CON TUTTA L`ENERGIA POSSIBILE

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REALI PROSPETTIVE DI TUTTA L’ENERGIA POSSIBILE
N.B. - Nel seguito si fa prevalentemente riferimento a dati IEA (International Energy Agency)
1. RISORSE e RISERVE
Risorse
Sono lo stock complessivo di una certa fonte primaria (di un certo minerale) dal punto di vista
esclusivamente fisico, indipendentemente dalla economicità di un suo sfruttamento (cioè ci possono
essere grandi quantità di minerale tecnicamente non recuperabili, o che non conviene estrarre).
Risorse recuperabili
Sono la quota parte delle risorse, sfruttabili dal punto di vista tecnico.
Riserve recuperabili
Sono la sola quota parte delle Risorse recuperabili, che possono essere sfruttate in modo economico.
Le “Riserve recuperabili” a loro volta possono suddividersi in .
• Riserve provate: quelle contenute nei giacimenti conosciuti, che con una “ragionevole
certezza”, possono, stimarsi commercialmente recuperabili (circa il 90% delle riserve
considerate).
• Riserve probabili: la probabilità di recupero redditizio scende a circa il 50%
• Riserve possibili: la probabilità di recupero redditizio non è inferiore al 10%
Da tutto quanto sopra detto risulta che l’entità delle risorse e delle riserve di un dato minerale
(carbone, petrolio, gas) può variare notevolmente nel tempo, sia perché aumenta la nostra
conoscenza del sottosuolo, ma soprattutto grazie allo sviluppo delle tecnologie di estrazione.
La classificazione delle “Riserve provate” dipende notevolmente dal prezzo di una risorsa in una
determinata fase storica. Il concetto di riserve è quindi un concetto “dinamico”, che varia nel tempo.
Pertanto la conoscenza delle risorse e delle riserve di carbone, petrolio e gas non è statistica,
ma evolve nel tempo.
2. FONTI FOSSILI (Energia Termoelettrica)
Le fonti fossili sono costituite da: carbone, petrolio e gas naturale.
Queste fonti hanno avuto una loro evoluzione nel corso della storia.
Inizialmente l’uomo ha utilizzato principalmente, se non esclusivamente il legno (o il carbone di
legna). Poi alla fine del ‘700 ha cominciato ad utilizzare il carbone, quindi (nel ‘800) ha iniziato ad
impiegare il petrolio, ed infine (nel ‘900) il gas naturale (gas metano).
L’evoluzione delle fonti fossili ha rappresentato storicamente una soluzione ambientale:
- carbone (il suo utilizzo massiccio impedì la distruzione delle foreste)
- petrolio (il suo utilizzo sanò dallo smog da carbone i paesi industrializzati)
- gas e nucleare ( ridussero le emissioni da carbone e petrolio dei paesi industrializzati).
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2.1.
Carbone
Il carbone è attualmente la seconda fonte energetica mondiale (dopo il petrolio).
Il suo consumo cresce di anno in anno: i maggiori consumi in Cina, India e USA.
L’era del carbone è iniziata verso la metà del 1.600 circa: dal 1.600 è stata l’unica fonte energetica
fino quasi agli anni ’60 del 20° secolo; poi il petrolio e quindi il gas.
Oggi il suo impiego è ostacolato soprattutto da problemi ambientali e di clima.
Origine del carbone
Il carbone è una roccia sedimentaria di origine organica (trasformazione di masse vegetali durata
milioni d’anni). Carbonizzazione: processo di invecchiamento di materiale organico, che si
arricchisce in carbonio, con perdita degli altri elementi organici (idrogeno ed ossigeno).
Il primo stadio coincide con la “torba”. (circa l’1,5% della superficie terrestre è ricoperto di torba ,
in particolare l’emisfero nord (elevato contenuto d’acqua e basso potere calorifico).
Lo stadio successivo del processo di carbonizzazione è costituito dalla “lignite”, gradino più basso
del carbone (anch’essa con elevato contenuto d’acqua, e con potere calorifico un po’ più elevato e
pari a 3.500-4.600 kcal/kg ).
Lo stadio ancora successivo è costituito dai “carboni bituminosi”, con contenuto in carbonio fino
all’86% e potere calorifico > 6.400 kcal/kg.
Infine il carbone più anziano: la “antracite” con contenuto in carbonio fra 86-98%.
Riserve provate
Le riserve provate del carbone sono ancora estremamente abbondanti. Alla fine del 2006
ammontavano a circa 910 miliardi di tonnellate (53% antracite – 47% carboni bituminosi e lignite).
Produzione (consumo) annuale pari a circa 6,2 miliardi di ton. (vita residua circa 147 anni), ma
come per le altre fonti fossili, le riserve provate sono solo una fetta delle risorse globalmente
disponibili !!!
I maggiori paesi produttori (con circa l’80% della produzione mondiale globale di carbone) sono
nell’ordine: USA (27% della produzione globale), Russia, Cina, India, Australia, Sudafrica (5,4%).
Il carbone, anche in relazione ai notevoli costi di trasporto, è consumato per la maggior parte negli
stessi paesi in cui viene estratto.
La Cina è il paese con i maggiori consumi di carbone: circa il 63% del suo fabbisogno energetico
(negli USA il 24% del fabbisogno energetico è soddisfatto dal carbone).
La crescita della domanda di carbone è in continuo aumento: dal 2003 al 2006 la domanda è
cresciuta mediamente del 14% all’anno.
Attualmente i costi di una centrale a carbone sono circa 2-3 volte quelli di un ciclo combinato (ed i
rendimenti sono più bassi circa 40-42%).
Problemi ambientali
I maggiori ostacoli allo sviluppo del carbone sono dettati dai problemi ambientali:
• per le emissioni gassose si è cercato di far fronte con impianti di abbattimento dei fumi
(DeSOX – DeNOX – filtri elettrostatici – ed ultimamente con la cattura della CO2), ma non
tutti i paesi li impiegano (soprattutto quelli in via di sviluppo).
• inoltre i problemi ambientali riguardano anche la fase di estrazione (scavi di miniere
sotterranee e/o a cielo aperto), che comporta una più o meno vasta distruzione dell’ambiente
originario, con inquinamento delle falde, ecc.
• anche la fase di trasporto e di stoccaggio possono provocare danni ambientali (polveri, ecc.).
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Carbone pulito
Oltre all’impiego di apparecchiature di abbattimento dei fumi, con la dizione “carbone pulito” si
intendono nuove centrali a carbone dotate di:
• caldaie a letto fluido (con ridotte emissioni di SOx ed NOx)
• caldaie ipercritiche (che bruciano polverino sottilissimo in condizioni ipercritiche, cioè ad
altissime temperature e pressioni), con rendimenti del ciclo più elevati (43-45%)
• impianti di gassificazione del carbone, in cui il polverino di carbone a contatto di vapore al
alte temperature e pressioni produce del gas (idrogeno) che viene bruciato in un ciclo
combinato (C + 2H2O = CO2 + 2 H2) una volta pulito (da S ed altri inquinanti); da notare
inoltre che in questo caso (alte temperature e pressioni) è facilitata la cattura della CO2 .
Futuro
Nonostante tutto, si ritiene che il carbone sia destinato ad essere una delle fonti di energia più
importanti dei prossimi anni, soprattutto nei paesi in via di sviluppo (Cina ed India).
La speranza è che anche i paesi che posseggono grandi riserve di carbone, e che ne fanno ampio
uso, non possano sottrarsi ancora a lungo ai problemi dell’inquinamento locale (prima ancora di
quello delle emissioni di gas serra).
Come il petrolio, anche il carbone è destinato a sopravvivere a lungo nei paesi che ne hanno grandi
disponibilità: l’opzione più realistica da perseguire è quella di dare a loro la possibilità di sfruttarlo
nella maniera migliore.
2.2.
Petrolio
Il petrolio è una risorsa finita (cioè non riproducibile), ma nuove riserve vengono continuamente
scoperte. L’era del petrolio pertanto non finirà per mancanza di petrolio, ma perché un’altra fonte
energetica lo scalzerà.
Il petrolio è frutto della morte e decomposizione di organismi viventi nell’arco di diversi millenni.
Nei bacini sedimentari, intrappolati in rocce porose, intrappolate a loro volta fra rocce e/o strati
impermeabili, questi sedimenti hanno subito pressioni e temperature elevatissime. In questi bacini
sedimentari sono disposti in un ordine dettato dalla loro densità: sopra il gas, poi il petrolio, e sotto
l’acqua. Ad oggi sono stati esplorati soltanto il 30% circa dei bacini sedimentari che si stimano
esistenti nel sottosuolo del mondo.
Pregi del Petrolio
Il maggio pregio è costituito dalla “flessibilità”. A differenza del carbone e del gas (carbone e gas
richiedono infatti notevoli infrastrutture (carbone: porti attrezzati con ponti gru, carbonodotti,
parchi, ecc. – gas: gasdotti, degasatori, stazioni di riduzione pressione), il petrolio è facilmente
trasportabile, e quindi approvvigionabile. Tutto questo comporta una bassa incidenza dei costi di
trasporto: incidenza del trasporto petrolio ≈ 5%, contro 50% per gas e carbone !!!
Inoltre il petrolio serve sia per riscaldare e produrre en. elettrica, ma soprattutto serve come
combustibile per i mezzi di trasporto, e poi per tanti altri usi (materie plastiche ed altri derivati).
Riserve di Petrolio
Il 65% circa delle “Riserve provate” si trova nei 5 paesi del Medio-Oriente (Golfo Persico: Iran,
Irak, Arabia Saudita, Kuwait, Emirati arabi uniti).
Fuori del Medio-Oriente sono importanti soprattutto altri 2 paesi: Russia e Venezuela (in seconda
battuta: USA, Libia, Nigeria).
Nella maggior parte egli stati le riserve sono controllate dagli stati stessi. Infatti le famose “7
sorelle”, controllano attualmente soltanto il 45 circa delle riserve mondiali.
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Tasso di recupero medio di un bacino sedimentario
In campo internazionale il petrolio viene misurato in “barili”: un “Barile” ≈ 159 litri
Il Tasso di recupero medio (TRM) è attualmente considerato ≈ 35% (cioè solo 35 barili su 100 dei
barili stimati possono essere portati in superficie). Nel 1960 era considerato pari al 15%, e nel 1980
al 20%. Con “Riserva provata” viene considerata solo una parte del TRM.
Le stime IEA di petrolio sono attualmente le seguenti:
• Riserva (Risorse recuperabili) pari a ≈ 2.600 x 109 barili (miliardi di barili)
• Riserva provata pari a ≈ 1.100 x 109 barili (miliardi di barili)
• Consumo annuo attuale pari a ≈ 30 x 109 barili (miliardi di barili)
Le stime suddette non tengono conto tuttavia degli ulteriori ≈ 1.000 x 109 barili (miliardi di barili)
del cosiddetto petrolio non convenzionale (sabbie e scisti bituminosi) che possono modificare in
modo significativo i valori della riserva provata sopraindicati.
La domanda di petrolio nel 2006 è stata di circa 85 mbg (milioni barili/giorno)
Circa il 50% del petrolio viene consumato per i “trasporti”, dove attualmente è insostituibile.
I prezzi del petrolio sono attualmente alti (120-140 $ al barile) perché non si sono effettuate le
opportune ricerche quando costava poco: negli anni 1980-2000 costava 18-20 $ al barile.
La ripresa dei prezzi ha ridato tuttavia vigore agli investimenti nel campo petrolifero (formazione di
specialisti, nuove infrastrutture per perforazioni sempre più profonde, miglioramenti nelle
raffinerie, ecc.), per cui le riserve potrebbero ulteriormente aumentare.
Per il futuro bisognerà intervenire su almeno 3 fronti:
- 1° Spostare l’impiego del petrolio principalmente nel settore dei trasporti (dove è insostituibile).
- 2° Avviare un’azione globale per rendere più efficienti i motori dei mezzi di trasposto, e ridurre
nel contempo le emissioni nocive, nonché introdurre normative per imporre restrizioni e divieti alla
circolazione di veicoli di grossa cilindrata.
- 3° Sostenere la ricerca scientifica per l’avvento di un concreto concorrente al petrolio per la
mobilità di massa (possibili concorrenti: idrogeno e/o biocarburanti, ma questo sarà possibile in un
futuro non prossimo).
2.3.
Gas Naturale (Gas Metano)
Era considerato il cugino povero del petrolio: quando si trovava (accanto ai pozzi petrolio, ma
lontano dai mercati di consumo) si preferiva bruciarlo o liberarlo nell’atmosfera.
Solo negli ultimi 40 anni le cose sono drasticamente cambiate. Oggi è la terza fonte (dopo petrolio e
carbone) per i consumi mondiali di energia, ma è la fonte fossile con le migliori prospettive di
crescita.
Il componente principale del gas naturale è il metano (CH4), la molecola delle fonti fossili con il
minor contenuto di “carbonio”: a parità di energia elettrica prodotta, la combustine di gas metano
emette circa la metà di CO2 rispetto a quella prodotta dalla combustione del carbone e circa i 2/3 di
quella prodotta dalla combustione del petrolio. Per questo il settore elettrico è quello in cui
maggiormente è stato impiegato il gas naturale negli ultimi anni.
Inoltre può essere convertito in combustibile liquido, per essere impiegato nei mezzi di trasporto.
Fin’ora il suo successo è stato frutto dei bassi prezzi (allineati a quelli del petrolio), ma ora la
situazione è cambiata. Oggi i prezzi sono più che triplicati, ed è diventata una fonte pregiata.
Anche per il gas naturale, non si sono fatti investimenti adeguati per svilupparne la produzione
quando costava poco, ed ora che la domanda è in crescita i problemi aumentano. Inoltre in molti
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paesi produttori di petrolio, il gas naturale viene re-iniettato nei giacimenti di greggio per aumentare
la produzione di quest’ultimo.
Il gas naturale è una miscela gassosa di combustibili fossili, il cui principale componente è il gas
metano (normalmente il 70-90%della miscela). Una volta purificato il metano viene utilizzato
soprattutto per gli usi domestici (combustibile ideale), per la produzione di energia elettrica e per
l’industria.
Oltre al metano il gas naturale grezzo contiene altri idrocarburi (butano, propano), che possono
essere impiegati (come gas di petrolio liquefatto - GPL) in auto-trazione e/o per altri usi.
Come già detto per il petrolio, il gas naturale si trova spesso nel sottosuolo assieme al greggio.
A causa dell’attività esplorativa ancora limitata non ci sono stime molto condivise sulle risorse e
riserve di gas naturale.
Risorse e Riserve
Le risorse di gas naturale complessivamente disponibili sono ritenute immense; anche le riserve
provate sono più che abbondanti: circa 180.000 miliardi di m3, a fronte di un consumo mondiale
annuo di 3.000 miliardi di m3 (quindi una vita residua > 60 anni).
Anche per il gas naturale le riserve provate sono molto concentrate: tre soli paesi (Russia, Iran e
Qatar) ne controllano circa il 55%.
Trasporto e stoccaggio del Gas naturale
A parità di contenuto energetico, il metano gassoso occupa un volume circa 1.000 volte superiore a
quello occupato dal petrolio: per questo è molto più facilitato il trasporto del petrolio.
Per il trasporto del gas si utilizzano gasdotti, nei quali il gas viene compresso mediante apposite
centrali di compressione lungo i gasdotti stessi. Questa particolare architettura (i gasdotti), con gli
attraversamenti di mari e monti, rende il costo del trasporto del gas particolarmente elevato (i costi
di investimento risultano pari a circa 1-2 milioni di $ per km).
Ancora più costoso è il trasporto previa liquefazione del gas, i cui costi possono raggiungere anche
il 70-80% del costo industriale del prodotto finale.
Costruire impianti di ri-gassificazione è una impresa, anche per il timore di incidenti che potrebbero
essere catastrofici.
Anche lo stoccaggio del gas non è immune da problemi: normalmente viene immagazzinato in
giacimenti esauriti e/o in caverne sotterranee acquifere o saline con pareti impermeabili.
Consumi attuali di gas
Dagli anni ’70 ad oggi il consumo mondiale di gas è triplicato, crescendo dai 1.000 miliardi m3 del
1970 ai circa 2.900 m3 del 2006.
Con lo sviluppo dei turbogas e l’avvento dei cicli combinati è inoltre aumenta moltissimo la
domanda di gas naturale per la produzione di energia elettrica: tra il 1998 e il 2005 più del 50%
della domanda incrementale di gas è provenuto dal settore termoelettrico (questo sviluppo aveva
anche beneficiato di un lungo periodo di prezzi contenuti, ed inoltre del fatto che l’impiego del gas
consente un modo più pulito di produrre energia elettrica, sia dal punto di vista dell’inquinamento
che dal punto di vista dell’impatto ambientale).
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3. FONTI ALTERNATIVE RINNOVABILI
3.1. Biomasse (Energia termoelettrica da biomasse)
Attualmente questa energia copre circa il 10% dei consumi mondiali di energia.
Si tratta in realtà prevalentemente di un utilizzo di biomasse, quali: legno, residui vegetali ed
animali (sterco). Questo tipo di impianti sono localizzati soprattutto in: Cina, India ed Africa in
generale.
Escludendo questi usi “poveri”, l’impiego delle biomasse (intese come vera e propria energia
rinnovabile) ai fini energetici (in senso lato) copre soltanto il 3% circa dei consumi mondiali.
Bio-carburanti
Una parte modesta di questa percentuale (3%) è utilizzata per produrre bio-carburanti (che possono
essere utilizzati nei motori esistenti miscelandoli fino al 10% con benzina):
• bioetanolo: dalla fermentazione degli zuccheri contenuti in alcune culture (quali:
barbabietole, canna da zucchero, ecc.).
• biodiesel: dagli olii vegetali estraibili da: frutti, semi , ecc.
Solo con prezzi del petrolio > 70 $/barile diventa concorrenziale la produzione di bio-carburanti.
Il maggior pregio dei bio-carburanti è quello di essere privi di zolfo.
Sono da considerarsi “passanti” ai fini della produzione di CO2, ma possono provocare comunque
consistenti modifiche dal punto di vista ambientale (sostituzione di culture, maggiori costi per
trasporti, ecc.). Non sono da considerarsi quindi davvero più sostenibili.
In pratica possono provocare danni maggiori all’ambiente ( > uso di fertilizzanti, > uso di
insetticidi, ecc.). Inoltre occorre consumare molta energia per produrre i bio-carburanti !!
Infine (e forse il problema più importante): è prioritario l’uso di culture per cibo o per energia ?.
Conclusioni: per tutto questo i bio-carburanti potrebbero costituire un rimedio peggiore del male.
3.2. Acqua (Energia Idroelettrica)
Acqua: energia rinnovabile, ma poco affidabile, perché dipende soprattutto dall’idraulicità, che
può essere anche molto variabile anno per anno. Attualmente sussistono riduzioni consistenti e
tendenziali nell’idraulicità.
Energie rinnovabili: sarebbe interessante associare un impianto idroelettrico di pompaggio ad un
impianto eolico o solare, per ovviare così ai problemi della loro intermittenza, immagazzinando
energia potenziale (ma soluzione estremamente costosa e non sempre praticabile).
Il potenziale tecnico sfruttabile nel mondo in termini di energia elettrica (Risorse) è pari a circa
16.500 TWh/anno, contro una produzione attuale di soli 2.900 TWh/anno (da confrontare con i
circa 18.000 TWh/anno richiesti attualmente nel mondo – Dati 2005).
Il potenziale economico (Riserve recuperabili), tenendo cioè conto dei costi necessari per lo
sfruttamento del potenziale tecnico esistente, si riduce a circa 8.800 TWh/anno (dati del World
Energy Council).
Potenza idroelettrica installata (dati 2005): circa 860 GW in tutto il Mondo – Italia circa 12 GW.
Una valutazione realistica e prudenziale indica in circa 1.500 GW il potenziale idroelettrico
economicamente ed effettivamente sfruttabile nei prossimi due decenni.
L’energia idroelettrica produce (dati 2005) circa il 16% dell’energia elettrica consumata nel mondo.
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Gli impianti Idroelettrici sono gli impianti di produzione più longevi in assoluto.
Nel 1960 la produzione Idroelettrica copriva l’84% del fabbisogno italiano !!!
Il 1° impianto idroelettrico risale al 1882 nel Wisconsin (USA), ed è ancora in funzione.
L’uso prioritario dell’acqua rimane tuttavia quello di soddisfare i fabbisogni idrici di
popolazione, agricoltura, industria (tutte attività in conflitto con la produzione di energia elettrica).
La costruzione di Dighe (anche nei paesi in via di sviluppo) è attualmente subordinata ad una
analisi di sicurezza ed ad una adeguata valutazione socio-ambientale (lo stabilisce dalla fine anni
’90 il “World Commission on Dams”)
N.B.: Quanto sopra vale anche per le dighe per la sola raccolta d’acqua.
Gli impianti idroelettrici dotati di grandi dighe rappresentano gli impianti di produzione più
grandi al mondo in termini di potenza installata (cioè >> 1.000 MW/impianto):
- Diga di Itaipu (Brasile /Paraguay)
Pot. installata = 13.000 MW
- Diga delle Tre Gole (Cina), lunga 2.300 m - 185 m (h), Pot. installata = 18.300 MW.
Gli impianti idroelettrici con dighe hanno costi iniziali elevati, ma costi operativi bassi.
Le grandi dighe (del tipo di quella delle Tre Gole sul fiume Yangtze) possono sconvolgere il
territorio locale dal punto di vista ambientale. (si ricordano in proposito i danni subiti lungo il corso
del Nilo a valle della diga di Assuan).
Nel mondo attualmente esistono:
• circa 45.000 grandi dighe
• circa 300.000 piccole dighe.
Solo un terzo delle dighe europee sono destinate alla produzione di energia elettrica; in America
del Nord solo il 10%, mentre in America del Sud solo il 25%.
Futuro: per quanto riguarda il futuro bisogna puntare soprattutto sui piccoli-medi impianti
(prevalentemente impianti per generazione distribuita), e/o sul rinnovo di medi impianti in cascata
(trasformandoli in impianti di pompaggio ed aumentandone la portata) da utilizzare per periodi
brevi (ore di punta).
3.3. Energia Eolica ed Energia Solare
Per quanto riguarda l’energia eolica, (ad eccezione di quella dei vecchi mulini a vento), si tratta di
un’energia che si è incominciato a sfruttare, in maniera sistematica e con concetti tecnologici
moderni, in tempi relativamente recenti. In alcuni casi può coprire già oggi in alcuni paesi
(Germania, Danimarca, Spagna) una parte non trascurabile della domanda di energia.
Ma questo come già detto, riguarda soltanto alcune aree del mondo. Su scala globale essa incide
ancora per meno dell’1% sui consumi di energia, e le prospettive di un suo rapido e notevole
sviluppo sono alquanto remote e limitate ad alcune aree.
In primo luogo l’energia eolica può fornire quantitativi di energia modesti, non comparabili con
quelli delle fonti fossili, ed ha bisogno di vasti spazi per produrli.
Essa ha inoltre una bassa densità di potenza e questo rimane il suo principale limite. L’altra grande
complicanza è la sua intermittenza (la sua disponibilità dipende infatti dai capricci della natura), che
la rende molto discontinua e quindi non particolarmente affidabile come fonte di energia. Poiché lo
stoccaggio di vasti volumi di energia elettrica è praticamente impossibile, questo costituisce un
grande problema per la gestione di questo tipo di energia.
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Per quanto riguarda l’energia solare, la sua maggior densità di potenza rispetto alle concorrenti
“energie pulite” e le incoraggianti prospettive di miglioramento delle tecnologie alimentano la
speranza sulle sue potenzialità, anche se tutt’ora l’energia solare non arriva a coprire l’1 per mille
dei consumi globali di energia.
Si ritiene infatti che l’energia solare possa essere la vera grande speranza energetica per il futuro
dell’umanità, soprattutto per i seguenti motivi:
• ogni anno la terra riceve dal sole una quantità di energia migliaia di volte più grande di
quella che l’uomo consuma globalmente (basterebbe catturarne una minima parte).
• tutta questa energia è sfruttabile e disponibile senza danni per il clima e per l’ambiente,
nonché senza preoccupazioni circa le sue risorse e riserve: è infatti una fonte sempre
presente – almeno di giorno, anche se in misura variabile in relazione all’insolazione ed alla
copertura delle nuvole - ed inoltre e soprattutto una fonte inesauribile.
3.4. Calore endogeno (Enegia Geotermoelettrica)
L’energia geotermica rappresenta l’unica fonte rinnovabile priva di un legame (diretto od indiretto)
con l’energia proveniente dal sole; legame che invece hanno sia l’energia idroelettrica che l’energia
eolica, e naturalmente quella solare nonché quella contenuta nelle biomasse.
Attualmente il calore terrestre è sfruttato per la produzione di energia elettrica o per usi in ambito
civile ed industriale.
Il contributo della geotermia ai consumi energetici mondiali è tuttavia molto ridotto. Questo
dipende essenzialmente da due ragioni: la disponibilità della risorsa ed i costi per il suo utilizzo.
La disponibilità della risorsa delle risorse geotermiche, sfruttabili con le attuali tecnologie, sono
concentrate soltanto in poche zone del pianeta.
La disponibilità economica di questa risorsa dipende inoltre da molti fattori. Di tutti questi fattori la
profondità del giacimento (del campo geotermico) è certamente il più rilevante, in quanto i costi di
perforazione aumentano esponenzialmente a mano a mano che aumenta la profondità.
Inoltre le estrazioni geotermiche possono indurre fenomeni sismici o di subsidenza, nonché rilasci
nell’ambiente di sostanze dannose presenti nei fluidi estratti.
Considerati tutti questi limiti, è molto probabile che nei prossimi decenni il ruolo dell’energia
geotermica come fonte alternativa rimanga molto contenuto.
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4. ALTRE FONTI ALTERNATIVE (NON RINNOVABILI)
4.1. Materie fissili (Energia nucleare termoelettrica)
Gli impianti nucleari in esercizio ed in costruzione sono tutti impianti a “fissione nucleare”. Se si
riuscisse a realizzare degli impianti a “fusione nucleare” sarebbe risolto il problema delle scorie
radioattive !!!.
Quasi tutti gli impianti attuali sono del tipo ad “uranio arricchito al 3-4%” (da tenere presente che
per la bomba atomica è necessario dell’uranio arricchito al 90% !!).
Uranio impoverito è invece dell’uranio a forte concentrazione di U238.
Una centrale nucleare da 1.000 MW necessita di circa 30t/anno di Uranio arr. (se si trattasse di una
analoga centrale a carbone necessiterebbe di circa 2 milioni di t/anno di carbone).
Da notare la differente densità energetica tra uranio e materie fossili (petrolio):
1kg U arr. ≈ 1.800 t petrolio (circa 1,8 milioni di volte più elevata!).
La Riserva provata di Uranio è attualmente di 2 x 106 t – i maggiori paesi produttori di Uranio
sono: Australia, Canada, Kazakistan.
L’energia nucleare è il complemento più credibile alla produzione di energia da fonti fossili.
L’energia da produzione nucleare copre già ora oltre il 16% dei consumi mondiali di energia
elettrica.
Rimangono tuttavia motivi di forte preoccupazione per : la sicurezza degli impianti, il confinamento
delle scorie ad alta radioattività residua, e la proliferazione. Tutti questi aspetti costituiscono un
grande ostacolo allo sviluppo dell’energia nucleare. Ma indubbiamente è difficile risolvere il
problema della produzione di energia del futuro mettendo da parte il nucleare !
Dopo l’incidente di Chernobyl (anno 1986) lo sviluppo del nucleare si è praticamente fermato, o
comunque molto ridotto; a questo hanno contribuito non poco anche i bassi costi delle fonti fossili
(petrolio, metano, carbone), fonti tutte largamente disponibili ed a buon mercato fin quasi ai giorni
nostri.
Nel 1990 c’erano nel mondo 419 reattori (con un totale di 325.000 MW di potenza installata).
Nel 2006: 438 reattori nel mondo con un totale di 370.000 MW di potenza installata (+19 reattori
in 16 anni). Attualmente c’è un solo impianto in costruzione in Europa (Finlandia). Diversi impianti
nucleari sono invece in costruzione in Cina ed in India.
Tipi di reattori (dai primi realizzati a quelli in progetto ed allo studio):
• Reattori di 1a generazione: quelli progettati e realizzati prima degli anni 1970
•
Reattori di 2a generazione: si tratta prevalentemente di Reattori ad acqua leggera (PWR,
BWR) progettati e realizzati a partire dagli anni 1970 e 1980 ed ancora in funzione ed in
esercizio.
•
Reattori di 3a generazione: si tratta di reattori avanzati, progettati e realizzati ottimizzando
gli attuali reattori ad acqua leggera (miglioramenti sia dal punto di vista della sicurezza, che
del rendimento), quali: reattori EPR (European Pressurized Water Reactor) in corso di
costruzione in Finlandia, e l’AP1000 (Advanced Passive) e l’ABWR (Advanced Boiling
Water Reactor) in corso di costruzione in Giappone.
•
Reattori di 4a generazione: questi reattori dovrebbero essere disponibili probabilmente dopo
il 2030, e puntano ad ottenere costi fortemente competitivi, sicurezza più elevata, minima
produzione di scorie radioattive, maggior protezione contro i rischi di proliferazione.
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I reattori di nuova costruzione (3a e 4a generazione) hanno un ciclo di vita previsto di 60 anni
(contro i 30 anni degli impianti precedenti). Per i nuovi reattori i costi variabili (costi di esercizio)
sono previsti piuttosto bassi rispetto ai costi fissi.
Il più grande ostacolo per la realizzazione di impianti nucleari è costituito dai tempi di progetto e
costruzione: il tempo che intercorre tra la decisione e la costruzione della centrale può variare da 7
a 15 anni, per cui i costi stimati (circa 2.000 $/kW istallato nell’anno 2003) possono anche
raddoppiare e oltre. Il tempo medio per la costruzione e varie altre fasi è risultato di 109 mesi, cui
vanno aggiunti i tempi per la scelta del sito, per il VIA, ecc.(in totale si potrebbero raggiungere
anche i 200 mesi !!!). Soltanto il Giappone è riuscito a completare centrali in 60 mesi.
I tempi suddetti vanno confrontati con quelli degli altri impianti: 2 anni per la centrali TG a C.C. –
4 anni per le centrali a carbone.
Decommissioning
Si tratta di fase molto costosa e complessa.
Dall’inizio dell’era nucleare sono state in totale fermate n°110 centrali nucleari, ma soltanto n°8
centrali sono state dimesse e completamente smantellate.
I costi di decommisssioning sono paragonabili a quelli di costruzione (per una centrale da 1.000
MW possono variare da 0,5 a 2,6 miliardi di $).
Queste spese andrebbero calcolate dal produttore all’atto della costruzione ed accantonate ogni anno
dal produttore stesso come una quota-parte del prezzo dell’energia elettrica fornita al cliente.
Queste spese sono state sottostimate nel passato. Il problema potrebbe diventare critico nei prossimi
anni per la contemporanea dismissione di molti impianti ormai a fine vita utile.
Rischio Proliferazione
Deriva soprattutto dalla possibilità di vendita illegale di materiale fissile: “Uarr.“ e/o “Plutonio”.
Futuro del Nucleare
Solo con una comunicazione seria e responsabile sui “pro” e sui “contro” dell’energia nucleare e
sulle possibilità di soluzione dei problemi ancora irrisoli (sicurezza, scorie, decommissioning) si
può pensare ad un vero nuovo sviluppo del nucleare.
Inoltre l’energia nucleare potrebbe sostituire il petrolio ed il gas soltanto per la produzione di
energia elettrica, ma non per quanto riguarda i trasporti in generale (ad eccezione della propulsione
nucleare di navi da guerra).
Per quanto riguarda la sicurezza gli impianti a sicurezza passiva sono soltanto in progettazione, ma
richiedono ancora una prima vera e propria applicazione industriale. Il rischio di un incidente
nucleare non potrà mai essere completamente annullato, ma può essere sicuramente ridotto a livelli
tali da renderlo remoto e gestibile.
Una soluzione per contenere i costi e migliorare la sicurezza potrebbe esser quella di costruire
Centrali nucleari di modeste dimensioni: 200-300 MW.
Soluzioni ancora in fase di studio (Reattori di 4a generazione)
Sono allo studio, oltre agli impianti a sicurezza passiva, anche centrali a ciclo chiuso, che riciclano
cioè gran parte delle scorie prodotte (ma questi impianti possono costituire tuttavia un rischio per la
proliferazione per la grande produzione di plutonio).
Una vera soluzione per le scorie potrebbe essere il passaggio da Uranio a Torio (tutto allo studio ?).
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4.2. Idrogeno
L’idrogeno non è una fonte primaria di energia, ma solo un vettore energetico.
E’ l’elemento più abbondante nell’universo; esso tuttavia non si trova immediatamente utilizzabile
sulla terra, ma solo combinato con altri elementi.
Oltre il 95% dell’idrogeno consumato oggi nel mondo è prodotto a partire o dal gas naturale (per il
50%), o dal petrolio (per il 30%), o dal carbone (per il 20%), cioè dalle fonti fossili.
L’idrogeno più economico è prodotto dal gas naturale e dal vapore d’acqua (steam reforming).
L’utilizzo dell’idrogeno garantirebbe inquinamento zero, ma è evidente che produrlo da fonti
fossili, come si fa attualmente, non evita assolutamente gli effetti collaterali sull’ambiente, ma
ne aggiunge altri per la penalizzazione energetica del processo di produzione.
Una soluzione è quella di produrlo dall’elettrolisi dell’acqua, ma questo richiede grande quantitativi
di elettricità e quindi, attualmente, grandi consumi di combustibili fossili, per cui l’impatto è ancor
più penalizzante. La speranza è di poter ricorrere in un prossimo futuro o all’energia nucleare, e/o
all’energia solare-fotovoltaica.
Trasporto dell’idrogeno (H2)
Se le spese di produzione dell’idrogeno sono elevate, non di meno lo sono quelle relative al
trasporto. Per trasportare quantità energeticamente significative di H2 bisogna trasportarlo sotto
forma di alta pressione (a 200-300 atmosfere – pressioni ben più elevate di quelle del gas naturale
75 atmosfere), o in forma liquida (a -253°C, contro i -161°C del metano).
In quest’ultimo caso alle spese di produzione (già elevate) bisogna aggiungere quelle della
liquefazione che valgono altrettanto.
Costi di produzione e di trasporto rendono quindi l’idrogeno di gran lunga più caro della benzina e
del diesel, anche agli attuali costi del petrolio.
Per i mezzi di trasporto si ritiene comunque che l’impiego più promettente sia quello delle “fuel
cells”, tramite l’alimentazione a metano abbinata ad un steam-reforming.
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5.
CONCLUSIONI
L’era delle fonti fossili di energia
Un’economia a minor contenuto di carbonio (cioè con un minor utilizzo delle fonti fossili)
rappresenta comunque un traguardo raggiungibile, ma richiede ancora molto tempo e costi elevati.
L’era delle fonti fossili di energia che hanno origine dal carbonio (petrolio, carbone, gas) non è
destinata ad esaurirsi in tempi brevi. Esse sono infatti in grado di offrire grandi quantità di energia a
prezzi ancora relativamente bassi.
Le riserve provate del petrolio, come già evidenziato, sono ancora consistenti, e c’è abbastanza
petrolio per alimentare i consumi per la maggio parte di questo secolo.
Allo stesso tempo, anche la più inquinante delle fonti fossili (il carbone) è tutt’altro che in declino e
sarà difficile ridimensionarne il consumo, soprattutto nei paesi in via di sviluppo (Cina, India).
Il gas naturale sta vivendo un successo destinato a durare a lungo.
Tenuto conto di questo quadro generale è realisticamente difficile contrapporsi alla forza delle fonti
fossili in nome del danno che producono al pianeta ed all’atmosfera, quando non c’è ancora oggi
nessuna fonte alternativa – con l’eccezione del nucleare – capace di intaccare significativamente i
vantaggi delle fonti fossili.
Alternative
Una vera rivoluzione energetica non può fare a meno di fonti in grado di produrre grandi quantità di
energia. Con l’eccezione del nucleare, le alternative a petrolio, carbone e gas naturale hanno una
scarsa densità di energia, e quindi sono in grado di produrre solo quantità di energia limitate.
Come conseguenza della disparità nella densità di energia fra fonti fossili e fonti rinnovabili, queste
ultime presentano anche un problema di densità di potenza, che corrisponde ai metri quadrati di
territorio necessari per produrre la stessa quantità di energia da fonti diverse.
In questo quadro solo l’energia solare potrà forse in un prossimo futuro rivelarsi come l’unica vera
fonte in grado di dare vita ad una transizione energetica (potrà richiedere alcuni decenni).
Più limitate sono le prospettive per l’energia eolica, anche se in termini economici più conveniente
dell’energia solare, in quanto solo alcune aree del mondo hanno caratteristiche tali da consentire a
questa fonte di conquistare un ruolo decisivo nell’offerta energetica globale.
Nel frattempo le uniche fonti alternative (alle fonti fossili) ed in grado di incidere significativamente
sul paniere globale sono il nucleare e l’idroelettrico.
Entrambe tuttavia presentano dei problemi e sono in un cattivo stato di salute.
Per il nucleare, come è già stato detto, sussistono ancora parecchi problemi insoluti, nonchè
l’opposizione di molte comunità locali all’insediamento di questo tipo di impianti. Inoltre i tempi di
realizzazione degli impianti sono troppo lunghi.
Anche l’energia idroelettrica non è in buona salute. La costruzione di grandi dighe è ormai sotto
attacco in molte parti del mondo, per motivi ambientali e sociali. Al contempo la siccità e pioggia
insufficiente riducono la produttività di molti impianti. Inoltre il potenziale idroelettrico
effettivamente sfruttabile si trova prevalentemente in aree molto lontane dai centri di consumo.
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Considerazioni finali
1. Con le fonti fossili si dovrà convivere ancora a lungo. Bisognerà pertanto cercare di ridurre
per quanto possibile le emissioni (in particolare la emissione di CO2 anche se i costi
relativi alla sua cattura sono alquanto elevati).
2. Per questo uno sforzo particolare dovrà essere rivolto ad un miglioramento sempre più
consistente dell’efficienza di conversione e dei consumi finali di energia: un
miglioramento del rendimento degli impianti (vedi ad esempio i cicli combinati), nonché dei
motori a combustione interna (dei mezzi di trasporto) si rende sempre più necessario.
3. Puntare ad uno sforzo gigantesco della ricerca scientifica per puntare a tecnologie
innovative che rendano le fonti rinnovabili effettivamente “alternative”, ovvero competitive
in termini di densità e potenza energetica.
4. Una combinazione seria, ed a livello internazionale, di norme e sussidi pubblici per
incrementare la ricerca scientifica (vedi punto 3) e per garantire che vengano effettuati nel
contempo gli interventi descritti nei precedenti punti 1 e 2.
5. Infine il coordinamento ed il raccordo internazionale delle politiche energetiche ed
ambientali, almeno tra i principali paesi consumatori (compresi i maggiori di quelli in via di
sviluppo), premessa importante ed indispensabile per evitare che gli sforzi fatti da alcuni
paesi non vengano vanificati e compromessi dagli altri.