Energie rinnovabili
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In
ingegneria energetica con il termine
energie rinnovabili si intendono quelle forme
di
energia generate da
fonti di energia che per loro caratteristica intrinseca
si rigenerano almeno alla stessa velocità con cui vengono consumate [1] o non sono "esauribili" nella scala dei tempi "umani" e, per estensione, il cui utilizzo
non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future. Sono dunque forme di
energia alternative alle tradizionali fonti fossili e molte di esse hanno la peculiarità di essere anche
energie pulite ovvero di non immettere in
atmosfera sostanze nocive e/o
climalteranti quali ad esempio la
CO2. Esse sono dunque alla base della cosiddetta
economia verde.
Sono comunemente considerate tali l'
energia idroelettrica, quella
solare,
eolica,
marina e
geotermica,
ovvero quelle fonti il cui utilizzo attuale non ne pregiudica la
disponibilità nel futuro. Al contrario, quelle "non rinnovabili", sia
per avere lunghi periodi di formazione, di molto superiori a quelli di
consumo attuale (in particolare fonti fossili quali
petrolio,
carbone,
gas naturale), sia per essere presenti in riserve non inesauribili sulla scala dei tempi umana (in particolare l'
isotopo 235 dell'
uranio, l'elemento attualmente più utilizzato per produrre
energia nucleare),
sono limitate nel futuro. La classificazione delle diverse fonti è
comunque soggetta a molti fattori, non necessariamente scientifici, il
che crea disuniformità di classificazione.
Attualmente alcune di esse sono ancora allo stadio di ipotesi o in
fase di sviluppo; non è quindi sempre chiaro il loro costo a regime,
nonché il reale potenziale o peso sul
fabbisogno di energia elettrica mondiale rispetto alle fonti di energia tradizionali quali
combustibili fossili ed
energia nucleare, vuoi anche per la non programmabilità di alcune di queste fonti (come
fotovoltaico e
eolico).
Energia rinnovabile, sostenibile e fonti alternative [modifica]
Se la definizione in senso stretto di "energia rinnovabile" è quella
sopra enunciata, spesso vengono usate come sinonimi anche le locuzioni
"energia sostenibile" e "fonti alternative di energia".
Esistono tuttavia delle sottili differenze:
Tuttavia, non esiste una definizione univoca dell'insieme delle fonti
rinnovabili, esistendo in diversi ambiti diverse opinioni
sull'inclusione o meno di una o più fonti nel gruppo delle
"rinnovabili". Secondo la normativa di riferimento italiana, vengono
considerate "rinnovabili":
|
« ...il
sole, il vento, le risorse idriche, le risorse geotermiche, le maree,
il moto ondoso e la trasformazione in energia elettrica dei prodotti
vegetali o dei rifiuti organici e inorganici. » |
|
|
Sole e vento: due fonti di energia rinnovabile
Rientrerebbero in questo campo dunque:
Una distinzione che spesso viene fatta in tale ambito è quella tra
fonti rinnovabili "classiche" (essenzialmente idroelettrico e geotermia)
e fonti rinnovabili "nuove" (anche dette "
NFER"), tra cui vengono generalmente incluse l'energia solare, eolica e da biomassa.
Nell'ambito della
produzione di energia elettrica le fonti rinnovabili vengono inoltre classificate in "
fonti programmabili" e "
fonti non programmabili', a seconda che possano essere programmate in base alla richiesta di energia oppure no. Secondo la definizione del
Gestore dei Servizi Energetici (GSE, anche conosciuto come GRTN), nel primo gruppo rientrano "
impianti
idroelettrici a serbatoio e bacino, rifiuti solidi urbani, biomasse,
impianti assimilati che utilizzano combustibili fossili, combustibili di
processo o residui", mentre nel secondo gruppo (non programmabili) si trovano "
impianti di produzione idroelettrici fluenti, eolici, geotermici, fotovoltaici, biogas"
[3].
Talvolta, in alcuni ambiti, anche
risparmio energetico ed
efficienza energetica sono considerate - per estensione - "fonti rinnovabili"
[4],
sebbene a rigore tali tematiche facciano parte dell'utilizzo razionale
dell'energia, e non della loro produzione. Taluni, ancora, considerano
questi due aspetti, legati all'uso piuttosto che alla produzione,
all'interno della categoria dell'
energia sostenibile.
La tematica si intreccia anche con il problema del
riscaldamento globale e delle emissioni di CO
2: una definizione parallela di energie rinnovabili riguarda quindi anche il fatto che esse non contribuiscano all'aumento dell'
effetto serra
(pur fra difficoltà di effettiva verifica delle emissioni effettive e
reali di tutta la filiera energetica/produttiva), sebbene anche in
questo caso sia più rigoroso parlare di energia sostenibile, essendo
l'accento posto sugli effetti ambientali della produzione di energia,
piuttosto che sulle fonti da cui viene ottenuta.
Il caso dell'incenerimento dei rifiuti [modifica]
A proposito dell'incenerimento dei
rifiuti (in Italia anche detta "
termovalorizzazione"),
è da notare che solo in Italia (in violazione delle direttive europee
in materia) viene considerata rinnovabile totalmente l'energia prodotta
dalla termovalorizzazione laddove la UE considera invece "rinnovabile"
solo la parte organica dei rifiuti (ovvero gli scarti biodegradabili)
[5].
Fonte rinnovabile, per la UE, significa quindi riproducibile dal Sole attraverso la
fotosintesi e la
catena trofica.
Tale posizione è condivisa da gran parte dei movimenti ambientalisti,
per i quali deve essere scartata da tale computo l'energia prodotta dai
rifiuti solidi urbani, in quanto questi sono prodotti anche con
materie prime fossili
o prodotti sintetici non biodegradabili. La sola parte organica dei
rifiuti sarebbe dunque da considerarsi realmente "rinnovabile".
Il caso del nucleare [modifica]
Sebbene "non fossile", l'
energia nucleare
non è annoverabile fra le rinnovabili poiché basata sullo sfruttamento
di riserve combustibili limitate di origine minerale, in particolare per
quanto riguarda l'
energia da fissione e il ciclo di reazione che si basa sull'
uranio-235
come combustibile (ovvero in pratica il ciclo quasi esclusivamente
sfruttato allo stato attuale). L'uranio-235 infatti costituisce solo lo
0,7% del totale dell'uranio presente in natura, e in base alle riserve
di uranio fino ad oggi accertate si prevede che al consumo attuale, ma a
prezzi di estrazione via via sempre più elevati, non ne resti che per
20-30 anni
[6][7].
Sono peraltro ormai noti da diversi decenni (ma finora di limitato
utilizzo per problemi tecnici e di sicurezza) cicli di reazione nucleare
autofertilizzante
che, sfruttando il più abbondante uranio-238 (più del 99% del totale),
promettono di prolungare la durata delle riserve di minerale. Analogo
discorso può essere fatto a proposito dell'uso del
torio-232,
combustibile nucleare naturale più abbondante dell'uranio che sarebbe
utilizzabile sia in reattori tradizionali che in autofertilizzanti.
Anche la Commissione europea si è espressa affermando che il nucleare non è considerabile come fonte rinnovabile
[8].
In prospettiva più lontana è allo studio lo sfruttamento dell'
energia nucleare da fusione nel ciclo del
deuterio e
trizio:
prodotta a partire da elementi in pratica inesauribili in natura, è
pertanto anche da considerarsi energia rinnovabile secondo la
definizione data sopra.
Una argomentazione per avallare non tanto la "rinnovabilità" quanto
la "sostenibilità" dell'energia nucleare è la mancata produzione di
anidride carbonica durante il processo di fissione nelle centrali
nucleari. Viene tuttavia evidenziato che lo scavo del minerale, la sua
raffinazione, l'arricchimento, il riprocessamento e lo stoccaggio delle
scorie radioattive
comportano comunque elevati consumi energetici e quindi una certa
produzione di CO2, sebbene ciò avvenga (in misura diversa) anche per la
produzione da altre fonti energetiche.
Il caso della geotermia [modifica]
Anche sulla classificazione dell'energia geotermica non esiste
uniformità di giudizio, in quanto è stata rilevata e osservata la
possibilità di esaurimento di un campo geotermico. Inoltre la
produttività dei pozzi tende a diminuire nel tempo, anche del 30% in
dieci anni.
[9]
Dettagli sulle fonti rinnovabili [modifica]
Fonti rinnovabili classiche [modifica]
Sezione laterale di una diga idroelettrica
Una centrale geotermoelettrica presso
The Geysers, nella California del nord, di circa 750 MW di potenza.
Le fonti rinnovabili generalmente dette "classiche" sono quelle che
vengono sfruttate per la produzione di energia elettrica fin dall'inizio
dell'età industriale. Le prospettive di uso futuro dipendono
dall'esplorazione delle risorse potenziali disponibili, in particolare
nei paesi in via di sviluppo e dalle richieste in relazione all'ambiente
e all'accettazione sociale.
Tra le più antiche si trovano certamente le
centrali idroelettriche,
che hanno il vantaggio di avere lunga durata (molte delle centrali
esistenti sono operative da oltre 100 anni). Inoltre le centrali
idroelettriche sono pulite e hanno poche emissioni. Tuttavia si è
scoperto che le emissioni sono apprezzabili soltanto se associate con
bacini poco profondi in località calde (tropicali), sebbene in generale
le centrali idroelettriche producano molte meno emissioni nel loro
"ciclo vitale" rispetto agli altri tipi di produzione di energia. Altre
critiche dirette alle grosse centrali idroelettriche a bacino includono
lo spostamento degli abitanti delle zone in cui si decide di fare gli
invasi necessari alla raccolta dell'acqua e il rilascio di grosse
quantità di biossido di carbonio durante la loro costruzione e
l'allagamento della riserva.
[10]
L'energia prodotta da fonte idroelettrica, che ebbe un ruolo fondamentale durante la crescita delle reti elettriche nel
XIX e nel
XX secolo, sta sperimentando una rinascita della ricerca nel
XXI secolo.
Le aree con più elevata crescita nell'idroelettrico sono le economie
asiatiche in forte crescita, con la Cina in testa; tuttavia anche altre
nazioni asiatiche stanno installando molte centrali di questo tipo.
Questa crescita è guidata dai crescenti costi energetici e il desiderio
diffuso di generazione energetica "in casa", pulita, rinnovabile ed
economica.
Le
centrali geotermiche
possono funzionare 24 ore al giorno, fornendo un apporto energetico di
base e nel mondo la capacità produttiva potenziale stimata per la
generazione geotermica è di 85 GW per i prossimi 30 anni. Tuttavia
l'energia geotermica è accessibile soltanto in aree limitate del mondo,
che includono gli
Stati Uniti, l'
America centrale, l'
Indonesia, l'
Africa orientale, le
Filippine e l'
Italia. Il costo dell'energia geotermica è diminuito drasticamente rispetto ai sistemi costruiti negli anni '70.
[11] La generazione di calore per il
riscaldamento geotermico
può essere competitiva in molti paesi in grado di produrlo, ma anche in
altre regioni dove la risorsa è a una temperatura più bassa.
La geotermia si rivolge alla ricerca e allo sfruttamento dell'energia
di campi geotermici o di altre manifestazioni utilizzabili dal calore
terrestre anche per utilizzi non collegati alla produzione di energia
elettrica. Questa energia viene trasferita alla superficie terrestre
attraverso i movimenti convettivi del magma o tramite le acque
circolanti in profondità. Gli impianti geotermici possono essere usati
per il riscaldamento, rinfrescamento degli edifici e produzione di acqua
calda.
Gli impianti geotermici possono essere di due tipi:
- a sonda verticale: le tubazioni vengono inserite verticalmente nel
terreno fino a profondità di 150 mt. per il prelievo di calore dal
sottosuolo;
- a sonda orizzontale: le tubazioni in questo caso sono inserite in
modo orizzontale nel terreno, e svolgono lo stesso ruolo delle
precedenti. L'unico inconveniente è che occuperanno molto più sottosuolo
rispetto all'altra tipologia di suolo. Solitamente sono inserite a 2
metri di profondità.
Nuove fonti di energia rinnovabile [modifica]
Il mercato per le tecnologie delle
NFER è forte e in crescita principalmente in paesi come la
Germania, la
Spagna, gli
Stati Uniti e il
Giappone.
La sfida è allargare le basi di mercato per una crescita continuativa
in tutto il mondo. La diffusione strategica in un paese non solo riduce i
costi della tecnologia per gli utenti locali, ma anche per quelli negli
altri paesi, contribuendo a una riduzione generale dei costi e al
miglioramento delle prestazioni.
[11]
I sistemi di
riscaldamento solare
sono tecnologie di seconda generazione ben conosciute e generalmente
consistono di collettori termici solari, un sistema fluidodinamico per
trasferire il calore dal collettore al punto di utilizzo e un serbatoio o
una cisterna per lo stoccaggio del calore per usi successivi. Tali
sistemi possono essere usati per riscaldare l'acqua domestica, quella
delle piscine o per riscaldare ambienti.
[12]
Il calore può anche essere usato per applicazioni industriali o come
sorgente energetica per altri usi, come i dispositivi di raffreddamento.
[13]
In molte zone climatiche un sistema di riscaldamento solare può fornire
una percentuale molto alta (dal 50 al 75%) dell'energia necessaria a
riscaldare l'acqua domestica.
Negli anni '80 e nei primi anni '90 la maggior parte dei moduli
fotovoltaici fornivano energia elettrica soltanto per le regioni isolate
(non raggiungibili dalla rete elettrica), ma circa dal 1995 gli sforzi
industriali si sono concentrati in modo considerevole sullo sviluppo di
pannelli fotovoltaici integrati negli edifici e centrali allacciate alla
rete elettrica. Attualmente la centrale fotovoltaica più grande del
mondo si trova in
Germania (Waldpolenz) con 30 MW di picco e un progetto di estensione a 40 MW
[14], mentre quella più grande del nord America si trova presso la
Nellis Air Force Base (15 MW).
[15][16] Ci sono proposte per la costruzione di una centrale solare nel
Victoria in
Australia, che diverrebbe la più grande al mondo con una capacità produttiva di 154 MW.
[17][18] Altre grosse centrali fotovoltaiche, progettate o in costruzione, includono la centrale elettrica "Girrasol" (da 62 MW),
[19] e il "Parco Solare di Waldpolenz" in Germania (da 40 MW).
[20]
Energia prodotta tramite l'eolico nel mondo e previsione dal 1997 al 2010, sorgente:
WWEA
Alcune delle rinnovabili di seconda generazione, come l'eolico, hanno
grossi potenziali di crescita e hanno già raggiunto dei bassi costi di
produzione, comparabili con quelli delle altre fonti di energia. Alla
fine del 2006 la capacità di produzione mondiale tramite generatori
eolici era di 74,223
megawatt e nonostante attualmente fornisca meno dell'1% del fabbisogno mondiale, produce circa il 20% dell'elettricità in
Danimarca, il 9% in
Spagna e il 7% in
Germania.
[21][22]
Tuttavia esistono alcune resistenze al posizionamento delle turbine in
alcune zone per ragioni estetiche o paesaggistiche. Inoltre in alcuni
casi potrebbe essere difficile integrare la produzione eolica nelle reti
elettriche a causa dell'"aleatorietà" dell'approvvigionamento fornito.
[11]
Informazioni su una pompa di benzina arricchita all'etanolo, California.
Il
Brasile ha uno dei più grandi programmi per l'energia rinnovabile al mondo, coinvolgendo la produzione di
bioetanolo dalla
canna da zucchero e l'
etanolo
ora fornisce il 18% del carburante automobilistico. Come risultato,
assieme allo sfruttamento delle locali profonde riserve petrolifere, il
Brasile, che in passato doveva importare una grande quantità di petrolio
necessario al consumo interno, ha recentemente raggiunto la completa
autosufficienza petrolifera.
[23][24][25]
La maggior parte delle automobili usate oggi negli Stati Uniti
possono utilizzare miscele fino al 10% di etanolo, e i costruttori di
motori stanno già producendo veicoli progettati per utilizzare miscele
con percentuali più elevate. La
Ford, la
Daimler AG e la
General Motors
sono tra le compagnie produttrici di automobili, camion e furgoni
"flexible-fuel" (letteralmente a "carburante flessibile") che utilizzano
miscele di benzina e etanolo dalla benzina pura sino all'85% di etanolo
(E85). Dalla metà del 2006 sono stati venduti circa sei milioni di
veicoli E85 compatibili negli Stati Uniti.
[26]
Tecnologie del futuro [modifica]
Le tecnologie che sono ancora in corso di sviluppo includono la
gassificazione avanzata delle biomasse, le tecnologie di
bioraffinazione, le centrali
solari termodinamiche, l'energia geotermica da rocce calde e asciutte (Hot-dry-rocks) e lo sfruttamento dell'
energia oceanica.
[11]
Tali tecnologie non sono ancora completamente testate o hanno una
commercializzazione limitata. Molte sono all'orizzonte e potrebbero
avere un potenziale comparabile alle altre forme energetiche
rinnovabili, ma dipendono ancora dal dover attrarre adeguati
investimenti in ricerca e sviluppo.
[11]
Secondo l'
IEA,
le nuove tecnologie bioenergetiche (biocarburanti) che si stanno
sviluppando oggi, in particolare le bioraffinerie per l'etanolo dalla
cellulosa, potrebbero permettere ai biocarburanti di giocare un ruolo
molto più importante nel futuro di quanto si pensasse in precedenza.
[27]
L'etanolo da cellulosa si può ottenere da materia organica di piante
composta principalmente da fibre di cellulosa non commestibili che ne
formano gli steli e i rami. I residui delle coltivazioni (come i gambi
del mais, la paglia del grano e del riso), gli scarti di legno e i
rifiuti solidi cittadini sono sorgenti potenziali di biomassa di
cellulosa. Colture dedicate alla produzione energetica, come il
panicum virgatum, sono promettenti fonti di cellulosa che possono essere sostenibilmente prodotte in molte regioni degli Stati Uniti.
[28]
Schizzo di un collettore solare parabolico
Le centrali solari termodinamiche sono state rese operative commercialmente con successo in
California alla fine degli anni '80, comprendendo la più grande centrale solare di ogni genere, le centrali del gruppo
Solar Energy Generating Systems da 350 MW totali. La
Nevada Solar One è un'altra centrale da 64 MW recentemente aperta.
[29] Altre centrali solari paraboliche proposte sono le due da 50 MW in
Spagna e una da 100 MW in
Israele.
[30]
In termini di sfruttamento dell'energia degli oceani, un'altra delle tecnologie di terza generazione, il
Portogallo ha la prima
centrale a onde marine commerciale al mondo, l'
Aguçadora Wave Park, in costruzione dal 2007. La centrale userà inizialmente tre macchine
Pelamis P-750 in grado di generare 2,25 MW
[31][32] e i costi sono stimati intorno agli 8,5 milioni di
euro. Nel caso si rivelasse un successo, altri 70 milioni di euro saranno investiti prima del
2009 in altre 28 macchine per generare 525 MW.
[33] Sono stati annunciati in
Scozia nel febbraio del 2007 finanziamenti per una centrale a onde marine dal
Governo scozzese, per un costo di oltre 4 milioni di
sterline,
come parte di un pacchetto di investimenti di 13 milioni di sterline
per l'energia oceanica in Scozia. La centrale sarà la più grande al
mondo con una capacità di 3 MW generata da quattro macchine Pelamis.
[34].
Nel 2007 la prima centrale al mondo ad
energia mareomotrice di concezione moderna viene installata nello stretto di
Strangford Lough in
Irlanda
(sebbene in Francia una centrale di questo tipo, con sbarramento, fosse
gia in funzione negli anni '60). Il generatore sottomarino da 1,2 MW,
parte dello schema per il finanziamento per l'ambiente e le energie
rinnovabili nell'
Irlanda del nord,
approfitterà del veloce flusso di marea (fino a 4 metri al secondo) nel
braccio di mare. Anche se ci si aspetta che il generatore produca
abbastanza energia per rifornire un migliaio di case, le turbine avranno
un impatto ambientale minimo, poiché saranno quasi completamente
sommerse e il movimento dei rotori non costituisce un pericolo per la
fauna selvatica poiché girano a una velocità relativamente bassa.
[35]
I pannelli solari che usano la
nanotecnologia,
che può costruire circuiti a partire da singole molecole di silicio,
potrebbero costare la metà delle tradizionali celle fotovoltaiche,
secondo quanto dicono i dirigenti e gli investitori coinvolti nello
sviluppo dei prodotti.
Produzione italiana di energia elettrica da fonti rinnovabili [modifica]
Produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili in Italia. Elaborazione da dati pubblicati da
GSE /
Terna
Per lungo tempo (fino a circa i primi
anni sessanta)
la produzione energetica italiana è stata in larga parte rinnovabile,
grazie in particolare alle centrali idroelettriche dell'arco alpino e,
in misura minore, dell'Appennino (oltre a quote minori relative alla
geotermia in Toscana). Oggi tuttavia, a causa dell'accresciuta richiesta
di energia, nonché al quasi esaurimento della possibilità di nuove
grandi installazioni idroelettriche, le rinnovabili rappresentano quote
minori della produzione.
Nel 2010 l'Italia ha prodotto circa 76,9 TWh di elettricità da fonti
rinnovabili, pari al 22,2% del fabbisogno nazionale lordo, con il 15,8%
proveniente da fonte idroelettrica e la restante parte data dalla somma
di geotermico, eolico e combustione di biomassa o rifiuti. Con tali
valori, circa il 90% della produzione rinnovabile è prodotto con
impianti definiti "programmabili".
[36]
Variazioni percentuali fonti di energia rinnovabile in Italia. Elaborazione da dati pubblicati da
GSE / Terna
Con tali valori, l'Italia risulta essere il quinto produttore di elettricità da fonti rinnovabili nell'UE-15
[37].
È da notare, tuttavia, che solo negli ultimi anni la produzione
rinnovabile italiana è cresciuta in maniera significativa grazie ad una
sensibile crescita delle fonti eolica, fotovoltaica e da combustione di
biomassa, in quanto per lungo tempo tale produzione era costituita
essenzialmente solo dalle fonti idroelettrica e geotermica, di fatto
quasi giunte alla saturazione del potenziale economicamente sfruttabile
in Italia.
Inoltre, nonostante gli incentivi, l'Italia deve anche fare i conti
con ritardi legislativi e di adeguatezza delle reti di distribuzione.
Per quanto riguarda la produttività delle fonti energetiche
rinnovabili, in particolare per l'eolico e fotovoltaico, spesso le
ore/anno effettive di funzionamento degli impianti sono minori rispetto
alle ore/anno di funzionamento preventivate in sede di progetto e alla
potenza incentivata. Questo in parte accade per effetto delle analisi
preventive che potrebbero essere troppo ottimistiche.
INFORMAZIONI RICAVATE DA:WIKIPEDIA