Nuove tecnologie energetiche: come giudicare?

di Ugo Bardi

Sembra passato da un pezzo il tempo in cui – solo pochi anni fa – se parlavi di un “problema energetico” ti guardavano un po’ strano. Adesso, stiamo addirittura esagerando: ti arrivano addosso le proposte più strane; ognuno ha la sua soluzione, dal nucleare alla “enhanced recovery” dai pozzi esistenti. Spesso, chi propugna una certa soluzione si preoccupa di denigrare più che può tutte le altre.

Allora, in questo primo post del nuovo blog, vediamo di stabilire un po’ di regole per permettere a tutti di valutare. Come si suol dire, non è tutta ortica quella che punge, ma un po’ di discriminazione ci vuole sia per evitare le bufale che per entusiasmarsi troppo anche di cose valide. Ho pensato di suddividere la valutazione delle tecnologie energetiche in tre “principi”, ispirandomi alla termodinamica. Questi sono, in un certo ordine logico

1. Produttività – la tecnologia deve essere in grado di produrre una quantità significativa di energia

2. Resa energetica (EROI o EROEI) – la tecnologia deve produrre molta più energia di quanta non ne richieda

3. Sostenibilità – la tecnologia deve essere in grado di produrre per tempi molto lunghi senza fare danni ad altre attività e agli esseri umani.

Noterete per prima cosa che non ho parlato di costi monetari. Questo è perché sono inclusi nei tre principi: una tecnologia che produce in abbondanza, rende bene e non fa danni deve necessariamente essere vantaggiosa dal punto di vista economico. Ma i costi reali delle tecnologie sono modificati e stravolti sia da fattori di mercato sia dai pesanti interventi dei governi a favore di questa o quell’altra tecnologia. Quindi, è meglio basarsi sui principi della fisica dove, perlomeno, i governi non possono mettere bocca. Adesso, andiamo un po’ più in dettaglio nella faccenda.

Il primo principio, produttività, dice che una nuova tecnologia energetica deve comunque produrre qualcosa. Questo sembra ovvio, ma non è sempre vero. Ci sono svariate tecnologie che vanno contro i principi della fisica e che non sono in grado di produrre alcunchè; per esempio le varie energie orgoniche, il tubo di tucker, il motore ad acqua, il magnegas e altre fesserie del genere che, comunque, impazzano su internet. Ci sono poi tecnologie che non vanno contro le leggi dell’universo, ma che comunque sono ridicole in termini della quantità di energia che si può produrre. Viene in mente – per esempio – l’idea di fare biocombustibili dal grasso da liposuzione oppure di fare energia elettrica dai movimenti di quelli che ballano in discoteca. In entrambi i casi, si vedono i limiti delle possibilità fisiche umane: anche fare energia dalle cyclette non darebbe un contributo significativo alle necessità globali. C’è poi l’energia prodotta dal recupero della combustione dei rifiuti, i cosiddetti “termovalorizzatori”. Anche qui, la quantità producibile è troppo piccola per avere un impatto significativo. Infine, il primo principio raffredda molto l’entusiasmo per tecnologie che sono, magari promettenti, ma che al momento non esistono in pratica e quindi non possono produrre niente, come la fusione nucleare e i biocombustibili di “seconda generazione”

Il secondo principio, resa energetica (EROI o EROEI, dalle iniziali di energy return for energy invested), segue logicamente dal primo. Non basta che una tecnologia produca energia; bisogna che ne produca una quantità superiore a quella necessaria per costruire gli impianti, manutenzionarli, alimentarli e poi, alla fine, smantellarli. Se il rapporto fra energia prodotta e energia investita (EROEI) è minore di uno, ovviamente, è un’impresa inutile. Non solo, ma occorre che questo EROEI sia molto maggiore di uno perché la cosa abbia un senso pratico. Secondo Charles Hall, dovrebbe essere almeno maggiore di 5, probabilmente deve essere almeno intorno a 10. Questa necessità elimina un buon numero di tecnologie che hanno EROEI bassi: l’etanolo da mais, per esempio, ha EROEI vicino, o forse inferiore, a uno. I biocombustibili da semi oleosi hanno EROEI troppo bassi, intorno a 3-4. Anche i termovalorizzatori hanno EROEI molto basse e sono poco proponibili come tecnologie per la produzione di energia. Lo stesso vale per altre cose come gli scisti bituminosi e, probabilmente, per la liquefazione del carbone. Infine, l’idrogeno, pur non essendo una “fonte” energetica, riduce enormemente l’EROEI delle fonti usate per produrlo e quindi è – in pratica – eliminato come tecnologia utilizzabile.

Il terzo principio, quello della sostenibilità, pone un’ulteriore discriminante: non basta che una tecnologia produca energia in abbondanza; bisogna che lo faccia per tempi molto lunghi e senza far danni ad altre cose. Questa condizione elimina un buon numero di tecnologie andanti: per esempio i combustibili fossili, sia perché sono una risorsa limitata, sia perché è limitata la capacità dell’atmosfera di assorbire i prodotti della combustione. Pone anche il problema della sostenibilità della fissione nucleare secondo la tecnologia corrente che fa uso, anche quella, di una risorsa limitata, l’uranio fissile, ovvero l’isotopo 235, la cui disponibilità sul mercato comincia già oggi a essere difficile. Inoltre, il fatto di lasciare scorie radioattive a decadimento molto lungo è un’ulteriore problema per il nucleare. Anche molti biocombustibili sono in difficoltà a soddisfare questo principio: teoricamente sono risorse rinnovabili ma, a parte che nella pratica rovinano il suolo, c’è il problema che se dovessimo sfruttarli per soddisfare le nostre esigenze energetiche, non potremmo soddisfare quelle alimentari. Questo è un problema che sta già cominciando a porsi.

Dopo tutto questo ragionamento, uno si può anche scoraggiare. Esistono delle tecnologie energetiche che soddisfano questi tre principi draconiani? La risposta è si; esistono e sono anche quelle più comuni e più diffuse. Eolico, fotovoltaico e idroelettrico, sono tutte tecnologie che producono energia in abbondanza e con EROI che vanno dall’accettabile (fotovoltaico, EROEI intorno a 8-10) al buono (eolico a torre, EROEI intorno a 20-30) all’eccellente (idroelettrico a bacino, EROEI oltre 50). Anche il geotermico, dove possibile, ha buoni valori dell’EROEI. Tutte queste tecnologie sono sostenibili in quanto non usano materiali inquinanti o rari, occupano una piccola frazione di suolo e non fanno danni all’atmosfera o ai sistemi planetari. Quindi, abbiamo effettivamente buone possibilità di risolvere il “problema energetico” posto che a) ci decidiamo a investirci sopra e b) non ci perdiamo dietro alle follie e alle fesserie.

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Nota aggiunta posteriormente: nei commenti a questo post sono stati sollevati i problemi dell’intermittenza delle fonti rinnovabili e la loro scalabilità che non erano stati menzionati esplicitamente per brevita. Entrambi i punti, tuttavia, sono assimilabili ai tre principi. Ovvero, la scalabilità, ovvero la possibilità di espandere la produzione fino a coprire gran parte delle necessità energetiche mondiali, fa parte di quello che ho chiamato “produttività”. Delle tecnologie che ho citato, eolico è fotovoltaico sono scalabili a questi livelli e anche superiori. Questo sarebbe più difficile da ottenere con il geotermico e l’idroelettrico, ma anche qui ci sono ampi margini. Per quanto riguarda il problema dell’intermittenza, si può considerare anche quella in termini di EROEI. Per un impianto “stand-alone” lo dimezza circa. Se l’impianto è inserito in una rete intelligente, tuttavia, l’EROEI non varia in modo significativo.

10 comments ↓

#1 Voyage on 02.16.09 at 22:12

Come inizio è veramente duro. C’è da scoraggiare chiunque. Con 3 principi come questi rischi di trovarti a fare un blog solitario. Ma io accetto la sfida. I primi passi sono importanti per sgombrare il campo da equivoci e facili promesse. Le leggi della fisica esistono e non le abbiamo inventate noi, le abbiamo solo scoperte e ci dobbiamo adeguare. (Ovvero : le avete scoperte voi scienziati)

Spero di poter portare il mio contributo in futuro in questo blog. Per il momento : auguri.

#2 Leonardo on 02.17.09 at 14:40

…non sono un esperto del settore, ma la valutazione non andrebbe forse estesa anche a:

4. Scalabilità

Quanto è possibile utilizzare la tecnologia su vasta scala. Ad esempio l’eolico ad alta resa può contare soltanto su un certo numero di siti all’interno di un determinato territorio (ad esempio l’Italia). Oltre occorrerebbe scendere a compromessi verso siti meno ventosi oppure in off-shore. Il solare FV invece ha meno limiti, se si immagina di scalarlo a tutti i tetti delle case e ai terreni non utilizzati per altri scopi. Inoltre: l’eolico usa tanto ferro, il solare tanto silicio. Ecc.

5. Disponibilità

Un grosso problema di eolico e FV è che non sono disponibili su richiesta ma ci si deve organizzare per utilizzare l’energia prodotta quando “il flusso” è disponibile. Così l’eolico è più aleatorio ma può produrre anche di notte mentre il FV, anche costando di più, è più prevedibile e rispetto all’eolico ha il vantaggio di produrre nelle ore in cui il mercato scambia l’energia sopra la media di prezzo (vedere su http://www.mercatoelettrico.org).

Inoltre sull’EROEI, più un dubbio che un commento: secondo me non si può definire l’eroei di eolico e FV a prescindere: mi aspetterei che per l’eolico dipenda dalle caratteristiche del sito (ventosità media, ecc.) mentre l’eroei del FV dovrebbe dipendere dalla latitudine. O sto sbagliando? IMO questi parametri influenzano l’energia in output, quindi l’EROEI?

Ancora sulle tecnologie energetiche non mi spiacerebbe vedere studi o valutazioni di tecnologie che possano essere utilizzate per immagazzinare l’energia prodotta da impianti rinnovabili, ad esempio sui sistemi CAES si è parlato dell’efficienza energetica raggiungibile (circa il 50%, se non ricordo male) ma non di quanto peserebbe economicamente un impianto del genere, dovendo sommarsi le due cose per poterne valutare la fattibilità.

Spero di aver detto tutto.

Approfitto per ringraziare Ugo Bardi e tutti quanti stanno dedicando il proprio tempo e la propria fatica per far si che informazioni corrette e realistiche siano finalmente a disposizione di tutti.

Grazie di cuore.

#3 Cristiano Bottone on 02.18.09 at 10:06

Musica per le orecchie di chi tenta di districarsi nel labirinto della sostenibilità, grazie Ugo, credo che questo spazio sarà davvero utilissimo.

#4 Ugo Bardi on 02.18.09 at 10:58

Tutti commenti giusti, Leonardo. Per mantenere il post entro una lunghezza ragionevole, mi sono limitato a “tre principi”, ma ovviamente ci sono altri elementi. Così come la vedo io, tuttavia, i punti che fai sono assimilabili ai principi di cui ho parlato. Ovvero, la scalabilità fa parte di quello che ho chiamato “produttività“. L’eolico può produrre molto, secondo alcuni studi in quantità pari alla produzione di energia primaria attuale. Per cui, per il momento siamo lontani dai limiti. La disponibilità – ovvero il problema dell’intermittenza – si può considerare anche quella in termini di EROEI. Per un impianto “stand-alone” lo dimezza circa. Se l’impianto è inserito in una rete intelligente, tuttavia, l’EROEI non varia in modo significativo. Per l’eolico, l’EROEI è calcolato in media per zone di normale ventosità. Ovviamente, se uno la torre la mette in un posto dove non c’è vento, l’EROEI fa schifo!

#5 marco on 02.18.09 at 16:29

Credo che la difficoltà più grave da risolvere riguardi l’inerzia culturale e sociale, che in un paese di semianalfabeti in fatto di scienza qual’ è il nostro,porta le persone a delegare ciecamente ogni scelta ai tecnocrati di turno.
E sono assolutamente convinto,ormai,che il mantenimento della gente in questa peculiare forma di beata ignoranza,con ogni mezzo,sia scientemente voluta dalla maggior parte di quelli che detengono il potere in senso lato.Interessarsi della tavola periodica degli elementi, o dei pettegolezzi di Sanremo,o del passaggio d’un politicante da una parte a quella avversa, o d’un calciatore da una squadra ad un’altra,richiede circa uno sforzo intellettivo equivalente, una volta fatta l’abitudine all’argomento.
Con la differenza che la conoscenza della prima resta fondamentale per godere dei vantaggi della tecnologia applicata e schivarne gli inconvenienti, mentre le altre
sono assolutamente superflue al riguardo.Ma il ragionamento dell’astuto cittadino italiano,di solito è questo:
Che importa a me di sapere di scienza? Basta che ne sappia qualche scienziato!Senza considerare,l’astuto si fa per dire, cittadino, che gli scienziati mentono, sbagliano, congetturano,esattamente come tutti gli altri esseri umani.
Quindi,per essere ragionevolmente sicuri che non ci stiano imbrogliando, anche in buona fede, dobbiamo imparare abbastanza da tener loro testa.Tutto ciò costa tempo,fatica e denaro.In cambio, questo può farci vivere in un mondo più armonioso.Sembra però che sia lo squallore,ad essere preferito dalla maggioranza.Magari comodo, magari sicuro, ma squallore.Sono comunque fiducioso.
La scienza,e la tecnologia sono forme d’arte.
Noi italiani siamo artisti.Passata questa stagione di decadenza,arriverà il Rinascimento.Post petrolifero, magari,
ma sempre Rinascimento.

Marco Sclarandis

#6 Voyage on 02.18.09 at 21:54

Però bisogna stare attenti a non esagerare puntando solo slull’ EROEI delle varie fonti. Il mondo reale è complesso, e noi viviamo in questo mondo reale, e dobbiamo fare i conti con i costi delle materie prime, del suolo, delle concessioni edilizie ecc.. Sviluppare nuove tecnologie energetiche vuol dire dare una risposta economicamente sostenibile nel mondo reale. A mio parere EROEI deve essere come una bussola che ci indica la direzione, ma per raggiungere la meta dobbiamo leggere la carta geografica seguendo le strade effettivamente percorribili che, a volte , puntano temporaneamente in direzione opposta alla meta finale.

#7 Luigi Ruffini on 02.19.09 at 08:38

Concordo con Leonardo riguardo le valutazioni sull’EROEI.
Ma i francesi, che a quanto pare hanno proposto una rete europea e nord africana con impianti solari fotovoltaici, forse non stanno valutando uno scambio internazionale di energia elettrica su base fotovoltaica (ma non solo)?
Non è fattibile che nazioni assolate cedano energia in surplus a quelle dove ancora è notte? Che tipo di problemi potrebbero esserci nella distribuzione ad altissima tensione su migliaia di km di distanza? Ci sono le tecnologie o rischiamo di avere delle perdite enormi con gli attuali conduttori?

#8 Mimmo on 02.19.09 at 12:56

@ Voyage : EROEI è la chiave per decidere se vale la pena o meno intraprendere una strada, obbedisce alle sole leggi della natura, indipendentemente dalle leggi degli uomini e dai prezzi delle cose. Se per fare una cosa (che deve darmi energia), spendo più energia di quella che otterrò in tutta la vita della cosa, l’impresa non ha senso.
Qualcuno può anche voler cambiare la costituzione delle leggi fatte dagli uomini, ma con le leggi della fisica… sarà dura.

#9 david c on 02.20.09 at 08:34

Perchè non iniziare anche una discussione sulle tecnologie che EVITANO di consumare energia?
Hanno tutte le caratteristiche che hai citato per le fonti energetiche, sono complementari a queste,
sono scalabili, in genere non hanno bisogno di terreno, e , credo,particolare non trascurabile, meno costose.

#10 Nuove Tecnologie Energetiche » L’EROEI dice la verità on 03.06.09 at 01:17

[…] Eppure, il concetto di “EROEI”o “EROI” (energy return for energy investment) è una cosa che non possiamo ignorare. E’ l’equivalente del ritorno monetario di un conto in banca,  espresso però in unità di energia. Nessuno vorrebbe investire soldi in un conto che ha degli interessi molto bassi o negativi, e lo stesso vale per l’energia. Già ne avevo parlato in un articoletto intolato “Il conto in banca dell’energia“. Nonostante che siano passati quattro anni, l’articolo è ancora perfettamente valido e vi suggerisco di darci un’occhiata se vi interessa approfondire un po’ l’idea. Ne ho anche riparlato in un post recente. […]