relatore Arturo Romer

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1 relatore Arturo Romer 1. Introduzione. CONTENUTO DELLA CONFERENZA 2. Consumi energetici odierni e futuri a livello mondiale. 3. L effetto serra e il cambiamento climatico. 4. Società da 1 tonnellata di CO 2 pro capite all anno. 5. Le varie tecnologie di produzione di elettricità. Un confronto. 6. Le nuove energie rinnovabili. 7. L energia nucleare. 8. Conclusione. 1

2 1. Introduzione. CONTENUTO DELLA CONFERENZA 2. Consumi energetici odierni e futuri a livello mondiale. 3. L effetto serra e il cambiamento climatico. 4. Società da 1 tonnellata di CO 2 pro capite all anno. - obiettivo: intendo farmi capire. 5. Le varie tecnologie di produzione di elettricità. Un confronto. - considero la situazione energetico-ambientale planetaria. - le rivoluzioni energetiche del passato: fuoco, neolitico, MV. 6. Le nuove energie rinnovabili. - qualche riflessione, poche definizioni e un po di teoria. 7. L energia nucleare. Un potenziale da non sottovalutare. 8. Conclusioni. 1. Ragionare globalmente. (situazione planetaria, consumi, risorse, stato di sviluppo) 2. Agire localmente con coerenza. (sfruttare le opportunità e le risorse locali) 2

3 PROBLEMI PLANETARI L esplosione demografica Le emissioni di gas serra -fame -sete - povertà Il fabbisogno energetico L effetto serra Aumento annuo attuale: 79 milioni Aumento giornaliero: ALCUNE DOMANDE Quale sarebbe la nostra qualità di vita: senza elettricità? senza combustibili e senza carburanti? senza la scoperta del fuoco? senza scienza, ricerca e tecnica? 3

4 L UNITÀ DI ENERGIA JOULE (J) James P. Joule [J] = 1 newton x 1 metro = 100 [g] = 0.1 [kg] = 1 [N] 1 [m] = 1 watt x 1 secondo = il legame tra joule e watt: = 1 [W] 1 [s] 1 watt = 1 joule / 1 secondo = 1 coulomb x 1 volt = h 1.02 [m] 1 joule 100 [g] = 0.1 [kg] = 1 [C] 1 [V] 2 m 1 [J] = 1 [kg ] 2 s Newton E = m g h = = 10.1 cal 9.81 = joule= = 1 [J] 1 [kwh] = [W] [s] = [J] = 3,6 [MJ] - tempo necessario? - costo operaio in CHF? - costo con batterie? - costo con rete elettrica? (Lavoro) 1 [t] = [kg] circa gradini Madonna del Sasso 346 m.s.m. Piazza Grande 200 m.s.m. dislivello 367 m] 4

5 UNITÀ ENERGETICHE PARTICOLARI 1 tonnellata equivalente carbone = 1 [tec] = = 29,3 [GJ] = [kwh] 1 tonnellata equivalente petrolio = 1 [tep] = 41,9 [GJ] = [kwh] Einstein Equivalenza tra massa ed energia Il fuoco dell annichilazione in un futuro lontano: materia + antimateria bilancio energetico negativo E = m c 2 1 kg di massa corrisponde a milioni di tonnellate di carbone. 1 kg 1 kg massa annichilazione Einstein E = 25 mia [kwh] materia + antimateria: applicazione nella diagnostica medica. 5

6 IL POTERE CALORIFICO DI LEGNA SECCA calore lavoro reazione chimica combustione 4.3 kwh/kg il fuoco elettromagnetico difetto di massa: corrisponde a 0.17 μg Sadi Carnot Energia primaria (carbone, petrolio, uranio, ecc.) 100% Energia secondaria (benzina, elettricità, coke, calore a distanza, ecc.) Perdite di trasformazione Energia finale (benzina, nafta, elettricità, calore, ecc.) Consumo non energetico Consumo proprio Energia utile (luce, calore, forza, ecc.) 25% 35% Perdite presso il consumatore Motivi delle perdite: leggi della fisica e inefficienza. Risparmio energetico: esiste un enorme potenziale. 6

7 L ENERGIA NON CONSUMATA I NEGAWATT (1-0.02) 90 x ( ) 90 Produzione, trasporto e distribuzione di energia isolazione Servizi Edifici - rendimento MV 1769: 4% - soluzioni oggi: molte Industria Tempo libero vittime stradali Traffico 1. Introduzione. CONTENUTO DELLA CONFERENZA 2. Consumi energetici odierni e futuri a livello mondiale. 3. L effetto serra e il cambiamento climatico. 4. Società da 1 tonnellata di CO 2 pro capite all anno. -5. i tempi Le varie di transizione tecnologie di produzione energetica di sono elettricità. lunghi: Un confronto anni. - i sistemi energetici sono fortemente inerziali (investimenti). -6. l obiettivo Le nuove efficienza energie rinnovabili. energetica è una grande opportunità. - la fame di energia è ancora immensa. -7. dal L energia punto di nucleare. vista energetico Un potenziale l età da non della sottovalutare. pietra non è finita. 8. Conclusioni. 7

8 LE QUOTE DI ENERGIA PRIMARIA NEL 2005 Petrolio 35,0% Gas naturale 20,7% Carbone 25,3% ( Gtep) Nucleare 6,3% Rinnovabili 12,7% il sistema energetico mondiale non si lascia trasformare radicalmente dalla sera alla mattina. Si noti la parte fossile: 90%!!! Altri 0,5% Forza idrica 2,2% - Biomassa - Prodotti animali -Derivatidi biomassa - Rifiuti 10,0% Marea 0,004% Vento 0,026% Sole 0,039% Geotermia 0,442% altri: 0.5% Fonte: Agenzia internazionale dell energia (IEA), 2005 IL FABBISOGNO MONDIALE ODIERNO E FUTURO DI ENERGIA PRIMARIA - l energia fossile è preponderante! - le riserve di energie fossili. - cattura e confinamento del CO 2 35 Gtep crescente importanza delle fonti alternative: rinnovabili e nucleare Gtep 20 Gtep

9 1. Introduzione. CONTENUTO DELLA CONFERENZA 2. Consumi energetici odierni e futuri a livello mondiale. 3. L effetto serra e il cambiamento climatico. 4. Società da 1 tonnellata di CO 2 pro capite all anno. 5. Le varie tecnologie di produzione di elettricità. Un confronto. - l effetto serra colpirà in modo più forte le popolazioni 6. povere Le nuove (mortalità energie rinnovabili. infantile, responsabilità). - l atmosfera è un sistema molto sensibile, teoria del caos. -7. è necessaria L energia nucleare. una forte Un potenziale cooperazione da non nord-sud. sottovalutare. - l agire di oggi avrà conseguenze per molti secoli. 8. Conclusioni. ( ΔT = 33 C ) totale Senza gas serra: - 18 C Con gas serra: + 15 C O 3 (troposfera) 7% CO 2 22% N 2 O 4% CH 4 2,5% altri 2,5% Variazione della temperatura media tra era calda ed era glaciale: circa 5-6 C Vapore acqueo H 2 O 62% CO 2 nel passato: - ere glaciali: ppm - ere calde: 280 ppm - parametri orbitali (ritmo, farfalla ). - albedo (potere riflettente). -CO 2 (assorbimento dei mari). - livello dei mari (passato, futuro). Fonte: Christian Schönwiese, 1995 Gas ad effetto serra 9

10 CO 2 : + 38% rispetto al 1769 (troposfera) O 3 9% N 2 O 4% CFC 11% CO 2 61% retroazioni: vapore acqueo, permafrost, albedo, assorbimento di CO 2 dei mari. CH 4 15% grande incognita: le nubi. Gas ad effetto serra Fonte: C. Schönwiese, Klimaänderungen, 1995 CO 2 : oggi: 387 ppm aumento: + 2 ppm/a EFFETTO SERRA E DESERTIFICAZIONE allarme mancanza d acqua la crescente siccità èuna delle numerose conseguenze drammatiche del cambiamento climatico. - aumento dal 1850 ad oggi: º C - aumento entro l anno 2100: 2-5 º C 10

11 1. Introduzione. CONTENUTO DELLA CONFERENZA 2. Consumi energetici odierni e futuri a livello mondiale. 3. L effetto serra e il cambiamento climatico. 4. Società da 1 tonnellata di CO 2 pro capite all anno. 5. Le varie tecnologie di produzione di elettricità. Un confronto. -6. priorità Le nuove assoluta: energie ridurre rinnovabili. le emissioni di gas serra. - senza energia non c è qualità di vita (indicatore di sviluppo). -7. una L energia crescita nucleare. economica Un potenziale a bassa da emissione non sottovalutare. di carbonio. - occorre un patto planetario: Copenaghen, dicembre Conclusioni. LA SOCIETÀ A 2000 WATT (fabbisogno pro capite di energia primaria) P(t) Potenza pro capite in [W] P(t) [W] 8760 [h] = = [kwh] = 1000 = [tep] = Consumo annuo di energia primaria E 8760 = = [tep] = [tec] 1 [a] = 8760 [h] 8760 t [h] = [tec] 11

12 [watt/capite] (anno 2005) Bangladesh: consumo mondiale totale, nel 2005, espresso in watt: x watt - irraggiamento solare: 1.7 x watt Etiopia: 398 India: 650 Africa: 902 America latina: 1474 Cina: 1752 media mondiale: 2363 Popolazione mondiale nel 2005: miliardi Italia: 4195 Svizzera: 4806 Germania: 5550 Francia: 5842 Russia: 6000 Australia: 7913 USA: Fonte: IEA, Key World Energy Statistics 2007 GLI SCHIAVI ENERGETICI,, ANNO tep/(capite x anno) = = 5.19 tec/(capite x anno) 115 watt/schiavo equivalente in schiavi energetici Consumo di energia primaria pro capite, anno 2005, espresso in watt/capite: - buon sistema energetico. - sistema perfettibile watt/capite - 60% idroelettricità. - bassa intensità energetica. 12

13 Quale strategia energetico-ambientale? t CO 2 / (capite x anno) (obiettivo 2100) emissione di CO società a 2000 watt CH (2005)????? ? società da 1 t CO Dati Svizzera 2005: watt/capite 6 t CO 2 / (capite x anno) consumo di energia primaria watt/capite 1. Introduzione. CONTENUTO DELLA CONFERENZA 2. Consumi energetici odierni e futuri a livello mondiale. 3. L effetto serra e il cambiamento climatico. 4. Società da 1 tonnellata di CO 2 pro capite all anno. 5. Le varie tecnologie di produzione di elettricità. Un confronto. 6. Le nuove energie rinnovabili. - la quota di elettricità a livello di energia finale (mondo, CH). - l elettricità è un energia finale molto pregiata. 7. L energia nucleare. Un potenziale da non sottovalutare. - il grosso dell elettricità è tuttora di origine fossile. - 1 anno = 8760 h. 8. Conclusioni. 13

14 Petrolio 6.6% Gas naturale 19,7% Nucleare 15,2% LA GENERAZIONE DI ELETTRICITÀ A LIVELLO MONDIALE NELL ANNO 2005 Altri 2.2% Carbone 40.3% TWh Si noti la parte fossile: 66.6 % Rinnovabili 18.2% Forza idrica 16% Fonte: Agenzia internazionale dell energia (IEA), 2005 altri: geotermia, sole, vento, marea, biomassa, rifiuti, ecc. emissione specifica in [gco 2 -equivalente/kwh el ] lignite 1231 carbone 1078 Fonte: Paul Scherrer Institut (PSI), 2007/2008 Petrolio 885 gas naturale, cogenerazione 644 gas naturale, cogenerazione 644 gas naturale, ciclo combinato 426 gas naturale, ciclo combinto emissioni sul ciclo di vita. - costi esterni (= costi sociali). - sistema cap-and-trade. energia nucleare 6 energia nucleare 6 forza idrica idrica 4 4 energia fotovoltaica 61 energia fotovoltaica 61 energia eolica 17 energia eolica 17 tipo di produzione 14

15 Arturo Romer Società Elettrica Sopracenerina SA Autunno, [GWh] = [TWh] idroelettrico (53.70%) parte rinnovabile da rifiuti (1.479 %) nuove rinnovabili (1.92 %) biogas depurazione acque (0.189 %) - energia di banda - costo di sostituzione nucleare (41.27%) termoelettrico convenzionale (3.11 %) vento (0.025 %) biomassa (0.185 %) Carburanti (31.3%) fotovoltaico (0.042 %) fabbisogno annuo svizzero [ TWh el ] domanda massima domanda minima deficit offerta 10 0 anno

16 CONTENUTO DELLA CONFERENZA 1. Introduzione hanno Consumi grande energetici importanza odierni e futuri a medio a livello e lungo mondiale. termine. - consumo odierno: % dell irraggiamento solare costi L effetto attuali serra ancora e il cambiamento alti: è un climatico. problema di competitività. - rinnovabile non significa sempre sostenibile l origine Società da dell energia 1 tonnellata solare: di CO 2 pro la capite fusione all anno. nucleare sul sole. 5. Le varie tecnologie di produzione di elettricità. Un confronto. 6. Le nuove energie rinnovabili. 7. L energia nucleare. Un potenziale da non sottovalutare. 8. Conclusioni. Idroelettrico: la lungimiranza dei pionieri degli anni passati. Esiste tuttora un grande potenziale a livello mondiale, compreso il Ticino. 4 g CO 2-eq / kwh el. La fonte rinnovabile per eccellenza, circa 60% in CH 16

17 L'ENERGIA FOTOVOLTAICA Produzione annua (CH): kwh / kw p Produzione annua (Sahara): kwh / kw p 9 m 2 =ˆ 1 kw p - costi: la sostenibilità non può ignorare l aspetto economico. - disponibilità: occorre energia di riserva. - importante fabbisogno di materie prime. IMPIANTO EOLICO Produzione annua (Giura): kwh / kw Produzione annua (mare del Nord): kwh / kw - opposizione degli ambientalisti. - condizioni del vento (ore, velocità). - disponibilità: occorre energia di riserva. - importante fabbisogno di materie prime. 17

18 un potenziale da sfruttare. ENERGIA DA BIOMASSA (combustione di legna) Ipotesi: t/a 7500 ore annue, 1t 3000 kwh Tesi: Potenza globale 5 MW =ˆ cogenerazione a legna, ossia, produzione congiunta di elettricità e calore. Potenza elettrica = 0.2 x MW e Potenza termica = 0.6 x MW t CIBO OPPURE BIODIESEL? 1 kg di mais = 3500 kcal = = kj = 4.06 kwh una questione etico-sociale.?? 240 kg di mais - sostenibile? - catena alimentare? - implicazioni sui costi? - quali biomasse? - sorgo, jatropha, miscanto, ecc. cibo per un anno per una persona 100 litri di biodiesel 18

19 L'idrogeno non è una fonte energetica primaria. omega H 2 alfa L'idrogeno è solamente un vettore energetico. La sua produzione costa moltissimo in energia e soldi. CONTENUTO DELLA CONFERENZA 1. Introduzione. - Einstein: il difetto di massa (fissione, fusione) il nucleare Consumi energetici è veramente odierni una e futuri fonte a livello energetica mondiale. del male? - lo sviluppo dei reattori a fissione nucleare la speranza L effetto serra nella e il fusione cambiamento nucleare. climatico. - il problema delle scorie radioattive (provenienza). 4. Società da 1 tonnellata di CO 2 pro capite all anno. 5. Le varie tecnologie di produzione di elettricità. Un confronto. 6. Le energie rinnovabili. 7. L energia nucleare. 8. Conclusioni. 19

20 FISSIONE E FUSIONE NUCLEARE DI PACE Fissione nucleare di 1 [kg] di : 23 mio [kwh] 92 U - il fuoco nucleare - riserve: anni - la radioattività naturale - corpo umano: K-40, C U Hiroshima, Nagasaki e Chernobyl furono insulti alla scienza, ma 2. Fusione nucleare di 1 [kg] di miscela di D - T: 100 mio [kwh] 2 1D + 3 1T - ci vuole tempo, ma la fusione nucleare vale una scommessa! - occorre ancora molta ricerca e sviluppo. - un progetto Manhattan di pace. - deuterio: riserve illimitate nei mari. 1 litro H 2 O 0,035 g D 2 (Deuterio) 700 kg Petrolio 20

21 LO SMALTIMENTO DEFINITIVO DELLE SCORIE RADIOATTIVE È FATTIBILE? (ricercare, studiare, valutare, ascoltare, capire, comunicare, dialogare, decidere) 1. La fattibilità tecnica è stata formalmente confermata dal Consiglio Federale nel Fattibilità tecnica significa anche fattibilità politica? 3. Occorre informare e dialogare. 1. Introduzione. CONTENUTO DELLA CONFERENZA 2. Consumi energetici odierni e futuri a livello mondiale. - realismo contro catastrofismo, negazionismo e indifferenza. - perseguire uno sviluppo sostenibile (Brundtland 1987). 3. L effetto serra e il cambiamento climatico. - non dobbiamo e non vogliamo ritornare al medioevo. - anche il futuro darà all umanità donne e uomini illuminati. 4. Società da 1 tonnellata di CO 2 pro capite all anno. 5. Le varie tecnologie di produzione di elettricità. Un confronto. 6. Le nuove energie rinnovabili. 7. L energia nucleare. Un potenziale da non sottovalutare. 8. Conclusione. 21

22 FATTI E CONDIZIONI 1. La popolazione mondiale cresce. 2. L'effetto serra è una minaccia reale. 3. L efficienza energetica ha priorità. 4. La ricerca resta sempre fondamentale. 5. Le soluzioni ci sono: ef-er-nu-cs-rif-cer. 6. Ci vuole più etica ad ogni livello. Ricordiamoci: NON ESISTE QUALITÀ DI VITA A TARIFFA E RISCHIO ZERO. 22

23 Grazie per l attenzione! 23