Le risorse energetiche e il futuro delle rinnovabili

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1 Le risorse energetiche e il futuro delle rinnovabili Prof. Paolo Redi Solar Energy Italia S.p.A. Prato Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni- Facolt dingegneria Universit di Firenze

2 Dopo la crisi energetica degli anni 70 si era diffusa una forte sensazione che l era del petrolio a basso costo fosse finita. Così non è stato. Sono seguiti oltre 20 anni in cui il prezzo degli idrocarburi è rimasto basso e la disponibilità così elevata che solo un anno fa l amministratore delegato di una grande impresa petrolifera italiano si lamentava della esistenza in Italia di troppo metano, questo forse per tentare di opporsi alla perdita della posizione dominante.

3 Anche se l esperienza degli anni 70 può fare diffondere la sensazione che passata la bufera poi si ritornerà a condizioni di mercato simili alle precedenti, esistono fondati elementi per dire che le cose non possono tornare come prima per almeno tre motivi: Paesi emergenti come Cina e India stanno diventando forti consumatori Pochi sono gli investimenti in nuove ricerche perché di fatto nessuno si aspetta scoperte sensazionali di riserve a basso costo di estrazione Il fattore ambientale è oggi molto più presente di prima a vario livello Recenti scandali indicano che alcune compagnie rivendicavano di possedere riserve che poi hanno dovuto smentire

4 Esiste una vasta convergenza nel ritenere che intorno agli anni 2030 i prodotti petroliferi non potranno soddisfare la domanda che si avrà al momento e che si dovrà riservare l impiego di prodotti petroliferi solo per alcune applicazioni, in particolare la trazione. La storia dell energia mostra come dall inizio dell umanità si sono utilizzati principalmente combustibili solidi, legno, carbone, torba. Questo all incirca fino agli anni 50. Dopo i consumi si sono spostati verso prodotti liquidi e è iniziato l impiego massiccio degli idrocarburi. Larga convergenza esiste nel fatto che è già iniziato il passaggio verso l impiego di combustibili gassosi, prima il gas naturale e poi dopo gli anni 2050 sarà il momento dell idrogeno. Oltre il 2050 H 2

5 Questo non vuole affatto dire che il petrolio è finito o che non ricorreremo anche al nucleare, ma che il consumo si sposterà verso combustibili gassosi, prima il gas naturale e poi dopo gli anni 2050 l idrogeno. Di fatto l era del petrolio sta andando verso il suo massimo e siamo non lontani dall inizio della curva discendente. Di fatto è iniziata l era del rinnovabile, che peraltro da sempre ha giocato un ruolo fondamentale nell approvvigionamento energetico di molti paesi, vedi l idroelettricità nella prima industrializzazione italiana.

6 Un indicatore della tendenza verso lo sviluppo delle fonti rinnovabili è riportato nella tabella. E importante notare l accelerazione che si è avuta negli ultimi anni.

7 La sempre minore capacità di soddisfare la domanda che hanno le fonti energetiche convenzionali non vuole dire che la disponibilità di energia andrà a diminuire. Se nel 2000 il contributo delle fonti rinnovabili a livello mondiale copriva circa il 19% della domanda di energia elettrica, nel 2040 le fonti rinnovabili copriranno oltre l 80% della domanda e nel frattempo la produzione di energia elettrica passerà da TWh a circa TWh.

8 Generazione energia elettrica

9 Nelle previsioni non si hanno pessimistici scenari di grandi carenze di energia ma invece concrete ipotesi di risoluzione dei problemi energetici. Qualcuno potrà dire che certi scenari sono troppo ottimistici ma di fatto fino ad oggi le previsioni sono state superate dalla realtà come è accaduto nel il settore fotovoltaico dove le previsioni di Shell di una produzione di 1.500MWp nel 2010 sono state raggiunte nel World Shipments of PV Cells & Modules Business as usual scenario Rest of World Japan USA Europe Projection to Annual Shipments (MWp) Year 0

10 Capacità esistente alla fine del 2004 Potenza Mini-idro Generatori eolici Sistemi di generazione a biomasse Geotermia Fotovoltaico non in rete Fotovoltaico in rete Solare termico Energia da maree Energia dalle onde 61,GW 48GW 39GW 8,9GW 2,2GW 1,8GW 0,4GW 0,4GW 0,4GW Totale capacità produttiva 220GW

11 Riscaldamento acqua sanitaria ed ambienti Potenza Riscaldamento a biomasse Collettori solari Riscaldamento geotermico diretto Pompe di calore geotermiche 220GWt 77GWt 13GWt 15GWt Case con collettori solari Edifici con pompe di calore geotermiche 40 milioni 2milioni Combustibili per trasporti Produzione di etanolo 31Mm 3 Produzione di biodiesel 2,2Mm 3

12 Le Fonti Energetiche Rinnovabili in Italia Rinnovabili (16%) Idroelettrico (76%) Geotermico (11%) Non rinnovabili (84%) Biomasse (9%) Eolico (3%) Altri (1%) Obiettivo indicato dall UE per l Italia al 2010: 25%! Fonte: GRTN, anno 2003)

13 Mini-Idro E una risorsa di grandissimo potenziale, purtroppo in Italia i margini per nuove applicazioni sono alquanto ridotti anche per la poca accettazione sociale da parte delle popolazioni interessate ma in futuro si può ipotizzare anche la modifica degli impianti esistenti non solo per la produzione ma anche l accumulo di energia. In Sicilia oggi siamo in una posizione di stallo per nuovi impianti eolici dato che la produzione di energia elettrica è superiore al consumo ed esiste una forte carenza nel sistema di trasporto dell energia. In Sicilia la potenza idroelettrica è di 732MW e quelle eolica di 270MW e si valuta che si potranno accettare solo nuovi 150MW. Riconvertendo alcuni impianti idroelettrici per il funzionamento in pompaggio si potrebbe accettare notevoli incrementi della produzione eolica senza nuove linee di trasporto.

14 Eolico E il settore nel quale si sono avuti i maggiori investimenti e di più rapida evoluzione anche per il diffondersi di applicazioni off-shore. I paesi con maggiore potenza installata sono quelli del Nord Europa, Spagna mentre in Italia esiste da tempo un grosso dibattito che di fatto rende difficile un maggiore sviluppo. La Danimarca è leader mondiale nella percentuale d energia eolica rispetto alla totalità prodotta, il 20%. In termini di capacità generativa, la Germania conduce la classifica con MW. Entro la fine del 2003, aveva superato il suo obiettivo per il 2010 di MW di capacità generativa. Per la Germania, questa rapida crescita dell energia eolica è centrale per raggiungere l obiettivo di ridurre le emissioni di anidride carbonica del 40% entro il 2020.

15 Eolico Potenza installata a fine 2003 Germania Spagna Danimarca Italia 904 Olanda 873 UK 649 Austria 415 Svezia 399 Grecia 375 Portogallo 299

16 Solare fotovoltaico Con una produzione che oggi è intorno a 1.500MWp si tratta di un settore il cui sviluppo è limitato unicamente dalla crisi nella disponibilità di silicio. Questo è un fenomeno che non è apparso all improvviso ma che forse si è avverato prima che si fosse realmente valutata la potenzialità di questo mercato. Di fatto il fotovoltaico implica: la non realizzazione di nuove linee elettriche la riduzione del consumo di idrocarburi inquinanti la diminuzione della dipendenza dall estero nuove occasioni di lavoro ( nuovi posti di lavoro in Germania)

17 Solare fotovoltaico Le tecnologie fotovoltaiche sono forse quelle che maggiormente sono accettate a livello di opinione pubblica. Enormi estensioni di tetti possono diventare non solo una protezione per l edificio ma anche un elemento attivo che produce energia, riduce le dispersioni termiche e garantisce energia nelle ore diurne quando maggiore è la richiesta. I sistemi di captazione hanno una vita molto elevata senza richiedere sostanziali interventi di manutenzione, possono essere installati praticamente ovunque e perciò sono una forma di produzione molto democratica.

18 Solare fotovoltaico Le tecnologie fotovoltaiche non hanno raggiunto la maturità ma non ci si devono aspettare riduzioni nei costi molto elevate. L energia non potrà costare poco in futuro e perciò il punto di pareggio con le fonti tradizionali avverrà a livelli di prezzi molto più elevati di oggi. Il punto di pareggio si troverà molto più rapidamente di quanto in passato ipotizzato e perciò la possibilità di competitività per l energia fotovoltaica potrà avvenire anche molto presto, come già oggi peraltro accede nelle piccole isole.

19 Solare fotovoltaico A livello mondiale il mercato fotovoltaico cresce da circa 10 anni ad un ritmo tra il 25% ed il 35% all anno. In Italia il mercato si è aperto nel 2002 con molto ritardo e questo ha significato sicuramente minori occasioni di lavoro e maggiore dipendenza dall estero. Anche l Italia cerca di allinearsi ai paesi più avanzati in questo settore introducendo il così detto conto energia. I primi risultati del decreto 386 sono tali da avere fortemente spiazzato anche le forze politiche che dopo avere per anni sottovalutato il settore stanno ora prendendo atto di quanto accade in Europa e Giappone da molti anni.

20 Solare fotovoltaico Le limitazioni attuali nella offerta si andranno a ridurre per l incremento della capacità produttiva di silicio di grado solare.

21 Solare fotovoltaico Il settore avrà nei prossimi anni incrementi che porteranno la produzione a livelli 10 volte gli attuali nel prossimo decennio. Gli sviluppi saranno basati sulle tradizionali tecnologie ma con continui miglioramenti che riguarderanno: l incremento dell efficienza verso il 20% la riduzione del silicio utilizzato di oltre il 50%.

22 Solare fotovoltaico Particolarmente interessante è il fatto che il mondo della finanza ha scoperto il fotovoltaico e questo si ripercuote nella realizzazione di fondi d investimento per finanziare nuove centrali e per entrare nel capitale di imprese operanti nel settore, come accade per la società che rappresento.

23 Biomasse S'intende per biomassa ogni sostanza organica derivante direttamente o indirettamente dalla fotosintesi clorofilliana Biomassa è un termine che riunisce una gran quantità di materiali, di natura estremamente eterogenea. In forma generale, si può dire che è biomassa tutto ciò che ha matrice organica, con esclusione delle plastiche di origine petrolchimica e dei materiali fossili, es. petrolio e carbone

24 Biomasse Ann Annuali Colza Bietola, Cereali, Girasole Biodiesel Bioetanolo Sorgo f. Sorgo z. Kenaf Energia elettrica e/o termica Poliennali: Panico Cardo Canna Canapa Miscanto Energia elettrica e/o termica Legnose SRF pioppo, eucalipto cons. miste

25 Biomasse Destinazioni energetiche Autotrazione Riscaldamento Colture da carboidrati o da olio Colture dedicate Filiera Biocombustibili Filiera Biodiesel Filiera Bioetanolo Filiera Biogas Gassificazione Colture Lignocellulosiche Pirolisi H2 Combustione Elettricità

26 Biomasse Le biomasse hanno di fronte un futuro di grande rilievo. La realtà delle zone alpine mostra come molte applicazioni nascano in base a situazioni locali, ad esempio porto gli impianti di teleriscaldamento della Val Badia e similari iniziative in progetto nella provincia di Trento. Da anni biomasse sono oggetto di valorizzazione su base locale e questo permette di ovviare ai problemi di logistica che limitano le applicazioni. Grandi iniziative del tipo di quelle brasiliane per l impiego dell etanolo si moltiplicheranno anche se esistono problematiche relative ai danni derivanti delle monoculture

27 Biomasse Il Brasile è stato a lungo il leader nella produzione di combustibili a base di etanolo producendo quasi il 50% della produzione mondiale, 15 miliardi di litri nel La disponibilità di auto nate per utilizzare etanolo o sue miscele con benzina è alla base del ritorno della domanda nel paese dopo il declino degli ultimi anni. In Germania la produzione di biodiesel è aumentata del 50% ed in generale l interesse è crescente anche in Italia. Molto dipenderà dalla politica fiscale che si vorrà utilizzate

28 Energia dal mare, onde, maree, correnti Le applicazioni sono solo all inizio ma il mare potrà dare molto in termini energetici tramite lo sfruttamento delle onde e delle correnti marine. Le nuove iniziative risultano assai promettenti e forse l energia del mare potrà dare un contributo significativo in alcuni paesi. Il primo esperimento di Messina di utilizzo delle correnti sottomarine verrà ripetuto in scala ben maggiore in Cina. L industria nazionale è chiamata a svolgere un suo ruolo anche perché in sede comunitaria i positivi risultati ad oggi ottenuti possono trovare ulteriori supporti per la ricerca e la dimostrazione

29 Idrogeno E il combustibile sul quale si fissano le grandi speranze ma il cammino prima di un suo impiego è molto lungo anche perché di fatto non è un combustibile ma solo un vettore di energia che tra l altro potrà dare un grande contributo per lo stoccaggio dell'energia rinnovabile in associazione o meno alle fuel cell. Di fatto oltre a esperienze estemporanee l impiego è ancora difficile. All idrogeno si arriverà gradualmente e per questo iniziative che nascono oggi sono molto positive perché permettono di affrontare con gradualità i problemi. Si tratta di un elemento che presenta caratteristiche di particolare pericolosità. In realtà l idrogeno è utilizzato da sempre e perciò è possibile utilizzarlo anche subito.

30 Idrogeno Parlare oggi di idrogeno è diventato di moda ma forse le esperienze personali che vado ad illustrare mostrano come l accoppiata sole-idrogeno può trovare applicazioni in breve tempo. Devo premettere che pensare all idrogeno per ridurre l inquinamento utilizzando il processo di produzione del reforming del gas naturale non risolve i problemi delle emissioni di CO 2. Solo sfruttando le fonti rinnovabili riusciamo a ridurre le emissioni e tra le forme potenzialmente più promettenti c è il sole.

31 Idrogeno Il processo elettrolitico per quanto costoso sembra oggi essere quello più promettente per le applicazioni nel prossimo futuro. Il processo utilizza la scissione dell acqua a mezzo di energia elettrica. Si richiedono tra 4,6 ad oltre 5kWh per produrre un Nm 3 di idrogeno. Non è poco e per questo fino ad oggi solo circa il 4% di tutto l idrogeno prodotto utilizza il processo elettrochimico che peraltro permette di produrre gas di elevata purezza, oltre l ossigeno che ha un valore economico non indifferente.

32 Idrogeno Ho in corso alcuni progetti relativi alla produzione di idrogeno da fonte solare. Questi progetti utilizzano un brevetto da me richiesto nel marzo 2005 che permette di ridurre i consumi di energia elettrica nel processo di elettrolisi di circa il 13% tramite l impiego di ultrasuoni. Questo per mettere in evidenza un aspetto spesso trascurato che cioè è possibile migliorare il processo elettrolitico di produzione dell idrogeno. In particolare è in corso di installazione un impianto che produrrà idrogeno utilizzando energia elettrica da fonte fotovoltaica nella città di Pistoia. Si tratta della prima realizzazione in Italia. L idrogeno L sarà utilizzato miscelato con gas naturale e alimenterà la flotta di autobus urbani della locale azienda trasporti COPIT.

33 Idrogeno Il sistema è composto da un generatore fotovoltaico la cui energia alimenta un dissociatore elettrolitico del tipo avanzato. L idrogeno L prodotto viene miscelato al gas naturale durante il rifornimento degli autobus con una percentuale variabile, intorno al 5%. L impianto è in fase di avanzata realizzazione ed entrerà in servizio entro la primavera 2006.

34 Conclusioni La fase che sta vivendo l'economia mondiale è a mio avviso positiva dal punto di vista delle prospettive future. L uomo dello scorso secolo si è comportato come i pastori che sfruttano le risorse che trovano e quando queste si esauriscono passano in un altro territorio. L uomo di questo nuovo secolo si dovrà comportare come l agricoltore che coltiva il suo campo e non si sposta mai, eventualmente cambia colture. Questo vuole dire che l energia sarà di fatto prodotta dall uomo o meglio l uomo sarà ancora di più che nel passato obbligato a utilizzare quanto la natura mette a disposizione, a cominciare dall'inesauribile fonte solare in tutte le sue forme

35 H 2 H 2 H 2 FINE H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2

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