Fonte: Antropocene.org che ringraziamo
By Dario Zampieri – ASPO Italia
La sezione italiana dell’associazione scientifica ASPO (Association for the Study of Peak Oil), nata nel 2004 con lo scopo principale di studiare il Picco del Petrolio e delle sue conseguenze economiche e sociali, ha prodotto uno studio[1] sulla fattibilità di un sistema energetico italiano completamente basato su fonti energetiche rinnovabili.
In particolare, si sono volute quantificare le dimensioni necessarie per l’apporto di fotovoltaico ed eolico, le principali fonti di energia rinnovabile, affette da intermittenza sia su scala circadiana, che annuale. Mediante la messa a punto di un codice di calcolo denominato ScETuR (acronimo di Scenari Energetici Tutto Rinnovabile) è stato confrontato un ipotetico profilo di produzione, basato sui dati reali di produttività degli impianti esistenti per ciascuna delle 8760 ore che compongono un anno, con il profilo di consumo derivato da quello reale del 2019, anno non ancora influenzato dall’epidemia di Covid-19.
Il confronto è basato su un modello e su assunzioni differenti in relazione alle possibili strategie per affrontare il problema. Ne è scaturito uno strumento utile per fornire indicazioni quantitative sulle dimensioni attese e sui problemi che questo sistema dovrà affrontare.
La prima assunzione fatta riguarda la completa elettrificazione dei consumi, utilizzando le tecnologie più efficienti oggi disponibili. In questo modo è possibile ottenere la stessa energia finale (calore, movimento, servizi) utilizzando annualmente 700 TWh (miliardi di kWh) di energia elettrica anziché i 1800 TWh di energia primaria (quella contenuta soprattutto in combustibili fossili) che utilizziamo oggi.
I vari scenari proposti hanno mostrato che non è realisticamente possibile realizzare sistemi di accumulo, soprattutto stagionale, in grado di coprire questi consumi in modo continuativo. L’unica simulazione in cui è stata verificata una copertura totale dei consumi prevede un fabbisogno annuo di 350 TWh, cioè la metà del fabbisogno attuale. Il solo incremento dell’efficienza energetica non basta dunque, occorre dimezzare la domanda finale di energia.
Per coprire questi fabbisogni servirà una massiccia installazione di impianti fotovoltaici ed eolici. L’intermittenza giorno-notte, soprattutto del fotovoltaico, può essere coperta disponendo di sistemi di accumulo per circa 4 kWh per abitante. Per quanto si possano utilizzare gli attuali sistemi idroelettrici a doppio bacino, la maggior parte dell’accumulo deve essere realizzata con batterie. Questo richiede, con la tecnologia attuale (batterie agli ioni di litio), circa 650 grammi di litio per italiano che, distribuiti sulla durata attesa delle batterie, è molte volte superiore all’attuale produzione mondiale per abitante della Terra. Occorrerà quindi prevedere un aumento della produzione, e un efficiente riciclo delle batterie a fine vita.
Anche con un efficiente sistema di accumulo giorno-notte, le variazioni stagionali comportano un esubero di produzione estivo e un ammanco invernale. Periodi estivi con assenza di vento provocano ammanchi notturni anche nei mesi estivi. È quindi necessario un sistema di accumulo stagionale di gas metano di sintesi, stoccato nei serbatoi geologici per il gas naturale e quindi estratto per produrre energia elettrica nelle attuali centrali turbogas. Il metano verrebbe prodotto dall’esubero estivo di energia a partire da idrogeno “verde” e anidride carbonica catturata dai camini delle centrali (processo Sabatier).
Anche utilizzando tutti i depositi geologici disponibili sul nostro territorio, nella situazione in cui si mantenga il fabbisogno di energia finale attuale si verificherebbero ammanchi di energia per il 20%
del tempo totale, concentrati in particolare nelle ore notturne dei mesi invernali.
Lo studio ha evidenziato che un sistema basato esclusivamente su rinnovabili è fattibile, ma che per garantire la copertura dei fabbisogni in ognuna delle 8760 ore che compongono un anno servirebbe uno sforzo massiccio su molti fronti che riguardano sia la produzione che i consumi.
Sul lato della produzione si dovrebbe fare affidamento sulla realizzazione, gestione, manutenzione e periodica sostituzione di una grande infrastruttura energetica, la cui sostenibilità in termini energetici (EROI complessivo, acronimo inglese di Energy Return On Investment, tradotto in italiano con “ritorno energetico sull’investimento”) e finanziari deve essere approfondita.
Nell’ipotesi più favorevole considerata (riduzione al 50% della domanda) saranno necessari:
• 250 GW di fotovoltaico: l’equivalente della superficie della città metropolitana di Milano (circa 1600 km2) coperta con pannelli fotovoltaici. Questo corrisponde ad una potenza installata di 4 kW procapite o circa 27 m2 pro capite di pannelli fotovoltaici. Questi possono essere realizzati in principio sia sulle coperture degli edifici (civili, industriali e commerciali) sia su aree non costruite. In quest’ultimo caso forzatamente su aree marginali non utilizzate per l’agricoltura e senza pregio ambientale, il tutto su un’area che rappresenta lo 0,5% della superficie nazionale.
• 80 GW di eolico: alcune migliaia di km di pale eoliche (più potenti saranno, meno ne saranno necessarie), poste sia sui crinali che in campi eolici off-shore, dove hanno maggiori potenzialità. Queste corrisponderebbero a un totale di una torre eolica da 5 MW ogni 4000 abitanti.
• Sistemi di accumulo energetico giorno-notte molto estesi, costituiti prevalentemente da batterie, coadiuvati dagli impianti idroelettrici a pompaggio esistenti. Serviranno circa 4 kWh per abitante.
• Impianti di cattura dell’anidride carbonica.
• Impianti di produzione di idrogeno, per una potenza installata di idrolizzatori pari a 100 GW, equivalenti a circa 20 mila impianti industriali da 5 MW. A questi, nell’ipotesi considerata di usare metano come gas di accumulo, vanno aggiunti metanizzatori per 75 GW, dove effettuare la sintesi tra anidride carbonica e idrogeno.
• Un’infrastruttura necessaria al trasporto e stoccaggio di metano, idrogeno, e anidride carbonica, basata sull’attuale sistema di trasporto e stoccaggio del metano naturale.
• Una rete elettrica adeguata al trasporto dell’energia generata in modo intermittente su lunghe distanze. Questa deve integrarsi con la rete europea, per compensare la maggior produttività invernale dell’eolico nel Nord Europa con quella estiva del fotovoltaico nel Sud.
Sul lato dei consumi, un dimezzamento potrebbe (forse) essere realizzato mediante:
• elettrificazione tutti gli attuali consumi energetici nel modo più efficiente possibile (ad esempio utilizzo di pompe di calore, illuminazione a LED);
• riqualificazione energetica degli edifici, introduzione di limiti alle temperature massime del riscaldamento invernale e del raffrescamento estivo, incentivazione alla riduzione della mobilità automobilistica verso forme di mobilità “leggere” e alternative;
• modulazione dei consumi in funzione della disponibilità di energia. Si deve partire necessariamente dallo studio della modifica della domanda in modo che possa meglio adeguarsi al profilo orario di produzione da rinnovabili, minimizzando gli ammanchi osservati negli scenari di questo studio.
Le conclusioni dello studio sono che per realizzare in Italia un sistema energetico tutto rinnovabile sarà necessaria una lunga transizione di circa tre decenni, ma si deve iniziare subito e su tutti i fronti elencati. La pena non è il ritorno ad una società sostenibile basata sull’agricoltura e sull’artigianato, perché una società del genere è socialmente non sostenibile per 60 milioni di persone, bensì il suo collasso prodotto dalla inevitabile crisi climatica (per la verità globale), che avrebbe un impatto ecologico e sociale molto maggiore e porterebbe forse alla guerra, all’instaurazione di regimi autoritari e probabilmente ad ambedue le cose.
[1] Il report è scaricabile in formato pdf dal Repository CNR SOLAR (Scientific Open-access Literature Archive and Repository) della Biblioteca Centrale “G. Marconi” del CNR > CLICCA QUI
Dario Zampieri – ASPO Italia