SOSTENIBILITA ED ENERGIA.

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1 Progetto GRUNDTVIG 2 ESSQA ( Educazione allo sviluppo sostenibile e Qualità dell Ambiente ) Seminario di diffusione. Rifiuti ed Energia: due tematiche attuali Firenze, febbraio 2006 SOSTENIBILITA ED ENERGIA. Il concetto di sviluppo sostenibile. All inizio del XXI secolo sono ormai evidenti i fatti concreti di una crisi globale che mette in serio pericolo gli equilibri del nostro pianeta. In nessun altro periodo della storia documentata dell umanità abbiamo sperimentato le difficoltà esistenti tra il processo evolutivo umano con le leggi della natura. Non conosciamo gli effetti a medio-lungo termine delle reazioni dei macrosistemi naturali alle pressioni inflitte dall uomo. Il progresso ha fatto crescere la più grave crisi che l umanità abbia affrontato: lo sconvolgimento del clima globale. Già nel 1972, data nella quale viene emanata a Stoccolma la Declaration of the United Conference on the Human Environment, si è iniziato a riflettere a livello mondiale su quali strategie applicare per i futuri modelli di sviluppo e ad istituzionalizzare l interesse per l ambiente, che viene gradualmente ad integrarsi con i diversi interessi di carattere economico e sociale, confluendo in quello che è divenuto il principio cardine dell approccio attuale: nella Rio Declaration on Environment and Development del 1992 viene formalizzato il concetto di sviluppo sostenibile, già introdotto dal cosiddetto Rapporto Bruntland del 1987 della WCED, per cui la soddisfazione dei bisogni attuali non deve compromettere la possibilità per le future generazioni di andare incontro alle proprie necessità. La metodologia proposta è quella dell efficienza, che mira a ridurre l intensità delle risorse naturali (materie prime ed energia) impiegate per ogni unità di prodotto attraverso l utilizzo di più aggiornati ed efficienti processi di produzione, accompagnata da quella della sufficienza, principio morale della via della moderazione e della giustizia sociale, in un accezione di equità intergenerazionale quanto intragenerazionale. La sostenibilità dello sviluppo si è evoluta in una realtà che sta sempre più entrando a far parte di tutte le odierne decisioni politiche, sociali, economiche e tecnologiche a livello mondiale. La nozione di sostenibilità implica la gestione delle risorse sotto tre aspetti: l utilizzo delle risorse rinnovabili deve essere effettuato a tassi non superiori a quello al quale esse si rigenerano; per le risorse non rinnovabili, è necessario ottimizzare l efficienza con la quale esse vengono utilizzate, tenendo conto della sostituibilità tra risorse e del progresso tecnologico; la quantità di inquinanti riversati nell ambiente deve considerarne la capacità di carico e di assimilazione. In seguito alla Conferenza di Rio è stato introdotto il principio-guida della così designata ecoefficienza, che richiede che l uso dei combustibili fossili, responsabili in gran parte del cambiamento climatico, sia soppiantato dall impiego di fonti energetiche alternative e rinnovabili. Lo strumento principale per il raggiungimento degli obiettivi sopra previsti è 1

2 Agenda XXI un programma d azione che opera a livello regionale o locale per far fronte ai pressanti problemi globali correnti attraverso dettagliate proposte di indirizzo socio-economico. Il Protocollo di Kyoto ha l obiettivo di ridurre e stabilizzare la concentrazione di gas serra da attività antropiche nell atmosfera a livelli accettabili, mediante l implementazione e l elaborazione di politiche e misure d intesa con le azioni a livello nazionale, come: la promozione dell efficienza energetica nei settori importanti per l economia nazionale, la diminuzione di emissioni dei gas serra tenendo presenti gli accordi internazionali inerenti l ambiente, incrementando forme di agricoltura e gestione delle foreste compatibili, ricerca e sviluppo, promozione e crescente utilizzo delle forme di energia rinnovabile e di tecnologie avanzate, progressiva riduzione o eliminazione delle imperfezioni di mercato come incentivi, esenzioni fiscali e sussidi nei settori maggiormente responsabili delle emissioni, incoraggiamento di appropriate riforme nei settori rilevanti finalizzate a politiche e misure in direzione del suddetto obiettivo, interventi nel settore dei trasporti ed in quello di produzione, trasporto e distribuzione dell energia. Quanto sopra deve avvenire in un ambito di cooperazione, scambio di informazioni, nonché integrazione di politiche ed azioni condivise. Energia e sostenibilità La questione energetica si colloca al centro del concetto di sviluppo sostenibile. Per di più le scelte energetiche interessano tutti gli aspetti socio-economici, inclusi i mezzi di sussistenza, la risorsa idrica, l agricoltura, aspetti demografici, salute, industria, trasporti, occupazione e problemi ad essi correlati. Il tema dell energia non è fine a se stesso, ma un importante punto di partenza per il conseguimento delle finalità inerenti i tre pilastri dell idea di sostenibilità: condivisione della responsabilità sociale, crescita sostenibile, tutela e salvaguardia dell ambiente. Per raggiungere questi obiettivi è necessario un cambiamento di direzione degli approcci tradizionali verso la diffusione di sistemi energetici basati sulle fonti rinnovabili, l efficienza energetica, le tecnologie più avanzate e pulite, che renderanno possibile l integrazione degli interessi sociali, economici ed ambientali. Le fonti rinnovabili sono certamente coerenti con un modello sostenibile di sviluppo. Esse aiutano a ridurre la dipendenza dalle importazioni di fonti di energia cosiddetta convenzionale- fossile ed idrocarburica-, dando sicurezza agli approvvigionamenti. Oltre a ciò contribuiscono alla competitività delle attività almeno nel lungo periodo ed hanno un impatto positivo sullo sviluppo regionale e sull occupazione. L'egemonia del petrolio, infatti, è diventata, ad oggi, fattore di crisi. La Comunità Europea finanzia ed incentiva ora con programmi specifici l'utilizzo delle energie rinnovabili e lo sviluppo delle tecnologie per il loro sfruttamento. L Unione Europea, insieme ad i suoi Stati membri, sta lavorando intensamente per il miglioramento dell efficienza energetica negli usi finali in tutti i settori, contemporaneamente all avanzamento 2

3 delle fonti rinnovabili. Quello in cui ci troviamo è un momento cruciale per la risoluzione di problemi ambientali, di autosufficienza e di costi e per provvedere ai fabbisogni per illuminazione, riscaldamento, condizionamento e trasporti, specialmente alla luce dell accordo di Kyoto, dove tutto questo giocherà un ruolo chiave nel raggiungimento degli obiettivi anche economici dell UE. Gli interventi per un uso razionale dell energia contengono azioni dal lato della domanda, dove gli utilizzatori di energia hanno grande rilievo, e riguardano l possibilità di mantenere il benessere e della qualità della vita a fronte della riduzione dell intensità e dei consumi energetici. I settori dove realizzare ed incoraggiare l efficienza energetica sono : negli edifici, che contano il 40% del fabbisogno dell UE, mediante misure che spaziano tra impianti e materiali e illuminazione, nell industria, magari per mezzo di processi di cogenerazione (Combined Heat and Power ) nei trasporti, tramite misure tecniche e non, o l utilizzo di biocombustibili, nei processi produttivi, per esempio attraverso la Life Cycle Analysis e lo strumento della Certificazione. L ultimo passo è quello di cambiare il comportamento degli utilizzatori finali in modo effettivo e permanente. La situazione italiana nel settore elettrico è rappresentata nella tabelle: Le fonti rinnovabili. Considerazioni economiche: costi benefici. Le fonti rinnovabili contribuiscono per circa il 20% al fabbisogno energetico mondiale, e per il 6% a quello europeo (più di 40 milioni di tonnellate equivalenti di petrolio all'anno), laddove la rimanente parte viene coperta dai combustibili fossili (per il 40% si tratta di petrolio) ed in piccola parte dal nucleare. Questo contributo proviene in sostanza dall impiego delle biomasse per un 60% e dalle centrali idroelettriche al 30%, mentre quello delle cosiddette nuove fonti rinnovabili (solare, eolica, mini-idraulica, nuovo impiego delle biomasse, geotermia, energia delle maree) ammonta a circa il 2% del consumo energetico mondiale, porzione trascurabile rispetto alle potenzialità ed alle necessità di un loro sfruttamento su ampia scala. Nella Comunità Europea si prevede per i prossimi anni il raddoppio di tale contributo, grazie soprattutto alle biomasse, ai biocarburanti, alla valorizzazione dei rifiuti urbani, all'energia eolica e alla minidraulica. Va accennato che il contributo del solare per il riscaldamento e l'essiccamento e di molte biomasse, soprattutto nei PvS, 3

4 non viene in genere contabilizzato, in quanto difficilmente valutabile al di fuori dei normali circuiti commerciali. In una situazione di evoluzione del sistema energetico dei Paesi industrializzati verso nuovi assetti, i problemi pratici di cui bisogna prendere atto nel ragionamento sulle fonti energetiche rinnovabili sono essenzialmente: - la discontinuità della loro disponibilità, - la bassa intensità di potenza per unità di superficie impegnata, - gli alti costi di produzione e delle tecnologie. La possibilità di sfruttare diverse fonti rinnovabili è oramai dimostrata. Restano ancora irrisolti, appunto, problemi di efficienza e soprattutto economici. La produzione di energia da fonti rinnovabili presuppone dei costi che non sono per niente concorrenziali rispetto all'utilizzo dei combustibili tradizionali. Gli impianti occupano in molti casi grandi superfici (come molte wind farm o pannelli fotovoltaici) per ottenere solamente esigue quantità di energia. I costi elevati e la scarsa diffusione delle opportunità esistenti per accedere a fondi comunitari non valorizzano come dovrebbe essere il settore del rinnovabile in Italia. L applicazione dei diversi tipi di energie rinnovabili dipende strettamente dalla risorsa disponibile in loco. Tuttavia, quelli economici sono fattori ugualmente cruciali. In questo senso esiste una serie di motivi per cui la diffusione delle fonti alternative risulta problematica: i prezzi non riflettono il costo effettivo e la competitività rispetto alle fonti tradizionali è penalizzata, sussistono notevoli difficoltà nei confronti delle attività di pianificazione e del sistema delle concessioni, problemi inerenti l allacciamento alle reti di distribuzione, insufficiente riconoscimento e remunerazione dei benefici dovuta ai pregiudizi, tariffe di accesso e discriminazioni. Perciò, per superare tali difficoltà, sarà necessario mettere a punto strumenti idonei e politiche di sostegno per poter operare adeguatamente nel mercato delle energia ad oggi dominato dalle energie convenzionali.. In particolare, se si considerano gli aspetti giuridici e di regolamentazione, si dovrà: stabilire misure fiscali e finanziarie specifiche e avanzate da un lato, e dall altro le priorità ambientali in cui contestualizzare le scelte energetiche, assicurare le forniture energetiche e la loro qualità, la semplificazione degli ostacoli di natura amministrativa per i fornitori. Inoltre sarà opportuno: fare in modo che gli operatori dei sistemi di distribuzione accettino elettricità da rinnovabili a loro offerta, fissare linee-guida per il prezzo da pagare a chi genera da fonti rinnovabili, che almeno equivarrà al costo dell elettricità risparmiata più un premio riflettente i benefici ambientali e sociali, evitare le discriminazioni tra i produttori da rinnovabili, dotarsi delle infrastrutture necessarie, nonché di piani per sistemi di accumulazione che garantiscano il massimo utilizzo di elettricità da tali fonti; ed, ancora, da un punto di vista strutturale: supportare programmi dal lato della domanda e le compagnie di servizi energetici, promuovere lo sviluppo ed la commercializzazione delle energie alternative, le capacità di 4

5 gestione locali, la cooperazione tra infrastrutture e tra gli attori del mercato e con il settore privato. Dal lato prettamente economico e finanziario, poi, sarà indispensabile: il sostegno finanziario agli investimenti ed i sussidi per l avvio di nuovi impianti di produzione da fonti rinnovabili, il supporto finanziario ai consumatori che vogliano acquistare servizi e attrezzature legate al rinnovabile o comunque all uso razionale dell energia, l introduzione di misure innovative di finanziamento, come il microcredito, ed incoraggiare il finanziamento tramite terzi, la rimozione degli svantaggi imposti alle politiche dei prezzi delle fonti alternative, che spesso proteggono quelle convenzionali, e la collocazione tra le priorità delle une rispetto alle altre. Energie rinnovabili. Considerazioni sulle tecnologie. Si propone una rassegna delle principali tipologie di applicazione delle fonti rinnovabili. L utilizzazione dell energia eolica, realizza una bassa densità energetica per unità di superficie di territorio, e quindi necessita dell installazione, nei siti favorevoli, di più macchine per lo sfruttamento della risorsa disponibile. Questo ovviamente non preclude l uso di impianti con macchina singola. L'esempio più tipico di impianto eolico è costituito dalla wind farm ( vd.figura 1 ) (cluster, ovvero gruppi, di più aerogeneratori disposti variamente sul territorio, ma collegati ad una unica linea che li raccorda alla rete locale o nazionale). La concezione della wind farm è legata allo sfruttamento della risorsa eolica e deve commisurarsi ad alcuni concetti base: risorsa accessibile, tecnicamente ed economicamente sfruttabile. Ma soprattutto deve strutturarsi sulla base delle esigenze dell'utenza cui si riferisce. Gli impianti possono essere sostanzialmente di tre tipologie: isolati, combinati o integrati in cluster (in genere collegati alla rete di potenza o ad una rete locale con sistemi diesel). Il costo della macchina può ritenersi compreso fra 2/3 e 3/4 del costo totale di installazione in funzione delle caratteristiche orografiche del sito. Il costo di produzione varia in funzione della taglia delle macchine e della ventosità del sito. Bisogna ricordare che il costo del kwh prodotto dipende fortemente dalla ventosità del sito e quindi la sua scelta è fondamentale e deve basarsi su una corretta campagna anemologica Gli impianti eolici producono un impatto sull'ambiente estremamente limitato e fondato sui seguenti fattori: occupazione del territorio; variazione al paesaggio; emissioni acustiche; interferenze elettromagnetiche; disturbo all'avifauna stanziale e migratoria; produzione di energia da immettere direttamente sulla rete locale (impatto positivo); disponibilità di potenza direttamente vicino ai centri di carico locali (idem ); emissioni inquinanti evitate dalla sostituzione di una quota parte del parco termoelettrico (idem). Di questi fattori solo i primi due possono in qualche modo considerarsi particolarmente significativi e provati. Tuttavia il fattore rappresentato dall'occupazione del suolo di fatto non 5

6 esclude gli altri usi del territorio in quanto solo l'1-2% del territorio occupato dalla wind farm è materialmente indisponibile per l'esistenza stessa delle macchine. Gli impianti eolici, insieme agli impianti idraulici (anche di piccola taglia), sono gli unici in grado di sostituire quote significative di impianti basati su fonti fossili, per cui per ogni unità di energia elettrica prodotta verrebbero risparmiati significativi quantitativi di emissioni. Figura n.1 La tecnologia fotovoltaica, sviluppata alla fine degli anni 50 nell'ambito dei programmi spaziali, per i quali occorreva disporre di una fonte di energia affidabile ed inesauribile, si va oggi diffondendo molto rapidamente anche per applicazioni terrestri, come l'alimentazione di utenze isolate o gli impianti installati sugli edifici e collegati ad una rete elettrica preesistente. Il funzionamento dei dispositivi fotovoltaici si basa sulla capacità di alcuni materiali semiconduttori, opportunamente trattati, di convertire l'energia della radiazione solare in energia elettrica in corrente continua senza bisogno di parti meccaniche in movimento. Il materiale semiconduttore quasi universalmente impiegato oggi a tale scopo è il silicio. Il componente base di un impianto FV è la cella fotovoltaica, che è in grado di produrre circa 1,5 Watt di potenza in condizioni standard, vale a dire quando essa si trova ad una temperatura di 25 C ed è sottoposta ad una potenza della radiazione pari a 1000 W/m². La potenza in uscita da un dispositivo FV quando esso lavora in condizioni standard prende il nome di potenza di picco (Wp) ed è un valore che viene usato come riferimento. L'output elettrico reale in esercizio è in realtà minore del valore di picco a causa delle temperature più elevate e dei valori più bassi della radiazione. Più celle assemblate e collegate tra di loro in una unica struttura formano il modulo fotovoltaico ( vd.figura 2 ). Il modulo FV tradizionale è costituito dal collegamento in serie di 36 celle, per ottenere una potenza in uscita pari a circa 50 Watt, ma oggi, soprattutto per esigenza architettoniche, i produttori mettono sul mercato moduli costituiti da un numero di celle molto più alto e di conseguenza di più elevata potenza, anche fino a 200 Watt per ogni singolo modulo. A seconda della tensione necessaria all'alimentazione delle utenze elettriche, più moduli possono poi essere collegati in serie in una "stringa". La potenza elettrica richiesta determina poi il numero di stringhe da collegare in parallelo per realizzare finalmente un generatore fotovoltaico. Il trasferimento dell'energia dal sistema fotovoltaico all'utenza avviene attraverso ulteriori dispositivi, necessari per trasformare ed adattare la corrente continua prodotta dai moduli alle esigenze dell'utenza finale. Il complesso di tali dispositivi prende il nome di BOS (Balance of System). Un componente essenziale del BOS, se le utenze devono essere alimentate in corrente alternata, è l'inverter, dispositivo che converte la corrente continua in uscita dal generatore FV in corrente alternata. Il mercato fotovoltaico mondiale ha conosciuto negli ultimi anni un notevole sviluppo, passando dai 45 MWp del 1990 ai 1300 MWp del Questo grande risultato è stato possibile grazie al parallelo sviluppo di due tipologie di applicazioni: gli impianti isolati e quelli installati sugli edifici 6

7 ed integrati alla rete elettrica. Gli incrementi più elevati nella potenza installata sono stati senza dubbio quelli del Giappone, degli Stati Uniti e della Germania, soprattutto grazie ai programmi di incentivazione da parte delle autorità govrnative che, non solo hanno fornito sussidi per l'installazione di impianti FV, ma in alcuni casi (come in Germania) hanno comprato l'elettricità in eccesso prodotta da tali impianti e riversata in rete ad un prezzo molto maggiore di quello di vendita dell'elettricità tradizionale, come a voler "premiare" le caratteristiche ecologicamente compatibili di tale energia. In Italia, dopo una fase di grande fermento della prima metà degli anni '90 in cui l'enel ha installato diverse centrali fotovoltaiche (la più grande delle quali la centrale di Serre nel salernitano di 3,3 MWp), il mercato ha vissuto un forte rallentamento soprattutto per l'assenza di adeguati meccanismi di incentivazione ed attualmente si registra un nuovo interesse anche con strumenti normativi più incisivi soprattutto per i moduli produttivi superiori a 3 kwp ( classica utenza domestica ). Le voci che costituiscono il costo di un sistema fotovoltaico sono: costi di investimento, costi d'esercizio (manutenzione e personale) e altri costi (assicurazioni e tasse). Il costo d'investimento è in prima approssimazione diviso al 50% tra i moduli ed il resto del sistema. Nel corso degli ultimi due decenni il prezzo dei moduli è notevolmente diminuito al crescere del mercato. Tuttavia, il prezzo del kwp installato è ancora tale da rendere questa tecnologia non competitiva dal punto di vista economico con altri sistemi energetici, se non in particolari nicchie di mercato o in presenza di meccanismi di incentivazione. I vantaggi dei sistemi fotovoltaici sono la modularità, le esigenze di manutenzione ridotte (dovute all assenza di parti in movimento), la semplicità d'utilizzo, e, soprattutto, un impatto ambientale estremamente basso. In particolare, durante la fase di esercizio, l'unico vero impatto ambientale è rappresentato dall'occupazione di superficie. Tali caratteristiche rendono la tecnologia fotovoltaica particolarmente adatta all'integrazione negli edifici in ambiente urbano. In questo caso, infatti, sfruttando superfici già utilizzate, si elimina anche l'unico impatto ambientale in fase di esercizio di questa tecnologia. I benefici ambientali ottenibili dall adozione di sistemi FV sono proporzionali alla quantità di energia prodotta, supponendo che questa vada a sostituire dell'energia altrimenti prodotta con fonti convenzionali. Figura n.2 Per energia idroelettrica si intende l'energia elettrica che si otteniene da una caduta d'acqua, convertendo con apposito macchinario l'energia meccanica contenuta nella portata d'acqua in energia elettrica. Gli impianti idraulici, quindi, sfruttano l'energia potenziale meccanica contenuta in una portata di acqua che si trova disponibile ad una certa quota rispetto al livello cui sono posizionate le turbine. Pertanto la potenza di un impianto idraulico dipende da due termini: il salto (dislivello esistente fra la quota a cui è disponibile la risorsa idrica svasata e il livello a cui la stessa viene restituita dopo il passaggio attraverso la turbina) e la portata (la massa d'acqua che fluisce attraverso la macchina espressa per unità di tempo). Gli impianti possono essere ad acqua fluente, a bacino o di accumulo a mezzo pompaggio (cosiddette a rigenerazione). In base alla taglia di potenza nominale della centrale, gli impianti idraulici si suddividono in: 7

8 - Micro-impianti: P < 100 kw; - Mini-impianti: 100 < P (kw) < 1000; - Piccoli-impianti: 1000 < P (kw) < 10000; - Grandi-impianti: P > kw. Una centrale è composta in genere da un'opera di derivazione (contenente uno sbarramento), un'opera di adduzione (condotte di collegamento), una condotta forzata, una centrale elettrica che contiene il macchinario di conversione e generazione e un'opera di restituzione. La derivazione di acque è regolata per legge sulla base di apposite concessioni governative che risultano sempre a titolo oneroso e che sono soggette a rinnovo con durata, in genere, almeno ventennale. La portata derivata da un bacino deve essere tale da rispettare l'ambiente e l'idrologia del corpo idrico intercettato. Il cosiddetto Deflusso Minimo Vitale (DMV) rappresenta il limite posto alla portata derivabile affinché l'impianto sia compatibile con l'ambiente. Una delle particolarità salienti di questi impianti ( vd.figura n.3 ) è legata al fatto che per tipologia impiantistica e taglia si prestano ad essere del tutto automatizzati. L'impiego di macchinario elettromeccanico realizzato ad hoc consente in qualche modo di ottimizzarne i costi ma va comunque tenuto presente che i costi legati a questa voce non superano in genere il 10-15% del totale. Figura n.3 In genere molti impianti di piccola taglia si trovano realizzati in aree montane su corsi d'acqua a regime torrentizio o permanente e l'introduzione del telecontrollo, telesorveglianza e telecomando ed azionamento consentono di recuperarli ad una piena produttività, risparmiando sui costi del personale di gestione, che in genere si limita alla sola manutenzione ordinaria con semplici operazioni periodiche. Molti di questi impianti attuano il cosiddetto recupero energetico, poiché, nei sistemi idrici in cui esistono punti di controllo e regolazione della portata derivata o distribuita all'utenza, è possibile installare turbine idrauliche dell ultima generazione, ad asse verticale, che sono in grado di utilizzare salti altrimenti perduti. Si può dire che esiste la convenienza a realizzare impianti di piccola taglia ove le condotte già esistano insieme a salti e portate interessanti, sotto questo punto di vista gli acquedotti rappresentano una significativa possibilità di sfruttamento. Il costo medio del kwh degli impianti mini-hydro varia in funzione delle caratteristiche del sito (salto e portata). Un possibile incentivo alla realizzazione degli impianti potrebbe venire dalla loro integrazione in sistemi distribuiti di accumulo realizzati a mezzo pompaggio, in tal caso, sfruttando la possibilità di usare energia elettrica con contratti vantaggiosi, generalmente nelle ore notturne o con forniture cosiddette interrompibili. 8

9 Si stima che, per una produzione elettrica di GWh/anno si avrebbe una riduzione di 1270 t/anno di anidride carbonica, t di ossidi di azoto oltre a 535 t di particolati vari. L'impatto ambientale degli impianti è comunque legato alla trasformazione del territorio e alla derivazione o captazione di risorse idriche da corpi idrici superficiali. Tale impatto varia in misura notevole a seconda che si tratti di impianti a bacino o ad acqua fluente. La presenza di notevoli opere di captazione e contenimento muta il paesaggio e la fruibilità del territorio. In genere, gli impianti mini-idro presentano un impatto più contenuto di quelli di dimensioni maggiori, in quanto si inseriscono entro schemi idrici già esistenti e spesso la loro presenza sul territorio può contribuire alla regolazione e regimazione delle piene sui corpi idrici a regime torrentizio, specie in aree montano ove esista degrado e dissesto del suolo e, quindi, possono contribuire efficacemente alla difesa e salvaguardia del territorio. E biomassa tutto ciò che ha matrice organica, di natura estremamente eterogenea, con esclusione delle plastiche e dei materiali fossili, che, pur rientrando nella chimica del carbonio, non hanno nulla a che vedere con i materiali organici. La biomassa rappresenta la forma più sofisticata di accumulo dell energia solare. Questa, infatti, consente alle piante di convertire la CO ² atmosferica in materia organica, tramite il processo di fotosintesi, durante la loro crescita. In questo modo vengono fissate complessivamente circa tonnellate di carbonio all anno, con un contenuto energetico dell ordine di Mtep. La biomassa utilizzabile ai fini energetici consiste in tutti quei materiali organici che possono essere utilizzati direttamente come combustibili ovvero trasformati in altre sostanze (solide, liquide o gassose) di più facile utilizzo negli impianti di conversione. Altre forme di biomassa possono, inoltre, essere costituite dai residui delle coltivazioni destinate all alimentazione umana o animale (paglia) o piante espressamente coltivate per scopi energetici. Figura n. 4 Le più importanti tipologie di biomassa sono residui forestali, scarti dell industria di trasformazione del legno (trucioli, segatura, etc Figura n. 4) scarti delle aziende zootecniche, gli scarti mercatali, ed i rifiuti solidi urbani. Ad oggi, le biomasse soddisfano il 15% circa degli usi energetici primari nel mondo, con 55 milioni di TJ/anno (1.230 Mtep/anno). L utilizzo di tale fonte mostra, però, un forte grado di disomogeneità fra i vari Paesi. I Paesi in Via di Sviluppo, nel complesso, ricavano mediamente il 38% della propria energia dalle biomasse, con 48 milioni di TJ/anno (1.074 Mtep/anno), ma in molti di essi tale risorsa soddisfa fino al 90% del fabbisogno energetico totale, mediante la combustione di legno, paglia e rifiuti animali. Nei Paesi Industrializzati, invece, le biomasse contribuiscono appena per il 3% agli usi energetici primari con 7 milioni di TJ/anno (156 9

10 Mtep/anno). In particolare, gli USA ricavano il 3,2% della propria energia dalle biomasse, equivalente a 3,2 milioni di TJ/anno (70 Mtep/anno); l Europa, complessivamente, il 3,5%, corrispondenti a circa 40 Mtep/anno, con punte del 18% in Finlandia, 17% in Svezia, 13% in Austria, l Italia, con il 2% del proprio fabbisogno coperto dalle biomasse, è al di sotto della media europea. L impiego delle biomasse in Europa soddisfa, dunque, una quota piuttosto marginale dei consumi di energia primaria, ma il reale potenziale energetico di tale fonte non è ancora pienamente sfruttato. All avanguardia, nello sfruttamento delle biomasse come fonte energetica, sono i Paesi del centronord Europa, che hanno installato grossi impianti di cogenerazione e teleriscaldamento alimentati a biomasse. La Francia, che ha la più vasta superficie agricola in Europa, punta molto anche sulla produzione di biodiesel ed etanolo, per il cui impiego come combustibile ha adottato una politica di completa defiscalizzazione. La Gran Bretagna invece, ha sviluppato una produzione trascurabile di biocombustibili, ritenuti allo stato attuale antieconomici, e si è dedicata in particolare allo sviluppo di un vasto ed efficiente sistema di recupero del biogas dalle discariche, sia per usi termici che elettrici. La Svezia e l Austria, che contano su una lunga tradizione di utilizzo della legna da ardere, hanno continuato ad incrementare tale impiego sia per riscaldamento che per teleriscaldamento, dando grande impulso alle piantagioni di bosco ceduo (salice, pioppo) che hanno rese 3-4 volte superiori alla media come fornitura di materia prima. Nel quadro europeo, l Italia si pone in una condizione di scarso sviluppo, nonostante l elevato potenziale di cui dispone, che risulta non inferiore ai 27 Mtep. Lo sfruttamento a fini energetici delle biomasse può assumere un ruolo strategico, contribuendo ad uno sviluppo sostenibile ed equilibrato del pianeta. Un impiego diffuso delle biomasse può comportare notevoli miglioramenti a livello economico, ambientale ed occupazionale, in quanto esse possono garantire: la valorizzazione di residui agroindustriali; nuove opportunità di sviluppo per zone marginali e/o riduzione di surplus agricoli con sostituzione di colture tradizionali con colture energetiche; la possibilità di sviluppo di nuove iniziative industriali; contributo nullo all incremento del tasso di CO ² in atmosfera; l autonomia energetica locale di Aziende agricole o di lavorazioni del legno. In tale ottica, la Unione Europea mira al decollo delle fonti energetiche ed individua l energia da biomasse come uno dei settori-chiave per il raggiungimento degli obiettivi previsti dal Libro Bianco Europeo, che prospetta un incremento di utilizzazione di questa risorsa da circa 45 Mtep del 1995 a 135 Mtep del Nell ottica della diversificazione delle fonti rinnovabili, inoltre, lo sfruttamento a fini energetici delle biomasse rappresenta, in particolare per l Italia, un importante giacimento energetico potenziale, che potrebbe permettere di ridurre la vulnerabilità nell approvvigionamento delle risorse energetiche e limitare l importazione di energia elettrica. Si valuta, infatti, che la disponibilità di biomasse residuali (legno, residui agricoli e dell industria agroalimentare, rifiuti urbani e dell industria zootecnica), in Italia, corrisponde ad un ammontare di circa 66 milioni di t di sostanza secca l anno equivalente a 27 Mtep. Nonostante l Italia sia un Paese abbastanza ricco di foreste, le loro caratteristiche energetiche sono scarse ed inoltre solo 1/3 della naturale produttività di queste è attualmente sfruttato. Con un adeguato programma di rimboschimento e mantenimento delle foreste, potrebbero rendersi disponibili nuove biomasse per circa 2 Mtep/anno. Oltre alle foreste esistenti, si potrebbero ottenere nuove superfici boschive convenzionali, sfruttando una parte degli oltre ha non destinati all agricoltura perché troppo poco produttivi. Inoltre, potrebbero essere piantati boschi cedui e colture erbacee a precipuo uso energetico, riconvertendo parte dei 250 mila ettari lasciati attualmente incolti nel rispetto delle direttive comunitarie emanate con riferimento al problema delle eccedenze agricole: l attuale superficie destinata alle colture energetiche, estremamente 10

11 limitata, dovrebbe essere estesa a ha di colture legnose a corto ciclo, ma la superficie potenziale è dell ordine del milione di ha. La difficoltà di sviluppo del settore dello sfruttamento energetico delle biomasse è legata principalmente al superamento delle barriere non-tecniche (finanziamenti dei costi di investimento alquanto elevati, Politica Agricola Comunitaria, diffusione delle informazioni). Il costo dell'energia da biomassa è, attualmente, ancora generalmente maggiore di quello derivante dalle fonti fossili, ma vi è una tendenza verso la competitività, in tempi ragionevolmente brevi, da sostenere e valorizzare. In tutti i casi, tuttavia, il gap di costo tra le fonti rinnovabili e quelle fossili, sarebbe invertito se venissero considerati nell'analisi costi-benefici gli aspetti ambientali ed i costi sociali connessi alla combustione dei materiali fossili. La biomassa è ampiamente disponibile ovunque e rappresenta una risorsa locale, pulita e rinnovabile. L utilizzazione delle biomasse per fini energetici non contribuisce all effetto serra, poiché la quantità di anidride carbonica rilasciata durante la decomposizione, sia che essa avvenga naturalmente, sia per effetto della conversione energetica, è equivalente a quella assorbita durante la crescita della biomassa stessa; non vi è, quindi, alcun contributo netto all aumento del livello di CO ² nell atmosfera. In tale ottica, quindi, aumentare la quota di energia prodotta mediante l uso delle biomasse, piuttosto che con combustibili fossili, può contribuire alla riduzione della CO ². L energia geotermica deriva dal calore endogeno della Terra; vulcani, sorgenti termali, soffioni e geysers documentano la presenza di calore immagazzinato nella crosta terrestre e che fluisce verso l'esterno con l ausilio di vettori come acqua e vapore. La temperatura, all interno del nostro pianeta, aumenta con la profondità secondo un gradiente geotermico di 3 C ogni 100 metri, anche se esistono zone con gradienti geotermici anomali in cui il flusso di calore è maggiore (9-12 C ogni 100 metri). (vd.figura-n.5). Lo sfruttamento dell energia geotermica consiste nell utilizzazione del calore contenuto in rocce relativamente vicine alla superficie, dove arriva propagandosi dalle zone più profonde della Terra Per giungere in superficie il calore ha bisogno di un vettore fluido (acqua o vapore), naturale o iniettato, che deve poter fluire in gran quantità in rocce porose e permeabili (rocce serbatoio), queste a loro volta devono essere protette da rocce impermeabili (copertura) che impediscano o limitino la dispersione dei fluidi e del calore. Figura-n.5 Per garantire la rinnovabilità del sistema geotermico, sostituire cioè il fluido caldo utilizzato, bisogna attivare un sistema di alimentazione esterna, oltre all apporto di acqua meteorica, denominata reiniezione, che si ottiene immettendo, tramite i pozzi non più produttivi, i fluidi esausti in uscita dai condensatori. In un sistema geotermico, l acqua penetra nel sottosuolo attraverso rocce permeabili formando delle falde sotterranee e, per effetto del calore trasmesso alle rocce da una fonte, quale una massa magmatica, si scalda fino a raggiungere temperature di alcune centinaia di gradi; il fluido (acqua e/o 11

12 vapore) in queste condizioni risale lungo faglie o fratture dando luogo alle manifestazioni geotermiche. La risalita può anche essere indotta artificialmente tramite una perforazione meccanica (pozzo geotermico), il fluido così captato, dopo alcuni trattamenti, è inviato agli impianti di utilizzazione (produzione di energia elettrica o usi diretti). Dal punto di vista dell utilizzazione, la geotermia si può dividere in alcuni settori: Settore degli usi ad alta entalpia, con fluidi a temperature superiori ai 150 C, riguarda la produzione di energia elettrica ed alcuni usi industriali. Settore degli usi a media e bassa entalpia, con fluidi a temperature C nel primo caso ed inferiore ai 100 C nel secondo, riguarda gli usi diretti: civili, agricoli, industriali. Settore degli usi termali, caratterizzato dagli usi terapeutici e ricreativi. Il riscaldamento è la forma più antica e diffusa tra gli usi diretti dell energia geotermica, ma diffusi sono anche gli usi elettrici. Una centrale geotermoelettrica differisce da quella tradizionale termoelettrica, i cui costituenti essenziali sono il generatore di vapore (fonte energetica), la turbina, l alternatore (per la generazione di energia elettrica) ed il condensatore (per la condensazione del vapore esausto), per gli apparati necessari al trattamento del fluido naturale proveniente dal sottosuolo e per l estrazione dei gas incondensabili (soprattutto CO 2 ) sempre presenti nel vapore. E da notare che, contrariamente a quanto si verifica nelle centrali termoelettriche tradizionali, dove la pressione del vapore è portata a più di 150 atm, quella del vapore di un pozzo geotermico raramente supera le 30 atm. La potenza geotermica installata nel mondo è stata, al 2000, di MW e, circa lo 0,3% della potenza elettrica complessiva, con una produzione di 50 TWh/a. In Italia con riferimento allo stesso anno, la potenza installata lorda è stata di 785 MW e, con una produzione di 4,4 TWh/a, circa l 1,5% della produzione complessiva del paese. Il rendimento globale della produzione di elettricità dal vapore geotermico è del 10-17%, circa tre volte inferiore a quello delle fonti tradizionali, questo, sia a causa della minore temperatura del vapore (250 C), sia per la diversa composizione chimica dello stesso, che determina una perdita di energia. Le centrali geotermiche consumano dai 6 ai 15 kg di vapore; un buon pozzo produttivo, con una portata di kg/h può alimentare una centrale di 10 MW. Considerando che la produzione in Italia di energia elettrica da fonte geotermica è stata nel 2000 di circa GWh e considerando che per ogni kwh e prodotti da un centrale tradizionale vengono emessi 0,55 kg di CO 2, si può stimare che le emissioni evitate con l utilizzo della fonte rinnovabile in questione sia stata di ton di CO 2. I principali aspetti dell impatto ambientale derivante dalle attività geotermiche sono sintetizzate nei seguenti punti. - Aspetto paesaggistico naturalistico relativo alla possibile modifica del paesaggio in seguito ad interventi operativi. Inquinamento acustico durante le perforazioni. Microsismicità che può essere causata talvolta dalla reiniezione di fluido nel sottosuolo e rischi legati alla perforazione (eruzioni). Subsidenza, che consiste nell abbassamento del livello dei terreni superficiali che può verificarsi in seguito alla sfruttamento di un campo geotermico; è stato risolto il problema con l adozione di un sistema di pozzi di reiniezione che ripristinano la pressione nella roccia serbatoio. Inquinamento chimico, poiché i fluidi (acqua o vapore) relativi ai pozzi geotermici sono caratterizzati dalla presenza di gas in percentuale variabile; si tratta soprattutto di CO 2 e H 2 S che rappresentano una costante quando si opera in aree vulcaniche. Emissioni degli impianti geotermoelettrici riconducibili alla componente in fase vapore rilasciata in atmosfera dalle torri di raffreddamento, essendo i condensati regolarmente reiniettati in profondità ed i fanghi e le incrostazioni raccolti e smaltiti in idonee discariche. 12

13 Complessivamente, con riferimento al 2000, la potenza installata nel mondo era di circa MW e e MW t ed i campi geotermici in esercizio o in via di sviluppo sono in tutto 95 su oltre 250 accertati. Oltre all uso elettrico dei fluidi geotermici che, accanto alle risorse idriche, soddisfano completamente il fabbisogno nazionale di energia, è ben sviluppato anche il settore del riscaldamento urbano, dell acqua calda sanitaria e degli usi industriali. L Italia è il paese geotermicamente più caldo di tutta l Europa, cosa testimoniata dai numerosi vulcani, dai soffioni boraciferi, dalle sorgenti termominerali. Al 2000 la potenza installata era di 785 MW e (l 1,5% della produzione elettrica totale del paese); mentre per gli usi diretti era di 325,8 MW t dei quali il 41% utilizzato per il riscaldamento, il 28% per usi termali, il 22% per le serre, il 9% per i processi industriali e l 1% per l itticoltura. Data la competitività della tecnologia non esistono programmi di incentivazione, se non il meccanismo dei Certificati Verdi e per ciò che concerne i trend delle produzioni sia di energia elettrica che termica secondo gli obiettivi riportati nel Libro Bianco al 2012, si osserva che essi sono poco ambiziosi, cosa che non permetterà di sfruttare al meglio le grosse potenzialità che l Italia ha nel campo della geotermia. L energia delle maree si estrinseca in due modalità: energia termica dal calore del sole ed energia meccanica dal movimento ondoso e delle maree. Gli oceani ricoprono più del 70% della superficie terrestre e rappresentano così i più vasti collettori solari: il sole rende l acqua superficiale del mare molto più calda di quella in profondità e tale scarto di temperatura detiene energia termica. Ogni giorno gli oceani assorbono abbastanza calore dal sole da eguagliare l energia contenuta in 250 miliardi di barili di petrolio. I Sistemi di Conversione di Energia Termica Oceanica convertono questa energia termica in elettrica, spesso producendo in contemporanea la dissalazione dell acqua Esistono, ad oggi e tra più in usati, i seguenti sistemi per la produzione di elettricità,: - gli impianti a ciclo chiuso, dove un fluido vettore viene fatto scorrere in un sistema chiuso, riscaldato mediante il calore dell acqua del mare, trasformato istantaneamente in vapore, fatto confluire nella turbina e condensato poi attraverso l acqua marina a bassa temperatura, - gli impianti a ciclo aperto trasformano direttamente l acqua del mare in vapore, mandandola poi nella turbina. (vd.figura n.6) Figura n. 6 I sistemi per la produzione di elettricità dall energia termica delle maree sono classificati anche in base alla localizzazione: inshore, ovvero sulla terraferma, nearshore, cioè montati sulla piattaforma oceanica, offshore, galleggianti. L energia delle mare generalmente ha luogo erigendo una diga tra il largo ed il bacino nel quale si creano le maree ed include un canale che rimane aperto in un primo tempo per permettere alla 13

14 corrente della marea di fluire nel bacino e viene poi chiuso non appena il livello del mare si abbassa, cosicché le tradizionali tecniche dell hydropower possano essere attuate per generare elettricità dalla grande quantità d acqua accumulata nel bacino. I sistemi che si basano su questo meccanismo di produzione energetica possono avere forti impatti ambientali nei bacini in questione, riducendone i naturali flussi delle maree e comunque per l attività di costruzione. 1. L energia derivante dal moto ondoso, poi, può avere una densità media di 65 Mw per miglio di costa, in territori favorevoli. Si riportano, nei grafici che seguono, le quantità energetiche, derivanti da fonti convenzionali e rinnovabili della Toscana Ing. Domenico D Amico Dirigente Responsabile per l Energia Energy Manager ARPAT Direzione Tecnica Settore Innovazione Tecnologica, Sviluppo e Ricerca Ambientale Tel: T.mobile: