Convegno Verso un altra economia Esperienze e proposte per un economia, ecologica, solidale e di pace

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1 Convegno Verso un altra economia Esperienze e proposte per un economia, ecologica, solidale e di pace Roma lunedì 17 maggio 2004 Camera dei Deputati - Sala del Cenacolo - Vicolo Valdina, 3/a Energie rinnovabili: il futuro del solare Intervento di Lorenzo Costantini - Esperto di ricerca e progettazione ambientale Esperienze e proposte per un economia, ecologica, solidale e di pace Energie rinnovabili: il futuro del solare 1 Diapositiva 1 PREMESSA: L ECO-ECONOMIA Un altro mondo possibile sarà molto diverso da quello che conosciamo ed esistono empiricamente tutte le potenzialità per costruirlo. Esistono le tecnologie, le forme di produzione e di organizzazione sociale. Le stesse tecnologie che ci hanno dato il potere di distruggere la base naturale della nostra vita, ci danno anche il potere di costruire un rapporto coproduttivo con la natura. (Cfr.Karl-Ludwig Schibel, coordinatore del Comitato di Garanzia di Terra Futura) Quando diciamo Un altro mondo è possibile abbiamo in mente una serie di qualità non rese immediatamente esplicite ma sottintese: un mondo migliore nel senso di un peso minore dell uomo sulla natura, un mondo più giusto perché garantirà i diritti umani a tutte le donne e uomini su questo pianeta, un mondo più equo che darà le stesse chance a tutti. L attuale modello economico, che si basa sulla continua espansione delle produzioni e dei consumi, sui combustibili fossili, sui prodotti usa e getta, sulla produzione di materiali a ciclo lineare anziché circolare (il ricycling), non può funzionare per tutto il pianeta e nemmeno per gli attuali paesi industrializzati, i cui governi non possono arrogarsi il diritto di difendere il benessere raggiunto con l uso spregiudicato e cinico del potere finanziario e tecnologico, fino ad arrivare all uso delle armi, alla guerra.

2 Eco-economia ovvero un economia sostenibile per l ambiente Ma allora la domanda è: cosa impedisce la nascita di un nuovo modello economico ed in particolare l implementazione di nuove tecnologie sostenibili per l ambiente? La risposta è complessa: ma gran parte della responsabilità è dell intreccio tra economia e potere che condiziona la politica, è delle grandi multinazionali che temono di perdere le posizioni dominanti del mercato e non hanno alcun interesse a cambiare le regole del gioco. 2 Diapositiva 2 Un economia sostenibile per l ambiente, una eco-economia richiede che i principi ecologici definiscano il quadro entro cui formulare la politica economia e che economisti ed ecologi lavorino assieme per modellare la nuova economia. Gli ecologi capiscono che tutte le attività economiche e la vita stessa dipendono dall ecosistema della Terra. Gli economisti d altra parte sanno tradurre gli obiettivi in politica. Un lavoro portato avanti assieme può delineare e costruire una eco-economia, che con la necessaria inclusione della giustizia e della equità sociale, diventa in sostanza l altra economia che vorremmo veder realizzata. Diventa allora necessario dimostrare che le tecnologie sostenibili per l ambiente sono anche economicamente valide. A partire dalla considerazione che in un ipotetico mercato trasparente il prezzo sarebbe in grado di esprimere tutte le componenti di costo di un prodotto, comprese le conseguenze della produzione sull'ambiente e sull'assetto sociale. In realtà ciò oggi non accade, e tra l altro il sistema produttivo non deve sopportare tutti questi costi indiretti, visto che gran parte di essi ricade invece sulla collettività. Seguendo questo criterio si può dimostrare che i costi da sostenere per l introduzione di tecnologie eco-compatibili, che con l attuale struttura dei prezzi possono apparire eccessivi, diventano invece accettabili se confrontati con i veri costi di produzione.

3 LE ENERGIE RINNOVABILI: Il futuro è del sole Gli effetti del cambiamento climatico, secondo la gran parte della comunità scientifica, sono peggiori di quanto previsto finora. L uso delle fonti fossili aggiunge a questi rischi la pressione sulla risorsa petrolio, dovuta anche allo sviluppo industriale di Paesi come Cina e India, che ha fatto aumentare i prezzi del greggio (in questi giorni mai così caro: 41,56 $ a New York e 38,83 $ il Brent a Londra contro i 27 $ di fine 2003, si consideri che per ogni 10 $ di aumento del greggio il tasso di crescita dell Occidente diminuisce del 0,6%). E non da ultimo, in questo quadro la dipendenza dal petrolio significa Guerra (vedi Iraq), con il rischio continuo di tragici conflitti e tragedie per l umanità. La risposta necessaria si articola su due direttrici: aumentare l efficienza di uso delle risorse energetiche, dunque più intelligenza e più innovazione per ridurre lo spreco di risorse, sviluppare le fonti rinnovabili, dal solare alle biomasse, dall eolico all idrogeno (su cui però farò alcune precisazioni più avanti). Questi obiettivi ambientali e strategici vanno incorporati nelle politiche industriali, energetiche e dei trasporti per fare nel XXI secolo una società che superi l era del petrolio e vada verso l economia del solare. Aspetti specifici riguardanti la produzione di energia Usi razionali dell energia utilizzo delle fonti rinnovabili contenimento dei consumi riduzione dei consumi sostituzione degli impianti Perché utilizzare fonti rinnovabili aumento della domanda = aumento dei prezzi del petrolio disponibilità fossili non infinita, destinata ad esaurirsi conseguenze dell uso dei fossili sul clima: effetto serra controllo del petrolio = guerra 3 Diapositiva 3 1. Aspetti specifici riguardanti la produzione di energia Un uso efficace, razionale ed ecologico dell energia si ottiene mediante: L utilizzazione delle fonti rinnovabili di energia. Il contenimento dei consumi di energia nella produzione e nell utilizzo di manufatti. La riduzione dei consumi specifici di energia nei processi produttivi. La sostituzione degli impianti nei settori a più elevata intensità energetica. Perché utilizzare le fonti rinnovabili di energia: perché l aumento della domanda dei paesi emergenti comporta un aumento vertiginoso dei prezzi del petrolio perché la disponibilità di combustibili fossili non è infinita e quindi è destinata ad esaurursi perché le conseguenze dell uso dei combustibili fossili sul clima sono disastrose (vedi l effetto serra) perché il controllo della risorsa petrolio porta ineluttabilmente alla guerra.

4 Le principali fonti rinnovabili di energia sono Biomasse Eolico Solare 4 Diapositiva 4 Sono inoltre fonti di energia assimilate alle rinnovabili: La cogenerazione Il calore recuperabile Il risparmio energetico Le principali fonti rinnovabili di energia sono costituite da: Biomasse Eolico Solare Sono inoltre considerate fonti di energia assimilate alle rinnovabili: La cogenerazione, intesa come produzione combinata di energia elettrica o meccanica e calore. Il calore recuperabile, dai fumi di scarico di impianti termici, elettrici e da processi industriali. I risparmi di energia, conseguibili nella climatizzazione e nell illuminazione degli edifici con interventi sull involucro edilizio e sugli impianti (architettura bioclimatica). Dunque anche la gestione e l uso razionale dell energia può essere considerato come una vera e propria fonte energetica rinnovabile, mediante il quale sono realizzabili risparmi del 30% sugli attuali consumi L economia dell idrogeno Un breve cenno sulla così detta economia dell idrogeno. E necessario valutare con attenzione l utilizzo di questa fonte energetica, perché il rischio è che le multinazionali potrebbero continuare la speculazione già fatta sui combustibili fossili. L idrogeno da utilizzare per produrre energia o per autotrazione verrà in gran parte estratto da idrocarburi (petrolio o metano), con il problema che per estrarre idrogeno si produce CO 2 come residuo (una molecola di metano è formata da CH 4 : 1 atomo di carbonio e 4 di idrogeno). Pertanto si avrebbe solo uno spostamento dell inquinamento dalle città dove le autovetture marcerebbero a idrogeno e quindi senza produrre gli attuali inquinanti, mentre l inquinamento sarebbe spostato nei centri di produzione dell idrogeno. Alla fine il bilancio complessivo ambientale in termini di produzione di CO 2 sarebbe ugualmente dannoso, a meno che non si produca idrogeno per dissociazione direttamente dell acqua. Inoltre l idrogeno per quanto abbondante è comunque una risorsa esauribile. Bisogna poi pensare anche alle problematiche di sicurezza intrinseca che deriverebbero da un uso diffuso dell idrogeno liquido (già oggi evidenziate dall uso di GPL o Metano liquido). La vera sfida alternativa è nell uso del motore elettrico, inizialmente a batterie ricaricabili e poi a celle fotovoltaiche. Un'altra possibilità è quella di produrre l'idrogeno da fonti rinnovabili, immagazinando di fatto l'energia prodotta nell'idrogeno, ma anche in questo caso i bilanci energetici non sono molto favorevoli, per cui rimane una applicazione interessante ma da approfondire circa la reale fattibilità e convenienza.

5 Ma tornando alle principali energie rinnovabili abbiamo: 2. Le Biomasse Che rappresentano la forma più sofisticata di accumulo dell energia solare. Questa, infatti, consente alle piante durante la loro crescita di convertire la CO² atmosferica in materia organica, tramite il processo di fotosintesi. In questo modo vengono fissate complessivamente circa (2 x10 11) 200 miliardi di tonnellate di carbonio all anno, con un contenuto energetico dell ordine di (70x10 3) 70 miliardi di tep. 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. Le più importanti tipologie di biomassa sono residui forestali, scarti dell industria di trasformazione del legno (trucioli, segatura, etc.) scarti delle aziende zootecniche, ed i rifiuti solidi urbani. 3. L Eolico Sfrutta la spinta del vento sulle pale della girante di un aereogeneratore per produrre energia elettrica. La bassa densità energetica dell'energia eolica per unità di area della superficie di territorio, comporta in genere la necessità di procedere alla installazione di più macchine per lo sfruttamento della risorsa disponibile. Questo ovviamente non costituisce una preclusione agli impianti con macchina singola. L'esempio più tipico di impianto eolico è costituito dalla wind farm (cluster (grappolo) di più aerogeneratori disposti variamente sul territorio, ma collegati ad una unica linea che li raccorda alla rete locale o nazionale). Gli impianti possono essere sostanzialmente delle tipologie che seguono: A. Isolati B. In Cluster (grappoli, in genere collegati alla rete di potenza o ad una rete locale) C. Combinati o Integrati Tipologie di impianti eolici Isolati In Cluster (grappolo) Combinati o Integrati Mondo MW USA MW India MW Cina 300 MW Europa MW Germania MW Danimarca MW Spagna MW Olanda 400 MW Italia 280 MW Alcuni dati sulla potenza eolica installata in MW all anno 2000: Mondo Europa USA Germania India Danimarca Cina 300 Spagna Olanda 400 Italia Diapositiva 5

6 Solare termico 4. Il Solare IL SOLARE 6 Diapositiva 6 Fotovoltaico Il sole è la principale fonte di energia rinnovabile, se consideriamo che la radiazione solare equivale a volte il fabbisogno energetico del pianeta: mediamente abbiamo ogni anno una radiazione di kwh per mq di superficie irradiata. Le principali tecnologie di sfruttamento della radiazione solare sono: 4.1 Solare Termico Il cui utilizzo rientra tra i modi più razionali e puliti per scaldare l acqua o l aria nell utilizzo domestico e produttivo. La radiazione solare, nonostante la sua scarsa densità (che raggiunge 1000 W/m² solo nelle giornate di cielo sereno), resta la fonte energetica più abbondante e pulita sulla superficie terrestre. Il rendimento dei pannelli solari è aumentato di un buon 30 % nell ultimo decennio, rendendo varie applicazioni nell edilizia, nel terziario e nell agricoltura commercialmente competitive. L applicazione più comune è il collettore solare termico utilizzato per scaldare acqua sanitaria. Un metro quadrato di collettore solare può scaldare a C tra i 40 ed i 300 litri d acqua in un giorno a secondo dell efficienza che varia, con le condizioni climatiche e con la tipologia di collettore, tra il 30 % e l 80%. Nel mondo sono installati oltre 30 milioni di metri quadri di pannelli solari di cui 3 milioni nell'unione europea. In Italia l'applicazione dei pannelli solari per scaldare l'acqua può essere ancora molto potenziata. Nel 2000 sono stati installati circa m², molto pochi anche rispetto a paesi più freddi (per esempio l'austria) ma più sensibili a questioni economico ambientali relative a questo settore. Il parco del solare termico in Italia è oggi di m², l'utilizzo maggiore è dovuto all'utenza domestica, ad impianti di prevalente utilizzo estivo ed alle piscine.

7 Esempio di montaggio di pannelli fotovoltaici 7 Diapositiva Solare Fotovoltaico Sviluppato alla fine degli anni 50 nell ambito dei programmi spaziali, per i quali occorreva disporre di una fonte di energia affidabile ed inesauribile, la tecnologia fotovoltaica (FV) si è diffusa anche per applicazioni terrestri come la produzione di energia elettrica per l alimentazione di utenze isolate (stand-alone) o con impianti installati sugli edifici e collegati ad una rete elettrica preesistente (grid-connected). 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. Per cui il componente base di un impianto FV è la cella fotovoltaica realizzata in silicio. Attualmente circa il 90% della produzione riguarda celle in silicio cristallino, nelle due varianti: silicio multicristallino con una efficienza del 15%, oppure silicio monocristallino con efficienza del 16%. Le celle possono essere realizzate anche in silicio amorfo, deposto come film sottile su un supporto di vetro, plastica o metallo, con efficienza di conversione tra il 6 e l 8%, ma che può aumentare fino al 25% aggiungendo al film sottile arsenurio di gallio, oppure cd-tellurio o altri elementi già in fase di avanzata applicazione. Un modulo FV è composto di celle incapsulate tra una copertura in vetro sup. E una protezione post. I moduli sono poi contenuti in un telaio di alluminio. Considerando una irradiazione solare di W/m2, un modulo fotovoltaico, costituito da più celle assiemate, produce a seconda dell efficienza da 60 a 150 W/m2. 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. Un componente essenziale, 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.

8 4.2.1 Aspetti generali dei sistemi fotovoltaici Sistemi Stand - alone o off - grid All inizio sono stati sviluppati soprattutto sistemi fotovoltaici Stand-alone (fig. 1), cioè sistemi isolati di tipo off-grid (non connessi con le reti elettriche convenzionali) utilizzati per produrre energia elettrica in zone prive di possibilità di allaccio alla rete elettrica. Tali sistemi sono subito apparsi adatti all installazione in paesi in via di sviluppo dove le reti elettriche sono limitate ai grandi centri urbani, mentre le popolazioni rurali non hanno possibilità di accesso alla rete elettrica convenzionale e hanno peraltro basse esigenze di consumi elettrici, viene infatti stimato in 15 W pro-capite il fabbisogno individuale di energia (circa 1/20 di quello dei paesi sviluppati). I sistemi Stand-alone hanno bisogno di batterie per l accumulo dell energia prodotta, in modo da garantire l utilizzo della stessa anche quando non viene prodotta (es. di notte). Sistemi Stand - alone (off - grid) 8 Diapositiva 8 Schema di impianto stand-alone (offgrid) Esempi di applicazione dei sistemi FV nei paesi in via di sviluppo: Agricoltura: pompaggio acqua, irrigazione; Comunità: pompaggio acqua, sistemi di purificazione e dissalazione dell acqua, illuminazione scolastica e di altri edifici; Usi domestici: illuminazione; TV, radio, e altre applicazioni; Salute: conservazione dei vaccini, luci di sicurezza; Piccole aziende: illuminazione, alimentazione di piccole apparecchiature, ricarica batterie. Sistemi grid connected 9 Diapositiva Sistemi grid connected Nell applicazione nei paesi industrializzati è stato invece sviluppato il sistema Gridconnected (fig.2), cioé un sistema connesso alla rete di distribuzione elettrica. L energia prodotta in surplus viene immessa nella rete elettrica, mentre quando non c é produzione questa viene integrata dalla corrente di rete. Considerato che i pannelli fotovoltaici producono corrente elettrica continua, per la trasformazione da corrente continua a corrente alternata occorre inserire nel sistema un inverter. La potenza tipica di impianti di tale tipo e di circa 1,5-2 kwp.

9 4.2.2 Indici di costo In primo luogo è da notare che un impianto stand-alone ha un costo praticamente doppio di un analogo impianto grid-connected, ciò è dovuto principalmente al costo del sistema di batterie di accumulo dell energia prodotta. Costo medio in Euro/W per installazione di sistemi fotovoltaici in Italia Sistemi stand-alone (off-grid) Sistemi gridconnected < 1 kw > 1 kw < 10 kw > 10 kw 13 Euro/W 12 Euro/W 7 13 Euro/W 7 Euro/ W Sulla base delle recenti installazioni di impianti grid-connected si è registrato un costo medio di 8 Euro/W. Pertanto un impianto per uso domestico con una potenza media di 1,5 kw costa circa Euro. Tale costo va diminuito dell importo di eventuali eco-incentivi valutabili in circa l 85% del costo da sostenere (considerando l abbattimento del 75% del costo di investimento (IVA esclusa) più la detrazione IRPEF del 36%). Appare evidente che occorre fare ulteriori sforzi, sul versante tecnologico nonché delle tariffe e agevolazioni, per abbattere i costi di installazione che appaiono comunque troppo elevati rispetto a soluzioni convenzionali, tenendo presente tre aspetti: L ottimizzazione dei costi di fabbricazione (il costo del pannello fotovoltaico incide per il circa il 50% del costo complessivo) da perseguire attraverso la ricerca; La considerazione dei benefici economici conseguenti al miglioramento apportato dall uso dei sistemi fotovoltaici su molteplici fattori ambientali; La considerazione che i prezzi attuali della produzione di energia elettrica convenzionale non comprendono la compromissione dell eco sistema ambientale ( soprattutto quando si parla di energia nucleare). Il costo di fabbricazione dei pannelli fotovoltaici dipende principalmente dalla produzione di silicio di grado solare che costituisce la cella del pannello. In molti paesi sono stati portati avanti progetti di ricerca e di produzione che adottano tecnologie innovative, per modificare l attuale situazione che vede la produzione di silicio indirizzata in via prioritaria verso l industria dei semiconduttori (elettronica) e solo secondariamente verso l industria dei pannelli fotovoltaici, ciò comporta degli alti costi della materia prima silicio a fronte di processi di assiemaggio dei pannelli e dei sistemi fotovoltaici che sono sostanzialmente low-cost. L anno scorso negli USA è stata avviata la prima fabbrica di silicio per usi fotovoltaici. La società SG Silicon, joint venture tra USA- Giappone e Norvegia, produrrà ton/anno di silicio di grado solare impiegando 160 addetti. Altre esperienze significative sono in corso in Giappone. L Italia, che aveva attraverso ENEA ed ENI sviluppato interessanti ricerche e brevetti in tale campo, non ha poi dato seguito a concrete iniziative industriali e produttive ( anche per le motivazioni di cui si dirà negli interventi che seguono).

10 CONCLUSIONI Si può ritenere pertanto che un utilizzo combinato del risparmio energetico e delle fonti rinnovabili di energia comporta una forte diminuzione delle emissioni di anidride carbonica e quindi dell effetto serra: il cambiamento dall economia dei fossili all economia delle rinnovabili segna una svolta epocale. In particolare per il solare fotovoltaico, i prossimi anni saranno decisivi per un drastico abbattimento dei costi che consentirà di garantire l emergere di uno scenario energetico alternativo e sostenibile dal punto di vista ambientale: l economia del solare. Ogni prodotto deve essere progettato in maniera eco compatibile per tutto il suo ciclo di vita, da quando viene fabbricato a quando diviene rifiuto: zero emissioni e zero rifiuti, raggiungendo questo obiettivo anche attraverso il raggruppamento ecologico delle industrie: lo scarto di una è l alimentazione per un altra Occorre rifondare anche la ricerca. Oggi la ricerca non vuole porsi limiti, ma qui non si tratta di porre limiti morali o religiosi, si tratta di ripensare la tecnologia, di imparare le connessioni nascoste che costituiscono la trama della vita in modo da lavorare in sintonia con essa, non contro di essa, seguendo la teoria della complessità in cui le dimensioni biologiche, cognitive e sociali della vita si integrano a vicenda (ad esempio: no alla brevettabilità del genoma umano, no agli OGM). Esempio di edificio con facciate fotovoltaiche 10 Diapositiva 10 Occorre inoltre costruire un nuovo modello economico che si basi oltre che sul risparmio energetico e sulle fonti rinnovabili, sul riprogettare l economia dei materiali, eliminando i prodotti usa e getta e incrementando il riciclo. Bisogna inoltre uscire dalla crisi presente, e risolvere la contraddizione per cui le risorse sono limitate e i bisogni artificialmente dilatati. Forse l informazione non parla abbastanza di queste cose, ma le cose importanti non emergono subito, ci vuole del tempo. Anche il movimento new global, però, dovrebbe porre ai primi posti della propria agenda d azione il problema della sopravvivenza del pianeta (cfr. Wolfgang Sachs del Wuppertal Institut e presidente del Comitato di garanzia di Terra Futura).

11 Posto che la forma attuale del capitalismo globale è insostenibile tanto sotto il profilo ecologico, quanto sotto quello sociale, ciò di cui abbiamo bisogno è un cambiamento sistemico a un livello più profondo. Dobbiamo cambiare le regole del gioco. La sfida principale per il nuovo secolo sarà quella di costruire delle comunità che siano ecologicamente sostenibili, progettate in modo tale che le loro tecnologie e le loro istituzioni sociali non vengano a minare quella capacità di sostenere la vita che è una proprietà intrinseca del mondo naturale. La transizione verso un mondo sostenibile, un altro mondo possibile, non sarà cosa facile. L impresa sembra ciclopica, ma non è del tutto impossibile. Che cosa possiamo quindi sperare per il futuro dell umanità? Una delle risposte più ispirate di fronte a questa domanda esistenziale è quella che ci viene dallo statista ceco Vaclav Havel, che trasforma questa domanda in una riflessione sulla speranza stessa: La speranza non consiste nella convinzione che qualcosa andrà bene, ma nella certezza che qualcosa ha senso, indipendentemente da come poi, di fatto, andrà a finire Vaclav Havel 11 Diapositiva 11 (Da Fritjof Capra (filosofo e fisico): La scienza della vita)