Costanza Marco Giancotti Davide Stano Mattia Di Giaimo Luca classe 2 A ITI I.I.S Europa Unita - Chivasso

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1 Costanza Marco Giancotti Davide Stano Mattia Di Giaimo Luca classe 2 A ITI I.I.S Europa Unita - Chivasso Il mix delle energie rinnovabili come risorsa per il Paese Solo interventi e strategie mirate nonché un aumento significativo dell efficienza con cui usiamo e produciamo energia, può consentire alle fonti rinnovabili di veder crescere in modo rilevante il loro contributo al fabbisogno globale di energia. La principale sfida ambientale del ventunesimo secolo è quella del clima globale. Per mantenere l aumento del riscaldamento entro il limite dei 2 C, vanno attuate riduzioni delle emissioni di gas serra dell ordine del 60-80% entro il secolo. Si tratta di una doppia sfida: non solo le emissioni di anidride carbonica stanno alterando in modo pericolosamente rapido il clima del pianeta ma le sorgenti principali di questi gas sono le fonti fossili di energia, fonti comunque limitate e il cui controllo è all origine di tensioni geopolitiche e conflitti bellici. La necessità di una diversa strategia energetica è dunque allo stesso tempo un imperativo ambientale e il presupposto per un pianeta più pacifico. Tale strategia punta in primo luogo su quelle fonti di energia che possono permettere uno sviluppo sostenibile all'uomo, senza che si danneggi la natura e per un tempo indeterminato. Rinnovabile e sostenibile sono concetti che,spesso, vengono confusi. Il fatto che un'energia sia rinnovabile non significa necessariamente che questa sia anche sostenibile; un esempio di tale differenza può essere visto nelle centrali legate a grandi bacini idroelettrici. Energia sostenibile è la modalità di produzione ed uso dell'energia che permette uno sviluppo sostenibile dell uomo in rapporto al suo habitat. Fonti rinnovabili alternative di energia sono invece tutte quelle diverse dagli idrocarburi cioè non fossili. Secondo la normativa vigente in Italia, facente riferimento a delibere del CIPE ed ai diversi decreti legislativi nonché alle indicazioni previste da Protocollo di Kyoto, vengono considerate fonti rinnovabili : «il sole, il vento, le risorse idriche, le risorse geotermiche, le maree, il moto ondoso e la trasformazione in energia elettrica dei prodotti vegetali o dei rifiuti organici e inorganici.» 1

2 Rientrerebbero in questo campo dunque: l energia geotermica ; l energia idroelettrica; l energia marina (energia delle correnti marine, energia a gradiente salino; energia mareomotrice; energia del moto ondoso; energia talassotermica); l energia solare(solare termico e termodinamico; solare fotovoltaico) ; l energia eolica; l energia di biomassa (biocarburanti; oli vegetali; cippato); la termovalorizzazione ( combustibile derivato da rifiuti; dissociazione molecolare) Nell'ambito della produzione di energia elettrica il Gestore Servizi Elettrici (GSE) classifica le fonti rinnovabili in "fonti programmabili" e "fonti non programmabili', a seconda che possano essere programmate in base alla richiesta di energia oppure no. FONTI PROGRAMMABILI impianti idroelettrici a serbatoio e bacino, rifiuti solidi urbani, biomasse, impianti assimilati che utilizzano combustibili fossili, combustibili di processo o residui FONTI NON PROGRAMMABILI impianti di produzione idroelettrici fluenti, eolici, geotermici, fotovoltaici, biogas In alcuni contesti anche il risparmio energetico ed l efficienza energetica sono considerate "fonti rinnovabili", considerando l'uso piuttosto che la produzione, all'interno della categoria dell'energia sostenibile. La riduzione dei consumi energetici infatti comporta una riduzione dei costi ambientali grazie alle minori emissioni di inquinanti ed una minore necessità di acquisto di permessi di emissione: è opportuno ricordare che, dal 2012 qualora, come molto probabile, il nostro Paese dovesse superare il livello di emissioni consentito nell ambito dell Emission Trading Scheme (EU ETS) verrebbero comminate delle multe. In caso di multa pari a 100 euro per tonnellata di CO 2 emessa, il costo evitato di 1 kwh risparmiato con una emissione specifica media di circa 0,5 kgco 2 /kwh è di 5 centesimi, pari a circa il suo costo di produzione. Emissioni di CO2 nel corso degli anni: si può notare come nel 1980 si ha un picco del valore della CO 2.Da li in poi si sono sempre cercati dei metodi per inquinare il meno possibile. 2

3 Diversamente da come si potrebbe pensare, la CO 2, anche se in minima parte, si può contenere. L'idea non è nuova, per la verità, ed è concettualmente molto semplice: la CO 2 viene intercettata e separata dai fumi di scarico, per esempio, di una centrale termoelettrica o di una raffineria. Questo processo è detto di "cattura". Poi, la CO 2 viene compressa fino alla liquefazione e trasportata da un sistema di tubi al sito del sequestro, dove è pompata nel sottosuolo. A partire dagli 800 metri di profondità le condizioni di pressione la mantengono liquida, e scegliendo il sito con le caratteristiche mineralogiche e geologiche giuste, viene intrappolata definitivamente. Da decenni, soprattutto in America, si pratica l'iniezione dell'anidride carbonica all'interno di giacimenti di petrolio per migliorarne il rendimento. La CO 2, infatti, da un lato aiuta a mantenere il giacimento in pressione, dall'altro "lava" la roccia come un solvente, favorendo il distacco del petrolio. La tematica della sostenibilità ambientale, tuttavia, si intreccia inevitabilmente con il problema del riscaldamento globale e delle emissioni di CO 2. A proposito della cosiddetta "termovalorizzazione" (cioè l'incenerimento) dei rifiuti, è da notare che solo in Italia viene considerata rinnovabile totalmente l'energia prodotta dalla termovalorizzazione laddove la UE considera invece "rinnovabile" solo la parte organica dei rifiuti (ovvero gli scarti biodegradabili). Tale posizione è condivisa da gran parte dei movimenti ambientalisti, per i quali deve essere scartata da tale computo l'energia prodotta dai rifiuti solidi urbani, in quanto questi sono prodotti anche con materie prime fossili o prodotti sintetici non biodegradabili. La sola parte organica dei rifiuti sarebbe dunque da considerarsi realmente "rinnovabile". Sebbene "non fossile", l'energia nucleare non è tradizionalmente considerata rinnovabile in quanto, per lo meno per quanto riguarda l'energia nucleare da fissione e il ciclo di reazione che si basa sull'uranio-235 come combustibile, il suo utilizzo dipende comunque da riserve limitate di materiali. L'uranio-235 infatti costituisce solo lo 0,7% del totale dell'uranio presente in natura, e in base alle riserve di uranio fino ad oggi accertate si prevede che al consumo 3

4 attuale, ma a prezzi di estrazione via via sempre più elevati, non ne resti che per 200 anni, secondo l'ipotesi più riduttiva.in realtà sono noti non meno di 150 minerali contenenti uranio in percentuali ritenute sfruttabili commercialmente (> 0.5%) e solo alcuni fra questi vengono attualmente utilizzati. Va, inoltre, ricordato che l'uranio è presente in tutte le acque salmastre e nelle ceneri pesanti delle centrali termoelettriche a carbone nelle quali si concentrano molti elementi pesanti, rendendo tale fonte energetica teoricamente inesauribile; in pratica i costi energetici di estrazione da queste fonti supera di gran lunga l'energia che questo uranio può dare. Sono, peraltro, ormai noti da svariati decenni, cicli di reazione nucleare "autofertilizzante" che, sfruttando il più abbondante uranio-238 (più del 99% del totale), promettono di prolungare la durata delle riserve di minerale. Analogo discorso può essere fatto a proposito dell'uso del torio-232, combustibile nucleare naturale più abbondante dell'uranio che sarebbe utilizzabile sia in reattori tradizionali che in autofertilizzanti. In prospettiva più lontana è allo studio anche lo sfruttamento l'energia nucleare da fusione nel ciclo del deuterio e trizio: prodotta a partire da elementi in pratica inesauribili in natura, è pertanto anche da considerarsi energia rinnovabile secondo la definizione data sopra. Anche sulla classificazione dell'energia geotermica non esiste uniformità di giudizio, in quanto è stata rilevata e osservata la possibilità di esaurimento di un campo geotermico: si teme la produttività dei pozzi possa diminuire nel tempo, anche del 30% in dieci anni. Le prospettive di uso futuro dipendono dall'esplorazione delle risorse potenziali disponibili, in particolare nei paesi in via di sviluppo e dalle richieste in relazione all'ambiente e all'accettazione sociale. Le centrali geotermiche possono funzionare 24 ore al giorno, fornendo un apporto energetico di base e nel mondo la capacità produttiva potenziale stimata per la generazione geotermica è di 85 GW per i prossimi 30 anni. Tuttavia l'energia geotermica è accessibile soltanto in aree limitate del mondo, che includono gli Stati Uniti, l'america centrale, l'indonesia, l'africa orientale, le Filippine e l'italia. Il costo dell'energia geotermica è diminuito drasticamente rispetto ai sistemi costruiti negli anni '70. La generazione di calore per il riscaldamento geotermico può essere competitiva in molti paesi in grado di produrlo, ma anche in altre regioni dove la risorsa è a una temperatura più bassa. Tra le fonti rinnovabili generalmente dette "classiche si trovano certamente le centrali idroelettriche, che hanno il vantaggio di avere lunga durata, sono pulite e hanno poche emissioni, queste ultime sono apprezzabili soltanto se associate con bacini poco profondi in località calde (tropicali). 4

5 Altre critiche dirette alle grosse centrali idroelettriche a bacino includono lo spostamento degli abitanti delle zone in cui si decide di fare gli invasi necessari alla raccolta dell'acqua e il rilascio di grosse quantità di biossido di carbonio durante la loro costruzione e l'allagamento della riserva. Le aree con più elevata crescita nell'idroelettrico sono le economie asiatiche in forte crescita, con la Cina in testa; tuttavia anche altre nazioni asiatiche stanno installando molte centrali di questo tipo. Questa crescita è guidata dai crescenti costi energetici e il desiderio diffuso di generazione energetica "in casa", pulita, rinnovabile ed economica. Il mercato per le tecnologie delle NFER è forte e in crescita principalmente in Paesi come la Germania, la Spagna, gli Stati Uniti e il Giappone. La sfida è allargare le basi di mercato per una crescita continuativa in tutto il mondo. La diffusione strategica in un paese non solo riduce i costi della tecnologia per gli utenti locali, ma anche per quelli negli altri Paesi, contribuendo a una riduzione generale dei costi e al miglioramento delle prestazioni. I sistemi di riscaldamento solare sono tecnologie di seconda generazione ben conosciute e generalmente consistono di collettori termici solari, un sistema fluidodinamico per trasferire il calore dal collettore al punto di utilizzo e un serbatoio o una cisterna per lo stoccaggio del calore per usi successivi. Tali sistemi possono essere usati per riscaldare l'acqua domestica, quella delle piscine o per riscaldare ambienti. Il calore può anche essere usato per applicazioni industriali o come sorgente energetica per altri usi, come i dispositivi di raffreddamento In molte zone climatiche un sistema di riscaldamento solare può fornire una percentuale molto alta (dal 50 al 75%) dell'energia necessaria a riscaldare l'acqua domestica. 5

6 Negli anni '80 e nei primi anni '90 la maggior parte dei moduli fotovoltaici fornivano energia elettrica soltanto per le regioni isolate, ma circa dal 1995 gli sforzi industriali si sono concentrati in modo considerevole sullo sviluppo di pannelli fotovoltaici integrati negli edifici e centrali allacciate alla rete elettrica. Attualmente la centrale fotovoltaica più grande del mondo si trova in Germania (Waldpolenz) con 30 MW di picco e un progetto di estensione a 40 MW, mentre quella più grande del nord America si trova presso la Nellis Air Force Base (15 MW). Ci sono proposte per la costruzione di una centrale solare nel Victoria in Australia, che diverrebbe la più grande al mondo con una capacità produttiva di 154 MW. Alla fine del 2006 la capacità di produzione Centrale Fotovoltaica mondiale tramite generatori eolici era di 74,223 MW e nonostante attualmente fornisca meno dell'1% del fabbisogno mondiale, produce circa il 20% dell'elettricità in Danimarca, il 9% in Spagna e il 7% in Germania. Alcune delle fonti rinnovabili di seconda generazione, come l'eolico, hanno grossi potenziali di crescita e hanno già raggiunto dei bassi costi di produzione, comparabili con quelli delle altre fonti di energia. Esistono, comunque, alcune resistenze al posizionamento delle turbine in alcune zone per ragioni estetiche o paesaggistiche. E poi, in alcuni casi, potrebbe essere difficile integrare la produzione eolica nelle reti elettriche a causa dell'"aleatorietà" dell'approvvigionamento fornito. Le tecnologie che sono ancora in corso di sviluppo includono la gassificazione avanzata delle biomasse, le tecnologie di bioraffinazione, le centrali solari termodinamiche, l'energia geotermica da rocce calde e asciutte e lo sfruttamento dell'energia oceanica. Tali tecnologie non sono ancora completamente testate o hanno una commercializzazione limitata. Molte sono all'orizzonte e potrebbero avere un potenziale comparabile alle altre forme energetiche rinnovabili, ma sono condizionate ancora dalla ricerca di adeguati investimenti per il loro sviluppo. Secondo l'iea, le nuove tecnologie bioenergetiche (biocarburanti) che si stanno sviluppando oggi, in particolare le bioraffinerie per l'etanolo dalla cellulosa, potrebbero permettere ai biocarburanti di giocare un ruolo molto più importante nel futuro di quanto si pensasse in precedenza. L'etanolo da cellulosa si può ottenere da materia organica di piante composta principalmente da fibre di cellulosa non commestibili che ne formano gli steli e i rami. I residui delle coltivazioni (come i 6

7 gambi del mais, la paglia del grano e del riso), gli scarti di legno e i rifiuti solidi cittadini sono sorgenti potenziali di biomassa di cellulosa. Colture dedicate alla produzione energetica, come il panicum virgatum, sono promettenti fonti di cellulosa che potrebbero essere sostenibilmente prodotte in molte regioni. Attualmente Il Brasile ha uno dei più grandi programmi per l'energia rinnovabile al mondo, coinvolgendo la produzione di bioetanolo, dalla canna da zucchero e l'etanolo, che fornisce il 18% del carburante automobilistico. Come risultato, assieme allo sfruttamento delle locali profonde riserve petrolifere, il Brasile, che in passato doveva importare una grande quantità di petrolio necessario al consumo interno, ha recentemente raggiunto la completa autosufficienza petrolifera. Le centrali solari termodinamiche sono state rese operative commercialmente con successo in California alla fine degli anni '80, comprendendo la più grande centrale solare di ogni genere, le centrali del gruppo Solar Energy Generating Systems da 350 MW totali. La Nevada Solar One è un'altra centrale da 64 MW recentemente aperta. Altre centrali solari paraboliche proposte sono le due da 50 MW in Spagna e una da 100 MW in Israele. In termini di sfruttamento dell'energia degli oceani, un'altra delle tecnologie di terza generazione, il Portogallo ha la prima centrale a onde marine commerciale al mondo. Nel caso si rivelasse un successo, altri 70 milioni di euro saranno investiti prima del 2009 in altre 28 macchine per generare 525 MW. Sono stati annunciati dal Governo scozzese nel febbraio del 2007 finanziamenti per una centrale a onde marine, per un costo di oltre 4 milioni di sterline, come parte di un pacchetto di investimenti di 13 milioni di sterline. La centrale sarà la più grande al mondo con una capacità di 3 MW generata da quattro macchine Pelamis. Nel 2007 la prima centrale al mondo ad energia mareomotrice di concezione moderna viene installata nello stretto di Strangford Lough in Irlanda. Il generatore sottomarino da 1,2 MW, parte dello schema per il finanziamento per l'ambiente e le energie rinnovabili nell'irlanda del nord, approfitterà del veloce flusso di marea (fino a 4 metri al secondo) nel braccio di mare. Anche se ci si aspetta che il generatore produca abbastanza energia per rifornire un migliaio di case, le turbine avranno un impatto ambientale minimo, poiché saranno quasi completamente sommerse e il movimento dei rotori non costituisce un pericolo per la fauna selvatica poiché girano a una velocità relativamente bassa. 7

8 Alcune di queste fonti (in particolare quella solare) possono inoltre permettere la microgenerazione e la generazione distribuita, ossia essere prodotte in piccoli impianti domestici distribuiti sul territorio che possono soddisfare il bisogno energetico di una singola abitazione o piccolo gruppo di abitazioni. Questo permetterebbe di risparmiare l'energia che si perde nella fase di distribuzione di energia elettrica, per esempio sugli elettrodotti, sebbene comporti anche la necessità di ridefinire la struttura della rete elettrica nazionale. Si deve comunque ricordare che è ancora oggetto di discussione il fatto che sia realmente possibile soddisfare tutto l'attuale fabbisogno energetico del pianeta solo con il potenziale energetico proveniente da fonte rinnovabile; permangono ad esempio problemi riguardo "l'aleatorietà" e "non programmabilità" di molte delle fonti di energia rinnovabile (in particolare solare ed eolico), che impongono un ripensamento globale delle reti elettriche e la necessità di sistemi di stoccaggio dell'energia. Il problema dello stoccaggio risulta infine fondamentale per il settore dei trasporti (e in particolare per aerei e navi), per il quale sono attualmente allo studio sistemi come quello delle celle a combustibile per l'immagazzinamento dell'energia necessaria. Un esempio da seguire potrebbe essere quello della Svezia. Infatti inizialmente essa si è orientata verso l uso di combustibili fossili: nel 1970 il petrolio copriva il 77 % del fabbisogno energetico del Paese, il resto veniva dalla produzione di energia nucleare ( centrale di Forsmark, Ringhals e Oskarshamm). Dopo la crisi degli anni Settanta, la Svezia si pose l obbiettivo si essere meno dipendente del petrolio e iniziò a sviluppare impianti idroelettrici in prossimità di corsi d acqua e impianti eolici lungo le coste. 8

9 I risultati non si sono fatti attendere : nel 2004 quando i Paesi della UE ricavavano in media solo il 6% della loro energia da fonti rinnovabili, la Svezia raggiungeva il 26% e l energia prodotta con il petrolio era scesa al 32%. Contemporaneamente cresceva anche la quota del nucleare: nel 2006, metà della produzione di energia elettrica dipendeva da questa fonte. Nel 2006 la Svezia ha annunciato di voler rendere il Paese indipendente dal petrolio e si è posta l obiettivo di diventare entro il 2020 la prima nazione al mondo a poter fare a meno dell oro nero: per quella data nessuna abitazione dovrà più ricorrervi per il proprio riscaldamento e nessun automobilista dovrà essere costretto a utilizzare la benzina come unica opzione disponibile. Le stazioni di rifornimento più grandi devono dotarsi di una pompa che eroghi combustibile alternativo. Questa politica rende la Svezia uno dei Paesi europei più lungimiranti nel campo delle politiche energetiche. Per rendere fattibile il piano, la Svezia adotterà sgravi fiscali per l utilizzo di fonti alternative al petrolio, aumenterà i finanziamenti per la ricerca nel settore delle energie rinnovabili, effettuerà investimenti più cospicui nella produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili e nella diffusione del teleriscaldamento. Appare, quindi, evidente che il superamento delle diverse barriere, che ostacolano la diffusione delle tecnologie più efficienti, richieda non solo qualche generoso incentivo ma un quadro coerente di politiche,misure, strategie ed interventi mirati. Mettere a sistema l obiettivo dell efficienza energetica, oltre che un imperativo ambientale, rappresenta anche una prospettiva economica per il nostro Paese. 9