La transizione energetica

Si è recentemente svolta Roma, promossa da ENEL, una giornata di studio sul tema della Transiziome energetica: nella sessione del mattino quattro ricercatori del MIT, tutti riconosciuti leader a livello internazionale nei loro settori, hanno presentato il proprio punto di vista sulle seguenti tematiche:

Sistemi energetici integrati per la produzione di elettricità e combustibili a bassa e-missione di anidride carbonica (A.F. Ghoniem)

Tecnologie pulite del carbone per un mondo soggetto a limitazioni nelle emissioni di gas serra (H.J.Herzog)

Un cammino verso l’energia sostenibile – l’evoluzione del contributo delle fonti di energia rinnovabile (J.W. Tester)

L’integrazione delle energie rinnovabili nel mix energetico: capire la dinamica dell’energia eolica e solare nei confronti della generazione e della domanda elettrica (S.R. Connors)

Nel pomeriggio si è avuta un’ animata tavola rotonda di grande interesse, moderata dal professor Ennio Macchi del Politecnico di Milano, che ci ha inviato un estratto di quanto emerso nel corso della giornata. Siamo lieti di pubblicarlo. (a.o.) 

Come sempre, quando si affronta un tema affascinante e complesso come il futuro dell’energia, si coprono un ampio spettro di tematiche . Il futuro dell’energia è mol-to incerto. Sulla «fotografia» dell’attuale quadro energetico e sugli sviluppi a breve termine è emersa una posizione sostanzialmente comune e condivisa, ma sulle solu-zioni tecnologiche su cui puntare a lungo termine per realizzare la transizione verso un futuro non più basato sull’economia del petrolio si è avuto modo di registrare una vivace polemica fra gli stessi relatori. 

Riporto qui alcune impressioni su quanto è emerso dalla giornata, concentrando l’attenzione sui temi più caldi del dibattito energetico. 

Vi sono alcuni punti fondamentali, su cui esiste un’ampia convergenza di vedute:

1. Una transizione dall’attuale economia del petrolio a un modello di sviluppo so-stenibile è inevitabile: la impongono l’aumento della popolazione mondiale, i ritmi di crescita della domanda di energia e in particolare di elettricità, il cre-scente fabbisogno di combustibili liquidi per il traffico veicolare, le limitate ri-sorse e i costi crescenti dei prodotti petroliferi e del gas naturale. Sullo sfondo, con un ruolo probabilmente decisivo, le preoccupazioni relative ai cambi cli-matici indotti dalle emissioni di anidride carbonica 

2. Non esiste una soluzione univoca a questi problemi, si devono perseguire più strade in parallelo, sintetizzabili nei seguenti tre filoni:

a) Il miglioramento dell’efficienza energetica: sia sul fronte della produ-zione e del trasporto dei vettori energetici (centrali termoelettriche più efficienti, cogenerazione, generazione distribuita, produzione di combu-stibili), sia su quello della domanda (tecnologie di risparmio energetico in tutti i settori, residenziale, terziario industriale, mobilità).

b) La decarbonizzazione delle fonti energetiche, che può passare attra-verso la conversione a combustibili a più elevato contenuto di idrogeno, sia a un ricorso all’energia nucleare, sia alle fonti rinnovabili (solare, eo-lico, geotermico, biomasse).

c) Il sequestro dell’anidride carbonica, sia per via diretta (catturandola dai prodotti di combustione e immagazzinandola nel sottosuolo), sia per via indiretta, biologica.

Dove le previsioni divergono è sull’entità e sulla dinamica temporale dei con-tributi delle varie tecnologie al contenimento delle emissioni di anidride carbo-nica: due dei quattro relatori hanno dato particolare enfasi al sequestro dell’anidride carbonica che potrebbe rendere accettabile il carbone, anche dal punto di vista della diminuzione dell’effetto serra e quindi del rispetto del Protocollo di Kyoto.  

3. Il carbone, che già oggi è la fonte energetica dominante nella generazione di energia elettrica, è destinato, già nel breve termine, a incrementare il suo ruolo. è stato ricordato come le risorse di carbone siano enormi (equivalenti a 2.160 anni, se riferite ai consumi 1998: anche ipotizzando di quadruplicarne i consu-mi, l’orizzonte temporale è comunque tranquillizzante) e distribuite in vaste aree del pianeta. La recente evoluzione dei costi del gas naturale sta portando a una rapida transizione nelle scelte dei nuovi impianti di generazione: dal recen-te «boom dei cicli combinati» a gas naturale si assiste a un ritorno al carbone. è emblematica in tal senso la situazione negli USA, riassunta nella Fig.1 (Ghoniem): la realizzazione di nuovi cicli combinati ha subito un forte calo dal 2003, mentre si pianifica la realizzazione di un gran numero di centrali a carbone. Il fenomeno non è limitato agli USA: analoga situazione si profila in Germania, per non parlare del fenomeno cinese, in cui il ritmo di realizzazione di nuove centrali a carbone è impressionante (più di 1000 MWe alla settima-na!). 

4. Altrettanto scontato è il continuo progresso, in termini ambientali, delle clean coal technologies: è emblematica in tal senso la progressione delle emissioni specifiche delle centrali a carbone rappresentata in Fig. 2 ( Ghoniem). Come noto, un simile trend si verifica anche in Europa. Anche se, come dimostrato dalle scelte in atto, le leggi dell’economia portano a scegliere il carbone, non è certo dimenticato tuttavia, l’handicap di questo combustibile: il grave problema del cambiamento climatico legato alla emis-sioni di CO2. La soluzione, che le recenti esperienze fanno apparire sempre più promettente, è rappresentata dall’insieme delle tecnologie classificate con l’acronimo CCS (Carbon dioxide Capture and Storage): si tratta di separare la CO2 dai gas di scarico dei processi industriali e delle centrali termoelettriche, di trasportarla (in fase liquida a pressione ipercritica) in un deposito che con-senta di evitare anche su tempi lunghi il rilascio in atmosfera. A dimostrazione dell’interesse che la tecnologia suscita nel mondo, la (Tab.1) presentata dal prof. Herzog, mostra gli impianti di cui è annunciata la realizzazione nel pros-simo decennio. Sempre citando Herzog: 

(i) il potenziale di stoccaggio geologico mondiale è sicuramente superiore a 2000 Gt CO2 (vale a dire tutto quanto serve all’intero settore elettrico per il prossimo secolo) e probabil-mente maggiore di almeno un ordine di grandezza;

(ii) le possibilità di fuga della CO2 sono assai inferiori di quanto comunemente paventato: le stime, basate su dati sperimentali e simulazioni modellistiche, sono per rilasci inferiori a 1% nei primi 1000 anni, con forti probabilità che percentuali si-mili si applichino a periodi di milioni di anni.

5. Il dibattito tecnico sulle tecnologie da applicare per il sequestro della CO2 è aperto: le stime MIT (a favore di tecniche pre-combustion) portano a risultati opposti rispetto alle conclusioni dei recenti studi effettuati da FWI per IEA, che indicano una preferenza per tecniche post-combustion. Un punto assodato è che, all’attuale stato delle conoscenze, le differenze fra le diverse tecnologie di cattura sono modeste, sia in termini di penalizzazioni energetiche, sia in termini di incrementi del costo dell’energia elettrica prodotta. Questi risultati portano a una conclusione importante per l’attuale dibattito energetico: realiz-zare oggi una centrale a polverino di carbone, dotata delle più avanzate tecno-logie di abbattimento delle emissioni nocive ma che non prevede il sequestro della CO2, non preclude una futura riconversione CCS della centrale, riconver-sione che potrebbe semplicemente tradursi in un intervento a valle della linea trattamento fumi e in riadattamento della sezione a bassa pressione della turbi-na a vapore.

6. Una tematica certamente di attualità, che porterebbe a favorire soluzioni IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) è la visione di puntare a soluzioni impiantistiche modulari e complesse zero-emission, che siano alimentate non solo da carbone, ma da altri combustibili (biomasse, rifiuti, residui petrolifere) e che, dopo massificazione, pulizia dei gas prodotti, sequestro della CO2, co-producano elettricità, calore e combustibili a basso tenore di carbonio (in futu-ro, soprattutto idrogeno) destinati al traffico veicolare. L’impianto di riferimen-to per queste tecnologie è l’impianto promosso dal Department of Energy ame-ricano, denominato FUTUREGEN, la cui realizzazione è prevista nel 2012.  

Oltre alle prospettive del carbone, sono state naturalmente dibattute altre tematiche. L’opzione nucleare ha ricevuto poca attenzione. Cito testualmente, anche perché la condivido, la sintesi dell’intervento di Tester:  

(i)

Fissione: nessuna emissione di CO2, ma rifiuti radioattivi, proliferazione e sicurezza rimangono elementi dominanti dal punto di vista della accettabilità sociale;  

(ii)

Fusione: tecnologie non pronte con costi e prestazioni molto incerti. 

Quindi una prospettiva, per il nucleare, molto incerta.

Un ampio dibattito ha riguardato le fonti di energia rinnovabile. Prestazioni ed eco-nomicità ancora insufficienti, ma prospettive molto interessanti se supportate da suf-ficienti sforzi di ricerca. Originale, la scelta di tecnologie adottata da Tester: geoter-mia e biomassa-biocombustibili. In particolare, stimolante il messaggio sulla geoter-mia: se oggi il contributo alla produzione elettrica mondiale è limitato (Fig.3), 

Tester ha ricordato come la potenzialità della risorsa geotermica diverrebbe pratica-mente infinita (Fig.4), se esistesse una tecnologia (EGS Enhanced/Engineered Geo-thermal Systems) in grado di accedere all’enorme quantità di calore immagazzinato nel sottosuolo, riproducendo artificialmente le condizioni favorevoli che esistono, ma in misura limitata, in natura. La sfida tecnologica, su cui MIT si cimenta, è nell’individuare tecniche di perforazione che offrano prospettive economiche ragio-nevoli per perforazioni a elevate profondità.

Un’altra visione interessante relativa alle energie rinnovabili riguarda l’utilizzo dell’energia solare in centrali ibride (Fig.5), in cui si integrano campi di collettori solari in centrali alimentate da combustibili fossili, una soluzione che consente di raggiungere elevati rendimenti di conversione e di superare alcuni difetti dell’energia solare, quale l’aleatorietà e l’intermittenza. 

Stimolanti infine anche le argomentazioni sviluppate da Connors, relative alla dina-mica del mercato energetico. Il titolo assegnato alla Fig. 6, Market as variable as the wind, serve a non farci dimenticare che le tecnologie energetiche devono confrontarsi con la realtà di mercato e richiedono un approccio integrato e a largo spettro. 

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