Energie rinnovabili 6

Si definiscono fossili quei combustibili derivanti dalla trasformazione ( carbogenesi ), sviluppatasi in milioni di anni, di sostanza organica , seppellitasi sottoterra nel corso delle ere geologiche, in forme molecolari via via più stabili e ricche di carbonio .

In pratica si può affermare che i combustibili fossili costituiscono l'accumulo, sottoterra, di energia solare , direttamente raccolta nella biosfera nel corso di periodi geologici, dai vegetali tramite la fotosintesi clorofilliana e indirettamente, tramite la catena alimentare , dagli organismi animali .

Rientrano in questo campo dunque:

• Petrolio e altri idrocarburi naturali
• Carbone in generale, quindi tutte le sue forme da torba a antracite
• Gas naturale

I combustibili fossili sono oggigiorno la principale fonte energetica sfruttata dall'umanità, grazie ad alcune importanti caratteristiche che li contraddistinguono:

• sono "compatti", ovvero hanno un alto rapporto energia/volume
• sono facilmente trasportabili (La trasportabilità del gas naturale è funzione della distanza da compiere e della topografia delle zone attraversate con il gasdotto )
• sono facilmente immagazzinabili
• sono utilizzabili con macchinari relativamente semplici [1]
• costano relativamente poco [2]

In particolare queste ultime due caratteristiche economiche hanno innescato un meccanismo di progettazione e costruzione di macchinari e sistemi di supporto ed infrastrutture per questa tecnologia, basata sull' utilizzo dei combustibili fossili, che ne ha reso il loro utilizzo ancor più interessante economicamente, facendo sì che lo sviluppo di macchine che possano sfruttare fonti energetiche alternative sia ancora molto lento e scarsamente stimolante fino al recente passato.

Hanno per contro importanti svantaggi:

• sono inquinanti, anche se con l'utilizzo di macchine moderne questo problema si è notevolmente ridotto. Una forma di inquinamento è data dalla diffusione in atmosfera di sostanze associate naturalmente a questi combustibili. Per esempio la liberazione di anidride solforosa (SO 2 ) responsabile del fenomeno delle piogge acide .
• Il loro utilizzo determina un incremento della quantità di CO 2 in atmosfera , un gas non direttamente inquinante, ma oggi considerato come il maggiore imputato del surriscaldamento globale . La quantità di CO 2 emessa dipende dal tipo di combustibile utilizzato, a parità di energia prodotta il carbone produce una quantità quasi doppia di anidride carbonica rispetto al gas naturale.
• non sono risorse rinnovabili, dato che il processo di fossilizzazione della sostanza organica è estremamente lungo e la quantità che oggi si fossilizza è trascurabile rispetto ai fabbisogni energetici della società in cui viviamo.

Quest'ultima caratteristica, implica il fatto che i giacimenti in sfruttamento si esauriscono, mentre le richieste energetiche aumentano, (con conseguente aumento del loro prezzo ). L' esaurimento dei depositi di combustibili fossili e l'aumento dalla pressione dell'opinione pubblica che vede nei combustibili fossili la principale fonte di danni ambientali, fa sì che quote sempre maggiori di fonti energetiche alternative siano considerate nei panieri energetici nazionali, e internazionali.

L' utilizzo sistematico dei combustibili fossili risale alla fine del XVIII secolo con l'inizio della rivoluzione industriale in Europa e America del Nord , con il forte incremento di richiesta energetica da parte delle industrie; fino agli anni cinquanta il fabbisogno energetico era principalmente soddisfatto dall'utilizzo del carbone. La nascita stessa della rivoluzione industriale inglese venne favorita dalla presenza di numerosi giacimenti carboniferi, minerariamente sfruttabili, nel territorio nazionale e l'uso del carbone per il trattamento dei minerali ferrosi iniziò all'inizio del XVIII secolo .

L'utilizzo dei combustibili fossili come principale risorsa di energia è incrementata notevolmente nel XX secolo , nella seconda metà del quale si è osservata l'affermazione del petrolio come principale fonte energetica, rispetto al carbone troppo inquinante e in molti casi economicamente più gravoso nell'assieme dei costi di estrazione e trasporto all'utilizzatore finale; si stima che nel 1955 i combustibili fossili contribuissero al 52% del fabbisogno energetico mondiale, ed il loro apporto crebbe al 64% nel 1970 [3] .

Oggi i combustibili fossili provvedono a poco più dell’85% del fabbisogno energetico mondiale: di questo il petrolio contribuisce per il 40%, il carbone per il 26% e il gas naturale (in forte crescita di consumo) per il 23%. [4] Un ulteriore 7% viene ricavato dall’energia nucleare; a questo proposito si osserva che per quanto l' uranio non possa essere considerato un combustibile fossile, come fornitore di energia faccia parte delle risorse naturali limitate e non rinnovabili.

La distribuzione geografica delle principali riserve di combustibili fossili non è coincidente.

Le principali riserve si trovano negli Stati Uniti , Europa occidentale ( Regno Unito , Belgio , Francia e Germania ), paesi dell'ex Unione Sovietica, Polonia , Cina , Australia , Giappone e India . Le riserve di carbone nella loro globalità costituiscono il maggior accumulo di combustibili fossili ancora disponibili per lo sfruttamento. Nei depositi di carbone è possibile, in taluni casi, il recupero di gas naturale ( CBM [5] associato ai livelli carboniferi, ed oggi si valuta la possibilità del recupero di questo gas anche in giacimenti carboniferi non economicamente sfruttabili per l'estrazione del carbone.

La geografia dei delle riserve attuali di petrolio è in evoluzione a causa dello sfruttamento e quindi esaurimento di molti giacimenti situati in aree da tempo sfruttate. Nel 2004 si è calcolato che circa il 27% del petrolio nel mercato provenisse da aree le cui riserve petrolifere erano in diminuzione, tra queste i giacimenti statunitensi e quelli nell' offshore del Mare del Nord (in acque inglesi, olandesi e norvegesi). In altri paesi la crescita economica è tale da trasformarli da esportatori di petrolio ad importatori, come la Cina . I maggiori accumuli convenzionali di petrolio (circa il 60% delle riserve mondiali) si trovano nell'area medio orientale ( Arabia Saudita , Iraq , Kuwait , Iran , Siria , Emirati Arabi ) e si ritiene, per le loro dimensioni che saranno gli ultimi ad esaurirsi. Altre regioni del mondo con grandi bacini petroliferi includono la Nigeria e l' offshore atlantico nigeriano ed angolano, il Venezuela e l' area del Mar Caspio .

Si stima che fino ad oggi siano stati estratti complessivamente circa 900-1000 miliardi di barili , mentre le riserve ancora estraibili si aggirino sui 1000-1500 miliardi di barili.

Oggi viene data importanza anche ai giacimenti di sabbie bituminose, abbondanti nello stato canadese dell' Alberta , in Sudamerica nell'area detta 'Orinoco belt".

Il maggior giacimento di gas si trova a Groningen in Olanda , grandi riserve di gas si trovano in Siberia e in Algeria . Altre riserve di gas sono associate al petrolio nei giacimenti petroliferi diffusi nel mondo. Tuttavia per il gas vi è il grosso problema del trasporto dello stesso dal luogo di estrazione a quello di utilizzo, e questo oggi rende problematica la commerciabilità, e quindi lo sfruttamento, di grandi volumi di gas che sarebbero estraibili e disponibili in aree logisticamente lontane dai potenziali centri di utilizzo del gas. Per ovviare a queste limitazioni sono in corso di sviluppo progetti di liquefazione del gas . Sono in fase di esplorazione preliminare le ricerche sul possibile sfruttamento degli " idrati di metano " presenti lungo i margini della piattaforma continentale oceanica.ma a rossino ce ne è uno più grande di carbonio

• Piero Angela , Lorenzo Pinna, La sfida del secolo, Mondadori, 2006, ISBN 88-04-56071-1
• APAT (Agenzia per la protezione dell’ambiente e per i servizi tecnici), Energia e radiazioni , I Quaderni della Formazione Ambientale, 2006, ISBN 88-448-0200-7
• AAVV, Dizionario Collins dell'ambiente , Gremese Editore, 1998, ISBN 88-7742-188-6
• Giacomo Lorenzini, Cristina Nali, Le Piante e l'Inquinamento dell'Aria , Springer ed., 2005, ISBN 88-470-0321-0
• Bruno Martinis , L'energia in Italia: Convenzionale, nucleare o alternativa? , Edizioni Dedalo, 1970, ISBN 8822060962

L' Italia è stata un paese pioniere nel settore delle fonti rinnovabili, che fino a pochi decenni fa hanno svolto un ruolo determinante per il suo sviluppo.

Ad esempio, la tecnologia geotermica è nata in Italia, a Larderello , dove nel 1904 un soffione venne utilizzato per alimentare una motrice a vapore collegata a un generatore elettrico, accendendo cinque lampadine. Nel 1913 fu installata a Larderello la prima centrale geotermoelettrica del mondo, con una potenza di 250 kW, gradualmente potenziata negli anni successivi fino agli attuali 711 MW (tra Larderello e zone limitrofe).

Anche nel solare termodinamico l'Italia ha svolto un ruolo da precursore. Nel 1965, presso Genova , fu infatti realizzata per la prima volta una centrale a torre e campo specchi, della potenza di alcune decine di kW.

L'Italia è stata anche fra i pionieri nell'utilizzo dell' energia idroelettrica . Le prime esperienze risalgono al 1889, e per un lungo periodo questa fu la principale fonte di energia, determinante per il progresso industriale e per il miglioramento della qualità della vita in un paese povero di risorse naturali. La produzione idroelettrica, che oggi copre tra il 14 e il 17% della produzione elettrica totale (a seconda dell’idraulicità dell’anno), era di oltre l’80% all'inizio della seconda guerra mondiale e di quasi il 70% nel 1963, all’atto della nazionalizzazione del settore elettrico, poi nuovamente privatizzato nel 1999.

Il galoppante incremento dei consumi, successivo al boom economico italiano degli anni '60 - dal 1963 a oggi la domanda elettrica in Italia è quintuplicata - è stato soddisfatto prevalentemente con combustibili fossili , ma le fonti rinnovabili hanno comunque giocato un ruolo importante per il bilancio elettrico nazionale. Dapprima grazie alle tradizionali fonti geotermica e idroelettrica (anche con la realizzazione di grandi centrali a pompaggio) e poi, a partire dalla seconda metà degli anni ’90, con lo sviluppo dell’eolico e delle altre fonti rinnovabili.

In particolare negli ultimi anni lo sviluppo di eolico e fotovoltaico è stato davvero significativo : nel 2008 sono stati installati circa 1.020 MW eolici, che hanno portato la potenza totale a 3.736 MW (dati ANEV) mentre l’avvio del nuovo sistema di incentivazione in conto energia ha portato a un proliferare di piccoli impianti fotovoltaici domestici, che al giugno 2009 risultano essere circa 40.000 per un totale di oltre 500 MW (fonte Gestore Servizi Elettrici ). Nel 2007, con 49.411 GWh (milioni di kWh), le fonti rinnovabili hanno coperto il 15, 7% della produzione elettrica nazionale (313.888 GWh, al netto delle importazioni). È peraltro da sottolineare che il 2007 è stato un anno molto negativo per la fonte idroelettrica, con una minor produzione di 4.179 GWh rispetto al 2006 e di ben 9.522 GWh rispetto al 2004.

Nel settembre 2007 il Governo italiano ha approvato un Position Paper dal titolo Energia: temi e sfide per l’Europa e per l’Italia [1] , nel quale, tra le altre cose, viene effettuata una valutazione delle potenzialità delle fonti rinnovabili in Italia al 2020, intese come potenzialità concretamente realizzabili e da porsi come obiettivo industriale.

Il documento stima che, complessivamente (produzione elettrica da tutte le fonti + calore + biocarburanti), l’apporto da rinnovabili al 2020 possa ammontare a 21 milioni di tep (tonnellate equivalenti di petrolio), cioè oltre il triplo dell’apporto registrato nel 2005 (6, 7 Mtep).

In particolare, per quanto concerne la generazione elettrica, si prevede che l a potenza installata passerà da 20.989 MW a 46.215 MW , così suddivisi (tra parentesi la potenza installata 2005):

• Idrico (17.325) 20.200 MW
• Eolico (1.718) 12.000 MW
• Solare (34) 9.500 MW
• Geotermico (711) 1.300 MW
• Biomasse e biogas (1.201) 2.415 MW
• Mare e onde (0) 800 MW

Tra i principali operatori attivi in Italia va innanzi tutto segnalato Enel Green Power . Enel Green Power è il principale operatore integrato a livello nazionale e una delle maggiori utility di settore a livello internazionale: a fine 2008 disponeva di circa 4.500 MW di potenza nell’eolico, solare, geotermico, biomassa e idro-fluente in Italia (352 impianti per un totale di circa 2.550 MW) e in altri 12 Paesi di Europa, Nord America e America Latina. Nella geotermia, oltre ad essere l’unico operatore per la generazione elettrica in Italia (con 32 impianti e 671 MW installati) è riconosciuto tra i leader mondiali per tecnologia e conoscenza del settore. Significativo anche lo sviluppo dell’eolico, con oltre 77 MW installati in Italia nel periodo luglio 2008-luglio 2009. In tutto il mondo la potenza eolica di Enel Green Power ammonta attualmente a circa 1.240 MW.

Il primato per la potenza eolica installata in Italia (al 30.06.09) va però alla International Power, utility inglese che dal 2007 possiede e gestisce 550MW di impianti eolici sparsi in 6 regioni del centro-sud. A livello globale International Power gestisce 1.200MW di impianti eolici in Europa e Australia. La International Power ha fatto ingresso sul mercato italiano dopo aver rilevato campio eolici dall'irlandese Trinergy che a sua volta li aveva acquisiti dalla società avellinese IVPC che per un decennio è stata la regina incontrastata del mercato italiano.

Gli altri operatori sono attivi soprattutto nel fotovoltaico (una cinquantina le aziende impegnate, tra cui tutte le principali aziende energetiche) e nell’eolico. Per quest’ultima fonte vanno in particolare segnalate Acciona , E.On , Edison , Eneco , Falck Renewables , FRI-EL , IVPC e Sorgenia .

La ricerca per il miglioramento delle tecnologie di sfruttamento delle fonti rinnovabili e, in generale, di tutte le tecnologie energetiche, è attiva in Italia presso Enti specifici (in particolare ENEA e CNR ), Università e Industria. In sintesi alcuni dei principali obiettivi delle più avanzate linee di attività:

Fotovoltaico - ottimizzazione dei processi di fabbricazione industriale dei dispositivi basati sulla tecnologia del silicio cristallino; sviluppo di dispositivi a film sottile [2] di silicio su substrati di basso costo per realizzare moduli integrabili in strutture edili; sviluppo di tecnologie innovative per dispositivi di nuova generazione [3] , come le celle ad altissima efficienza basate su nuove strutture quantistiche e le celle basate su semiconduttori organici [4] , che hanno efficienza ridotta, ma anche bassissimo costo. Di grande interesse è anche la ricerca sul fotovoltaico a concentrazione [5] (con o senza recupero del calore), in particolare per quanto concerne la tecnologia emergente dell’alta concentrazione, ottenuta con celle multi giunzione di elevatissime prestazioni.

Solare termodinamico - Le attività di Ricerca e sviluppo sono finalizzate alla messa a punto di versioni sempre più avanzate di componenti, sistemi e processi innovativi che consentano la diffusione su ampia scala della tecnologia. Di particolare interesse i progetti che prevedono l’utilizzo del solare termodinamico per la dissalazione e per la realizzazione di impianti ibridi a biomasse (ad esempio il progetto Trebios [6] , realizzato dall’Enea in collaborazione con diverse Università) e per il potenziamento di centrali termoelettriche convenzionali (in particolare il Progetto Archimede [7] ).

Biomasse La ricerca è soprattutto indirizzata alla realizzazione di tecnologie innovative e più efficienti per la produzione di energia elettrica e termica, e allo sviluppo di diversi processi avanzati per l’ottenimento di biocombustibili di seconda generazione da biomasse ligno-cellulosiche. Per la generazione elettrica si punta in particolare sulla gassificazione delle biomasse [10] , mentre per la produzione di biocombustibili vanno sottolineate le attività sui processi integrati per la produzione di etanolo da cellulosa, anche con pretrattamento della biomassa mediante steam explosion, idrolisi enzimatica e fermentazione.

Idrogeno L’obiettivo ultimo è quello di mettere a punto tecnologie che consentano lo sviluppo di sistemi basati sull’utilizzo di questo “vettore” energetico pulito. La ricerca è in particolare mirata allo sviluppo e alla dimostrazione di sistemi di produzione dell’idrogeno basati su processi termochimici alimentati da energia solare, da gassificazione delle biomasse e dei rifiuti, da processi biologici (ad esempio, da alghe luminescenti [8] ) e da fotolisi dell’acqua (es: progetto IDROBIO [9] ). Forte è anche l’impegno per lo sviluppo di nuovi materiali e di sistemi di accumulo dell’idrogeno. Circa gli usi dell’idrogeno da segnalare la sperimentazione di Enel nella centrale Fusina [11] (presso Venezia) dove, dalla metà del 2009, sarà in servizio il primo ciclo combinato al mondo effettivamente alimentato a idrogeno.