Le tecnologie energetiche del prossimo futuro

Tra le rinnovabili e l’idrogeno, il metano, il petrolio ancora indispensabile e il nucleare

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Dove andremo, tra le rinnovabili e l’idrogeno, il metano che non scompare, il petrolio odiato, ma ancora indispensabile, il divisivo nucleare che non emette CO2, ma fa irritare molte persone? Oppure la fusione nucleare futura, gli accumulatori di corrente? E la perovskite, il minerale che per molte applicazioni fotovoltaiche potrebbe essere concorrenziale rispetto al silicio cristallino?

La sfida fra le tecnologie energetiche si gioca su molti piani in competizione fra loro e finora sia nel mondo sia in Italia l’unico insieme di tecnologie che offre mille dubbi, ma mille-e-una certezze, è il settore delle fonti rinnovabili e in particolare solare ed eolico.
L’energia di domani si muoverà soprattutto con le fonti pulite, ma non soltanto.

Il vento e il sole hanno un problema… l’incostanza.

Le fonti rinnovabili che piacciono di più ad oggi sono il vento e il sole. Queste due fonti però hanno due problemi più rilevanti di altri.
Primo problema è l’incostanza.
Nelle giornate di bonaccia le eliche non si spostano di mezzo giro e nelle giornate di cielo coperto i pannelli fotovoltaici non rilasciano alcun (o quasi) flusso di corrente.

Queste due tecnologie vengono descritte come “rinnovabili intermittenti”, in contrapposizione con le “programmabili” come le biomasse o l’idroelettrico con la diga, le quali invece possono essere modulate secondo il fabbisogno dei consumatori.

Il mondo e quindi gli utilizzatori, fabbriche, scuole, abitazione, ecc… hanno bisogno di elettricità: i frigoriferi, i computer, i fari stradali, i semafori, gli acquedotti non possono dipendere dall’incostanza del vento e delle nuvole. Per questo motivo le rinnovabili più apprezzate, cioè eolico e solare, esigono di essere affiancate da sistemi che rendano certa la continuità di fornitura, come centrali “peaker” a metano che si accendono in pochi istanti e si spengono non appena la nuvola smette di ombreggiare i pannelli.

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Quanti impianti aggiuntivi sarebbero necessari?

Per poter andare al 100% con le rinnovabili, in Italia sono necessari impianti aggiuntivi per una potenza oltre gli 87mila megawatt altamente flessibili.
Più precisamente, servono 73mila megawatt sotto forma di stoccaggio di energia (per ora realizzare un tale stoccaggio sotto forma di accumulatori elettrici pare fantascienza) e oltre 14mila megawatt di piccole centrali elettriche istantanee a gas, biocombustibili o a idrogeno.

Il gruppo tecnologico finlandese Wärtsilä ha sviluppato enormi motori a cilindri e pistoni simili alle macchine delle navi; sono capaci di generare più di 10 megawatt in due minuti e possono essere tarati per usare idrocarburi non fossili di sintesi, biocarburanti, oppure idrogeno.

Il secondo problema che hanno le fonti rinnovabili di energia è la loro bassa densità energetica ed è lo stesso problema di bassa densità energetica posto dagli accumulatori di tecnologia attuale nel rallentare l’adozione delle automobili elettriche.
Per bassa densità energetica si intende che le fonti rinnovabili hanno bisogno di ampie estensioni di terreno per produrre l’energia che gli idrocarburi concentrano in pochissimo spazio e che il nucleare condensa in spazi ancora più compatti.
Se si pensa per esempio che:

  • Le centrali idroelettriche con la diga hanno bisogno di allagare intere vallate
  • I pannelli solari impongono l’occupazione di superfici vastissime
  • L’eolico può rappresentare una servitù ingombrante per il paesaggio.

Queste caratteristiche applicative rendono difficile uno sviluppo pieno delle rinnovabili in Italia, un Paese con spazi fittamente occupati dalle attività antropiche, da interessi economici e sociali, da paesaggi vincolati oppure da una natura da tutelare.

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Chi sostiene e chi contesta le rinnovabili

In Italia le fonti rinnovabili di energia trovano tanti sostenitori, ma al tempo stesso anche tanti contestatori ai singoli progetti.
Possiamo parlare specificatamente dei progetti eolici, che subiscono continue contestazioni, da molteplici parti (un funzionario, una comunità montana, un assessore e così via), da entusiasti sostenitori dell’energia pulita e difensori dell’ambiente, tenaci promotori della sostenibilità purché non qui perché “devasterà questo territorio vocato per il turismo culturale e l’agricoltura di qualità”.

Il caso più recente di una legge regionale che vieta gli impianti rinnovabili dove là ci sono colture di pregio è quello dell’Abruzzo, dove non esiste angolo in cui non vada tutelato il sublime paesaggio.

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Il green deal previsto dalla Ue per l’Italia

Il green deal della Ue, cui sono legati i finanziamenti del piano di ripresa, impone all’Italia di installare impianti alimentati a fonti rinnovabili (vento, sole, acqua e così via) per una potenza complessiva di 120mila megawatt, 6.500 megawatt l’anno.

L’Osservatorio Fer realizzato da Anie Rinnovabili, associazione di Anie Federazione, sulla base dei dati Gaudì di Terna del 2020 le nuove installazioni di fotovoltaico, eolico, idroelettrico e bioenergie raggiungono complessivamente 785 megawatt di potenza (-35% rispetto al 2019) con andamenti diversificati:

  • positivo per l’idroelettrico (+60%)
  • negativo per fotovoltaico (-15%)
  • eolico (-79%) e bioenergie (-59%).

Il presidente dell’associazione confindustriale Elettricità Futura comunica che “di questo passo l’Italia raggiungerà non prima del 2085 l’obiettivo europeo previsto per il 2030”.

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Il metano fossile e gli idrocarburi non fossili

Bisogna concretamente affermare che il petrolio è destinato a rimanere in uso ancora a lungo, soprattutto per alimentare le automobili e i camion nei Paesi meno innovativi del mondo e per gli aeroplani.
Degli idrocarburi, continuerà l’uso del metano, anche se contestato per alcuni “inconvenienti” dovuti alle perdite fuggitive di gas dai giacimenti, lungo i metanodotti, negli impianti.
Comunque è il combustibile di transizione, perché tra gli idrocarburi è quello ritenuto “meno inquinante”.

Ci sono notizie interessanti che arrivano dagli idrocarburi e specificatamente da quelli che non vengono estratti dai giacimenti, e quindi sono a neutralità climatica.
Il biometano ottenuto facendo fermentare letame o rifiuti, i combustibili liquidi come l’alcol ricavato da materie prime vegetali, ma anche gli idrocarburi di sintesi ricavati facendo reagire idrogeno con il carbonio della CO2 e ricreando così l’idro-carburo.

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I colori dell’idrogeno

Le società del gas puntano sull’idrogeno, che è sempre un gas, ma l’idrogeno di quale colore?

Questo gas (tra i più diffusi al mondo) oggi lo definiamo con diversi colori secondo la sua origine. L’idrogeno è del tutto trasparente e invisibile e il colore viene assegnato per definire con semplicità immediata il modo in cui viene estratto dalle molecole in cui è combinato.
L’unico modo per ottenere idrogeno è quello di staccarlo dalle molecole con cui è combinato e (purtroppo) per fare ciò serve energia.

Dei casi tipo per ottenere l’idrogeno possono essere quelli di strapparlo dal metano o dagli altri idrocarburi, oppure di essere estratto dall’acqua scomponendola nei suoi due elementi costitutivi, cioè idrogeno e ossigeno.

Perché parlavamo di dover utilizzare energia per strappare l’idrogeno da altre molecole?

Esempio: come si estrae l’idrogeno dall’acqua? Facendo attraversare l’acqua da un flusso molto potente di corrente elettrica. Così facendo il liquido si scompone nei due elementi costitutivi, ossigeno e idrogeno, che gorgogliano a bolle.
Per produrre tutta quella corrente elettrica necessaria al processo, si può usare:

  • una centrale a carbone
  • una centrale alimentata dal sole o dal vento
  • una centrale nucleare, ecc…

Visto che ciascuna delle diverse tecnologie ha un impatto diverso di emissione di CO2, ecco i diversi colori adottati per definire il modo in cui l’idrogeno viene ottenuto.

L’idrogeno “nero” è estratto dall’acqua usando la corrente prodotta da una centrale elettrica a carbone o a petrolio.
È “grigio” più del 90% dell’idrogeno oggi prodotto da altri cicli industriali.
Viene definito “blu” l’elemento estratto da idrocarburi fossili dove, a differenza del “grigio”, l’anidride carbonica che risulta dal processo non viene liberata nell’aria bensì viene catturata e immagazzinata.
L’idrogeno “viola” viene estratto dall’acqua usando la corrente prodotta da una centrale nucleare, cioè a zero emissione di CO2.
L’idrogeno “verde” viene estratto dall’acqua usando la corrente prodotta da una centrale alimentata da energie rinnovabili, come idroelettrica, solare o fotovoltaica.

Per chiarezza, l’idrogeno estratto dal biometano (impatto neutrale sulla CO2) o con elettricità da biomasse è verde.

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Il nucleare non è morto

In tutto il mondo si realizzano centrali di terza generazione a cominciare dai reattori rossi e da quelli cinesi modellati sull’Epr francese, quando si cerca di ridurre le dimensioni dei reattori fino a poterli mettere sotto il cofano di un’auto elettrica, la tecnologia nucleare non è morta a dispetto dei costi impegnativi e delle paure di molti. Si stanno sviluppando reattori che riducono le scorie, come gli autofertilizzanti al sodio.

Questa energia durante la sua produzione ha costi per chilowattora prodotto molto competitivi.

L’ostacolo dell’energia atomica è soprattutto il costo della sicurezza, che impone investimenti molto alti per il funzionamento, ma anche per tutto il ciclo del combustibile nucleare, dalla ricerca mineraria fino alla gestione infinita delle scorie.
Per questo motivo il nucleare si presta soprattutto laddove ci siano forti garanzie del sistema pubblico. Ma le nuove minicentrali a basso costo come quelle proposte da Bill Gates potrebbero cambiare le prospettive.

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