Considerazioni sul problema energetico

di Massiimiliano Lincetto.

foto: Luigi Rosa

Mi capita spesso di discutere del problema energetico con persone di diversa istruzione e di diversa estrazione culturale; mi rendo conto che spesso manca la consapevolezza di alcuni fatti fondamentali da cui non si può prescindere per affrontare l’argomento. In questo articolo proverò a fare un po’ di chiarezza e a proporre alcune idee che ritengo importanti per poter affrontare un dibattito sul tema.

La civiltà umana, come sappiamo, ha bisogno di diverse forme di energia e in natura se ne trovano alcune. L’energia necessita di processi che ne permettono la trasformazione da una forma all’altra e di vettori energetici per essere trasportata.

L’importanza dell’efficienza

Iniziamo con il fissare un principio fondamentale: qualsiasi processo di trasformazione dell’energia fornisce in uscita una quantità di energia utile inferiore alla quantità immessa. In ogni processo di trasformazione, quindi, si ha una perdita di energia che in genere se ne va sotto forma di calore non più utilizzabile. Il rapporto tra l’energia che esce e l’energia che entra è chiamato rendimento o efficienza del processo. Questo vale per i motori, per le centrali, per i pannelli fotovoltaici etc.

In generale, all’atto pratico, dobbiamo valutare il cosiddetto indice EROEI, ovvero il rapporto dell’energia utile ottenuta da un processo rispetto a quella utile immessa, al netto dell’energia proveniente dall fonte che il processo va a sfruttre. Sottolineo utile perché il bilancio energetico non si fa sull’energia totale, ma sull’effettiva energia spesa nel processo per convertire l’energia della fonte in una forma da noi utilizzabile. Ad esempio l’EROEI del petrolio rapporta l’energia ottenuta dalla combustione dei suoi derivati con quella impiegata nei processi di estrazione, raffinazione e trasporto: non entra nel bilancio l’energia chimica immagazzinata nel greggio che è quella che vogliamo convertire. L’EROEI del fotovoltaico rapporta l’energia prodotta dal pannello nell’arco del suo tempo di vita con quella impiegata nei processi per produrlo: non entra nel bilancio l’energia proveniente dal sole che è quella che vogliamo convertire. L’EROEI deve essere maggiore di uno affinché il processo sia conveniente. Una nota da tenere presente: attualmente, l’effettivo costo economico dell’energia al consumo non è strettamente legato all’EROEI, quindi non necessariamente l’energia meno costosa proviene dai processi più efficienti.

Elettricità e calore

Veniamo alle due forme di energia che più ci interessano: l’energia elettrica ed il calore.

L’energia elettrica è importante perchè è estremamente versatile: può essere trasportata in maniera praticamente istantanea tramite le linee elettriche, può essere rispettivamente generata o convertita da/in energia meccanica con elevati rendimenti (80-90%), può essere utilizzata per illuminare, può essere immagazzinata temporaneamente tramite batterie, può essere usata per produrre calore. L’energia elettrica è quella di cui più abbiamo bisogno in assoluto ed è alla base dello sviluppo della nostra società.

Il calore è invece la fonte di energia più abbondante e facilmente ottenibile: da una parte il sole irradia il nostro pianeta con un’enorme quantità di energia luminosa che equivale sostanzialmente a calore, dall’altra i processi di combustione forniscono grandi quantità di calore a partire da relativamente piccole quantità di combustibile. Il problema del calore è che i processi per convertirlo in energia meccanica (e quindi elettrica) hanno un limite di rendimento intrinseco e molto stringente dato dalla termodinamica. Per i motori a combustione interna, ad esempio, il limite teorico è attorno al 37% e all’atto pratico difficilmente si supera il 20% di rendimento. Le centrali termoelettriche hanno un rendimento che si assesta tra il 30 e il 50% a seconda della tipologia di processo. A questo aggiungiamo che il calore è difficile da immagazzinare per lunghi periodi e da trasportare.

A questo punto cosa abbiamo imparato? Il calore è abbondante ma poco versatile e convertirlo in elettricità comporta grandi perdite. Una prima considerazione che possiamo fare è che quindi il calore va preferibilmente utilizzato direttamente: è una buona idea l’uso di pannelli solari termici per riscaldare l’acqua ad uso domestico, è una buona idea il riutilizzo del calore di scarto delle centrali in impianti di teleriscaldamento, laddove possibile. È in genere una cattiva idea l’uso di elettricità per produrre calore come nel caso stufe elettriche, scaldabagni elettrici, etc. perché significa proprio sprecare il calore che è stato perduto nel processo.

Combustibili fossili: il problema dei vettori energetici

I vettori energetici sono mezzi che immagazzinano energia. I più diffusi sono combustibili (benzina, gasolio, gas) che sono in genere caratterizzati da un’alta densità di energia ovvero hanno un alto rapporto tra la quantità di energia immagazzinata e il loro volume. Per questo, i combustibili sono ad oggi fondamentali per il trasporto su gomma. Il problema è che la quasi totalità dei combustibili oggi in uso è di origine fossile ovvero proviene da giacimenti naturali che prima o poi si esauriranno.

Per dare un’idea degli ordini di grandezza si prevede che petrolio e gas naturale dureranno ancora per qualche decennio, mentre per il carbone si parla di un periodo tra i cento e i duecento anni. Le stime in realtà sono controverse, tuttavia quello che a noi interessa è che ci troveremo, nell’arco di qualche decennio, a fronteggiare seri problemi dovuti alla scarsità di combustibili fossili (o comunque al fatto che questi non saranno più disponibili a costi sufficientemente contenuti).

I combustibili fossili sono importanti principalmente in due ambiti: da una parte nella produzione termoelettrica che fa prevalentemente uso di gas naturale e dall’altra, come detto, nel trasporto su gomma. Quest’ultimo ha necessità di un adeguato vettore energetico poiché i veicoli hanno chiaramente limitazioni di spazio (e in secondo luogo di peso): è il motivo principale per si utilizzano i motori a combustione interna nonostante il loro scarso rendimento. Si stanno naturalmente esplorando possibilità di ridurre significativamente l’uso di combustibili fossili in questo ambito, ma al momento non c’è una vera e propria soluzione.

Le vetture ibride riducono i consumi ma hanno comunque bisogno di benzina o gasolio; le vetture elettriche hanno invece problemi a raggiungere autonomie elevate. Entrambe le tipologie di auto fanno uso di batterie che comportano problematiche di costo e smaltimento, oltre ad avere una durata limitata nel tempo. Per quanto riguarda i biocombustibili, la loro produzione è dispendiosa e vi sono perplessità sull’effettivo EROEI del processo (nel caso del mais sembra che sia pressoché unitario, ovvero non vi è guadagno energetico), inoltre la loro coltivazione sottrae terreno ad altre tipologie di colture.

Veniamo quindi all’idrogeno. Innanzitutto si tratta di un vettore e non di una fonte di energia: l’idrogeno non è presente in natura in forma utilizzabile direttamente e deve essere ottenuto con processi che hanno in genere scarso rendimento. Come vettore presenta il problema del difficile immagazzinamento ad alte densità, cosa attualmente problematica. Infine, le tecniche atte a riconvertirlo in energia utile come l’utilizzo in motori a combustione interna o nelle celle a combustibile hanno a loro volta scarsi rendimenti (in particolare le celle sono costose e tendono a durare poco). L’economia all’idrogeno proposta da Jeremy Rifkin rimane quindi per ora un’ipotesi con molti problemi realizzativi.

Ci serve elettricità!

Un errore che si può essere portati a commettere consiste nel concentrarsi sui vettori dimenticando il problema delle fonti di energia, ad esempio parlando di auto elettriche senza porsi il problema della provenienza dell’energia per ricaricarle. La maggior parte dell’energia elettrica in Italia viene prodotta da centrali termoelettriche che bruciano prevalentemente combustibili fossili (gas, petrolio, carbone) che come abbiamo visto non saranno sempre abbondanti come oggi. Un’eventuale diminuzione dell’impiego di combustibili fossili nei trasporti richiederebbe un aumento di produzione di energia elettrica: avremmo semplicemente spostato il problema.

Fin’ora abbiamo parlato solo di questioni economiche, ma è doveroso affrontare anche la questione ecologica e sanitaria. I combustibili fossili sono mediamente molto inquinanti: la combustione di quelli solidi e liquidi emette particolati che si stima (dati OECD) causino oltre 300.000 morti premature l’anno, come riporta William Saletan su Slate. A questo aggiungiamo le emissioni di anidride carbonica, principale responsabile dell’effetto serra che è fondamentale ridurre per contrastare il problema del global warming.

È necessario quindi ripensare il nostro sistema energetico in funzione di un drastico ridimensionamento dell’utilizzo futuro di combustibili fossili. Naturalmente in questo giocheranno un ruolo importante le fonti rinnovabili, che però comportano anch’esse problematiche di diversa natura. Per le rinnovabili tradizionali come idroelettrico e geotermico non ci sono grandi margini di espansione. Per fotovoltaico ed eolico i problemi sono la bassa densità e l’incostanza di tale tipologia di fonte, oltre al fatto che sono tecnologie ancora relativamente costose. Integrare quote determinanti di fotovoltaico ed eolico nell’attuale sistema di produzione di energia fino a renderle maggioritarie sarà un processo necessario, che richiede però un’adeguata pianificazione sul medio-lungo termine, qualcosa che d’altronde in Italia non si è ancora vista.

Un’appunto sul nucleare: personalmente sono sempre stato possibilista nei confronti di questa tecnologia come mezzo potenzialmente utile a tamponare il problema dell’esaurimento delle fonti fossili e rendere più morbida la transizione verso le rinnovabili. Ha il vantaggio di produrre grandi quantità di energia per singolo impianto, ma presenta come ben sappiamo una serie di problematiche ancora irrisolte, oltre ad una tipologia di rischio difficile da valutare con oggettività. Non saprei dire insomma se a parità di energia prodotta il nucleare sia preferibile o meno ad una fonte fossile, ed è questa la domanda che dobbiamo porci. Si tratta di scelte che vanno valutate  nel contesto di un’attenta pianificazione energetica (e purtroppo non è certo questo il triste caso italiano).

La domanda più interessante a questo punto è: lo sviluppo delle rinnovabili sarà sufficientemente veloce da ammortizzare adeguatamente lo scarseggiamento dei combustibili fossili? Staremo a vedere.

Ma il risparmio energetico?

È facile parlare di risparmio energetico e riduzione dei consumi, ed anche qui vanno fatte alcune considerazioni. Il risparmio energetico è senza dubbio importante e degno di promozione, ma va ricordato che i consumi residenziali sono in genere circa il 20-25% del fabbisogno complessivo di una nazione come l’Italia. Tagliare di un quinto i consumi domestici significa ridurre il fabbisogno di un 4-5%, che non è poco ma nemmeno risolve i problemi che abbiamo. Pensare di ridurre i consumi industriali e commerciali è invece più difficile: si tratta di utenze che hanno di per sé tutto l’interesse a consumare di meno e che quindi hanno spesso già adottato le soluzioni economicamente convenienti al fine di aumentare la propria efficienza energetica. In questo senso sarebbe opportuna, in sede istituzionale, un’analisi delle possibilità di incentivazione di ulteriori incrementi di efficienza.

C’è chi parla di cambiare modello di sviluppo e modo di vivere: si tratta di una faccenda complessa nella quale non mi addentro più di tanto. Sottolineo solo che, anche ammettendo siano possibili radicali cambiamenti, si tratterebbe di processi che richiedono tempi molto lunghi e il cambiamento di moltissimi aspetti della nostra civiltà. Dobbiamo insomma comunque ragionare sul fatto che nei prossimi decenni ci si ritroverà a fronteggiare un aumento del fabbisogno energetico nazionale e soprattutto mondiale e non credo sia realistico e responsabile partire da ipotesi diverse da questa. Pensiamo anche, ad esempio, alle prospettive di crescita di paesi come Cina ed India che da soli superano la popolazione di Europa e USA messi assieme: il problema è globale.

Concludendo

Chiedo innanzitutto scusa ai lettori per la prolissità dell’articolo, prolissità nonostante la quale resta ben lontano dall’essere esaustivo. L’idea che ho cercato di rendere è come il problema energetico sia composto di numerosi fili strettamente intrecciati tra loro, ed è a sua volta strettamente collegato a questioni politiche, economiche e demografiche di grande portata. Non è di certo qualcosa che può essere affrontato a suon di slogan o analisi semplicistiche come ultimamente si è troppo spesso visto fare, né di qualcosa su cui le politiche possano venire cambiate da un giorno all’altro in funzione dell’aria che tira. Servono studio e pianificazione, perché una delle più grandi sfide che l’umanità si troverà a fronteggiare nei prossimi decenni.iMille.org – Direttore Raoul Minetti