La transizione energetica è materia ormai scaduta nello scontro ideologico, mentre si dovrebbe tornare a considerazioni logiche, partendo da un quadro della situazione energetica attuale, cercando di quantificare e capire se e per quanto ancora potremo fare affidamento sui combustibili fossili, per arrivare alla valutazione e scelta di possibili alternative.

Quando ci propongono tecnologie invece che entusiasticamente e ciecamente seguire un qualsiasi affabulatore/imbonitore che si arroga la posizione ed il credo di salvatore del mondo, una sorta di Archimede Pitagorico di disneyana memoria, occorre pensare quali tecnologie siano se non disponibili almeno alla portata e quanto siano realmente compatibili con il mutante essere umano.

L’essere umano ed il suo futuro, possibilmente in un mondo migliore (ma sostenibile) deve essere al centro di queste considerazioni, e non il contrario (è un concetto su cui non ci si sofferma abbastanza, travolti da questi sostenitori della decrescita felice).

La transizione energetica non può essere imposta, con arroganza, da un 10% della popolazione mondiale, quello delle fasce più abbienti, che si oppone all’auspicabile incremento del benessere (e pertanto aumento dei consumi) da parte dei miliardi di persone che oggi non possono soddisfare nemmeno i bisogni di base.

Al di là della questione etica,  le disuguaglianze presenti sul pianeta causano instabilità e conflitti che frenano il progresso tecnologico, enormi risorse economiche ed energetiche vengono divorate senza considerare che vita sul nostro pianeta non è altro che un enorme scambio di energia che e deve essere in equilibrio, ma che soprattutto deve tendere all’ equità, all’ accessibilità, alla sostenibilità , visto che energia disponibile per tutti è anche la chiave della pace, energia da trasformare in cibo, da utilizzare per rifornirsi d’acqua o per renderla potabile, per costruire abitazione ecc.

L’energia è la madre di tutte le risorse, e solo quando questa sarà disponibile e sufficiente per tutti avremmo forse un mondo più pacifico: per questo non si può fare demagogia (e fare dell’ambientalismo un’ideologia selettiva) considerando che la volontà di appropriarsi di risorse o imporre soluzioni (necessarie o meno) è la causa ultima della maggior parte dei conflitti.

La transizione energetica e l’ambientalismo chic e coercitivo attuale è conflittivo, e bisogna smontare questo meccanismo, creato da una minoranza populista (per usare un termine di moda)

Lo sviluppo tecnologico non fa salti, evoluisce, si costituisce un passo alla volta per questo il tempo è una risorsa preziosissima, e chi cerca di accelerarlo oltre il possibile e la logica crea solo divisioni e conflitti: questa è la polarizzazione attuale, dove una minoranza urla per imporre una propria visione e la maggioranza subisce, per il quieto vivere, aspettando che l’onda passi, ma l’onda può anche creare danni irreversibili, proprio a danno delle grange più deboli e fragili.

Per una serie di motivi, anche politico-ideologici, nel quadro dell’illusoria pace che ha seguito l’unicum della seconda guerra mondiale e della guerra fredda. I combustibili fossili sono stati al centro di ogni conflitto, e sono diventati il totem da abbattere.

E’ giusto?

E’ logico?

Sono veramente il pericolo massimo per il genere umano? 

Sono loro od è il loro impiego “diseducato”?

Sarà il caso di analizzare, a volo di uccello, in forma divulgativa e non didattica,  tutte le “forme di energia oggi disponibili, ed oggetto nella maggior parte degli strali ambientalisti, a cominciare dagli esecrati (a torto, ma come sempre solo perché sono i più vecchi e diffusi) combustibili fossili.

Si definiscono fossili quei combustibili derivanti dalla decomposizione, sviluppatasi in milioni di anni, di sostanze organiche, imprigionate nel sottosuolo nel corso delle ere geologiche.

In realtà i combustibili fossili costituiscono l’accumulo, sottoterra, di energia che deriva dal Sole, direttamente raccolta nella biosfera nel corso di periodi geologici, dalle piante tramite la fotosintesi clorofilliana, da organismi acquatici unicellulari e alghe o indirettamente tramite la catena alimentare, dagli organismi animali.

Negli ultimi anni l’opinione pubblica ha preso sempre maggior coscienza dei danni derivanti dall’utilizzo improprio di questa fonte di energia ma ciononostante continua ad essere la più utilizzata.

Oggi i combustibili fossili provvedono a poco più del 85% del fabbisogno energetico mondiale:

di questo il petrolio contribuisce per il 40%,

il carbone per il 26%, il gas naturale (in forte crescita di consumo) per il 23%.

Tralasciando per ora gli svantaggi ambientali, ed ol fattore dell’uso improprio, vediamo i vantaggi in termini di economicità e di praticità di questa risorsa.

1. I Combustibili Fossili (CF)

Uno dei vantaggi immediati dei CF è quello di essere  “compatti”, ovvero hanno un alto rapporto energia/volume il che li rende la scelta più efficace nei trasporti merci e pendolari, un kg di benzina utilizzato in un motore termico di scarsa efficienza del 25% (per assumere il dato peggiore, penalizzante, ma in effetti nei motori moderni è molto più elevata) può produrre una potenza di 3,25 KWh mentre le più moderne batterie al litio accoppiate ad un motore con il 90% di efficienza producono, a parità di peso, 0,25 KWh.

Il secondo punto a favore è la loro facilità di essere trasportati e immagazzinati, il gas naturale può essere trasportato per migliaia di chilometri attraverso gasdotti, o in forma liquida dopo un trattamento ormai usuale e senza problemi, con minimi rischi).

Il petrolio essendo liquido assume la forma del suo contenitore, può essere anch’esso trasportabile via tubi ed è facilmente misurabile e divisibile così che tramite enormi navi petroliere è possibile trasportarlo in tutto il mondo a basso costo.

Il terzo fattore a favore dei combustibili fossili è che funzionano in macchinari relativamente semplici, ad esempio le centrali moderne per la produzione di energia elettrica non fanno altro che tra- sformare il calore prodotto dalla combustione dei CF in movimento attraverso turbine che sfruttano il vapore ad alta pressione.

Questa energia cinetica grazie a degli alternatori viene poi converta in potenza elettrica che può essere trasportata via cavi (trasporto che al contrario di quanto affermano i moderni cultori non è ne a costo zero né esente da contaminazioni e rischi).

I punti prima elencati fanno si che CF siano la risorsa energetica attualmente più a basso costo, questo fattore determina che sia anche la risorsa più utilizzata.

Gli svantaggi derivanti dall’utilizzo dei CF (enfatizzati ed esasperati spesso oltre la logica) sono principalmente ambientali, quali l’immissione di sostanze nocive nell’atmosfera, e l’aumento delle concentrazioni di CO2 nell’atmosfera.

La CO2, di per sé non nociva, è naturalmente presente nell’atmosfera, ma in valori troppo elevati causa un buco nello strato di ozono che protegge la terra dalle radiazioni ultraviolette causando un graduale aumento della temperatura terrestre.

Il dilemma potrebbe pertanto essere ricondotto, anche dal punto educativo e di sviluppo tecnologico: elminare le emissioni, cancellando le macchine che la generano, oppure puntare alla sua riduzione ed addirittura alla sua cattura?

Non una sola soluzione, ma una serie di soluzioni opportunamente combinate, le poù convenienti vaso per caso

Le peroccupazioni ambientaliste riguardano un parallelo , forse un po’ ardito tra due pianeti, Venere e Terra, relativamente uguali in termini di dimensioni, distanza dal sole e presenza di acqua.

La mancanza di forme di vita su Venere è dovuta alle temperature troppo alte (464 C° in media).

Il suo strato di ozono, infatti, è troppo sottile per filtrare efficacemente i raggi ultravioletti, ma si tratta di un parallelismo tutto da dimostrare che ha comunque portato a far riflettere sull’importanza che strato di ozono ha per il nostro ecosistema, anche se probabilmente il cosiddetto “buco nell’ozono” è influenzato da altri fattori e recentemente ha dimostrato una recessione, non certo imputabile al virtuosismo predicato dai radicali ambientalisti.

E‘ innegabile che esista un rapporto diretto tra efficienza dei motori termici che utilizzano CF e sostanze nocive prodotte, ed è certamente questa una strada da battere, per tutta una serie di motivi:  l’efficienza di un motore termico è direttamente proporzionale alla differenza di temperatura fra il motore e l’ambiente esterno, nelle auto ad esempio, i motori diesel sono più efficienti di quelli a benzina perché lavorano a temperature più alte, rispetto alle quali però si obbietta  che a maggiori temperature la combustione produce ulteriori sostanze inquinanti, come i PM 10 ed altre.

Come rimedio alle auto diesel è stato imposto il filtro antiparticolato per rispettare le normative europee antinquinamento Euro 3, 4, 5 e 6.

Un altro grande problema legato ai CF è la loro distribuzione nel pianeta, più del 50% del petrolio mondiale si trova in Medio Oriente situato in pozzi enormi che per fattori di scala fa si che il costo di estrazione del barile sia molto più basso (ante crisi: Iraq 10,7 $, USA 36 $).

Questa grande abbondanza è la causa delle guerra e della cercata instabilità politica di molti paesi mediorientali; le guerre petrolifere degli ultimi 60 anni hanno sostituito quelle per la terra dei secoli passati, non-soluzioni di problemi di carattere geo politico che hanno avuto ed hanno enormi costi sia sociali che economici ma vengono trascurati quando si affrontano le questioni energetiche.

Ulteriore svantaggio dei CF, a conoscenze attuali e determinanti nel lungo periodo, è che non sono una fonte rinnovabile di energia o meglio si rinnovano troppo lentamente rispetto al consumo, con il conseguente timmore del loro esaurimento, e la stima che in meno di trecento anni dall’inizio dello sfruttamento industriale del carbone (seconda metà XIX secolo) si esauriscano tutti CF (carbone, petrolio, gas) prodotti nell’arco in milioni di anni.

Se i consumi continuassero ad aumentare esponenzialmente come in passato, e senza nuove esplorazioni e scoperte , la previsione è la mancanza di queste risorse entro 40 anni ….

Ma… scusate … se si devono scartare ed abbandonare in questo lasso di tempo, non è questo lo stesso orizzonte temporale della stessa costosissima corsa alla transizione energetica? 

Tanto rumore e tanto spreco di risorse, con sacrifici dei più deboli, per qualcosa di ineluttabile che è già scritto?

Evidentemente qualcosa non torma, nei calcoli … (o qualcuno gioca in malafede).

1. Energia atomica

Potremmo produrre la stessa quantità di potenza consumata attualmente nel mondo senza i Combustibili Fossili allo stato dell’arte dello sfruttamento di altre risorse energetiche?

Attualmente solo circa il 15% dell’energia totale (qualcuno si azzarda a dire 17/20% in prospettiva) è prodotto da fonti diverse da quelle fossili, un 6 % dalle centrali nucleari, un altro 6% dalle centrali idroelettriche e il restante 3% suddiviso fra solare eolico e biomasse.

Ciò che differenzia l’energia nucleare da altre fonti alternative ai fossili è il fatto che questa non è una fonte rinnovabile.

Per parlare dell’energia atomica conviene partire, in termini cautelativi e penalizzanti, datte tesi dei suoi detrattori

Le attuali centrali a fissione producono energia attraverso la scissione di atomi pesanti fissili, solitamente Uranio235 o Plutonio239.

L’U235 e il Pu239 oltre a non essere rinnovabili sono scarsamente presenti sulla terra. Per sostituire l’energia elettrica attualmente prodotta con combustibili fossili si era calcolato che servirebbero 9000 reattori per i quali si stima che le scorte di U238 e Pu239 si esaurirebbero in meno di 5 anni.

Alla luce di queste stime l’energia atomica non sarebbe sembrata la strada da percorrere per sostituire le fonti fossili, ed infatti sino alle più recenti scoperte  (reattori di 4^ generazione, suddivisi in ben 6 tipologie e famiglie che portano a prevedere anche una 5^generazione) era prevista una diminuzione del numero di reattori, con quelli in costruzione in numero inferiore  a quelli già esistenti che si stanno progressivamente avvicinando al termine della loro vita operativa (valutazione pretestuosa, falsata dalla maggiore potenza ed efficienza dei nyovi impianti), riduzione che quasi a parità di tecnologie “mature”  non teneva conto che il problema della scarsità delle riserve di U235 e Pu239 potrebbe essere risolto dai reattori nucleari veloci autofertilizzanti.

In questi reattori il materiale fissile è misto a materiale non fissile che, nel corso del funzionamento, viene trasformato anch’esso in combustibile nucleare.

Nei reattori autofertilizzanti, gli atomi di U 238 vengono trasformati dal bombardamento con neutroni veloci, cioè non rallentati dal moderatore (da cui il nome di reattori veloci), in atomi di Pu239, fissile, che pertanto viene continuamente rifornito.

L’importanza dei reattori autofertilizzanti è dovuta al fatto che sono al punto di superare la fase sperimentale e facilmente riproducibili  potrebbero fornire globalmente altrettanta energia di quanta ne producano complessivamente le centrali idroelettriche, termoelettriche e nucleari convenzionali.

Il progresso tecnologico, fattore che dovrebbe essere sempre al centro di ogni dibattito ed analisi sulla transizione energetica, fornisce anche un’altra lettura visto  sono in fase di studio reattori di 4^ generazione (se non di 5^ generazione), che potrebbero portare ad una rivalutazione di questa risorsa energetica.

Al momento numerose tecnologie competono fra loro per affermarsi in termini di sicurezza, produttività e durabilità.   Il passaggio più evidente e promettente sembra quello delle “Centrali a fusione”. Va sottolineata la differenza tra la tecnologia attuale, ampiamente diffusa, è quella delle centrali a fissione dove un elemento chimico pesante (U238, Pu239) viene opportunamente “bombardato” con dei neutroni fino a che avviene la fissione, ovvero fino a che il nucleo atomico si divide, si spezza.

Le centrale a fusione invece sono basate sul principio fisi- co opposto, cioè l’unione di due elementi chimici leggeri (deuterio, trizio che sono abbondantissimi sulla terra), la stessa reazione che avviene naturalmente nelle stelle come il nostro sole.

Il problema di fondo, difficile ma in via di soluzione, è l’innesco, per il quale bisogna raggiungere temperature intorno ai 100 milioni di gradi (6 volte quella all’interno del sole), ma la soluzione sembrerebbe essere arrivata dal confinamento della fusione all’interno di un campo magnetico per evitare il contatto con i materiali che non potrebbero resistere a tali temperature.

Dominare e diffondere la fusione porta ad avere a disposizione enormi quantità di energia, inoltre la parte radioattiva del combustibile, il trizio, verrebbe trasformata in neutroni e alfa non radioattivi. Queste centrali risulterebbero intrinsecamente più sicure, dove risulterebbe impossibile un aumento incontrollato della radioattività, in più i combustibili non sono interessati dal problema della proliferazione nucleare.

I reattori di 4^ generazione differiscono nel funzionamento e nei fluidi refrigeranti che vengono impiegati nella centrale, acqua (leggera, pesante o super critica), gas, sodio, metallo liquido, sali fusi o altro, e senza entrare in dettagli o in complicati tecnicismi l’evoluzione di ognuno di questi sistemi può portare a miglioramenti nell’efficienza, nel livello di sicurezza, nella semplificazione e quindi nella riduzione dei costi dell’impianto.

Le prospettive sul nucleare sembrano molto promettenti ma ancora una volta, e soprattutto in Italia, non dobbiamo dimentica il nefasto influsso del terrorismo ambientale e diseducativo, sfruttato dalla politica, che ha caratterizzato gli ultimi 40 anni, relegandoci a fanalino di coda del mondo globalizzato; non dobbiamo dimenticare che sono stati enfatizzati oltre misura gli incidenti attribuiti all’uso dell’energia atomica e non ad altre circostanze concomitanti, fra i più noti e gravi quelli di Cernobyl e di Fukushima.

Nel caso disastro nucleare di Cernobyl una serie di fattori diversi dall’adozione ed impiego dell’energia atomica ha concorso all’evento: l’inadeguata preparazione e competenza degli addetti, i difetti di progettazione che rendevano la centrale intrinsecamente instabile, e la volontà di sottodimensionare l’accaduto da parte delle autorità.

L’insieme delle cause potrebbe essere ricondotta al tipo di governo presente nel paese, all’epoca l’Ucraina faceva parte del blocco sovietico; l’economia centralizzata dell’URSS non è mai riuscita a tenere il passo di quella liberale i termini di produttività ed alla centrale di Cernobyl era stato chiesto di produrre troppo per rispettare i piani di crescita dettati a tavolino dal governo.

Va aggiunto come il sistema monopartito imponesse una forte censura necessaria a mantenere il consenso con la conseguenza che l’opinione pubblica riceveva un informazione molto parziale e di parte e si sapeva ben poco di ciò che accadeva realmente nel paese.

L’incidente di Fukushima insieme a quello di Cernobyl è stato l’unico a raggiungere il livello 7, ovvero il massimo della gravità nella scala INES dell’IAEA (anche se la quantità di radiazioni disperse è stata 10 volte inferiore).

Il contesto, la situazione politica e economica giapponese, dove si è verificato è ben diverso da quella dell’URSS degli anni 80;  il Giappone è un modello di democrazia riconosciuto in tutto il mondo, si distingue per libertà di informazione, ottimo grado di scolarizzazione della popolazione, bassa corruzione e un livello di innovazione tecnologica da decenni ai vertici mondiali. C’è da dire che circostanze del disastro sono parecchio differenti, mentre a Cernobyl si è trattato principalmente di negligenza a tutti i livelli, dalla progettazione alla gestione, a Fukushima l’incidente si è verificato a seguito di un maremoto indotto dal più forte terremoto mai registrato nella storia giapponese.

Comunque sia anche in questo caso nonostante il pronto intervento e la competenza degli operatori, il “sistema” ha cercato di minimizzare la portata dell’accaduto, con effetto frenante su quanto si sarebbe potuto  fare tempestivamente per contenere i danni.

L’incidente di Fukushima è un case study che dimostra che gravi incidenti possono verificarsi anche nei contesti dove sembrano meno probabili, ma anche che le conseguenza, pure in ambiti ristretti sono contenibili, d’altra l’evoluzione tecnologica porta verso la riduzione del fattore radioattivo, il rischio più temuto dalle popolazioni

1. Fonti rinnovabili

Potremmo allora ricavare l’energia di cui abbiamo bisogno attraverso le sole fonti rinnovabili? L’energia del vento è 4 volte superiore a quella utilizzata complessivamente dall’uomo e potendo sfruttare le correnti degli strati superiori dell’atmosfera si arriva a 100 volte, mentre l’energia irraggiata dal sole è addirittura 10000 volte superiore.

La soluzione sembrerebbe a portata di mano, purtroppo l’uomo non ha soltanto bisogno di energia, ha bisogno di potenza di qualità, cioè di un flusso di energia disponibile quando e dove se ne ha bisogno, senza limiti di tempo, e con le caratteristiche fisiche (per esempio, tensione e frequenza nella rete elettrica) necessarie per non compromettere il funzionamento sicuro apparecchi collegati alla rete.

Il solare e l’eolico sono per loro natura intermittenti e purtroppo ad oggi non è possibile stoccare grandi quantitativi di energia, stoccaggio oggi costosissimo, contaminante per la sua realizzazione, non affidabile (con problemi in caso di incidenti possibili, quali incendi, e successivi enormi problemi di smaltimento a fine vita):  lo stoccaggio dipende poi da componenti in mano ad un solo fornitore non solo poco affidabile ma ben più che potenziale avversario degli utenti …

Esiste poi un fattore determinante, l’occupazione del suolo:  per sintetizzare secondo studi MSA anche con la massina occupazione globale di suoli e superfici possibili (comprese quelle marine) la massima produzione possibile sarebbe del 15% del fabbisogno globale, mentre secondo altre fonti europee questa percentuale potrebbe raggiungere il 17%:  per l’ Italia, pur con risultati modesti, le rinnovabili di questa natura porterebbero ad occupazioni di suolo penalizzanti ed inaccettabili per l’uso dei suoli, sia riguardo al già limitato impiego agricolo sia dal punto di vista paesaggistico.

Una soluzione possibile però potrebbe (apparentemente) essere quella di usare questa energia per la produzione di idrogeno.

L’idrogeno non è una risorsa energetica bensì un vettore energetico proprio come l’energia elettrica e da produrre come tale, anche se offre una maggiore efficienza di stoccaggio dell’elettricità e può essere usato sia in campo stazionario che mobile.

L’H è l’elemento più abbondante esistente in natura, però non si trova allo stato puro, ma combinato con altri elementi dai quali deve quindi essere separato.

L’H è attualmente usato nell’industria metallurgica, alimentare, elettronica e chimica e la sua produzione è data dal processo di reforming ovvero una reazione fra acqua e idrocarburi (combustibili fossili), e con questo si torma al punto iniziale.

Per produrre idrogeno tramite fonti rinnovabili è necessario utilizzare il processo di elettrolisi che consiste nell’attraversare l’acqua con una certa corrente elettrica (da produrre secondo le anime candide con eolico o solare, quindi con problemi di continuità).

Il problema è che l’elettrolisi essendo meno efficiente del reforming risulta più costosa così che solo il 4% dell’idrogeno prodotto attualmente avviene per elettrolisi. Per invertire la tendenza è necessario ricorrere a forme economiche di generazione dell’energia elettrica; è difficile che il numero di impianti eolici e solari faccia si che risulti più conveniente l’elettrolisi rispetto al reforming con idrocarburi senza aspettare che questo avvenga per un aumento dei prezzi dei CF dovuto al loro esaurimento, e pertanto l’unica alternativa torna al nucleare.

Tutti questi fattori, compreso l’esaurimento dei CF, ha una condizionate a fattore comune, il tempo, he è quello che ambientalisti radicali considerano, percorrono ed interpretano in un solo modo: subito.

1. Biomasse

La biomassa è la frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall’agricoltura, dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese pesca e acquacoltura, gli sfalci e potature provenienti dal verde pubblico e privato, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani. Una centrale a biomasse produce potenza elettrica estraendola appunto dal- le biomasse attraverso diverse tecniche: l’energia può essere ottenuta sia per combustione diretta delle biomasse, mediante particolari procedimenti tendenti a migliorare l’efficienza, sia mediante pirolisi (decomposizione termochimica di materiali organici, ottenuto mediante l’applicazione di calore e in completa assenza di un agente ossidante, normalmente ossigeno) , sia mediante estrazione di gas di sintesi (syngas) tramite gassificazione.

Questo tipo di centrali hanno diversi vantaggi rispetto a quelle solari ed eoliche.

Lo stoccaggio dell’energia; che può essere effettuato in maniera analoga ai CF. La continuità dell’e- rogazione; l’energia da biomasse è regolabile a piacimento al pari delle energie da CF. Semplicità tecnologica e riduzione dei costi; rispetto ad altri impianti a energie rinnovabili (idroelettrico, solare termico, fotovoltaico, eolico), le centrali a biomasse necessitano di tecnologie poco sofisticate e di più agevole reperibilità, accessibili anche a paesi a basso sviluppo tecnologico.

Queste centrali sono un ottima soluzione per il riutilizzo di scarti di origine biologica ma non è plausibile il loro utilizzo su vasta scala come sostituti delle centrali a CF.

Innanzi tutto le biomasse hanno forma solida e non possono essere canalizzate, inoltre hanno una scarsa densità energetica, a parità di peso contengono circa 1/3 di energia dei CF, questo significa che il payback fra energia utilizzata nel trasporto dei combustibili alle centrali e energia prodotta sia negativo sulle lunghe distanze.

Uno studio pubblicato da “aspoitalia” nel 2007 mette a confronto la quantità di territorio necessaria a coprire il fabbisogno di energia elettrica italiano utilizzando biomasse rispetto a fotovoltaico. Im- piegando il terreno con biomasse specializzate per massimizzare la produzione di energia, utilizzare quindi colture energetiche dedicate a breve rotazione, come possono essere ad esempio Salix, Populus, Alnus, Eucalyptus o Miscanthus. La percentuale di territorio nazionale per la produzione dei circa 43 GWh necessari è di 56, più della metà dell’intera nazione, il 128% della superficie colti- vata. Nel caso del fotovoltaico, considerando anche la superficie necessaria per il serbatoi di accu- mulo gravitazionale necessari a garantire la produzione nei periodi di mancato irraggiamento, sarebbe sufficiente l’ 1,34% del territorio nazionale. Un risultato rispetto alla biomassa superiore di un fattore 65. Questo perché, oltre ai problemi di trasporto già citati, il ciclo delle biomasse comporta tre passaggi energetici. Dall’energia solare all’energia chimica delle biomasse tramite fotosintesi, da questa ad energia termica tramite combustione ed infine da energia termica ad energia elettrica tra- mite un ciclo termico. Il Passaggio più dispendioso in termini di rendimento è il primo infatti le piante trasformano in biomassa solo 1/2% dell’irraggiamento solare ricevuto. I pannelli fotovoltaici anche se hanno un rendimento non superiore al venti 20% (di molto inferiore agli altri 2 passaggi delle biomasse) necessitano di un solo passaggio energetico, da energia solare a energia elettrica tra- mite l’effetto fotoelettrico. Il fotovoltaico quindi, rispetto alle biomasse, è indubbiamente la miglior scelta di produzione energetica su vasta scala.

Eolico

Per quel che riguarda l’eolico negli ultimi 20 anni i prezzi per KWh prodotto si sono ridotti del’85% questo grazie al progresso tecnologico e alla creazione di vasti parchi eolici costituiti da grandi ae- rogeneratori che hanno permesso di ridurre i costi grazie all’economia di scala. Attualmente il KWh da eolico ha un costo medio di 6 €c, quello da combustibili fossili va dai 3,5 €c delle centrali a gas a ciclo combinato ai 5 €c per le centrali termoelettriche a petrolio ma se si applicano le tasse relative alla produzione di Co2 e i costi degli impianti per lo scrubbing dei fumi arriviamo a 6 €c anche per l’elettricità prodotta dai CF.

Le installazioni eoliche si suddividono in differenti tipologie, on shore sulla terra ferma entro 3km dalla costa, near shore nell’entroterra fra i 3 km dalla costa e entro i 10km in mare, oppure off shore in mare aperto. L’eolico off shore garantisce rese migliori grazie alla maggiore velocità e costanza del vento, di contro però ha costi di manutenzione e soprattutto di installazione maggiori. In Giap- pone dopo il disastro di Fukushima c’è molto fervore nella ricerca sulle energie rinnovabili, sono in fase di studio aerogeneratori off shore ibridi che combinano alle pale eoliche eliche sottomarine per sfruttare le correnti oceaniche. Sempre dalla Kyushu University in Giappone sono in fase di collau- do le lenti eoliche, ovvero degli aerogeneratori sui quali le pale sono ancorate ad un anello esterno invece che al centro come nelle classiche turbine, garantendo una minore cut in wind speed ovvero diminuendo la velocità del vento necessaria ad attivare la turbina. Promette ottimi risultati il proget- to italiano Kitegen che si basa su degli aquiloni situati ad alta quota dove i venti sono notevolmente più costanti ed intensi, infatti la potenza del vento aumenta in maniera proporzionale al cubo della sua velocità. In altre parole, raddoppiando la velocità del vento, la sua potenza aumenta non di due bensì di otto volte (2 x 2 x 2 = 8). I kite, gli aquiloni, sono legati a un’unità terrena con attacchi “Dyneema“, sarà la trazione di questi attacchi a generare l’elettricità. Quando il kite avrà raggiunto la sua massima capacità produttiva sarà riavvolto, secondo il team di sviluppo torinese, il riavvolgi- mento dell’aquilone consuma solo una piccola frazione dell’energia prodotta.

Uno studio dell’università di Harvard del 2008 ha stimato che a livello globale l’energia potenziale ricavabile dal vento (considerando che per la legge di Betz si può estrarre non più del 59,3% dell’e- nergia cinetica del vento) è di circa 3,6 Tw 22 volte l’energia elettrica consumata annualmente nel mondo e con le tecnologie kitegen è possibile arrivare a 7Gw.

Solare

Per quanto riguarda il solare la situazione è differente, nonostante energia solare che arriva sul suolo terrestre sia circa diecimila volte superiore a tutta l’energia usata dall’umanità nel suo complesso, è poco concentrata, nel senso che è necessario raccogliere energia da aree molto vaste per averne quantità significative, ed è piuttosto difficile da convertire in energia facilmente sfruttabile con efficienze accettabili. Per il suo sfruttamento occorrono prodotti tecnologici in genere di costo elevato che rendono attualmente l’energia solare notevolmente costosa rispetto ad altri metodi di produzione dell’energia.

Per quel che riguarda le tecnologie esistenti, sempre più diffusi sono gli impianti di tipo domestico che si differenziano in due tipologie, una per la produzione di acqua calda l’altra per la produzione di corrente elettrica. La prima tipologia è quella dei pannelli solari termici sfruttano i raggi solari per scaldare un liquido termo-vettore con speciali caratteristiche, il quale tramite uno scambiatore di calore lo cede all’acqua contenuta in un serbatoio di accumulo. Si utilizza quindi per acqua calda sanitaria o per il riscaldamento degli ambienti tramite termosifoni. Esistono due sotto categorie di pannelli solari termici, a circolazione naturale o forzata. Negli impianti a circolazione naturale il liquido che funge da vettore termico circola naturalmente per differenza di temperatura a patto che il serbatoio di accumulo sia posizionato al di sopra dei pannelli e che il clima non sia troppo rigido durante la notte o in inverno. Questa soluzione è l’ideale per impianti di piccola taglia, risulta economica e molto semplice sia nel funzionamento che nella manutenzione. Quando i requisiti sovra- scritti non possono essere rispettati o quando gli impianti hanno grandi dimensioni è necessario un sistema a circolazione forzata che permette fra l’altro di installare il serbatoio di accumulo all’altezza desiderata, di contro però c’è la necessita di un maggior numero di componenti come sonde e centraline che rendono questi impianti più costosi nella gestione e nell’istallazione.

Esistono anche sistemi a circolazione forzata ibridi dove l’eventuale mancato riscaldamento solare viene integrato con resistenze elettriche, caldaie a gas o pompe di calore garantendo acqua calda 24/24 anche nelle condizioni climatiche più avverse.

La seconda tipologia è quella del pannello fotovoltaico che usando apposite celle converte la luce solare direttamente in energia elettrica. I moduli solari fotovoltaici sfruttano l’effetto fotoelettrico di particolari elementi semiconduttori per produrre energia elettrica quando sollecitati dalla luce, con un’efficienza di conversione, nel caso dei migliori moduli sul mercato, che arriva al 19-20%. L’impianto relativo ai pannelli fotovoltaici è semplice, necessita solo di un inverter per aggiustare tensione e frequenza, inoltre non avendo parti mobili o altro, necessitano di pochissima manutenzione: in sostanza basta pulire periodicamente i pannelli. Per massimizzare la captazione dell’irraggiamento solare si realizzano moduli fotovoltaici ad inseguimento solare che adattano cioè l’inclinazione del pannello ricevente all’inclinazione dei raggi solari durante il giorno e la stagione. Per quel che ri- guarda i prezzi, sono scesi molto negli ultimi anni ma hanno ancora bisogno di incentivi pubblici per essere una tecnologia competitiva. Anche se attualmente l’Italia si colloca al primo posto al mondo per potenza elettrica installata con il fotovoltaico (8%) questo risultato è stato molto costoso per l’erario a causa di agevolazioni poco efficaci in termini di resa energetica.

I pannelli fotovoltaici venivano principalmente installati da enti pubblici più interessati ad un miglioramento dell’immagine che ad un risparmio in bolletta. Visto che gli incentivi erano sul costo dell’impianto e non sull’energia prodotta furono scelti i pannelli più grandi e appariscenti, ma se avessero prodotto energia o meno non importava a nessuno. Nel caso della Germania (terza 7,1%) invece dove le agevolazioni erano proporzionali ai KWh prodotti, così che anche gli enti pubblici, a parità dei privati, avevano interesse ad acquistare il miglior prodotto in termini di efficienza e non di immagine, con un notevole risparmio per l’erario rispetto all’Italia, a parità di potenza installata. Un problema importante di questa tecnologia è che produce elettricità soltanto durante l’irraggiamento, solitamente gli impianti sono allacciati con la rete elettrica nazionale (grid connected) così da cedere energia in caso di accesso di produzione e viceversa. L’energia sovra prodotta dal fotovoltaico e immessa in rete viene pagata dal gestore meno di quanto l’utente deve spendere in caso di mancata autosufficienza, ad esempio in Italia Enel vende il Kwh a 0,24 € e lo acquista a 0,17€.

L’impianto deve essere ben dimensionato con un bilancio il più possibile vicino allo zero (prelievo=immissione) questo perché la cifra pagata per l’energia immessa cala con la quantità. Se ad esempio immettiamo il doppio di quanto preleviamo il Kwh scende dagli 0,17 € a 0,10€.

Esiste anche la possibilità di installare impianti “stand alone” non allacciati alla rete ma necessitano di batterie per l’accumulo molto costose e con una vita utile di non più di 10 anni. Negli ultimi anni in Europa hanno riscontrato molto successo i pannelli fotovoltaici “plug and play”, impianti di piccola taglia che non hanno bisogno di autorizzazioni dai regolatori pubblici (nel caso italiano inferiori a 1 Kwp) , basta semplicemente allacciarli ad una qualsiasi presa della corrente. In Italia il boom dei “plug and play” non c’è stato perché i contatori non sono abilitati per la bidirezionlità come in Germania e in molti altri paesi UE. Anche se l’abilitazione è un operazione che si effettua da remoto, Enel la fa pagare 240€ che proporzionati ai meno di 1000€ per il pannello diventano una cifra importante.

Per la produzione su vasta scala la soluzione più diffusa sono i parchi fotovoltaici, ovvero grandi di- stese di pannelli fotovoltaici come quelli che potremmo mettere sul tetto delle nostre abitazione che convertono l’energia solare direttamente in potenza elettrica, ovviamente collegati alla rete. Ci sono però alcuni problemi relativi alla diffusione del fotovoltaico su larga scala, il reperimento di materiali rari quali silicio e argento, e l’inquinamento dovuto alla loro lavorazione. La produzione di silicio di grado solare comporta l’uso di grandi quantità di acido cloridrico, tetraclorosilanolo e altre so-stanze cancerogene come il germano e l’arsenico.

Questi limiti del fotovoltaico, aprono la possibilità ad una tecnologia alternativa di accesso alla fonte solare, cioè il termoelettrico a concentrazione solare, detta anche solare termodinamico.

Gli impianti solare termodinamici a concentrazione usano specchi per concentrare la luce solare su un apposito ricevitore. Questi ricevitori raccolgono e trasferiscono l’energia solare ad un fluido termovettore sotto forma di calore. L’energia termica raccolta viene convertita in energia elettrica, tra- mite un gruppo turbina a vapore più alternatore, come avviene nelle comuni centrali termoelettriche. Questo è possibile perché a differenza dei comuni pannelli solari termici per la generazione di acqua calda a fini domestici (con temperature inferiori a 95 °C), questa tipologia di impianto genera alte temperature (600 °C e oltre). Il cui principio di funzionamento ha lontane origini storiche essendo fatta risalire a più di 2 millenni fa dall’idea di Archimede sugli specchi ustori. La grande rivoluzione di questa tecnologia rispetto al fotovoltaico è la possibilità di produzione di elettricità an- che in periodi di assenza della fonte energetica primaria durante la notte o con cielo coperto grazie alla possibilità di accumulo del calore in appositi serbatoi, ponendo almeno parziale rimedio ai limiti fisici di continuità/intermittenza imposti da questo tipo di fonte energetica.

Esistono due macro categorie di centrali solari termodinamiche, a “torre centrale”, dove tutti li specchi dell’impianto puntano ad un unico punto situato appunto su una torre al centro dell’impianto. Oppure a “specchi collettori” dove gli specchi hanno una forma parabolica, differente a seconda del tipo di impianto, e concentrano la luce diretta del sole su un tubo ricevitore posto nel fuoco del paraboloide. Per entrambe le tipologie di centrali il fluido termovettore può essere olio diatermico (centrali di 1a generazione) oppure, secondo gli sviluppi di questi ultimi anni, sali fusi (centrali di 2a generazione) come per alcuni impianti nucleari. La temperatura più alta raggiunta dai sali fusi (fino ed oltre ai 550 °C) rispetto all’olio diatermico permette l’accoppiamento con centrali a ciclo combinato aumentando notevolmente il rendimento dell’impianto.

Spostando avanti la prospettiva temporale andiamo a parlare delle Centrali solari orbitali. Queste ipotetiche centrali sfruttano pannelli fotovoltaici posizionati in orbita per generare energia elettrica. L’idea è quella di svincolare la produzione di elettricità dalle condizioni atmosferiche e dal cambiamento dovuto all’alternasi delle stagioni. Il piano consiste nel raccogliere l’energia solare e convertirla in radiazione elettromagnetica della lunghezza d’onda delle microonde o in alternativa fasci laser. Trasmettere l’energia attraverso l’atmosfera a punti di raccolta posizionati a terra oppure nell’oceano con l’intenzione di riconvertirla in elettricità o utilizzarla per la produzione di idrogeno. Esistono attualmente due progetti, uno della società spaziale europea Eads Astrium 2 e l’altro dell’agenzia spaziale giapponese Jaxa, quest’ultimo dispone di risorse maggiori e si trova in una fase più avanzata rispetto al primo. Il progetto di Jaxa prevede il lancio entro il 2030 di una centrale solare spaziale dotata di 4.000 metri quadrati di pannelli fotovoltaici che orbiteranno a 36 mila km di di- stanza dalla Terra con un rendimento di 1.371 watt per metro quadro (rispetto ai 170W prodotti sulla Terra) e avrà una massa di 10.000 tonnellate. Il problema principale è quello di ammortizzare i costi di una centrale solare nello spazio, la cifra prevista è di 40 miliardi di euro (inviare una stazione in orbita costa circa 4 euro al grammo) e si calcola che l’investimento si ammorterebbe dopo un break-even di circa 30 anni.

Conclusioni

Abbiamo parlato prima della necessità non soltanto di energia ma di potenza costante nel tempo, nella quantità e nella qualità. Per garantire questa potenza le rinnovabili non sono attualmente sufficienti a causa della loro disponibilità intermittente, molto probabilmente sarà quindi necessaria una percentuale di produzione energetica derivante dai combustibili fossili o dal nucleare. Sappiamo che i combustibili fossili non dureranno per sempre, è quindi necessario usarli con parsimonia per aumentare il tempo a nostra disposizione per mettere a punto nuove tecnologie sia atomiche, sia di stoccaggio energetico sia per un eventuale passaggio all’idrogeno come vettore energetico. Lo sviluppo tecnologico non fa salti, si costituisce un passo alla volta per questo il tempo è una risorsa preziosissima. In questo processo di diminuzione dei consumi da parte delle fasce più abbienti della popolazione è auspicabile un aumento dei consumi da parte delle miliardi di persone che non posso- no soddisfare nemmeno i bisogni di base. Al di là della questione etica le disuguaglianze presenti sul pianeta causano instabilità e conflitti che frenano il progresso tecnologico, enormi risorse economiche ed energetiche vengono divorati dagli apparati bellici e la mancata scolarizzazione in caso di conflitti o estrema povertà impedisce la creazione di capitale umano. La vita sul nostro pianeta non è altro che un enorme scambio di energia, la chiave della pace è energia disponibile per tutti, da tra- sformare in cibo, da utilizzare per rifornirsi d’acqua o per renderla potabile, per costruire abitazione ecc.. La causa ultima della maggior parte dei conflitti è la volontà di appropriarsi di risorse (necessaria o meno) ma essendo l’energia la madre di tutte le risorse solo quando questa sarà disponibile e sufficiente per tutti avremmo forse un mondo più pacifico.