al rischio, all importanza degli incidenti, iniquità dei rischi e benefici, lunga esposizione ad implicazioni a lungo termine nonché alla mancanza di valori etici dell industria e delle istituzioni di sorveglianza dei rischi (Ramana 2011). Un completo confronto del nucleare verso l energia eolica, solare e derivanti dai movimenti delle acque deve tenere in debito conto questi fattori. Il costo dell energia solare del vento e dell acqua In un mondo interamente basato sulle energie del vento, acqua e luce solare, tutta l energia può essere resa disponibile con la stessa affidabilità cui siamo abituati con quella attuale, ma a costi inferiori di quelli messi a disposizione attualmente in tutto il mondo. I costi privati 9 per generare energia eolica con impianti terrestri, l energia geotermica e gli impianti idroelettrici sono già inferiori ai costi privati degli impianti convenzionali a combustibili fossili (Delucchi e Jacobson 2011). Il costo dell energia fotovoltaica sta rapidamente diminuendo e, se l industria del fotovoltaico continua a cresce e migliora la sua tecnologia, nel 2020 il suo costo sarà comparabile a quello delle energie convenzionali, così come quello dell energia solare termica (Jacobson e al. 2013). Stimiamo che entro la prossima decade il costo privato di tutte le più importanti tecnologie delle energie dal sole, acqua e vento, sarà 9 centesimi (di US$) per kwh e meno del costo privato della 8 Isotopi pesanti dell idrogeno 9 Per esempio, anche se i media hanno sottolineato i rischi che le pale eoliche creano agli uccelli, risulta che queste centrali uccidono molti meno uccelli che gli impianti con carburanti fossili, e meno anche degli impianti nucleari: 0,3 morti per GigaWattOra negli impianti eolici, 0,4 per i nucleari e 5,2 per gli impianti a carburanti fossili (Sovacool 2009) 4

5 nuova generazione di impianti produttori di energia elettrica con combustibili fossili (Delucchi e Jacobson 2011; Jacobson e al. 2013) 10 Per qualsiasi opzione energetica, il costo totale per la società (costo sociale) è il costo privato per la produzione di energia più tutti i costi di sistema di distribuzione 11 e di impatto sull ambiente. Per le energie dal vento, sole e acqua questi costi addizionali comprendono i costi di capacità di extra generazione, di trasmissione o stoccaggio necessari per assicurare che la richiesta possa essere soddisfatta con sicurezza. In un precedente studio (Delucchi e Jacobson 2011) è stato stimato che un sistema espanso di trasmissione potrebbe costare 1 centesimo (di US$) per kwh; e che l uso di batterie per i veicoli come stoccaggio decentralizzato potrebbe anch esso costare 1 centesimo per kwh, sebbene vi sia ancora incertezza al momento su quest ultima stima. Quindi, entro la prossima decade il costo totale sociale prodotto e affidabilmente distribuito con le tre energie rinnovabili sarebbe dell ordine di 11 centesimi per kwh o meno. Per l energia convenzionale originata dai combustibili fossili, i costi addizionali sono il valore stimato dei danni alla salute umana ai sistemi economici e all ecosistema provocati dall inquinamento atmosferico e dal cambiamento climatico. Utilizzando le conclusioni di un ampio studio del National Research Council (2010) abbiamo stimato che questi danni costeranno da 2 a 15 cent. per kwh con una media di 6 cent. (vedi tavola 2 in Delucchi & Jacobson 2011). Il costo sociale totale delle energie convenzionali da carburanti fossili, cioè i costi derivanti dai danni più i costi privati di almeno 8 centesimi per kwh, ammonterebbe quindi a 10 cent. per kwh e potrebbe anche essere superiore fino a 20 centesimi, mentre il costo totale sociale delle tre energie rinnovabili sarebbe di 10 centesimi per kwh o inferiore. Soddisfare la produzione alla domanda di energie In un mondo con il 100% di energie da sole, acqua e vento, vi sono numerosi metodi per adattare le variabilità a breve termine nella produzione di energie al fine di assicurare che la sicurezza della fornitura soddisfi la richiesta (Delucchi e Jacobson 2011). Uno dei più importanti metodi è quello di interconnettere geograficamente tutte le sorgenti di energia variabili e disperse, per creare una singola vasta rete elettrica nella quale ciascun impianto sia sufficientemente lontano da un altro, indipendentemente dal fatto che diventi improbabile che non vi sia vento o sole dappertutto nella rete. Una strategia connessa è per esempio quella di combinare sorgenti di energia complementari accoppiando l energia eolica ove tende ad avere picchi di potenza di notte con energia solare che invece ha le punte a metà giornata. Un altro importante metodo è quella di usare un energia di cui si può controllare la produzione, come quella idroelettrica, per riempire i deficit temporanei di disponibilità di energia dal sole o dal vento. Se la produzione eccede la domanda, la prima può essere conservata per un utilizzo posteriore. L immagazzinamento può essere realizzato dove l energia è prodotta (per esempio usando l energia eccedente per comprimerla in caverne sotterranee) oppure al punto del consumo (per esempio per caricare al massimo tutte le batterie di veicoli, oppure producendo idrogeno via elettrolisi e immagazzinandolo alle stazioni di rifornimento). Una strategia complementare è quella di sovradimensionare la capacità di produzione massima per minimizzare il tempo quando la 10 Il costo privato è il valore monetario di tutta la mano d opera e del capitale necessario a produrre un bene o un servizio. Un calcolo ideale del costo privato non comprende sussidi governativi, imposizioni fiscali, o stime del valore di impatti negativi derivanti dal processo di produzione, come quelli sulla salute a causa dall inquinamento atmosferico originati dalla produzione e dai consumi. In poche parole questi impatti non calcolati (ma è facile determinarli) sono costi esterni 11 Nota del traduttore: il sistema di produzione e distribuzione dell energia elettrica attuale in tutto il mondo si basa su grandi centrali elettriche con combustibili fossili, carbone, prodotti petroliferi e gas naturale, oppure grandi centrali idroelettriche dalle quali parte una lunga rete di distribuzione e grandi stazioni di trasformazione per distribuire l elettricità a bassa tensione fino ai contatori degli utenti finali. La maggior parte degli impianti solari, eolici e con i moti dell acqua sono di piccola (soprattutto il fotovoltaico) o media grandezza, così che il costo di distribuzione risulta minimizzato perché serve utenti vicini al sito di produzione 5

6 disponibilità di vento o di sole è insufficiente a soddisfare la richiesta di energia, producendo così idrogeno per il trasporto, il riscaldamento e il rinfrescamento. E anche possibile gestire la domanda di energia. La gestione intelligente domanda/offerta può spostare i carichi flessibili, come riscaldamento, rinfrescamento e lavaggio, per meglio adeguare la disponibilità di energie dal sole e vento. E per tutti questi metodi di gestione della produzione/domanda di energie rinnovabili è utile sviluppare al meglio statistiche delle variabilità del tempo atmosferico e ottimizzarne così le previsioni dei cambiamenti a breve termine. Risorse energetiche complementari, per tagliare i picchi e i deficit temporanei, gestione intelligente della produzione/domanda e migliori previsioni del tempo atmosferico hanno limitati o nessun costo aggiuntivo, quindi dovrebbero essere usati in maniera più estesa possibile tecnicamente e socialmente. Tuttavia un sistema di energie da vento, acqua, sole richiede costi per l interconnessione delle risorse energetiche su vaste superfici territoriali (risultando così in un sistema detto super-rete intelligente) per impiegare immagazzinamenti di energia decentralizzata in batterie per i veicoli, ed anche per aggiungere capacità di produzione maggiore. Un piano per un sistema ottimale e per la sua operatività varieranno nello spazio e nel tempo, ma in generale avranno la combinazione del costo più basso formata da energie complementari, da tecnologie per colmare i deficit, interconnessioni di lunga distanza, immagazzinamenti centralizzati e decentralizzati, produzione di idrogeno, sovraccapacità di produzione che può soddisfare con sicurezza la domanda di energie 12. Recentemente numerosi studi hanno fatto indagini accurate e formali sulla domanda su come un sistema di energie rinnovabili possa essere progettato ed operato in modo da assicurare che la produzione sia capace di soddisfare la comanda di energia in tutta sicurezza. L ingegnere e programmatore informatico Ben Elliston e i suoi colleghi dell Università del New South Wales hanno simulato nel 2010 un sistema 100% con energie rinnovabili e alternative, basato su solare termico, eolico, fotovoltaico, idroelettrico ed energia elettrica da gas di bio-combustibili, il quale soddisfi la domanda nel Mercato Australiano Nazionale Elettrico. L ingegnere energetico Ian G. Mason ed i suoi colleghi dell Università di Canterbury hanno realizzato uno studio simile per la Nuova Zelanda, soddisfacendo la domanda con soprattutto con idroelettricità, vento ed energia geotermica. Il Fisico David Connolly e colleghi hanno nel, 2011 sviluppato un modello sull attuale sistema energetico irlandese e creato un piano energetico con 100% di rinnovabili per i settori elettrico, del riscaldamento e dei trasporti. Il Matematico analista Morten Grud Rasmussen e colleghi nel 2012 hanno studiato l immagazzinamento dell energia ed il bilanciamento della produzione con la domanda di energie in un sistema completamente basato su energie rinnovabili valido per tutto il sistema pan-europeo; hanno scoperto che un sistema al 100% di energie rinnovabili può soddisfare la domanda utilizzando una combinazione di stoccaggio di idrogeno, idroelettrico, con solo un piccolo apporto di sovra-produzione dell eolico e del sole, ove queste due fonti soddisfano da sole il 50% del fabbisogno.. Negli USA il vasto studio Renewable Electricity Future Study del National Renewable Energy Laboratory (2012) ha concluso che le tecnologie delle energie rinnovabili commercialmente disponibili oggi, con un più flessibile sistema elettrico potrebbero fornire facilmente l 80% del fabbisogno di elettricità degli Stati Uniti nel 2050 soddisfacendo la domanda oraria in ogni punto del Paese. La studentessa laureata (triennale) del Università di Stanford Elaine K. Hart con Jacobson nel 2011 hanno elaborato un modello di rete elettrica per la California per 2 anni, e il proessore Cory Budischak del Delaware Technical Community College, nella creazione del modello PJM Interconnection (una larga rete regionale dell Est degli Stati Uniti, ha scoperto che 12 n.d.t.: i costi dell interconnessione su lunghe distanze negli USA (dove gli abitanti per km2 sono pochi, salvo nelle megalopoli) hanno bisogno di studi accurati, come leggerete nei paragrafi successivi. In Italia e in molti paesi europei la situazione si presenta con problemi decisamente inferiori date le concentrazioni di abitati, di industrie e di imprese agricole in ogni regione, tutte di piccole dimensioni (è necessario pensare che l interconnessione deve coprirel intera Europa). Invece negli USA le piccole imprese sono una minima percentuale di tutto il comparto industriale ed agrario. 6

7 almeno il 99% dell energia elettrica fornita può essere prodotta carbon-free (senza emissioni di CO2 o equivalenti) con energie ottenute dal vento, acqua e sole. Sebbene ulteriori e approfondite ricerche siano necessarie per capire la configurazione ottimale dei sistemi di energie rinnovabili in un largo raggio di condizioni, gli studi fatti finora indicano che non vi è alcuna ragione tecnica ed economica per dimostrazioni contrarie alle rinnovabili nel mondo intero. Qual è la migliore strada per raggiungere il 100% La risposta breve è: espandere e modificare l infrastruttura della trasmissione e della distribuzione per adattare sistemi di energie alternative, ed aumentare la produzione di autoveicoli con batterie elettriche e a celle a combustibile di idrogeno, di imbarcazioni che navighino con motori elettrici mossi da una combinazione di batterie e celle a combustibile, aerei che possano volare con motori ad idrogeno liquido e con pompe di calore aria-aria, riscaldamenti a resistenza elettrica e ad idrogeno per alte temperature nei processi industriali (in un mondo che funziona con 100% di energie dal vento, acqua e sole, l idrogeno per il trasporto e il riscaldamento è prodotto dall idrolisi dell acqua). Una risposta con maggiori dettagli inizia con la presa d atto e l identificazione che gli attuali mercati energetici, le istituzioni e le politiche economiche che sono state sviluppate per la produzione e l utilizzazione delle sorgenti fossili, e non per energie alternative. Infatti, dato che i sistemi di energie con combustibili fossili sono basati su produzioni, trasmissioni e costi finali differenti da quelli necessari alle energie alternative, sono necessarie nuove politiche energetiche per far sì che le energie da vento, acqua e sole possano svilupparsi rapidamente e su larga scala come è socialmente auspicabile. Queste sono alcune delle politiche che possono aiutare e facilitare la transizione. Incentivi per la produzione di elettricità da rinnovabili I governi nazionali e dei singoli stati dovrebbero sviluppare, rafforzare od estendere due tipi di incentivi già esistenti: Renewable Portfolio Standards che obbligano i fornitori di energia elettrica a produrre un certa percentuale di elettricità da fonti energetiche rinnovabili, e le Feed-in Tarifs, cioè incentivi finanziari che promuovono investimenti in infrastrutture per energie rinnovabili, come per esempio sussidi a proprietari di piccoli sistemi fotovoltaici, per coprire la differenza fra i costi di produzione da rinnovabili (compreso la spesa per l interconnessione alla rete) e i prezzi correnti dell elettricità all utente 13. Stati e governi nazionali dovrebbero creare meccanismi per chiudere definitivamente e più velocemente possibile le centrali elettriche a carbone. Ognuna di queste centrali sono la maggiore fonte di inquinamento negli Stati Uniti e la maggior parte sono vecchie ed inefficienti. Permessi e finanziamenti semplificati Gli stati ed i governi nazionali dovrebbero semplificare e sveltire i processi di approvazione dei permessi per le produzioni di energie da vento, acqua e sole, nonché per le relative reti di trasmissione (per creare la rete intelligente - n.d.t.). Essi dovrebbero stabilire e finanziare programmi locali per l istallazione di sistemi fotovoltaici di dimensione ridotta. Questi programmi possono comprendere incentivi fiscali, riduzioni dirette sui prezzi, permessi semplificati (per esempio creazione di codici comuni, strutture unificate di emolumenti, di archiviazione e di amministrazione valide per tutti gli stati e regioni), banche verdi che forniscano finanziamenti pubblico-privati per progetti di distribuzione ad alta efficienza e lo sviluppo di strutture di energie rinnovabili per comunità che permettano alle persone di investire e beneficiare di sistemi di energie 13 N.d.T. - I sussidi RPS sono simili a quelli europei dell Accordo ; i secondi FiT a quelli già adottati in Italia, Germania ed altri stati europei con la differenza che in Italia la regolamentazione è incerta e burocratica. Per esempio i sussidi hanno un limite di tempo temporale e non comprendono i costi per l importante e necessaria costruzione di interconnessone della rete; poi vengono rinnovati per un ulteriore periodo limitato con modifiche di valore, e così di seguito. Ciò provoca incertezza, la quale non induce l industria e i consumatori finali a poter contare sicuramente e continuamente su tali incentivi. Inoltre l entità degli incentivi non è proporzionata alle differenze fra i prezzi di mercato perché non sono messi in atto regolamenti che controllino l equità dei sussidi rispetto agli altri prezzi. 7

8 rinnovabili che non siano istallate su terreni di loro proprietà (come già previsto normalmente da una legge proposta e approvata in California). Gestione della domanda Agenzie governative dovrebbero offrire finanziamenti municipali, incentivi e sconti al fine di promuovere l efficienza energetica degli immobili, macchinari e processi industriali. Essi dovrebbero incoraggiare i servizi pubblici ad utilizzare la gestione della rete nel rapporto domanda/offerta di riserva di energia a breve termine. Contemporaneamente dovrebbero implementare la misurazione virtuale per piccoli sistemi e adottare prezzi inferiori per incoraggiare la carica notturna delle batterie. Politiche del trasporto I governi dovrebbero attuare una legislazione che obbliga alla transizione verso veicoli del trasporto governativo a trazione elettrica ricaricabile per percorsi brevi e medie distanze, ed offrire incentivi e sconti per l acquisto di veicoli elettrici commerciali e privati. I governi dovrebbero anche sviluppare piani completi, linee guida ed incentivi per l istallazione su larga scala di stazioni di ricarica elettrica lungo strade pubbliche, ed in parcheggi commerciali pubblici e privati, garage, uffici e edifici commerciali, centri civici centri commerciali, scuole e parcheggi residenziali. La futura trasformazione energetica Gli ostacoli che impediscono di dare energia al mondo con il vento, l acqua ed il sole sono soprattutto sociali e politici, non tecnici od economici. Se la società continua a prendere decisioni basate su politiche di interessi di gruppo, e sceglie di favorire l energia nucleare, il carbone cosiddetto pulito, ed i biocarburanti, l uso dell energia continuerà a minacciare la salute ed il benessere degli ecosistemi e degli abitanti del pianeta. Se la società invece potesse far appello alla volontà politica e mettere in atto politiche di sensibilizzazione su larga scala, e di cambiamenti sociali, essa può risolvere i problemi dell energia e dell ambiente verso la metà del secolo. Sebbene ciò sia una grande impresa, non c è bisogno che sia realizzata dall oggi al domani; è incoraggiante ricordare che nel passato il mondo ha intrapreso grandi progetti di infrastrutture, di industrie e di ingegneria. Durante la seconda Guerra Mondiale gli Stati Uniti ed altri paesi hanno trasformato rapidamente le strutture dell industria aeronautica per produrre centinaia di migliaia di aerei. Nel 1956 il nostro Paese ha iniziato il lavoro di un sistema di autostrade intestatali che ora si estende per miglia. Il programma iconico Apollo, considerato largamente una dei maggiori traguardi tecnologici dell ingegneria, ha portato un uomo sulla Luna in meno di 10 anni. Questi successi suggeriscono che è socialmente politicamente possibile trasformare il sistema energetico globale e farlo muovere verso un futuro energetico sostenibile. Biografie degli autori Mark. A. Delucchi è uno scienziato ricercatore presso l Institute of Transportation Studies, dell Università della California, Davis. E specializzato nell analisi e pianificazione dei sistemi e nelle tecnologie dei sistemi di trasporto e delle relative implicazioni economiche,m ambientali ed ingegneristiche. La ricerca di Delucchi copre numerose aree che comprendono analisi di tutti i costi sociali dell uso dei veicoli a motore; analisi dettagliate delle emissioni di gas serra, degli inquinanti del ciclo di vita delle energie e dei materiali, modelli dell uso dell energia e dei relativi costi sociali dei moderni veicoli elettrici con batterie a celle ci combustibile, nonché analisi di fornire il 100% di energie rinnovabili per coprire il fabbisogno energetico mondiale con il vento, l acqua ed il sole Mark Z. Jacobson è professore di ingegnerizzazione civile e ambientale nonché Direttore del Atmosphere/Energy Program della Stanford University, nonché membro senior del Woods Institute for the Environment e del Precourt Institute for Energy, ambedue a Stanford. Lo scopo più importante della sua ricerca è la ottimizzazione sui gravi problemi atmosferici come l inquinamento atmosferico ed il riscaldamento globale; ed anche lo sviluppo e l analisi su larga scala delle soluzioni con energie rinnovabili. Ha sviluppato numerosi modelli matematici informatici per simulare l inquinamento dell aria ed i suoi effetti sul clima. Nel 2009 Jacobson e Delucchi un primo studio su come fornire energia al mondo unicamente con energie rinnovabili, seguito da un esteso progetto del

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