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100% rinnovabile

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13.02.2020 | Si punta sempre di più sulle rinnovabili. Ma su quali tecnologie scommettere per raggiungere la neutralità del carbonio?

In inglese suona semplice e chiaro: carbon neutrality, “neutralità del carbonio”, la perfetta parità tra emissioni di gas serra e la capacità di assorbimento da parte dell’ecosistema. È l’obiettivo più ambizioso che l’umanità si trova ad affrontare nel 21° secolo e fa riferimento, ovviamente, al progressivo passaggio dalla produzione di energia da fonti fossili (petrolio, carbone, gas naturale) a quelle rinnovabili e sostenibili, che non emettono gas serra e dunque non alterano il clima, con la promessa di metterci al riparo dalla crisi climatica annunciata dagli esperti e, a quanto pare, sempre più vicina.

Sappiamo qual è il nostro obiettivo, ma è più difficile capire come raggiungerlo. Nonostante questo, gli esperti concordano nel ritenere che tra il 2020 e il 2030 il consumo globale di combustibili fossili raggiungerà il suo picco e comincerà a declinare in favore delle fonti “pulite”, che nell’arco del decennio appena cominciato dovrebbero diventare più convenienti delle rivali fossili e compiere così l’atteso sorpasso nella quota di produzione di elettricità.

Oggi eolico, domani solare concentrato

Già nel 2018, l’elettricità prodotta da fonti rinnovabili in Unione Europea è stata il 32% del totale (era il 31% nel 2017 e le previsioni convergono nel ritenere che diventerà il 50% entro il 2030). Grandi, però, le disparità tra i singoli Paesi: sempre nel 2018, le virtuosissime Austria e Svezia hanno ricavato da fonti rinnovabili rispettivamente il 73% e il 66% dell’elettricità, mentre in fondo alla classifica europea Ungheria e Malta si sono fermate all’8% (in Italia siamo attorno al 35%).
Contrariamente a quanto si tende a pensare, a oggi l’Unione Europea non è la patria dell’energia solare, ma di quella eolica e idroelettrica. Sul totale delle rinnovabili, in Europa ci si alimenta per il 36% dal vento, per il 33% dall’acqua e solo per il 12% dal solare (il restante 19% da biomassa, geotermico e altre forme minori di energia). I cambiamenti climatici stanno peraltro già aumentando l’intensità dei venti, e i ricercatori dell’Università di Princeton hanno calcolato che entro il 2024 le maggiori raffiche dovrebbero far crescere fino a un terzo la produttività dell’energia eolica globale.

Fonte: Eurostat

Nel 2019, però, è stata l’energia solare la fonte rinnovabile più in rapida crescita a livello mondiale, e nei prossimi cinque anni ci si aspetta che il costo di produzione dei pannelli fotovoltaici possa diminuire di un ulteriore 15-35%, con un aumento stimato della domanda globale del 50%. Oggi cominciano a essere testati anche i primi pannelli bifacciali, di resa maggiore perché capaci di catturare l’energia del sole da entrambi i lati, e quelli trasparenti, che potrebbero trovare impiego nelle città in sostituzione dei vetri delle normali finestre e delle facciate dei grattacieli. È però improbabile che le megalopoli più densamente popolate riusciranno mai a rendersi completamente autonome con i soli pannelli solari: a oggi, metropoli come Parigi o Londra consumano grosso modo 100 watt per metro quadro, mentre i migliori pannelli in circolazione possono rendere tra i 5 e i 10 watt per metro quadro.

È per questo che è necessario produrre l’energia solare in appositi impianti, collocati fuori dagli insediamenti urbani, e sviluppare tecnologie sempre più efficienti per la sua cattura. Una delle più interessanti innovazioni di questo tipo è rappresentata dagli impianti di concentrazione dell’energia solare, che sfruttano specchi riflettenti per far convergere i raggi luminosi su una matrice di sali fusi in grado di conservare l’energia termica ad altissime temperature e per molte ore. Tra le principali aziende operative in questo settore spicca Heliogen, finanziata tra gli altri da Bill Gates, che promette di catturare l’energia termica del sole fino a 1.500° C, per poi convertirla in elettricità sufficiente ad alimentare anche l’industria pesante e la produzione di cemento (terza fonte di emissioni di CO₂ dopo carbone e petrolio) senza ricorso alcuno ai combustibili fossili. Come il vento, anche il sole è però intermittente, e per quanto si possa provare a concentrarne e accumularne l’energia, potrebbe comunque non bastare da solo per soddisfare senza interruzioni il carico della rete elettrica.

Come ha scritto Philip Bethge su Der Spiegel, lo scenario peggiore di un sistema energetico interamente alimentato a rinnovabili è la cosiddetta “calma buia”, la completa assenza di sole e vento: “Alcuni esperti credono che i sistemi per immagazzinare l’energia e un mercato dell’elettricità paneuropeo abbastanza flessibile sarebbero sufficienti a gestire queste oscillazioni. Ma la soluzione più economica e realistica sembra affidarsi a centrali di riserva da attivare nei momenti di assenza di vento o sole”.

Le “centrali di riserva” cui fa riferimento Bethge sono ovviamente centrali a fissione nucleare, che ricavano l’energia dalla scissione dei nuclei di atomi pesanti come l’uranio e il plutonio. Oggi nel mondo sono 449 i reattori nucleari attivi (53 sono in costruzione), per una produzione complessiva pari al 10% dell’energia elettrica globalmente generata. I disastri nucleari di Chernobyl del 1986 e quello di Fukushima del 2011 hanno decisamente rallentato l’ascesa del nucleare come fonte di energia alternativa ai combustibili fossili, rendendola invisa alla maggior parte dell’opinione pubblica. La domanda globale di elettricità sta però crescendo – del 70% dal 2000 a oggi e, stimano al MIT, di un ulteriore 45% entro il 2040 – dunque non sono pochi gli esperti di politiche energetiche a sostenere che sarà necessario aumentare l’offerta di elettricità prodotta dalle centrali nucleari di prossima generazione.
 

Fonte: Eurostat

L’anno dei motori elettrici

Sulla diffusione dei trasporti elettrici, non solo automobili, ci sono invece tante novità quante incognite. Nel 2019 il premio Nobel per la chimica è stato assegnato agli scienziati che hanno reso possibile lo sviluppo delle batterie a litio – la componente fondamentale per l’accumulo dell’energia nei motori delle auto elettriche – ma rimangono forti dubbi sulla reale disponibilità di riserve di litio e cobalto sufficienti a soddisfare l’aumento della domanda mondiale. Intanto, il 2020 è stato indicato dagli esperti come “l’anno dell’auto elettrica”, con il lancio sul mercato di modelli elettrici anche da parte di produttori che sino a oggi si sono astenuti dalla corsa alla decarbonizzazione dei trasporti. La speranza è che l’aumento della concorrenza – entro il 2025 si stima che saranno più di 300 i modelli elettrici disponibili all’acquisto – possa abbassare ulteriormente i costi e trainare una domanda ancora esigua: l’anno scorso, in Unione Europea sono state vendute 319mila auto elettriche (meno del 5% del totale), che potrebbero salire a 540mila nel 2020.

L’Unione Europea ha poi fissato il 2030 come orizzonte entro il quale sostituire il parco macchine circolante con mezzi meno inquinanti: da allora in avanti, i produttori potranno commercializzare veicoli con al massimo 59 grammi di CO₂ emessi per chilometro percorso, il che equivale a consumi di 2,2 litri di diesel equivalente ogni 100 chilometri. Secondo alcuni esperti, si tratta di un limite impossibile da rispettare, ma che, proprio per questo, potrebbe ulteriormente incoraggiare il passaggio all’auto elettrica. Per avere un impatto significativo sulle emissioni bisognerà tuttavia decarbonizzare la produzione di energia elettrica: a oggi le centrali generano elettricità per lo più mediante la combustione di gas e carbone, anche se la quota di produzione da fonti rinnovabili è, come detto, in rapida crescita.

Rimane poi il problema della velocità di ricarica e della durata delle batterie. Alla Pennsylvania State University sono recentemente riusciti a ricaricare in 10 minuti una batteria agli ioni di litio con quasi 300 chilometri di autonomia, promettendo di poterlo fare per almeno 2.500 cicli (oltre 800mila chilometri). Qualche mese prima, Tesla ha annunciato di aver messo a punto una batteria con un ciclo di vita da un milione di miglia, circa un milione e seicentomila chilometri.

Parallelamente, c’è chi lavora alla sintesi di combustibili meno inquinanti che possano rimpiazzare diesel e benzina, evitando la rottamazione dei veicoli oggi circolanti. Il più promettente tra questi gas sintetici è senza dubbio il metanolo, che può essere ricavato non solo dalla fermentazione della biomassa ma anche da rifiuti solidi inorganici. Si tratta però di una tecnologia concorrente a quella dei veicoli elettrici, ed è difficile prevedere quale delle due la spunterà negli anni a venire. Più in generale, la sensazione è che le alternative tecnologie per transitare alla neutralità del carbonio non manchino, ma per realizzare la “carbon neutrality” sarà prima necessario trovare la combinazione perfetta. Una combinazione che, ad oggi, non esclude l’ipotesi di una significativa riduzione dei consumi energetici, almeno fintanto che non ci approvvigioneremo interamente da fonti rinnovabili.

C’è poi il tema della compensazione delle emissioni e del sequestro della CO₂ in eccesso che abbiamo già immesso nell’atmosfera. Tra gli esperti, in molti confidano nelle cosiddette tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS), che estraggono l’anidride carbonica dai gas di scarico e la stoccano in forma compressa a grandi profondità. Ma catturare il carbonio con le CSS costa ancora troppo (circa 741 dollari a tonnellata di CO₂) affinché il sistema possa essere considerato economicamente sostenibile.
Meglio allora ricorrere alla piantumazione di alberi, che assorbono naturalmente l’anidride carbonica e la trasformano in biomassa vegetale. Si stima che per riportare la concentrazione di carbonio nell’atmosfera ai livelli precedenti alla rivoluzione industriale bisognerebbe piantare all’incirca 1.000 miliardi di nuovi alberi, 150 per ogni abitante della Terra. L’idea è certamente suggestiva e molto più fattibile di quanto non sembri, visti anche i numerosissimi progetti di forestazione urbana e rurale realizzati in giro per il mondo. La corsa alla neutralità del carbonio parte da qui.

l'autore
Alessio Giacometti