Le risorse energetiche e il futuro delle rinnovabili

Prof. Paolo RediProf. Paolo Redi

Solar EnergySolar Energy Italia S.p.A. PratoItalia S.p.A. Prato

Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazionidi Elettronica e Telecomunicazioni-- FacoltFacolt�� dd��Ingegneria Ingegneria UniversitUniversit�� di Firenzedi Firenze

Dopo la crisi energetica degli anni 70 si era diffusa una forte sensazione che l’era del petrolio a basso costo fosse finita.Così non è stato. Sono seguiti oltre 20 anni in cui il prezzo degli idrocarburi è rimasto basso e la disponibilità cosìelevata che solo un anno fa l’ amministratore delegato di una grande impresa petrolifera italiano si lamentava della esistenza in Italia di troppo metano, questo forse per tentare di opporsi alla perdita della posizione dominante.

Anche se l’esperienza degli anni 70 può fare diffondere la sensazione che passata la bufera poi si ritornerà a condizioni di mercato simili alle precedenti, esistono fondati elementi per dire che le cose non possono tornare come prima per almeno tre motivi:

� Paesi emergenti come Cina e India stanno diventando forti consumatori�Pochi sono gli investimenti in nuove ricerche perché di fatto nessuno si aspetta scoperte sensazionali di riserve a basso costo di estrazione�Il fattore ambientale è oggi molto più presente di prima a vario livello�Recenti scandali indicano che alcune compagnie rivendicavano di possedere riserve che poi hanno dovuto smentire

Esiste una vasta convergenza nel ritenere che intorno agli anni 2030 i prodotti petroliferi non potranno soddisfare la domanda che si avrà al momento e che si dovrà riservare l’impiego di prodotti petroliferi solo per alcune applicazioni, in particolare la trazione.La storia dell’energia mostra come dall’inizio dell’umanità si sono utilizzati principalmente combustibili solidi, legno, carbone, torba. Questo all’incirca fino agli anni 50.Dopo i consumi si sono spostati verso prodotti liquidi e è iniziato l’impiego massiccio degli idrocarburi.Larga convergenza esiste nel fatto che è già iniziato il passaggio verso l’impiego di combustibili gassosi, prima il gas naturale e poi dopo gli anni 2050 sarà il momento dell’idrogeno.

Oltre il 2050 H2

Questo non vuole affatto dire che il petrolio è finito o che non ricorreremo anche al nucleare, ma che il consumo si sposterà verso combustibili gassosi, prima il gas naturale e poi dopo gli anni 2050 l’idrogeno. Di fatto l’era del petrolio sta andando verso il suo massimo e siamo non lontani dall’inizio della curva discendente.Di fatto è iniziata l’era del rinnovabile, che peraltro da sempre ha giocato un ruolo fondamentale nell’approvvigionamento energetico di molti paesi, vedil’idroelettricità nella prima industrializzazione italiana.

Un indicatore della tendenza verso lo sviluppo delle fonti rinnovabili è riportato nella tabella. E’ importante notare l’accelerazione che si è avuta negli ultimi anni.

La sempre minore capacità di soddisfare la domanda che hanno le fonti energetiche convenzionali non vuole dire che la disponibilità di energia andrà a diminuire.

Se nel 2000 il contributo delle fonti rinnovabili a livello mondiale copriva circa il 19% della domanda di energia elettrica, nel 2040 le fonti rinnovabili copriranno oltre l’80% della domanda e nel frattempo la produzione di energia elettrica passerà da 15.000TWh a circa 30.000TWh.

Generazione energia elettrica 2001-2040

Nelle previsioni non si hanno pessimistici scenari di grandi carenze di energia ma invece concrete ipotesi di risoluzione dei problemi energetici. Qualcuno potrà dire che certi scenari sono troppo ottimistici ma di fatto fino ad oggi le previsioni sono state superate dalla realtàcome è accaduto nel il settore fotovoltaico dove le previsioni di Shell di una produzione di 1.500MWp nel 2010 sono state raggiunte nel 2005.

World Shipments of PV Cells & ModulesBusiness as usual scenario

0

500

1.000

1.500

1985 1990 1995 2000 2005 2010Year

Ann

ual S

hipm

ents

(MW

p)Rest of WorldJapanUSAEurope

Projection to 2010

Capacità esistente alla fine del 2004 Potenza

Mini-idro 61,GWGeneratori eolici 48GWSistemi di generazione a biomasse 39GWGeotermia 8,9GWFotovoltaico non in rete 2,2GWFotovoltaico in rete 1,8GWSolare termico 0,4GWEnergia da maree 0,4GW

Energia dalle onde 0,4GW

Totale capacità produttiva 220GW

Riscaldamento acqua sanitaria ed ambienti Potenza

Riscaldamento a biomasse 220GWtCollettori solari 77GWtRiscaldamento geotermico diretto 13GWtPompe di calore geotermiche 15GWt

Case con collettori solari 40 milioniEdifici con pompe di calore geotermiche 2milioni

Combustibili per trasportiProduzione di etanolo 31Mm3

Produzione di biodiesel 2,2Mm3

Le Fonti Energetiche Rinnovabili in Italia

Non rinnovabili(84%)

Rinnovabili(16%)

Altri (1%)

Eolico (3%)

Biomasse (9%)

Geotermico(11%)

Idroelettrico(76%)

Obiettivo indicato dall’UE per l’Italia al 2010: 25%!

Fonte: GRTN, anno 2003)

Mini-IdroE’ una risorsa di grandissimo potenziale, purtroppo in Italia i margini per nuove applicazioni sono alquanto ridotti anche per la poca accettazione sociale da parte delle popolazioni interessate ma in futuro si può ipotizzare anche la modifica degli impianti esistenti non solo per la produzione ma anche l’accumulo di energia. In Sicilia oggi siamo in una posizione di stallo per nuovi impianti eolici dato che la produzione di energia elettrica è superiore al consumo ed esiste una forte carenza nel sistema di trasporto dell’energia. In Sicilia la potenza idroelettrica è di 732MW e quelle eolica di 270MW e si valuta che si potranno accettare solo nuovi 150MW. Riconvertendo alcuni impianti idroelettrici per il funzionamento in pompaggio si potrebbe accettare notevoli incrementi della produzione eolica senza nuove linee di trasporto.

EolicoE’ il settore nel quale si sono avuti i maggiori investimenti e di più rapida evoluzione anche per il diffondersi di applicazioni off-shore. I paesi con maggiore potenza installata sono quelli del Nord Europa, Spagna mentre in Italia esiste da tempo un grosso dibattito che di fatto rende difficile un maggiore sviluppo.La Danimarca è leader mondiale nella percentuale d’energia eolica rispetto alla totalità prodotta, il 20%. In termini di capacità generativa, la Germania conduce la classifica con 16.000 MW. Entro la fine del 2003, aveva superato il suo obiettivo per il 2010 di 12.500MW di capacità generativa. Per la Germania, questa rapida crescita dell’energia eolica è centrale per raggiungere l’obiettivo di ridurre le emissioni di anidride carbonica del 40% entro il 2020.

Eolico

Potenza installata a fine 2003Germania 14.609Spagna 6.202Danimarca 3.110Italia 904Olanda 873UK 649Austria 415Svezia 399Grecia 375Portogallo 299

Solare fotovoltaicoCon una produzione che oggi è intorno a 1.500MWp si tratta di un settore il cui sviluppo è limitato unicamente dalla crisi nella disponibilità di silicio. Questo è un fenomeno che non è apparso all’improvviso ma che forse si è avverato prima che si fosse realmente valutata la potenzialità di questo mercato.

Di fatto il fotovoltaico implica:

• la non realizzazione di nuove linee elettriche

• la riduzione del consumo di idrocarburi inquinanti

• la diminuzione della dipendenza dall’estero

• nuove occasioni di lavoro (20.000 nuovi posti di lavoro in Germania)

Solare fotovoltaicoLe tecnologie fotovoltaiche sono forse quelle che maggiormente sono accettate a livello di opinione pubblica. Enormi estensioni di tetti possono diventare non solo una protezione per l’edificio ma anche un elemento attivo che produce energia, riduce le dispersioni termiche e garantisce energia nelle ore diurne quando maggiore è la richiesta. I sistemi di captazione hanno una vita molto elevata senza richiedere sostanziali interventi di manutenzione, possono essere installati praticamente ovunque e perciò sono una forma di produzione molto “democratica”.

Solare fotovoltaicoLe tecnologie fotovoltaiche non hanno raggiunto la maturità ma non ci si devono aspettare riduzioni nei costi molto elevate. L’energia non potrà costare poco in futuro e perciò il punto di pareggio con le fonti tradizionali avverrà a livelli di prezzi molto più elevati di oggi.Il punto di pareggio si troverà molto più rapidamente di quanto in passato ipotizzato e perciò la possibilità di competitività per l’energia fotovoltaica potrà avvenire anche molto presto, come già oggi peraltro accede nelle piccole isole.

Solare fotovoltaico

A livello mondiale il mercato fotovoltaico cresce da circa 10 anni ad un ritmo tra il 25% ed il 35% all’anno.

• In Italia il mercato si è aperto nel 2002 con molto ritardo e questo ha significato sicuramente minori occasioni di lavoro e maggiore dipendenza dall’estero.

• Anche l’Italia cerca di allinearsi ai paesi più avanzati in questo settore introducendo il così detto conto energia.

•I primi risultati del decreto 386 sono tali da avere fortemente spiazzato anche le forze politiche che dopo avere per anni sottovalutato il settore stanno ora prendendo atto di quanto accade in Europa e Giappone da molti anni.

Solare fotovoltaico

Le limitazioni attuali nella offerta si andranno a ridurre per l’incremento della capacità produttiva di silicio di grado solare.

Solare fotovoltaico

Il settore avrà nei prossimi anni incrementi che porteranno la produzione a livelli 10 volte gli attuali nel prossimo decennio.Gli sviluppi saranno basati sulle tradizionali tecnologie ma con continui miglioramenti che riguarderanno:

•l’incremento dell’efficienza verso il 20%•la riduzione del silicio utilizzato di oltre il 50%.

Solare fotovoltaico

Particolarmente interessante è il fatto che il mondo della finanza ha scoperto il fotovoltaico e questo si ripercuote nella realizzazione di fondi d’investimento per finanziare nuove centrali e per entrare nel capitale di imprese operanti nel settore, come accade per la società che rappresento.

Biomasse

S'intende per biomassa ogni sostanza organica derivante direttamente o indirettamente dalla fotosintesi clorofilliana

Biomassa è un termine che riunisce una gran quantità di materiali, di natura estremamente eterogenea.

In forma generale, si può dire che è biomassa tutto ciò che ha matrice organica, con esclusione delle plastiche di origine petrolchimica e dei materiali fossili, es. petrolio e carbone

Biomasse

Ann

Colza GirasoleBietola, Cereali,

Sorgo f.Sorgo z. Kenaf Canapa

Biodiesel Bioetanolo Energia elettrica e/o termica

Energia elettrica e/o termica

Poliennali:

Panico Cardo Canna Miscanto

pioppo, eucalipto

cons. miste

LegnoseSRF

Annuali

BiomasseDestinazioni energetiche

Colture Ligno-cellulosiche

Colturededicate

Autotrazione Riscaldamento

H2Gassificazione

Pirolisi

Combustione

Colture dacarboidrati o

da olio

Filiera BiocombustibiliFiliera BiodieselFiliera BioetanoloFiliera Biogas

Elettricità

Biomasse

Le biomasse hanno di fronte un futuro di grande rilievo.La realtà delle zone alpine mostra come molte applicazioni nascano in base a situazioni locali, ad esempio porto gli impianti di teleriscaldamento della Val Badia e similari iniziative in progetto nella provincia di Trento.Da anni biomasse sono oggetto di valorizzazione su base locale e questo permette di ovviare ai problemi di logistica che limitano le applicazioni.Grandi iniziative del tipo di quelle brasiliane per l’impiego dell’etanolo si moltiplicheranno anche se esistono problematiche relative ai danni derivanti delle monoculture

Biomasse

Il Brasile è stato a lungo il leader nella produzione di combustibili a base di etanolo producendo quasi il 50% della produzione mondiale, 15 miliardi di litri nel 2004.La disponibilità di auto nate per utilizzare etanolo o sue miscele con benzina è alla base del ritorno della domanda nel paese dopo il declino degli ultimi anni.In Germania la produzione di biodiesel è aumentata del 50% ed in generale l’interesse è crescente anche in Italia.Molto dipenderà dalla politica fiscale che si vorràutilizzate

Energia dal mare, onde, maree, correnti

Le applicazioni sono solo all’inizio ma il mare potrà dare molto in termini energetici tramite lo sfruttamento delle onde e delle correnti marine. Le nuove iniziative risultano assai promettenti e forse l’energia del mare potrà dare un contributo significativo in alcuni paesi. Il primo esperimento di Messina di utilizzo delle correnti sottomarine verrà ripetuto in scala ben maggiore in Cina.L’industria nazionale è chiamata a svolgere un suo ruolo anche perché in sede comunitaria i positivi risultati ad oggi ottenuti possono trovare ulteriori supporti per la ricerca e la dimostrazione

IdrogenoE’ il combustibile sul quale si fissano le grandi speranze ma il cammino prima di un suo impiego è molto lungo anche perché di fatto non è un combustibile ma solo un vettore di energia che tra l’altro potrà dare un grande contributo per lo stoccaggio dell'energia rinnovabile in associazione o meno alle fuel cell.Di fatto oltre a esperienze estemporanee l’impiego èancora difficile.All’idrogeno si arriverà gradualmente e per questo iniziative che nascono oggi sono molto positive perchépermettono di affrontare con gradualità i problemi.Si tratta di un elemento che presenta caratteristiche di particolare pericolosità.In realtà l’idrogeno è utilizzato da sempre e perciò èpossibile utilizzarlo anche subito.

Idrogeno

Parlare oggi di idrogeno è diventato di moda ma forse le esperienze personali che vado ad illustrare mostrano come l’accoppiata sole-idrogeno può trovare applicazioni in breve tempo.

Devo premettere che pensare all’idrogeno per ridurre l’inquinamento utilizzando il processo di produzione delreforming del gas naturale non risolve i problemi delle emissioni di CO2.

Solo sfruttando le fonti rinnovabili riusciamo a ridurre le emissioni e tra le forme potenzialmente più promettenti c’è il sole.

Idrogeno

Il processo elettrolitico per quanto costoso sembra oggi essere quello più promettente per le applicazioni nel prossimo futuro.

Il processo utilizza la scissione dell’acqua a mezzo di energia elettrica. Si richiedono tra 4,6 ad oltre 5kWh per produrre un Nm3 di idrogeno. Non è poco e per questo fino ad oggi solo circa il 4% di tutto l’idrogeno prodotto utilizza il processo elettrochimico che peraltro permette di produrre gas di elevata purezza, oltre l’ossigeno che ha un valore economico non indifferente..

Idrogeno

��Ho in corso alcuni progetti relativi alla produzione di idrogeno da fonte solare.

Questi progetti utilizzano un brevetto da me richiesto nel marzo 2005 che permette di ridurre i consumi di energia elettrica nel processo di elettrolisi di circa il 13% tramite l’impiego di ultrasuoni. Questo per mettere in evidenza un aspetto spesso trascurato che cioè è possibile migliorare il processo elettrolitico di produzione dell’idrogeno.

In particolare In particolare èè in corso di installazione un impianto che in corso di installazione un impianto che produrrprodurràà idrogeno utilizzando energia elettrica da fonte idrogeno utilizzando energia elettrica da fonte fotovoltaica nella cittfotovoltaica nella cittàà di Pistoia. Si tratta della prima di Pistoia. Si tratta della prima realizzazione in Italia. Lrealizzazione in Italia. L’’idrogeno saridrogeno saràà utilizzato utilizzato miscelato con gas naturale e alimentermiscelato con gas naturale e alimenteràà la flotta di la flotta di autobus urbani della locale azienda trasporti COPIT.autobus urbani della locale azienda trasporti COPIT.

Idrogeno

��Il sistema Il sistema èè composto da un generatore fotovoltaico la composto da un generatore fotovoltaico la cui energia alimenta un dissociatore elettrolitico del tipo cui energia alimenta un dissociatore elettrolitico del tipo avanzato. Lavanzato. L’’idrogeno prodotto viene miscelato al gas idrogeno prodotto viene miscelato al gas naturale durante il rifornimento degli autobus con una naturale durante il rifornimento degli autobus con una percentuale variabile, intorno al 5%.percentuale variabile, intorno al 5%.

LL’’impianto impianto èè in fase di avanzata realizzazione ed entrerin fase di avanzata realizzazione ed entrerààin servizio entro la primavera 2006.in servizio entro la primavera 2006.

Conclusioni

��La fase che sta vivendo l'economia mondiale La fase che sta vivendo l'economia mondiale èè a mio a mio avviso positiva dal punto di vista delle prospettive future.avviso positiva dal punto di vista delle prospettive future.

LL’’uomo dello scorso secolo si uomo dello scorso secolo si èè comportato come i comportato come i pastori che sfruttano le risorse che trovano e quando pastori che sfruttano le risorse che trovano e quando queste si esauriscono passano in un altro territorio.queste si esauriscono passano in un altro territorio.

L’uomo di questo nuovo secolo si dovrà comportare come l’agricoltore che coltiva il suo campo e non si sposta mai, eventualmente cambia colture.

Questo vuole dire che l’energia sarà di fatto prodotta dall’uomo o meglio l’uomo sarà ancora di più che nel passato obbligato a utilizzare quanto la natura mette a disposizione, a cominciare dall'inesauribile fonte solare in tutte le sue forme

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