La sfida tra le tecnologie energetiche del prossimo futuro
Dove andremo tra le rinnovabili e l’idrogeno, il metano che non scompare, il petrolio ancora indispensabile, il divisivo nucleare?
Dove andremo tra le rinnovabili e l’idrogeno, il metano che non scompare, il petrolio ancora indispensabile, il divisivo nucleare?
Immagino le chiacchiere del futuro nel bar virtuale. Ho comprato il Purple Hydrogen, l’idrogeno atomico. Mi trovo meglio con il Green Super Idro, l’idrogeno dalle fresche acque delle nostre Alpi. Vado a fare il pieno di metano bio al depuratore comunale. Chiacchiere immaginarie sì, ma non così lontane dalla realtà del possibile: le tecnologie citate sono tutte già serenamente disponibili.
Dove andremo, where are we going, 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 di orticaria 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.
Di sicuro, il domani dell’energia si muoverà soprattutto con le fonti pulite. Soprattutto, ma non soltanto.
Vento e sole e il problema dell’incostanza
Le fonti rinnovabili che piacciono di più, cioè vento e sole, hanno due problemi più rilevanti di altri. Il primo problema è l’incostanza. Vi sono giornate di bonaccia in cui le eliche non si spostano di mezzo giro e giornate di cielo coperto in cui i pannelli fotovoltaici non rilasciano alcun flusso di corrente. Si chiamano “rinnovabili intermittenti”, in contrapposizione con le “programmabili” come le biomasse o l’idroelettrico con la diga, le quali ivnece possono essere modulate secondo il fabbisogno dei consumatori.
Ma i consumatori e le fabbriche – e tutto il resto del mondo che ha bisogno di elettricità: i frigoriferi, i computer, i fari sulla costa, 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 s’accendono in pochi istanti e si spengono non appena la nuvola smette di ombreggiare i pannelli.
Gli impianti aggiuntivi che sarebbero necessari
Se si volesse andare al 100% rinnovabili in Italia sono necessari – dicono le stime degli esperti - impianti aggiuntivi per una potenza oltre gli 87mila megawatt altamente flessibili. Nel dettaglio, 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 – presente in Italia con alcuni grandi stabilimenti come la fabbrica Grandi Motori di Trieste – ha sviluppato enormi motori a cilindri e pistoni simili alle macchine delle navi; sono capaci di di generare più di 10 megawatt in due minuti e possono essere tarati per usare idrocarburi non fossili di sintesi oppure biocarburanti, oppure idrogeno.
Il secondo problema che hanno le fonti rinnovabili d’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. La bassa densità energetica significa 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. 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. Questa caratteristica rende 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.
I sostenitori e i contestatori ai singoli progetti
Non è un caso se in Italia le fonti rinnovabili d’energia trovano tanti sostenitori entusiasti ma al tempo stesso tante contestazioni ai singoli progetti. Non c’è progetto eolico che non abbia un comitato di contestazione né un sindaco (un funzionario, una comunità montana, un assessore e così via) che si metta di traverso. Entusiasti sostenitori dell’energia pulita, pugnaci difensori dell’ambiente, tenaci propugnatori della sostenibilità purché non qui perché (ripeto la frase-tipo più ricorrente, che è ormai una barzelletta) “devasterà questo territorio vocato per il turismo culturale e l’agricoltura di qualità”.
Il caso più recente è quello dell’Abruzzo che vieta con una legge regionale gli impianti rinnovabili dove là ci sono colture di pregio (non esiste spicchio d’Abruzzo in cui un orticello non racchiuda una coltura di pregio) o beni paesaggistici da difendere (non esiste angolo d’Abruzzo dove non vada tutelato il sublime paesaggio).
Le previsioni del green deal della 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. Secondo 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%). In altre parole, nota amareggiato il presidente dell’associazione confindustriale Elettricità Futura, “di questo passo l’Italia raggiungerà non prima del 2085 l’obiettivo europeo previsto per il 2030”.
Il metano fossile e gli idrocarburi non fossili
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. Ma degli idrocarburi, continuerà l’uso del metano, sebbene contestato per le perdite fuggitive di gas dai giacimenti, lungo i metanodotti, negli impianti. È il combustibile di transizione perché tra gli idrocarburi è il meno indigesto.
Ma qualcosa di interessante accade su altri idrocarburi: 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 (i trattini sono voluti) idro-geno con il carb-onio della CO2 e ricreando così l’idro-carburo.
L’idrogeno a colori
Soprattutto le società del gas puntano sull’idrogeno, che sempre gas è. Ma che colore ha l'idrogeno? Oggi lo definiamo con diversi colori secondo la sua origine. Beninteso, non si tratta della tonalità reale dell'elemento; l'idrogeno è del tutto trasparente e invisibile. Il colore viene assegnato per definire con semplicità immediata il modo in cui viene estratto dalle molecole in cui è combinato. C'è un solo modo per ottenere idrogeno: staccarlo dalle molecole in cui è combinato. E per fare ciò serve energia. L’idrogeno può essere strappato dal metano o dagli altri idrocarburi, oppure può essere estratto dall'acqua scomponendola nei due elementi costitutivi, cioè idrogeno e ossigeno.
Come si estrae l’idrogeno dall’acqua? Facendo attraversare l’acqua da un flusso molto potente di corrente elettrica: il liquido si scompone nei due elementi costitutivi, ossigeno e idrogeno, che gorgogliano a bolle. Per produrre quella corrente elettrica, però, si può usare una centrale a carbone, una centrale alimentata dal sole o dal vento, una centrale nucleare e così via. Poiché 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. Va fatta chiarezza, prima che qualche estremista combini pasticci: l’idrogeno estratto dal biometano (impatto neutrale sulla CO2) o con elettricità da biomasse è verde.
Il nucleare non è morto
Quando 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.
Se durante la produzione i costi del chilowattora prodotto sono competitivi, il primo 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 là dove ci sono forti garanzie del sistema pubblico. Ma le nuove minicentrali a basso costo come quelle proposte da Bill Gates potrebbero cambiare le prospettive.