La rivoluzione rinnovabile

 di Ugo Bardi

 

Traduzione da “Cassandra’s Legacy” di Andrea Schenone

Dopo che ho pubblicato in “Cassandra Legacy” un post intitolato “La rivoluzione rinnovabile” mi sono sorpreso nello scoprire che molti dei commentatori hanno reagito negativamente, dando per scontato il fatto che le energie rinnovabili, in forma del fotovoltaico o eolico, “hanno una bassa EROEI” e, di conseguenza, non possono esistere senza un supporto da parte dei combustibili fossili. Questo punto di vista ha le sue origini negli anni novanta, quando era un luogo comune affermare che “Un impianto rinnovabile non è in grado di fornire energia sufficiente a ripagare l’energia necessaria per costruire l’impianto”. Cioè, si supponeva che l’EROEI delle rinnovabili fosse inferiore a uno. Possiamo trovare questo concetto, per esempio, nel libro di Howard Odum del 2001 dal titolo “A prosperous way down“.

Forse la “bassa EROEI” delle energie rinnovabili era vera negli anni novanta, ma non è più vera oggi. Ci sono diverse stime recenti delle EROEI per l’energia eolica e per il fotovoltaico, ma nessuno che io sappia dà valori più piccoli di uno e diversi danno valori elevati, per esempio nel range tra 30 e 40 per la nuova generazione di fotovoltaico a film sottile. Con EROEI tali, le rinnovabili sono perfettamente in grado di andare avanti senza il sostegno dei combustibili fossili. Se i combustibili fossili vengono usati per costruire impianti a energia rinnovabile, l’energia investita è restituita più volte, rendendolo un ottimo investimento per le risorse fossili rimanenti che abbiamo.

Ma questo non sembra ancora essere una conoscenza comune, e alcune persone hanno reagito in maniera aggressiva per il mio post in una classica dimostrazione del rifiuto di accettare nuovi dati che sfidano la propria stabilita visione del mondo. Sembra che alcune persone abbiano concluso da tempo che stiamo tornando al Medioevo (o alla gola di Olduvai) e che nulla può (o deve) essere fatto per evitarlo.

Per mantenere il mio ruolo di Cassandra, lasciatemi dire che è perfettamente possibile che ci stiamo muovendo verso un tale destino, ma questo non significa che sia inevitabile o che non dovremmo cercare di fare qualcosa per evitarlo. Vorrei anche dire che il fatto che possiamo avere ora fonti rinnovabili con alte EROEI non significa che siamo in grado di mantenere l’economia in crescita, non significa che possiamo andare in giro in SUV, non significa che siamo in grado di volare alle Hawai’i ogni anno. Significa solo che nella fase calante della curva di Hubbert possiamo mantenere l’energia elettrica in relativa abbondanza. Di conseguenza, siamo in grado di mantenere Internet, il calcolo digitale, le comunicazioni globali, la ricerca scientifica e molte altre cose che potrebbero rendere il futuro sostanzialmente diverse da un ritorno al Medioevo. Ma, se lo vogliamo, dobbiamo investire sulle energie rinnovabili ora.

Detto questo, ho pensato che fosse opportuno riprodurre un altro post molto poco cassandrico che ho pubblicato su questo tema su “The Oil Drum” circa un anno fa. Eccolo qui.

 

Le rinnovabili fuori dalla bottiglia

 

Da “The Oil Drum,” Aprile 2010

C’è un vecchio koan zen che racconta di un cucciolo d’oca posto all’interno di una bottiglia di vetro e cresciuto al suo interno. Quando fu adulto non poteva più passare attraverso il collo della bottiglia. Come possiamo portare l’oca fuori dalla bottiglia senza romperla? E’ il concetto di “satori”, “rivelazione”. E’ qualcosa che ci scrolla e ci smuove dai nostri vecchi punti di vista e ci porta a una nuova visione. Succede quando si vede qualcosa di apparentemente impossibile avverarsi improvvisamente, come l’oca nella bottiglia che improvvisamante compare fuori, libera. Le fonti rinnovabili sono cresciute come all’interno di una bottiglia fino ad ora, una bottiglia fatta di incredulità, burocrazia e finanziamenti non sufficienti. E’ tempo per un piccolo satori nelle energie rinnovabili. Le fonti rinnovabili possono sostenersi da sole con le nuove e più efficienti tecnologie, in particolare la versione a film sottile al tellururo di cadmio che può avere un’EROEI di 40. Con tali EROEI, possiamo cominciare a pensare all’energia rinnovabile come abbondante e a buon mercato.

 Qualche anno fa, durante una riunione sull’energia, ho incontrato una signora che si rivelò essere l’assessore all’ambiente di una provincia italiana. Parlando con lei, cominciai a sentire una sorta di dissonanza cognitiva. Stavamo usando le stesse parole: solare, eolica, e simili, ma con significati diversi. Ad un certo punto mi resi conto: era pienamente convinta che le rinnovabili in realtà non producessero energia, che le torri eoliche e gli impianti fotovoltaici fossero bei giocattoli per rendere felici gli ambientalisti, ma che il loro scopo principale fosse quello di creare affari e di trasferire denaro da un luogo ad un altro. Così, vedeva che il suo dovere come assessore all’ambiente era quello di fare in modo che parte del denaro riuscisse ad arrivare al suo governo regionale, in cambio del permesso di costruire gli impianti.

 Non posso davvero fare una colpa a questa signora per il modo in cui lei aveva capito la situazione, non dopo aver visto i costosi programmi di “rottamazione” in corso di attuazione in Italia e altrove. Se un governo è disposto a pagare in contanti per distruggere un’auto perfettamente funzionante in nome dell’ambiente, non sarebbe sorprendente se le turbine a vento dovessero rivelarsi poco più che delle lampade di lava truccate. Macchine che continuano a girare, ma non producono nulla.

 Questo è un atteggiamento che ho visto spesso nei politici e nel pubblico: le fonti rinnovabili sono bei giocattoli, ma poco più. Quando è il momento di fare sul serio, abbiamo bisogno di qualcosa di reale. Non si può produrre energia senza bruciare qualcosa. Abbiamo bisogno di una ciminiera, da qualche parte, è per questo che abbiamo bisogno di carbone o di petrolio o di gas. Questo spiega un’altra storia che mi è stata raccontata: quella di quel ministro dell’industria a cui fu mostrato un riscaldatore elettrico (circa 1 kW) alimentato da un impianto fotovoltaico da 300 kW e che si rifiutavano di credere a ciò che vedeva. “Dove è il trucco?” continuava a chiedere. Nessuna ciminiera, nessuna energia, apparentemente. Non è possibile alimentare il mondo con pochi quadratini blu esposti al sole o con eliche che girano al vento, ogni tanto.

 Anche i promotori delle energie rinnovabili sembrano vedere le energie rinnovabili, nella migliore delle ipotesi, come una fonte marginale. La maggior parte degli ambientalisti sembra pensare che la strada giusta da percorrere sia il risparmio energetico. Quella è la vera fonte di energia non sfruttata che dobbiamo sfruttare. Questa è una opinione rispettabile, ma penso che non tenga conto del reale potenziale delle energie rinnovabili. E quel potenziale è davvero enorme: si pensi alla quantità di luce solare che arriva sulla terra ogni giorno – probabilmente avete sentito dire che è quasi 10.000 volte più grande dell’energia primaria che produciamo oggi (vedi qui). Allora, che cosa ci impedisce di usarla? Una volta che si comincia a pensare alla possibilità, è possibile provare un piccolo satori, un’illuminazione dove si vedono le energie rinnovabili improvvisamente erompere dalla bottiglia. Le fonti rinnovabili sono in grado di fornire tanta energia quanta ne abbiamo bisogno e non devono essere costose. Dopo tutto, la luce del sole e il vento sono gratuiti e c’è abbondanza di entrambi.

 Ma anche un satori zen deve essere basato su un po’ di buona fisica quando si tratta di energia. E, quando si parla delle energie rinnovabili, la buona fisica è per lo più contenuta nel concetto di EROEI – energia restituita per energia investita. E’ il rapporto tra l’energia che un impianto è in grado di produrre durante tutta la sua durata e l’energia necessaria per costruirlo, mantenerlo e smontarlo quando la sua vita utile è finita. Una buona fonte di energia deve avere un’EROEI maggiore di uno, ovviamente. Ma questo non basta, deve avere una energia molto più grande di uno se deve fornire quel surplus di cui abbiamo bisogno di mantenere quella che noi chiamiamo “civiltà“.

 Ora, se si guarda il grafico di Charles Hall, con un elenco di EROEI per le varie fonti, probabilmente penserete che non c’è molta speranza per le energie rinnovabili. Nel grafico, l’EROEI del fotovoltaico è dato inferiore a 10 e quella dell’eolico sotto i 20. Il grafico è dominato dal palloncino blu “Petrolio, interno, 1930”), che è valutato come avente EROEI = 100. Se la nostra economia è stata costruita dal petrolio e se il petrolio ha un’EROEI è così grande (o, almeno lo aveva a quel tempo), allora non possiamo aspettarci che le rinnovabili possano sostituire petrolio e combustibili fossili. Le energie rinnovabili, a quanto pare, sono una fonte marginale al meglio e sicuramente non ci possono riportare ai bei tempi antichi.

 Ma le cose vanno avanti. Il grafico di Charlie Hall è già superato in alcuni punti. L’EROEI delle rinnovabili è in aumento, in realtà sta salendo alle stelle. Rendersi conto di quanto velocemente questo sta accadendo è stato un po’ un satori per me, non più di qualche mese fa. E’ successo quando ho trovato un articolo del 2007 di Raugei, Bargigli e Ulgiati che valutava l’LCA delle diverse tecnologie fotovoltaiche (vedi i riferimenti alla fine). Poi, gli stessi autori hanno pubblicato un altro articolo nel 2009 e in pochi anni il cambiamento è stato notevole. Essi non riportano le EROEI direttamente, ma queste possono essere approssimativamente calcolate dai valori dell’EPBT (tempo di ammortamento dell’energia). Ho discusso i risultati con uno degli autori, Marco Raugei (per inciso, un mio ex studente), e siamo arrivati alla conclusione che, in condizioni favorevoli di illuminazione (1700 kWh /(m2 * anno) e ipotizzando una vita di 30 anni, il silicio policristallino ha un’EROEI di 15, mentre le celle a film sottile in CdTe hanno un’EROEI di 40.

 Ora, ditemi se questo non è abbastanza per un buon satori. Un’EROEI di 40? E questo con un sistema allo “stato dell’arte”? Sì, con le celle al tellururo di cadmio che si possono acquistare sul mercato! Posso quasi sentire le obiezioni – che io sono troppo ottimista, che l’EROEI dipende dalle ipotesi iniziali, e cosa dire dell’intermittenza, e non sapete che abbiamo passato il picco del tellurio? E così via. Ma permettetemi di discutere di queste obiezioni in una nota alla fine di questo post. Per il momento, prendiamo questo grande valore dell’EROEI come ipotesi di lavoro e vediamo come ci siamo arrivati e quali sono le prospettive.

 Prima di tutto, questa EROEI alta è il risultato di una svolta nelle celle a film sottile. Ci sono molti modi per fare le celle a film sottile: il vantaggio è che la quantità di materiale necessario è molto piccola e che si riduce il costo. Il problema è che in alcuni casi è la produzione delle celle che è costosa, e richiede, per esempio, un processo sotto vuoto. In altri casi, fare la cella può essere a buon mercato, ma è l’efficienza di conversione della luce che è bassa; questo è il caso di molti tipi di celle organiche. La bassa efficienza delle celle aumenta il costo di installazione (chiamato “BOS”, “equilibrio del sistema”), in quanto sono necessarie aree più grandi.

 Finora, le celle a film sottile sono state troppo costose o troppo inefficienti (o entrambi). Tuttavia, in questi ultimi anni, le celle al CdTe (tellururo di cadmio) hanno raggiunto efficienze di conversione dell’ordine dell’11% e questo ha portato a un boom commerciale in tutto il mondo. Un passo avanti, anzi, a cui si aggiungono ulteriori vantaggi della tecnologia CdTe: quella di essere meno sensibile delle celle al silicio alle temperature elevate, e quella di essere più efficiente nel catturare la luce diffusa. First Solar, l’azienda che produce celle al tellururo di cadmio, è ora il secondo maggior produttore di celle solari al mondo, con una produzione annua pari a circa 1,2 GW di potenza di picco. Sono stati annunciati piani per il raggiungimento di 1,8 GW entro il 2012.

 Quindi, non siamo ancora all’EROEI = 100 del petrolio nel 1930, ma i progressi in questo campo sono stati notevoli. E se gli impianti fotovoltaici basati su CdTe possono avere un’EROEI di 40, cosa ci impedisce di ottenere valori molto più alti, utilizzando la stessa o altre tecnologie a film sottile per il fotovoltaico? E non solo per le celle fotovoltaiche sono possibili nuove scoperte. Non molto tempo fa, ho avuto un altro satori quando ho fatto una rassegna sulla situazione dell’energia eolica ad alta quota (AWE) e in particolare dell’applicazone chiamata Kitegen. Qui, stiamo parlando di prototipi ancora in costruzione, ma le simulazioni sono estremamente promettenti – l’EROEI potrebbe essere oltre 100.

A questi livelli di EROEI, beh, l’oca è davvero fuori dalla bottiglia (e la bottiglia non si è rotta). Naturalmente non possiamo ancora affermare che il problema energetico è risolto. Possiamo avere fonti rinnovabili ad elevata EROEI, ma dobbiamo ancora costruire le infrastrutture necessarie per costruire e distribuire gli impianti, abbiamo bisogno di costruire una “smart grid” in grado di gestire la produzione di energia in modo tale da superare il problema dell’intermittenza , abbiamo bisogno anche di ristrutturare la nostra economia in modo tale da poter utilizzare energia elettrica al posto dei combustibili fossili per cose come i trasporti. Si può fare, ma non è affatto ovvio che si possa fare prima di esaurire le risorse necessarie per farlo, cioè i combustibili fossili. Ma non è impossibile. Si tratta di una possibilità da conquistare, ma è lì.

 Nota: Il calcolo dell’EROEI dipende da dove esattamente si prendono i “confini” del sistema e ancora non abbiamo regole su questo punto (si veda questo articolo di Charles Hall). Ma fino a quando mettiamo a confronto diverse tecnologie allora possiamo confrontare le EROEI relative e questo ha un senso se sono state applicate le stesse metodologie; come in questo caso. A proposito di fotovoltaico in generale, so che dobbiamo prendere in considerazione il problema dello stoccaggio, ma questo è molto spesso sopravvalutato e il fotovoltaico non si suppone che sia l’unica tecnologia utilizzata per la produzione di energia. Il fotovoltaico sarebbe inserito in un mix di fonti diverse su grandi aree che si compensino a vicenda. Il concetto di “smart grid”, fornirebbe la necessaria gestione dell’energia prodotta e consumata. Poi, so che il valore di EROEI = 40 si ottiene in base a presupposti piuttosto ottimistici: che l’impianto sia situato in una zona ben irraggiata (per esempio, il Sud Europa o il Nord Africa) e che abbia una durata di 30 anni. Ottimistici, forse, ma anche realistici. È possibile mettere questi impianti in Europa meridionale, in Africa del Nord o nel Sud degli Stati Uniti e la loro vita può essere superiore a 30 anni se sono manutenuti decentemente. Quindi, non stiamo parlando di applicazioni futuristiche – è la realtà. Poi, ci sono altre obiezioni che si possono sollevare sulla tecnologia a CdTe; che ha bisogno di un elemento raro come il tellurio, che il cadmio è tossico e che cosa succede in caso di incendio, ecc. Tutte obiezioni ragionevoli, ma bisogna anche notare che questi problemi implicano che c’è uno stimolo enorme per recuperare e riciclare i materiali utilizzati. Infine, se una tecnologia a film sottile può essere resa commerciale, è ragionevole pensare che ce ne siano altre in grado di raggiungere lo stesso livello.

10 comments ↓

#1 markogts on 11.13.11 at 23:07

Ci sono due alternative: o ce la faremo, o non ce la faremo. Inutile puntare sulla seconda. Resta solo la prima, e passa per le rinnovabili.

È una specie di principio antropico dell’ottimismo: c’è una sola via che forse ci può portare fuori dal disastro. Piuttosto che concentrarsi sul “forse” è meglio concentrarsi su “una sola via”.

#2 Roberto on 11.14.11 at 17:10

“Ma, se lo vogliamo, dobbiamo investire sulle energie rinnovabili ora.”

Ma scusi signor Bardi, perche’ mai dovremmo a tutti i costi (e i costi sono non alti ma altissimi) andare ad investire in una fonte quale quella solare che e’ aleatoria e diluita , variabilissima nel tempo e nello spazio per produrre energia elettrica quando abbiamo gia’ da ora la fonte nucleare che e’ abbondante programmabile durevole ed economica?

#3 Federico on 11.14.11 at 18:15

“quando abbiamo gia’ da ora la fonte nucleare che e’ abbondante programmabile durevole ed economica?”

..perchè il nucleare è economico? e l’uranio è forse una risorsa inesauribile? e le scorie svanisocono in pochi anni e non lasciano residui tossici? e non c’è stato un secondo referendum che ha detto di no?

saluti

#4 Ugo Bardi on 11.14.11 at 19:06

Federico, non stare a rispondere al troll di turno. Questo commento glie l’ho fatto passare perché, anche per un troll, è riuscito a scrivere una cosa di uno squallore incredibile. E’ un testo che si auto-commenta, dovrebbe essere incorniciato come esempio della povertà di argomenti di certa gente.

#5 il on 11.15.11 at 09:58

Un’esperienza interessante nel campo delle rinnovabili: http://www.robertosaija.it/2011/11/09/casalecchio-di-reno-bo-il-primo-progetto-italia-di-sistema-integrato-delle-energie-rinnovabili/

#6 Daniela on 11.15.11 at 15:29

Buongiorno.
Dove posso avere infomrazioni sulle smart grid?

#7 ANT48 on 11.15.11 at 19:55

Tempo fa ho letto un bel rapporto di qualche anno fa della University of New South Wales sulle loro ricerche sul fotovoltaico. Fra le altre cose parlavano della possibilità di realizzare con le nanotecnologie dei piccolissimi “cristalli” (mi perdoni la rozzezza della descrizione), per esempio di silicio, formati da pochi atomi in quantità opportunamente dosata, e per ragioni quantistiche l’energy gap di questi oggettini sarebbe aggiustabile (in funzione del numero di atomi e quindi delle dimensioni) a tutti i valori utili per raccogliere le varie frequenze elettromagnetiche in arrivo dal sole a Terra, dall’infrarosso all’ultravioletto. In pratica, mettendo tre o quattro diversi strati sullo stesso pannello a film sottile, si potrebbe avere un’efficienza vicino al 40% , elevabile verso i limiti termodinamici mettendo ancora più strati. E’ chiara la difficoltà di realizzare un pannello del genere, non fosse altro che gli strati sono in serie e con impedenze tendenzialmente diverse, però è affascinante l’idea che si possa intravedere un pannello fatto per esempio fondamentalmente di silicio e ossigeno (SiO2 per le parti isolanti), due degli elementi più abbondanti in natura.
Lei professore ne sa nulla? Ci sono eventuali aggiornamenti? Si sono sdati (non credo) perché è troppo difficile? C’è un errore di fondo (leggi bufala)?

#8 Ugo Bardi on 11.15.11 at 20:20

Si, l’avevo letto anch’io. L’idea mi sembrava buona però non se ne è sentito più parlare. Può darsi che abbiano incontrato difficoltà; la nanotecnologia è una bestia difficile da gestire. Oppure, ci stanno lavorando sopra e aspettano di venir fuori con qualche aggeggio vendibile

#9 Daniela on 11.16.11 at 10:54

Ringrazio “il” per il link.
Quella si che è una smart grid nel senso di “intelligente”.

#10 renato on 11.20.11 at 14:22

“… ho fatto una rassegna sulla situazione dell’energia eolica ad alta quota (AWE) e in particolare dell’applicazone chiamata Kitegen … le simulazioni sono estremamente promettenti – l’EROEI potrebbe essere oltre 100 …”
Su un documento Kitegen (http://kitegen.com/wp-content/uploads/2010/07/PEN-KGR2010.pdf) a pag 51 si legge:
EROEI fonti primarie intervalli valori in letteratura (Bardi, Elliot et.al)

• KiteGen carosello 1500.

Dal 22 settembre scorso il Kitegen ha il permesso di effettuare voli di prova (http://www.volarecon.it/KITE_GEN_avviso_volo_notam_%281%29_-_22_09_11.pdf) ma ancora non si legge che ne siano stati eseguiti.

“… è possibile che con il mio gruppo arriveremo a combinare qualcosa di convincente tra una settimana o tra alcuni mesi …”, scritto dall’ Ing. Massimo Ippolito, inventore del Kitegen, nel 2006.
Tratto da: (http://it.groups.yahoo.com/group/rientrodolce/message/3708).
Sembra di rivedere il paradigma dell’ E-cat.

Renato R