Il Futuro dell'energia

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1 Ciclo di incontri Il Futuro dell'energia Cosa è l Energia? Tecnologie per produrre e utilizzare l energia Energia oggi

2 Esiste una correlazione tra l utilizzo pro capite di energia e il benessere. Non necessariamente la correlazione è lineare ma certamente esiste. Questo significa che in futuro, complessivamente, l umanità utilizzerà una maggior quantità di energia di quella che usa oggi e questa quantità tenderà a crescere. Il problema è da un lato assicurare che questa crescita sia possibile (e che quindi la quantità di energia utilizzabile sia sufficiente rispetto alla domanda) e dall altro che questa crescita sia compatibile. La disponibilità di energia è un elemento strategico per ogni nazione, per ogni comunità: deve quindi essere perseguita una capacità di produzione locale. Oggi, ad esempio, l Italia ha una capacità di produzione locale intorno al 10% (grazie all idroelettrico e a una contribuzione marginale di energia eolica e solare). La Francia per contro ha una produzione che soddisfa l 80% delle sue esigenze. La compatibilità comprende vari aspetti, da quelli economici (il costo deve essere adeguato con il sistema complessivo) a quelli di impatto diretto (conseguente alla produzione e distribuzione) e indiretto (conseguente al consumo). Le emissioni di CO 2 sono parte di questa compatibilità. Un elemento importante in questa equazione tra domanda e offerta è l aspetto culturale, come cioè percepiamo il bisogno di energia da un lato (prendo l auto per evitare di fare quattro isolati a piedi) e l at- 2

3 tenzione al suo utilizzo (acquisto elettrodomestici in classe A per diminuire i consumi, spengo la luce quando non serve, tengo la temperatura più bassa d inverno e più alta d estate...). L evoluzione tecnologica è un fattore importante ma solo un fattore che si inserisce nel contesto più ampio che ho descritto. In questa parte conclusiva del ciclo sull energia tratteremo questi temi. Quanta energia consumeremo nel 2030? Nei paesi cosiddetti sviluppati le previsioni più ottimistiche prevedono una crescita di utilizzo dell energia in linea con la crescita del PIL. Ciò significherebbe arrivare al 2030 con un incremento rispetto ad oggi intorno al 30%. Mantenere questo obiettivo significa intervenire pesantemente sui consumi, ottimizzandoli. In Giappone l obiettivo è di mantenere costante la domanda arrivando quindi al 2030 a consumare quello che si è consumato nel 2010, grazie anche ad una attesa di diminuzione della popolazione di Figura 1 - Stima di consumo energetico al

4 quasi il 20%. Anche se la previsione è di un consumo costante di energia si stima che il 50% di questo consumo sarà dovuto alla rete e agli apparati che a questa si collegheranno (tenendo conto dei soli consumi relativi a connettività ed elaborazione, quindi non tiene conto, ad esempio dell energia utilizzata da una lavatrice per fare il bucato ma solo della parte usata per comunicare e calcolare le migliori procedure per fare il bucato). Nonostante questo, le previsioni sono per una crescita dei costi energetici dai 190 miliardi di $ di oggi a 59 miliardi di $ nel Nei paesi in via di sviluppo la previsione è di un significativo aumento di utilizzo dell energia. L Indonesia, ad esempio prevede di quadruplicare i consumi del 2010 nel 2030, la Cina oggi consuma pro capite 1/8 di quanto si consuma negli USA (un ventesimo se si tiene conto che gran parte dell energia oggi utilizzata in Cina serve a produrre prodotti esportati) e questo divario sarà annullato prima del L aumento di utilizzo è quindi stimabile in circa 15 volte tra oggi e il Occorre anche considerare il fattore di crescita della popolazione: dai 6,5 miliardi del 2010 si stima di arrivare intorno a 8,3 miliardi nel 2030 (9 miliardi nel 2050). A parità di consumo questo significa un aumento della domanda del 0% (50% nel 2050). Queste previsioni sono state rilasciate all STS Forum di ottobre 2010 e sono formulate dando per scontato che saranno impiegati tutti i sistemi che consentono di ottimizzare l utilizzo dell energia (svolgere una certa attività con minore impiego di energia). Aggiungiamo a questo che certi tipi di energia sono particolarmente adatti a certi utilizzi mentre altri non lo sono affatto. Se si ipotizza che al 2030 il numero di autoveicoli per persona in Cina sia equivalente a quello che abbiamo oggi in Italia questo significa che la quantità di autoveicoli che oggi circolano in tutto il mondo saranno circolanti in Cina. Questo dovrebbe darci un idea di quanta energia il mondo richiederà nel 2030.

5 Quanta energia possiamo permetterci? Questo aumento di richiesta energetica è sostenibile? Le opinioni degli scienziati, prendendo come base le tecnologie che abbiamo oggi e le stime di richiesta energetica nelle prossime decadi sono concordi nel dirci che questo non è sostenibile. Particolarmente interessanti i dati presentati dal WWF nel Living Planet Report pubblicato ad ottobre Prendendo come base la popolazione mondiale che si stima avrà il pianeta al 2030 saranno disponibili 1,8 ettari di terreno per ciascun abitante. In questo spazio occorre trovare l energia e il cibo necessari alla vita. Ebbene, oggi, nel 2010, esiste una enorme disparità di consumi che può essere evidenziata in questo modo: se tutti gli abitanti della Terra vivessero con lo stile di vita che è oggi adottato negli Emirati Arabi (dove di energia ne hanno a bizzeffe) occorrerebbero 6 pianeti come la Terra per soddisfare quello stile di vita. Se prendiamo a paragone lo stile di vita di un cittadino americano medio di pianeti ne occor- Figura 2 - Di quanti Pianeti abbiamo bisogno? 5

6 rerebbero,5 così come per Belgio e Danimarca. Australia e Canada ne richiederebbero. Per noi italiani occorrono 5 ettari, equivalenti a 2,8 pianeti. In questa classifica di sconsideratezza ci collochiamo al 29 posto, subito dopo Germania, Svizzera e Francia ma siamo messi decisamente peggio di Giappone e Inghilterra. Inoltre Germania, Svizzera e Francia hanno intrapreso programmi importanti per diminuire il loro impatto ecologico. Complessivamente la stima per il 2030 indica la necessità di due pianeti. È ovvio come questo non sia possibile visto che abbiamo un unico pianeta disponibile. Occorre, comunque, fare attenzione a queste stime e prenderle con un certo sospetto. Nel 1800 molti studiosi ritenevano corrette le previsioni di Thomas Malthus che sosteneva come le bocche si moltiplichino geometricamente mentre il cibo disponibile aumenta solo in modo aritmetico. Questo avrebbe fatalmente portato ad un progressivo impoverimento dell umanità e a carestie. Questa sua previsione ha trovato riscontri in alcune aree ma a livello globale abbiamo avuto un incremento enorme della popolazione, da 1 a 6,5 miliardi, e mediamente dobbiamo riconoscere che il livello di nutrizione di oggi è migliore di quello di duecento anni fa ed anche nelle zone più povere di oggi non è peggiore di quello di duecento anni fa. Il fatto che queste previsioni non si siano avverate è una conseguenza di miglioramenti in agricoltura che hanno moltiplicato la produttività per ettaro di oltre otto volte in questi duecento anni. I progressi della medicina hanno al tempo stesso diminuito la mortalità infantile e delle donne in gravidanza portando ad un aumento della popolazione. Tuttavia, anche se nel futuro la tecnologia promette ulteriori progressi in agricoltura e vi è una crescente consapevolezza nel controllare l espansione demografica occorre considerare che la fame di energia introdotta dal consumismo e dall elettronica pone un problema enorme. 6

7 Quanto petrolio, uranio c è ancora? Una delle motivazioni per investire su energie alternative è basata sul fatto che tra qualche anno (10, 50, 100?) le fonti energetiche che oggi vanno per la maggiore finiranno. Come mai gli scienziati forniscono dati così discordanti sulla fine del petrolio o dell uranio? Il fatto è che i fattori in gioco sono molti, da quello piu intuitivo di una non completa conoscenza dei giacimenti e delle loro consistenze a quelli meno intuitivi legati agli aspetti economici. L energia e il suo utilizzo è un perfetto esempio di ecosistema con dinamiche estremamente complesse tra i vari fattori in gioco. In questo caso i fattori sono di tipo economico e sociale/ambientale. Vediamoli brevemente anche perché una loro comprensione porta in primo piano noi e i nostri comportamenti come singoli e collettività. Prendiamo il petrolio. Le stime di disponibilità fatte nel 2002 facevano presumere, con i ritmi di estrazione di allora, una durata di altri 30 anni, durata che si sarebbe contratta a fronte di una maggiore intensità estrattiva fino a 20 anni. Quindi si poteva fare una previsione Figura 3 - Disponibilità di petrolio ad oggi 7

8 che nel 2030 non ci sarebbe più stato petrolio. Prendiamo per un attimo per buona questa stima. Quello che succederebbe è che man mano che ci si avvicina alla data fatidica alcuni giacimenti si esauriscono ed altri continuano ad avere petrolio. A fronte di una domanda non sufficientemente soddisfatta il prezzo del petrolio cresce e crescendo fa diventare interessanti alternative che prima erano troppo costose. Parte della domanda si sposta quindi su energie alternative e diminuisce l utilizzo del petrolio per cui i giacimenti non si esauriranno se non più il là nel tempo. In contemporanea, aumentando il prezzo del petrolio inizia a diventare economicamente conveniente la sua estrazione da quei giacimenti oggi non sfruttati perché troppo costosi (per motivi di estrazione, per la scarsa qualità del petrolo che aumenta le spese di raffinazione, per la difficoltà di trasporto). Ecco allora che nuovi giacimenti, precedentemente non contati, diventano disponibili prolungando quindi la disponibilità di greggio. Una maggiore sensibilità sulle emissioni di CO 2 (magari a seguito di una maggior comprensione dei danni che da questa derivano) potrebbe spingere con decisione a un utilizzo del nucleare (le energie alternative non sono in grado nel medio periodo di supplire alle fonti Figura - Stime di disponibilità al variare dei fattori 8

9 fossili) e questo da un lato diminuirebbe la domanda di petrolio (non spingerebbe quindi a trovare e sfruttare nuovi giacimenti) ma aumenterebbe la domanda di uranio. Questo porta a ravvicinare le previsioni di sfruttamento dell uranio ma a sua volta questo potrebbe portare ad un incremento di investimenti per utilizzare il torio. Complessivamente potremmo arrivare a delle stime di esaurimento del petrolio che superano i 100 anni e i 200 per l uranio. In questi esempi, volutamente semplificati, si vede come i fattori economici e sociali possano portare a valutazioni molto diverse sull orizzonte di esaurimento delle risorse energetiche. Di questo occorrerà tenerne conto nella discussione che segue sul futuro di ciascuna fonte energetica. Figura 5 - Stime di disponibilità e utilizzo al

10 Energia fossile I giacimenti di petrolio, gas, carbone e idrati di metano saranno disponibili ancora per buona parte di questo secolo ma la convenienza economica ad un loro sfruttamento diminuirà progressivamente e le stime indicano che intorno al 2030 avremo raggiunto un livello di costo complessivo (estrazione, distribuzione e utilizzo) che li renderà non utilizzabili. Ovviamente, queste stime si basano su di un insieme di considerazioni e non su certezze. Ad esempio il fatto che gli Stati passino dalle dichiarazioni alla pratica nel voler ridurre le emissioni di CO 2, andando a tassare maggiormente i combustibili fossili. Questo in pratica significa accettare un aumento del costo dell energia in quanto la convenienza delle energie alternative rispetto ai combustibili fossili, anche in prospettiva, non è di tipo economico, pur mettendo sul tavolo i progressi tecnologici e gli aumenti di efficienza (che però si hanno anche sul versante dei combustibili fossili, con migliori sistemi di estrazione e di trasporto). Per quanto è possibile traguardare nel futuro i combustibili fossili per il loro elevato potere energetico (densità di energia) continueranno ad essere utilizzati nel trasporto aereo (non esiste nessuna alternativa immaginabile ad oggi, il recente volo di un aereo alimentato ad energia solare ha semmai dimostrato come questa non sia sufficiente per un trasporto aereo di tipo commerciale). E questo significa un 2% dei consumi energetici. Anche il trasporto su ruota non farà velocemente a meno dei combustibili fossili, benzina, diesel, gas. Vedremo certamente in questa decade aumentare il numero di auto ibride ma il passaggio ad auto solo elettriche è ancora distante. In California si erano dati l obiettivo di convertire all elettrico il parco autoveicoli entro metà di questa decade ma l obiettivo è stato sostanzialmente cancellato. 10

11 Energia atomica Nei prossimi anni si prevede una intensificazione della costruzione di impianti nucleari arrivando probabilmente ad aggiungerne un migliaio a quelli che abbiamo oggi (meno di 500). Occorre tenere conto che un programma nucleare richiede una decina di anni dalla decisione alla messa in esercizio, per i tempi connessi alla scelta dei posti, la costruzione, la decisione sui processi di smaltimento,... In prospettiva vi è l utilizzo del torio come materiale fissile e più in là la fusione nucleare. Il torio è interessante per alcuni vantaggi che ha rispetto all uranio. Non è una materiale che ha una capacità fissile e deve quindi essere portato e mantenuto in condizioni di realizzare la fissione. Questo è fatto innescando il processo con una piccola quantità di uranio e poi si mantiene il processo tramite un acceleratore che bombarda il torio con dei neutroni. Qualunque cosa vada a turbare il processo porta all arresto della fissione. Non esiste quindi alcun rischio di melt down (fusione) a differenza dell uranio. Inoltre i derivati della fissione del torio (le scorie radioattive) hanno una emivita relativamente breve e dopo 100 anni hanno perso la radioattività a differenza delle scorie dell uranio che permangono radioattive per migliaia di anni. Ulteriore vantaggio è la maggiore abbondanza di torio rispetto all uranio. Ad oggi, però, esiste un unico impianto per cui siamo ancora in una fase iniziale. Energie Alternative Nei prossimi anni vedremo un moltiplicarsi di investimenti sulle fonti di energia alternative. Fino ad oggi gli investimenti sono stati limitati e condizionati dal relativamente basso costo delle energie fossili. Nei 11

12 prossimi anni, e il fenomeno è già visibile oggi, le fonti fossili aumenteranno di prezzo, saranno condizionate da condizionamenti geo/politici (sono in gran parte situate in zone politicamente instabili) e il costo dovuto alle emissioni di CO 2 salirà notevolmente. Per contro, la crescita di investimenti sulle energie alternative porterà a miglioramenti tecnologici, migliore efficienza con minori costi, sviluppo di infrastrutture distributive e reti di comunicazione che renderanno ancora più interessante il loro impiego. Energia Solare Abbiamo visto come l energia solare possa essere convertita in elettricità direttamente con sistemi fotovoltaici oppure indirettamente tramite specchi che vanno a focalizzare la luce su dei serbatoi d acqua trasformandola in vapore con cui far girare delle turbine. Il primo sistema al momento è meno efficiente del secondo per produzioni industriali mentre è adatto per impianti domestici. Nei prossimi anni il miglioramento tecnologico del fotovoltaico potrebbe cambiare le carte in tavola ma per ora le cose stanno così. Figura 6 - Stime di decremento del costo sfruttamento energia solare 12

13 Negli Stati Uniti stanno partendo ambiziosi progetti per utilizzare l energia solare tramite specchi. Il primo, il progetto Ivanpah, dovrebbe essere terminato entro il 201. Nel deserto di Mojave in California al confine con il Nevada oltre ad Ivanpah dovrebbero partire altri sette progetti creando una solar farm in grado di produrre complessivamente.000 MW, quanto basta per alimentare 3 milioni di case in California, o 6 milioni di nostre case. Una volta completati, gli 8 progetti avranno creato un paesaggio incredibile: 119 km 2 di deserto popolati da specchi, torri e dischi solari ad un costo di svariati miliardi di $. Il solo Ivanpah ha un costo di due miliardi di $, gli altri sono in attesa di finanziamenti governativi a seguito del piano Obama sulle energie rinnovabili che ha reso disponibili decine di miliardi di dollari. Un altro progetto è sulla linea di partenza in Texas. Una volta completato dovrebbe produrre 1.00 MW con un costo di costruzione di,6 miliardi di $. Questo progetto, portato avanti dalla Tessera Solar sarà formato da due impianti che complessivamente impiegheranno dischi solari su una superficie di oltre 0 km 2. Si stanno concludendo le pratiche per ricevere il finanziamento governativo e la speranza è di partire nel 2011 con la costruzione. Il fatto è che pur con i fattori di scala che vengono messi in gioco in questi impianti giganteschi il costo operativo dell energia elettrica prodotta sarà intorno ai centesimi ($) a kwh, contro i 10 centesimi ($) a kwh per l energia elettrica prodotta con combustibili fossili. Non sono quindi economicamente convenienti ed in assenza di un contributo governativo non verrebbero costruiti. In California era prevista l istituzione di una tassa sull energia derivata da combustibili fossili che avrebbe dovuto renderli più cari e quindi far diventare convenienti le energie alternative ma al momento sembra che non sia stato raggiunto un accordo e la tassa non sarà attiva almeno per il Lo stesso vale anche per il fotovoltaico a livello familiare. In assenza di stimoli governativi (contributi all acquisto, detrazione dalle 13

14 tasse...) non è credibile una loro diffusione. In Italia, grazie agli incentivi degli scorsi anni sono circa le abitazioni che si sono dotate di un pannello solare (in buona parte per la produzione di acqua calda). Bio combustibili La stima è di arrivare al 2030 con un contributo fornito dai bio combustibili dell ordine del 10%. In alcune nazioni, come abbiamo visto per il Brasile, i biocombustibili sono una realtà importante. Il problema è quello di un utilizzo di vaste aree agricole da dedicare loro sottraendole quindi alla produzione di cibo. In un mondo che come si è visto dovrà sfamare un cinquanta per cento di popolazione in più con una minore disponibilità di terreni arabili a seguito della crescita del livello degli oceani il dedicare preziose risorse agricole alla produzione di biocombustibili non sembra praticabile. La speranza è di riuscire ad utilizzare alghe per produrre direttamente gas combustibile con una maggiore efficienza (quarta generazione) ma certo questa non sarà una soluzione che fornirà un contributo importante alla fame energetica del mondo. Di maggiore interesse, anche per la possibilità di applicazione generalizzata, è l estrazione di energia dai rifiuti urbani, pratica questa che si va diffondendo anche in Italia. L energia costerà di più Comunque si vadano ad incrociare le diverse fonti energetiche ed il loro utilizzo nei prossimi anni (e prossime decadi) si vede che lo spostamento, desiderabile, verso energie più pulite passerà attraverso un 1

15 aumento dei costi energetici. Questi potranno salire per l imposizione di tasse sui combustibili fossili (diretta o indiretta tassando le emissioni di CO 2 ), per una minore disponibilità di combustibili fossili a seguito di situazioni di instabilità politica nei paesi produttori, per una maggiore richiesta di energia non più soddisfabile con le fonti odierne. Se non è quindi chiaro il motivo dell aumento dei costi energetici è chiaro che questo ci sarà. Visto che l impatto del costo energetico è molto elevato sulla nostra vita quotidiana (non solo per la bolletta elettrica e per il riscaldamento, ma per il costo energetico racchiuso in tutti i prodotti che acquistiamo, compreso pane e acqua) o si ipotizza un aumento del PIL pari o superiore all aumento dei costi energetici o vedremo scendere il nostro livello di benessere. Oppure, ed è questa la strada che bisogna perseguire, impariamo ad utilizzare in modo più efficiente l energia. Questo permetterebbe di usarne di meno a parità di benessere, contribuirebbe a contenere i costi sia in termini relativi (paghiamo meno energia se ne consumiamo meno) sia in termini assoluti in quanto una domanda inferiore pone meno pressione sui prezzi. Figura 7 - Stime di incremento costi energia 15

16 Incrementare la produzione non basta La strada verso un continuo aumento della produzione per soddisfare l incremento di domanda va ovviamente perseguita specie nei paesi in via di sviluppo che effettivamente hanno bisogno di un incremento notevole di quantità di energia per migliorare le condizioni di vita. Nei paesi già sviluppati lo sforzo, invece, va orientato verso due direttrici: diversificazione delle fonti energetiche spostandosi progressivamente verso quelle carbon free diminuzione della richiesta energetica che vada a controbilanciare il maggior uso di energia nella progressiva automazione dei processi e estensione dei sistemi di fruizione. Per entrambe è necessario un coordinamento tra sistemi di produzione e consumo. In una nazione tipo l Italia i primi, oggi, sono qualche centinaio (o meno) ma cresceranno in prospettiva arrivando a milioni, i secondi sono centinaia di milioni. È qui che entrano in gioco le reti di comunicazione. Diversificazione fonti energetiche Abbiamo visto come non esista una singola soluzione che soddisfi tutti i criteri per una disponibilità abbondante ed economicamente sostenibile di energia. Occorre quindi muoversi verso una diversificazione di fonti energetiche (anche per motivi di sicurezza) e questo comporta l utilizzo di fonti non sempre disponibili, come vento, luce del sole, maree. Occorre tamponare queste indisponibilità con delle produzioni certe che al tempo stesso possano essere diminuite nel momento in cui altre siano sfruttabili. In questo senso l energia atomica non è una soluzione soddisfacente non potendosi variare in modo istantaneo. 16

17 Figura 8 - Diversificazione delle fonti e usi di energia La produzione, quanto più è distribuita tanto più consente di operare su piccoli sistemi graduando quindi le azioni. La diffusione di micro stazioni di generazione, quali quelle private/residenziali, va in questa direzione. I costi di produzione di queste sono certamente più elevati e possono essere resi compatibili con politiche di sovvenzioni fiscali e anche tramite uno sfruttamento da parte di terzi dell energia prodotta. Questo è possibile soprattutto a livello di area locale (visto che abbiamo una bassa tensione che non permette trasporti a lunga distanza) e richiede un coordinamento con i consumi. Le reti di comunicazione possono soddisfare queste necessità di bilanciamento facendo parlare tra loro i computer di lavatrici, frigoriferi, condizionatori, riscaldatori elettrici... Le reti in fibra ottica sono ideali a questo scopo visto che il trasporto di bit su fibra è di oltre 1000 volte meno oneroso che il trasporto via radio. A livello domestico la comunicazione può avvenire attraverso le power line terminate su un punto di rete (come un gateway ADSL). 17

18 Diminuzione domanda La diminuzione della domanda passa certamente attraverso una presa di coscienza del problema e di come ciascuno contribuisce al consumo energetico, quindi tramite un monitoraggio dei consumi dei diversi punti di utilizzo. Questo può essere fatto tramite sensori collegati in rete. TILab ha sviluppato interessanti sistemi di monitoraggio domestico, facili da installare e da utilizzare. Inoltre, con la disponibilità di sensori interni alla casa, elettrodomestici comandabili tramite computer ed un collegamento a tutte le abitazioni di un rione diventa possibile migliorare la distribuzione di utilizzo dell energia anche andando a migliorare quello che i tecnici chiamano il cos φ. In pratica quando utilizziamo un motore (come quello di un frigorifero o di una lavatrice) alteriamo la fase della corrente e questo ne Figura 9 - Monitoraggio domestico uso energia, 18

19 diminuisce la potenza utilizzabile (in pratica consumiamo più di quello che utilizziamo). Questo fenomeno aumenta rapidamente per cui regolando l attivazione dei diversi motori in modo che questa non sia contemporanea si diminuisce questo effetto. Se a livello di una singola abitazione l effetto può essere considerato marginale a livello di milioni di abitazioni diventa rilevante. Le reti di comunicazione quindi possono svolgere un ruolo importante a livello domestico. È poi assolutamente intuitivo il ruolo che possono svolgere a livello di sistemi come il traffico: auto in grado di comunicare tra loro e con le infrastrutture stradali (inclusi parcheggi) possono ridurre enormemente i consumi. Si pensi ad una coda in autostrada. Se le auto in arrivo distanti ancora 100 km dall imbottigliamento ne fossero informate potrebbero ridurre la loro velocità portando a un risparmio di consumi senza cambiare il tempo complessivo di viaggio. Gli aerei sono efficientissimi in termini di consumo di carburante, non (solo) grazie ai motori tecnologicamente avanzati ma grazie ad una rete di comunicazione che indica ai computer di bordo altitudine, velocità punto di inizio discesa. Lo stesso potrebbe essere realizzato a livello della circolazione automobilistica con risparmi ancora maggiori visto che non si tratta di migliaia di aerei ma di milioni di autovetture. Il trasporto aereo In effetti l attenzione che le compagnie aeree rivolgono alla efficienza energetica è facilmente spiegato con gli enormi consumi che caratterizzano questo settore. In Europa siamo intorno al 2% dei consumi complessivi. L evoluzione tecnologica dei motori ha certamente aiutato a contenere l aumento di consumi dovuto alla sempre maggior quantità di voli aerei, ma, come per gli altri mezzi di trasporto, un notevole risparmio 19

20 in carburante avviene se si ottimizzano i tempi di percorrenza e diminuiscono le distanze percorse. Sul primo versante i centri di controllo del traffico aereo aiutano a ottimizzare i tempi con i cosiddetti slot. Un aereo riceve il permesso al decollo solo quando è disponibile una rotta che lo porta a destinazione senza costringerlo a volare in tondo perché deve mettersi in coda per atterrare. A volte variate condizioni meteo o problemi di varia natura causano comunque le code e gli aerei sono costretti a percorrere degli anelli in prossimità dell aeroporto di arrivo attendendo il loro turno. Sul secondo versante, quello di percorrere la strada più breve le cose sono ancora ben distanti, specie in Europa, dall essere a posto. Basta osservare le rotte disponibili tra due città per rendersi conto che le cose non vanno affatto bene. I motivi sono vari. Alcune nazioni non permettono il sorvolo di certe aree per motivi di sicurezza militare, altre non consentono a certe linee aeree di accedere al proprio spazio aereo e così via. In Europa, inoltre, abbiamo una situazione estremamente frammentata nello spazio Figura 10 - Rotte aeree sulla tratta Zurigo Londra 20

21 Figura 11 - Spazi aerei USA e Europa a confronto aereo. In una superficie all incirca equivalente a quella degli Stati Uniti mentre questi hanno un unico spazio aereo e un unico centro di controllo noi in Europa abbiamo oltre sessanta spazi aerei, ciascuno con il proprio centro di controllo. Il risultato? Gli aerei sono costretti a seguire strade tortuose e questo porta a circa un 20% di consumo in più che ovviamente si riflette su maggiori costi (e prezzi) e in maggiori emissioni. La Comunità Europea si è impegnata a imporre una drastica riduzione degli spazi aerei e relativi centri di controllo ma trova l opposizione dai singoli stati in quanto questo significa una diminuzione di posti di lavoro e di introiti (gli aerei pagano per ogni singolo spazio aereo sorvolato). Anche qui, quindi, come abbiamo visto in altri casi la tecnologia aiuta ma non basta e sostanziali risparmi energetici potrebbero derivare da nuove regole. Verso l autosostenibilità locale Visti i costi del trasporto di energia è naturale l interesse verso una produzione locale. La Svizzera ha messo in campo un progetto per 21

22 arrivare ad una sostenibilità locale affiancando all idroelettrico il geotermico, l Italia sta faticosamente decidendo di riprendere il nucleare oltre a perseguire energie rinnovabili poco pratiche, però, nel nostro Paese: l eolico richiede vento e spazi per i mulini e le nostre vallate alpine dove il vento c è non sono adatte come spazi, le installazioni al sud non vanno bene per alimentare le fabbriche del nord...; analogo discorso si può fare per il fotovoltaico. Più interessante pensare alla microgenerazione: al posto di avere grandi impianti di produzione si potrebbe affiancare a quelli esistenti milioni di impianti di tipo casalingo in grado di alleggerire la richiesta di energia da parte dei privati. Ovviamente questi devono essere comunque agganciati alla rete per ottenere l energia quando quella prodotta in proprio sia insufficiente. Al tempo stesso questi allacciamenti alla rete di distribuzione potrebbero rendere disponibile a questa l energia non utilizzata sia per farla fruire ad altri che ne abbiano bisogno sia per farla entrare nel ciclo di immagazzinamento (ad esempio usarla per riportare a monte l acqua che poi potrà essere utilizzata quando serve). È proprio nell area della microgenerazione associata al controllo dei consumi e alla loro distribuzione che entrano in gioco le Smart Grid e con queste le telecomunicazioni. Nei prossimi anni, questa decade e le successive, vedremo affermarsi un approccio sistemico alla produzione e utilizzo dell energia. È solo da questo, infatti, che possiamo sperare di risolvere i complessi problemi che sono stati accennati all inizio. Non è però necessario aspettare decine di anni per iniziare a vedere cosa significhi un approccio sistemico. L esempio più eclatante è Masdar. Masdar City: la città auto sostenibile Gli Emirati Arabi sono nella fortunata situazione di avere moltissima energia disponibile a basso costo. Sanno anche che questa energia 22

23 Figura 12 - Masdar, città autosostenibile non sarà disponibile all infinito ed hanno deciso di iniziare a sperimentare sistemi autosostenibili. Ovviamente l energia solare, essendo situati nella zona che ha probabilmente la maggiore insolazione al mondo, è una scelta ovvia ma non basta guardare agli aspetti di produzione, occorre guardare anche a quelli di consumo. A questo scopo hanno lanciato un progetto, Masdar: che ha per obiettivo la produzione di energia tramite fonti rinnovabili (Masdar Company) e una città costruita per minimizzare i consumi energetici e le emissioni di CO 2, Masdar City. Il tutto per un investimento di 22 miliardi di $. Come energie rinnovabili viene utilizzato, oltre al fotovoltaico, il recupero di energia dai rifiuti, il recupero di calore concentrato in speciali collettori, la concentrazione dei raggi solari e l energia geotermica. La città è stata progettata da Lord Norman Foster che ha preso ispirazione dai villaggi arabi costruiti centinaia di anni fa e che incorporavano soluzioni per diminuire l impatto del calore solare attraverso camini che portavano l aria calda al di fuori delle abitazioni. 23

24 Ovviamente il tutto reinterpretato da una tecnologia molto sofisticata facendo diventare il progetto anche un laboratorio di sperimentazione. La città è stata costruita dal nulla e tutto è stato pensato in maniera integrata. Molte soluzioni adottate sarebbero quindi difficili da applicare ad insediamenti urbani già esistenti. In pratica la città vive su tre livelli. Quello inferiore dedicato alle infrastrutture (tubazioni, fibre ottiche...) quello intermedio utilizzato da autoveicoli elettrici che consentono lo spostamento all interno della città (le auto a combustibile fossile non possono entrare e sono parcheggiate al di fuori della città). I veicoli utilizzati sono personali ma solo in termini d uso in quanto appartengono alla città e si spostano guidati da un computer che minimizza percorsi e consumi. Quando sali in macchina devi dire al computer dove vuoi andare ed al resto pensa lui. Il livello superiore è quello delle abitazioni, delle piazze e vie pedonali, dei giadini. Il tutto coperto da un tetto in grado di bloccare o trattenere il calore a seconda delle necessità. Insomma un vero e proprio gioiello, anche se pensiamo ai costi. Non mancano le critiche di aver costruito un qualcosa che ghettizza sia chi lo usa sia chi non può utilizzarlo. L architettura e la vivibilità sono ovviamente valutate in modo soggettivo. Rimane, comunque, l interesse ad osservare questo progetto come un laboratorio che sperimenta su larga scala la ecosostenibilità. Progetti come questo non ne erano mai stati tentati (anche per i costi...). È interessante osservare sotto questo profilo la varietà di tecnologie che sono state messe in campo per acquisire energia e per utilizzarla al meglio recuperando gli scarti. Questo ci dice come al momento non si abbia alcuna soluzione che si possa basare su una singola tecnologia per quanto costosa (a Masdar i costi non erano un vincolo) ma occorra utilizzarne diverse. Questo è un messaggio per il futuro, almeno per questo secolo. 2

25 Più in là con la possibile disponibilità di energia pulita da fusione nucleare forse si potrà fare affidamento solo su questa, come ha fatto il Sole per qualche miliardo di anni e, indirettamente, la Terra. Australia Carbon 2020 In Australia la particolare geografia facilita l uso di energie alternative, in particolare quella solare. Infatti la domanda di energia è concentrata sostanzialmente sulla costa sud est e sud ovest in una fascia di qualche decina di chilometri. All interno c è subito il deserto con una elevata insolazione. Questo permetterebbe di installare a breve distanza dai punti di utilizzo sistemi solari di produzione dell energia. Ed è quanto hanno deciso di fare alcuni scienziati australiani lanciando il progetto Australia Carbon L obiettivo è di arrivare al 2020 ad una economia a zero emissioni di CO 2, che quindi non si basa su combustibili fossili e biocombustibili. L eliminazione dei combustibili fossili nel Figura 13 - Australia Carbon

26 solo trasporto significa aumentare l utilizzo di energia elettrica dai 211 TWh del 2007 a 327 TWh del 2020 (con l eccezione del traffico aereo e marittimo in cui non esistono alternative). Complessivamente l Australia deve soddisfare una domanda di oltre 1000 TWh (l Italia ha una necessità più che doppia, a fronte di una popolazione che è quasi il triplo di quella australiana) e ovviamente questa domanda va soddisfatta abbandonando l uso di combustibili fossili nella produzione di elettricità. Il progetto si propone di utilizzare tecnologie disponibili oggi, utilizzando per il 60% della produzione energia solare trasformata in calore con scambiatori a sale fuso e per il 0% energia eolica. Gli scambiatori di calore a sale sono essenziali per mantenere la disponibilità di produzione energetica anche quando il Sole scompare dietro l orizzonte. Nuove tecnologie nella produzione non sono sufficienti. Il progetto prevede anche il sostanziale rifacimento della rete di distribuzione per minimizzare le perdite di energia in questa fase. Figura 1 - Sistema a concentrazione luce solare 26

27 La realizzazione del progetto richiede un investimento tra il 3 e 3,5% del prodotto interno lordo annuale e un ammortizzamento degli impianti su trent anni. Al 2050 occorrerà infatti ripetere l investimento, certamente utilizzando nuove e più efficienti tecnologie, in quanto si sarà raggiunta l età massima degli impianti. Il progetto Australia Carbon 2020 ha quindi le carte in regola dal punto di vista tecnologico ma non è ancora stato approvato dal governo. Perché? Il motivo è economico. Per diversi anni l energia prodotta in questo modo verrebbe a costare di più di quella prodotta tramite combustibili fossili ponendo l industria australiana in condizioni di minor competitività. Inoltre il destinare il 3,5% del PIL a questo scopo viene da alcuni ritenuto una tassa troppo grande da pagare. Per far pendere la bilancia verso l attuazione del progetto servirebbe un incremento globale del costo dei combustibili fossili, o diretto oppure indiretto per l imposizione di tasse sulle emissioni di CO 2. Questo fatto sottolinea come le decisioni locali siano molto influenzate da aspetti globali. Se il mondo complessivamente non arriva a decidere che il passare ad un sistema di energia ad emissioni ridotte di CO 2 è l obiettivo comune da raggiungere è ben difficile che i singoli paesi inizino a percorrere questa strada. Il futuro ha bisogno di investimenti in ricerca Come si deduce da quanto brevemente presentato i progressi nel settore dell energia sono stati enormi ma la domanda di energia cresce ad un ritmo elevatissimo e nessuna delle tecnologie di oggi, da sola, è in grado di rispondere a questa domanda in modo economicamente sostenibile e senza generare effetti indesiderati e incontrollabili sull ambiente e quindi su di noi. Il governo degli Stati Uniti ha approvato in giugno 2010 un investimento di 11 miliardi di dollari per i prossimi tre anni per sviluppare nuove tec- 27

28 Figura 15 - Studi sulla superconduttività per il trasporto dell energia elettrica nologie e approcci per affrontare il problema energetico. È da notare come in questo ambito abbiano finanziato 37 progetti industriali per sperimentare nuove forme di produzione e trasporto di energia e come da questi investimenti deriveranno soluzioni ma anche una predominanza sul mercato sia diretta (vendita di sistemi di produzione di energia) sia indiretta (minori costi energetici e quindi maggiore competitività per l industria USA). L Italia e l Europa devono assolutamente sviluppare e realizzare una politica energetica per evitare di trovarsi tagliate fuori dal sistema economico a fine di questa decade. I tempi sono stretti in quanto le decisioni di oggi non troveranno un riscontro operativo che tra 5-10 anni. Il futuro ha bisogno di noi La ricerca ci darà tecnologie per una produzione e uso migliore dell energia ma questo non sarà sufficiente se ciascuno di noi, singolarmente e collettivamente, non si renderà conto dell ampiezza del problema e del contributo che occorre dare come persone utilizzando le risorse in modo responsabile. 28

29 Figura 16 - Diminuzione emissioni CO 2. Un impegno globale A differenza del contenimento dell uso dell acqua che ha impatti solo locali (se uso meno acqua utilizzando la doccia anziché il bagno consumo meno io - e risparmio - ma l acqua non consumata non va a vantaggio di una persona in Ciad) un minore utilizzo di energia porta a minori emissioni e queste vanno a vantaggio di tutto il mondo. Un minore uso di petrolio e di gas in Europa permette ad altre nazioni di utilizzarlo a costi economicamente compatibili. A loro volta, minori costi energetici permettono maggiore sviluppo economico e anche l investimento per rendere più pulita la trasformazione dell energia. Chiunque abbia avuto modo di recarsi in un paese in via di sviluppo non potrà non aver notato il livello di inquinamento presente in quei paesi. La crescente, ma insufficiente, ricchezza ha moltiplicato le auto ma la maggior parte di queste sono vecchie e inquinano moltissimo. Per la produzione di energia elettrica si prendono scorciatoie che portano ad ulteriore inquinamento così come per la produzione industriale. 29

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