La situazione energetica internazionale
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La situazione energetica internazionale
La situazione internazionale La previsione dei prossimi anni evidenzia in ambito internazionale: • • • • una crescita sostenuta della domanda petrolifera e del prezzo del petrolio; un aumento del consumo di gas naturale, che a lungo termine diverrà assieme al carbone la prima fonte di energia primaria al mondo; un aumento continuo della produzione di energia elettrica; un aumento dell’emissione di CO2, nonostante la ratifica del Protocollo di Kyoto. Nel 2006 si è stimato che il consumo globale di energia elettrica è stato di circa 471 EJ (ExaJoule = 471·1018 J) ottenuta percentualmente con un 38,2% dal petrolio, 25,5% dal carbone, 23,4% dal gas naturale, 6,4% dall’idroelettrico e dal nucleare e la rimanente parte (0,1%) da energie rinnovabili (sole, vento, biomasse). Nella figura seguente (Fonte: International Energy Outlook 2004) è riportato l’andamento globale del consumo delle varie fonti di energia primaria proiettato al 2025: in questo periodo l’impiego del gas naturale sta superando quello del carbone, il trend di crescita del petrolio sarà ancora superiore a quello delle fonti rinnovabili mentre il nucleare tende a stabilizzarsi. Nel 2020 si prevede una popolazione mondiale di 8 miliardi di persone ed un consumo energetico di 18 GTEP. La necessità di ridurre le emissioni di CO2 sul pianeta ha imposto l’attuazione di una nuova strategia internazionale intesa a conseguire la massima efficienza energetica, con la stesura nel dicembre 97 del protocollo di Kyoto. Tra i combustibili che producono maggiori gas serra va annoverato sicuramente il carbone. Di tutto il carbone estratto a livello mondiale, circa il 60% viene trasformato in energia elettrica e ciò rappresenta il primato tra i combustibili nell’alimentazione dell’industria. La Cina detiene l’11% delle riserve mondiali di carbone accertate. Metà delle risorse mondiali è controllata dalla Russia e da USA (poco più del 23% ciascuno). Ciò assume molta importanza considerando che tali riserve dureranno almeno per 200 anni. Le stime sulle risorse energetiche rimanenti nel mondo sono molto contrastanti: é stato calcolato che le risorse di combustibili fossili totalizzino 0,4 YJ (YottaJoules Æ1 YJ = 1024 J) e che le risorse disponibili di combustibile nucleare come l'uranio superino i 2,5 YJ. Le riserve di combustibili fossili dovrebbero essere di 0,6-3 YJ se gli estimi delle riserve di clatrati di metano sono accurate e se il loro sfruttamento divenisse tecnicamente possibile. Considerando che grazie al Sole il mondo possiede anche un flusso di energia rinnovabile potenzialmente utilizzabile che eccede i 120 PetaWatt (1015 Watt, pari ad 8.000 volte gli utilizzi totali del 2004), o 3,8 YJ/anno, al confronto si rendendo minuscole tutte le risorse non-rinnovabili. Combustibili fossili Il ventesimo secolo ha visto un incremento fortissimo dell'utilizzo dei combustibili di natura fossile. Solo tra il 1980 e il 2004, la loro produzione/consumo ha subito un incremento annuo pari al 2%. Carbone Il carbone ha mosso la rivoluzione industriale nei secoli XVIII, XIX e buona parte del XX. E’ ampiamente utilizzato per muovere le turbine a vapore, che sin dai primi anni del novecento sono servite per generare energia elettrica e/o nella trazione dei mezzi di trasporto. Negli ultimi tre anni, il carbone, che é una delle fonti energetiche più inquinanti (sia nel processo di estrazione che durante la combustione perché oltre alla CO2 emette spesso anche anidride solforosa e metalli pesanti), é diventata la fonte a maggior crescita come consumi. Nel mondo il 25% dell'energia elettrica viene prodotta in impianti a carbone, di questo combustibile il 60% e' consumato dai paesi dell'Asia, ed i soli consumi della Cina ammontano al 46% del totale del carbone impiegato. Molti affermano che ogni giorno, in Cina, si inaugura una nuova centrale termica a carbone. Uno dei modi per rendere marginalmente più pulite le emissioni delle centrali a carbone è quello di deviare le emissioni di sostanze quali la CO2, CO, Cx, H2 ed H2O, CH4, (prodotte durante la combustione), verso la reazione con idrogeno in ambiente riducente (H2 prodotto per elettrolisi, oppure nei reattori nucleari ad alta temperatura), con produzione di acqua, metano (CH4) e metanolo (CH3-OH), da destinare a miscele (fino al 85% di metanolo) da utilizzare come carburante assieme alla benzina, oppure trasformandolo in etere-dimetilico (buon additivo per il gasolio), o per altri utilizzi nel quadro generale della economia a metanolo. Petrolio Si stima che sull’intero pianeta le attuali riserve di petrolio ammontano a 57 ZJ (Zetta Joules =1021 J). Il consumo annuo di petrolio è stato di 0,18 ZJ nel 2005. Esiste un'incertezza significativa attorno a questi numeri. Gli 11 ZJ che si prospettano come addendi futuri alle riserve recuperabili potrebbero essere troppo ottimistici. Con la diffusione dei mezzi di trasporto terrestri, marittimi ed aerei, il petrolio è diventato il carburante dominante durante il ventesimo secolo. In alcune forme quali l'olio combustibile è impiegato per la produzione di elettricità, mentre prodotti di scarto quali il bitume e l'asfalto sono utilizzati per le strade ; il petrolio è alla base della produzione delle materie plastiche, per cui ha dominato e domina tuttora il mondo moderno. La crescita dei consumi di petrolio venne consolidata dalla sostenuta caduta del suo prezzo che iniziò dopo il 1920 per finire nel 1973. Dopo lo shock petrolifero del 1973 e quello del 1979, (che vide crescere il prezzo del petrolio da 5 a 45 dollari americani per barile), iniziò un lento ed incostante allontanamento dall'economia del petrolio, fomentando molti paesi dell'OCSE a sviluppare tecnologie basate sul carbone, sul nucleare, o sull'idroelettrico o alcune misure di conservazione aumentando l'efficienza energetica. Attualmente si stima (maggio-giugno 2008) che la produzione globale di petrolio ammonti a 87 milioni di barili. In Italia, dal momento che esistono molte raffinerie di petrolio che lo processano per produrre benzina per l'autoconsumo e per l’esportazione, la grande disponibilità di residui, sotto forma di olio combustibile, è impiegato per i motori marini o per la generazione di energia elettrica; ciò ha dato luogo alla consueta persistenza nell’impiegare tale combustibile fossile per la generazione di elettricità. Ammettendo che il tasso ed il tipo di consumi energetici possa rimanere costante, alcuni studiosi affermano che il petrolio (da fonti convenzionali) finirà in 35 anni (mentre il carbone in 200 anni). Nella pratica nessuna delle risorse arriverà ad esaurirsi del tutto, perché via a via che si esauriscono, come afferma la teoria del “picco di Hubbert”, lo squilibrio tra l'eccesso di domanda e la scarsa offerta e l'inaffidabilità della risorsa petrolifera causerà un'impennata dei prezzi, con diversificazione e crollo dei consumi e dunque della produzione, che diminuirà fino ad un punto dove le risorse petrolifere saranno destinate ad un mercato residuale (petrolchimica, fertilizzanti, pesticidi, plastiche, vernici, benzina e diesel per macchine storiche, asfalto per le strade, ecc.) che non potrà essere sostituito con altre fonti, e che forse sparirà improvvisamente per la non convenienza di mantenere impianti di raffinazione e di distribuzione. Energia nucleare Nel 2005 l'energia nucleare ha fornito il 6,3% del fabbisogno di energia globale, e il 15% del fabbisogno totale di energia elettrica. Nel 2006 la produzione di energia elettro-nucleare ammontava a 2.658 TWh. Nel Novembre 2007, nel mondo vi erano 439 reattori operativi (104 in USA, 59 in Francia, 55 in Giappone, 31in Russia), con una potenza installata di 372.002 MWe; ad oggi sono in costruzione 33 nuovi reattori, 94 reattori sono pianificati e 222 reattori sono stati proposti. Al ritmo di consumo attuale, le riserve di Uranio si esauriranno nel 2055 considerando solamente l’esercizio delle attuali centrali. Secondo l’AIEA (agenzia internazionale per l’energia atomica) le riserva ammontano a 4,7 Tg ripartite tra Australia (28%), Kazakistan (18%) e Canada (12%). Si parla di nuovi ingenti giacimenti in Tibet a Darfur (Sudan), zone che “stranamente” stanno vivendo un periodo di estrema instabilità politica. Il costo spot, cioè per contratti a breve termine (che rappresentano meno del 20% del mercato) del U3O8 dal 2005 al 2008 si è all'incirca triplicato (da 20 a 65 dollari a libbra) ed è soggetto a forti fluttuazioni; il prezzo EURATOM per contratti a lungo termine ha subito finora aumenti minori. Deve essere inoltre evidenziato come ad oggi il materiale estratto da miniera contribuisca solo per il 55% circa alle richieste provenienti dal mercato, il resto è coperto da materiale proveniente dallo smantellamento di armamenti nucleari. D'altro canto, i costi del minerale d'uranio sono trascurabili di fronte al costo di costruzione, gestione e smantellamento del reattore. Questo è vero specialmente se si impiegano reattori autofertilizzanti, oppure il CANDU (i cosiddetti reattori “veloci” che non rilasciano scorie) funzionanti con il torio. In un'ottica a lungo termine, l'uranio e/o il torio possono essere estratti dall'acqua di mare sottoposta a evaporazione o a elettrolisi, ma con costi molto elevati. Energie rinnovabili Nel 2004 le energie rinnovabili, che includono anche il settore idroelettrico, hanno fornito attorno al 7% del fabbisogno di energia elettrica mondiale. Il settore é cresciuto significativamente dagli ultimi anni del ventesimo secolo, tanto che nel 2005 il totale dei nuovi investimenti in questa area è stato stimato attorno i 38 miliardi di dollari USA. La Germania e la Cina guidano la graduatoria, con investimenti di circa $ 7 miliardi ognuna, seguiti dagli Stati Uniti, dalla Spagna, dal Giappone, e dall'India. L’investimento in fonti di energia rinnovabile ha comportato nel 2008 l'aggiunta di 35 GW di potenza elettrica installata. Le varie fonti di impiego di energia rinnovabile nel mondo (Fonte: REN21) Energia idroelettrica Nel mondo la potenza elettrica installata da fonte idroelettrica ha raggiunto nel 2005 un livello di saturazione attorno la cifra 816 GW, di cui 750 GW provengono da impianti di grandi dimensioni (bacini artificiali o naturali), e 66 GW dalle cosiddette installazioni “mini-hydro”. Recentemente sono stati realizzati altri grossi bacini idroelettrici dalla potenza installata di 10,9 GW dalla Cina, dal Brasile e dall'India, ma la crescita più veloce (8%) è avvenuta nel cosiddetto mini-hydro, che nel 2005 ha aggiunto ulteriori 5 GW. Queste ultime installazioni sono state realizzate principalmente in Cina, dove si stima che si trovino circa il 58% degli impianti miniidroelettrici. Nell'Occidente, il Canada è il maggiore produttore di energia idroelettrica nel mondo, ma la costruzione di grossi impianti idroelettrici ha subito una stagnazione a causa di preoccupazioni di tipo ambientalistiche e della mancanza di siti idonei, oramai tutti utilizzati. La tendenza odierna propende verso il mini-hydro perché ha un impatto ambientale meno rilevante e rende possibile sfruttare molti più siti. Nella sola regione canadese della British Columbia si stima che il solo mini-hydro riuscirà a raddoppiare la produzione di energia nella provincia. Biomasse e biocarburanti Fino alla fine del diciannovesimo secolo le biomasse hanno rappresentato il combustibile predominante, sia per usi domestici che industriali, ma attualmente forniscono solo una porzione realmente limitata della fornitura di energia elettrica mondiale. L'elettricità prodotta da sorgenti di biomassa nel mondo è stata di 44 GW nel 2005, ma ha subito fino al 2008 un trend di crescita importante (anche del 100%) in paesi come la Germania, l’Ungheria, i Paesi Bassi, la Polonia e la Spagna. Inoltre, nel 2004 ulteriori 220 GW di potenza sono stati impiegati per il, portando il totale di energia derivante da biomasse attorno ai 264 GW (è da precisare che l’impiego mondiale delle biomasse nella cottura dei cibi e nel riscaldamento domestico è molto difficile da valutare, per cui quest’ultimo dato va preso con le opportune cautele). Al settore dell biomasse appartengono anche i bio-carburanti. La produzione mondiale di bioetanolo, da destinare a combustibili per autotrazione, è aumentata dell’8% nel 2005 raggiungendo i 33 miliardi di litri prodotti. Il maggior incremento nella produzione di biocarburanti è avvenuto negli Stati Uniti, che ad oggi hanno raggiunto i livelli di produzione e consumo del Brasile. Nel 2005 la produzione di un altro genere di biocarburante, il biodiesel, è aumentata dell’85% raggiungendo quota di 3,9 miliardi di litri; nel 2005 è stata la risorsa rinnovabile a più rapida crescita sul mercato (sotto la spinta del prezzo crescente del barile di petrolio). Più del 50% della produzione mondiale di biodiesel avviene in Germania. Energia eolica Secondo l'agenzia GWEC, la percentuale di potenza eolica installata rispetto alla potenziale capacità disponibile nel mondo è stata del 25,6% nel periodo tra la fine del 2005 e del 2006, evidenziando ampi margini di intervento. Alla fine del 2006 il totale di potenza eolica installata nel mondo ha raggiunto il valore di 74 GW, denotando che più della metà di tale incremento si è registrata in soli quattro paesi: Germania (20.621 MW di capacità eolica totale nel 2006), Spagna (15.515 MW ma al gennaio 2008), Stati Uniti (16.800 MW nel 2008) ed India (7.660 MW nel 2007). Il raddoppio della capacità generativa ha richiesto circa tre anni e mezzo. Bisogna denotare che la capacità totale installata non corrisponde alla reale energia producibile che è circa un terzo della potenza installata; la reale produzione elettrica é generalmente il 25-40% della capacità nominale. Ad esempio, una turbina da 1 MW con un "capacity factor" del 35% non produce 8.760 megawattora in un anno (1x24x365), ma 0.35x24x365 = 3,066 MWh, con una potenza media realmente sfruttata di 0,350 MW. Il “capacity factor” dipende essenzialmente dalla ventosità del sito di installazione. Tali considerazioni sono essenziali per definire il “numero di ore equivalenti di funzionamento” dell’aerogeneratore alla potenza nominale; un sito è idoneo se tale numero di ore è almeno di 1500 ore in un anno, altrimenti si rischia di installare grosse turbine eoliche in siti poco ventosi e, conseguentemente, non sfruttarle al meglio della loro potenzialità. Capacità mondiale installata e previsioni 1997-2010 (Fonte: WWEA) Grazie ai recenti sviluppi tecnologici l'energia eolica inizia ad essere economicamente vantaggiosa. Il costo di installazione è relativamente basso (circa 1,5 € per Watt), quindi appetibile se raffrontato ad altre tecnologie come ad esempio il fotovoltaico (circa 5 € per Watt) oppure il nucleare (da 2 a 6 € per Watt, a seconda del tipo d'impianto). Negli USA si calcola che un aerogeneratore di ultima generazione (da 3 MW di picco, costo 3-6 milioni di dollari, altezza torre di circa 100 m) se posto in zone agricole ventose come il Nord e Sud Dakota, il Kansas, oppure il Texas, possa generare almeno 300.000 $ di energia elettrica all'anno. Se consideriamo attorno all'aerogeneratore un'area di rispetto di 4 ettari (40.000 m2) coltivata a mais da destinare a bioetanolo, si calcola che questi 4 ettari produrranno circa 2000 litri di etanolo, vendibili a 1000-2000 $ (con uso intensivo di carburante, manodopera e macchine agricole). Incentivando il tutto (come avviene in Italia con i cosiddetti “certificati Verdi”) l’investimento iniziale rientra in tempi ragionevoli. In alcuni paesi come la Danimarca l'elettricità prodotta con l'eolico ha raggiunto il 23% del fabbisogno nazionale. All'avanguardia sono anche la Spagna (9%) e la Germania (7%). L'Italia è settima nella classifica delle nazioni con le maggiori potenze installate; tra il 2000 e il 2006, la capacità mondiale installata si è quadruplicata. Anche la Gran Bretagna guarda con interesse al settore: nel 2008 il Fondo di Inversioni della Corona Britannica, che possiede le aree marittine della Gran Bretagna fino a ~20 km dalla costa, con il programma Clipper's Britannia Project, ha deciso di investire in giganteschi aerogeneratori, di potenza superiore ai 5 MW. Energia solare Nel 2005 la potenza installata che sfrutta l'energia solare ammontava a 93,4 GW; questo valore è decisamente irrilevante rispetto al potenziale sfruttabile, poiché la quantità di energia solare che investe tutte le superfici terrestri “utili” (esclusi quindi gli oceani) fornisce un’energia pari a 3,8 YJ/anno (che equivalgono ad una potenza teoricamente disponibile di 120.000 TW). Questa cifra evidenzia che soltanto una piccola frazione della risorsa solare potenzialmente disponibile sarebbe sufficiente a rimpiazzare interamente l’impiego dei combustibili fossili oppure il ricorso all'energia nucleare. La tecnologia più appetibile per sfruttare l’energia solare è rappresentata dal fotovoltaico, il cui fenomeno contrassegnato dallo stesso nome consente di trasformare direttamente la radiazione solare in energia elettrica. Nel 2005 l'elettricità prodotta da sistemi fotovoltaici direttamente connessi alle reti elettriche ha subito il trend di crescita più veloce, superato solo dal biodiesel. Nello stesso anno la produzione di energia elettrica da sistemi fotovoltaici è aumentata del 55% rispetto al 2004, portando la capacità installata a 3,1 GW. Circa la metà dell'incremento si è registrata in Germania, attualmente il maggiore produttore mondiale nel settore (seguito dal Giappone). E’ stimato che esistono ulteriori 2,3 GW di energia prodotti fuori dalla rete di distribuzione elettrica (i cosiddetti impianti stand-alone) che portano il totale a 5,4 GW. Per la fine del 2007 la potenza elettrica installata totale da fotovoltaico ha superato i 9 GWe, e proiezioni ottimistiche prevedono che grazie agli aiuti pubblici (e alla salita dei prezzi del petrolio) nel 2012 l'elettricità da fotovoltaico prodotta nel mondo supererà i 44 GWe (per rendere meglio l’idea, si è evitato di costruire a 44 reattori nucleari da 1000 MWe). Altro tipo di energia rinnovabile sfruttabile dalla fonte solare è quella termica. Il consumo annuo di acqua calda prodotta da fonte solare e destinata ad usi sanitari oppure ad applicazioni di riscaldamento\raffrescamento o alla produzione di energia elettrica (il cosiddetto “solare termodinamico”) è stato stimato nel 2004 pari a circa 88 GWt (gigawatt termici). Energia geotermica L'energia geotermica viene utilizzata commercialmente in più di 70 paesi. Verso la fine del 2005, la produzione mondiale di elettricità geotermica ha raggiunto una potenza installata di 9,3 GW, con ulteriori 28 GW usati direttamente come fonte di calore per il riscaldamento. In questo settore, l’Islanda è il paese all’avanguardia. Se si considera la geotermia a bassa entalpia, vale a dire l’impiego delle pompe di calore geotermiche che sfruttano il calore del suolo, l'utilizzo della geotermia supera i 100 GW di potenza installata. Il consumo energetico delle nazioni Il consumo di energia delle nazioni correla ampiamente con il PIL, anche se esiste una differenza significativa tra i livelli di consumo dell'energia in paesi industriali ad alto reddito come gli Stati Uniti d'America (11,4 kW per persona) ed il Giappone e la Germania (6 kW per persona). Il Canada ha il maggiore consumo pro-capite, legato al basso indice di affollamento della nazione. Si registra costantemente un lieve incremento del consumo di energia nei paesi in via di sviluppo e nelle economie sotto-sviluppate. Nei paesi in via di rapido sviluppo come l'India il consumo pro capite è ancora molto lontano da quello dei paesi più industrializzati e si avvicina a 0,6 kW. Attualmente la crescita più significativa dei consumi di energia si sta verificando in Cina, che negli ultimi 25 anni sta crescendo ad tasso medio dello 5,5% annuo. La sua popolazione supera 1,3 miliardi di persone e attualmente consuma energia ad un tasso di 2 kW per persona, quindi ancora un terzo dei consumi di giapponesi e tedeschi e quasi un sesto degli americani. Una misura dell'efficienza è quella della intensità energetica. Questa è una misura della quantità di energia che serve ad un determinato paese per produrre un dollaro di prodotto interno lordo. Il Giappone, l'Italia ed il Regno Unito sono tra le nazioni più efficienti al mondo, mentre molto spesso i paesi in via di sviluppo mancano delle risorse per acquistare macchinari produttivi e sistemi di estrazione e trasporto che siano energeticamente efficienti. Nella figura successiva (fonte) si evidenziano i consumi di energia primaria delle varie nazioni nel decennio 1989-1998. Il consumo energetico dell’Italia Il bilancio energetico nazionale italiano, riferito all’anno 1997 ma pur sempre indicativo della situazione odierna, è riportato nella tabella seguente in relazione ai vari settori. I dati sono espressi in milioni di TEP. Solido Gas Petrolio En. Elettrica Totale Impieghi finali di cui: 6.0 35.6 64.7 21.4 127.7 Industria 4.7 15.1 6.0 9.8 35.1 Trasporti --- 0.3 38.1 0.7 39.1 Usi civili 1.1 19.2 7.6 9.7 37.6 Agricoltura --- 0.1 2.5 0.4 3.0 Usi non energetici 0.2 0.9 7.3 --- 8.4 Bunkeraggi --- --- 2.4 --- 2.4 Bilancio di sintesi dell’energia in Italia, anno 1990 Dispon. – Impieghi Biomasse Carbone Gas Petrolio Elettricità Totale (milioni di TEP) Produzione 1.0 0.3 14.0 4.7 8.4 28.4 Importazioni nette 0.1 14.0 25.4 109.5 7.8 156.7 Esportazione -0.1 --- -19.4 -0.2 -19.8 Variazioni delle scorte +0.6 -0.4 -2.2 0.0 -1.9 14.7 39.1 92.6 16.0 163.5 Consumo interno lordo 1.1 Capacità di generazione elettrica in Italia, in migliaia di MW 1977 1996 Centrali a vapore 19.9 47.6 Turbogas 0.8 2.0 Tot. Termoelettrica 20.7 49.6 Nucleare 0.5 0.0 Idro-geotermica e rinnovabili 14.4 18.0 Totale capacità 35.6 67.6 Consumi di fonti primarie per produzione elettrica in Italia in milioni di Tep 1977 1996 Termoelettrica 23.5 40.5 Nucleare 0.7 0.0 Geotermico+Idroelettrico 12.2 11.1 Totale 36.4 51.6 Import Energia Elettrica 0.6 8.2 Consumi energetici pro-capite (tep/abitante) 1995 Piemonte 2.36 Valle d’Aosta 3.49 Lombardia 2.52 Trentino Alto-Adige 2.32 Veneto 2.39 Friuli Venezia Giulia 2.27 Liguria 2.04 Emilia-Romagna 2.84 Toscana 2.18 Umbria 2.34 Marche 1.86 Lazio 1.63 Abruzzi 1.75 Molise 1.23 Campania 0.93 Puglia 1.82 Basilicata 1.28 Calabria 0.82 Sicilia 1.15 Sardegna 1.80 Il consumo energetico in Europa L’insieme dei paesi europei si orienta ad avere nel mix energetico anche il gas naturale oltre ad affidare al combustibile solido larga parte della propria capacità produttiva di elettricità. Carbone 34% Energia nucleare 35% Gas naturale 9% Petrolio 8% Fonti rinnovabili 14% Consumo interno lordo nella Unione Europea nel periodo dal 1985 al 1995 in MTep. 1985 1990 1995 Unione Europea 1241.2 1318.2 1366.8 Comb. Solidi 317.8 302.3 237.6 Petrolio 510.6 544.6 575.6 Gas naturale 197.8 222.3 274.0