In questo terzo millennio, uno dei maggiori problemi che il mondo scientifico sta affrontando con maggiore impegno, è quello del risparmio energetico e il miglioramento dell’efficienza energetica in tutti i settori.
L’energia elettrica rappresenta uno di essi, grazie ad un’intensa attività nel campo della ricerca. La frontiera è oggi rappresentata dalle fonti energetiche di tipo green, nelle quali si cercano e dalle quali ci si aspettano risposte, sia per il risparmio energetico, che per la salvaguardia dell’ambiente, essendo assolutamente necessario ridurre le emissioni di CO2 (anidride carbonica) corresponsabile dell’effetto serra.
Abbiamo sviluppato la tecnologia Brevettata nyo® per la produzione di generatori di energia elettrica.
Questi innovativi generatori elettrici, riducono drasticamente il costo produttivo energetico, risolvendo le problematiche connesse con l’inquinamento ambientale derivante dalla produzione di energia elettrica, dato che non utilizzano nessun combustibile di tipo fossile per il loro funzionamento ed hanno un bassissimo impatto ambientale.
Il 72,7% dell'elettricità prodotta in Italia deriva da combustibili fossili di cui fa parte anche il carbone, la fonte energetica più nociva per il clima e la salute umana. Sono 330 i milioni di tonnellate di CO2 emesse nel 2015, emissioni che stanno contribuendo ad alterare il clima terrestre e dell’impatto sulla salute umana.
La produzione termoelettrica causa in Italia, morti premature e danni al Paese (di natura sanitaria, ambientale ed economica) pari a circa 2 miliardi di euro l’anno, mentre in Europa quella stessa produzione causa molte più morti premature l’anno e danni per circa 4,3 miliardi di euro.
Le emissioni delle centrali a carbone hanno un impatto sanitario ampiamente riconosciuto dalla comunità scientifica e che non può non generare preoccupazioni. Le nuove tecnologie riescono a ridurre quest’impatto ma, a confronto con altre tecnologie allo stato dell’arte, le emissioni dovute al funzionamento degli impianti a carbone risultano le peggiori. Le centrali a carbone, a parità di elettricità prodotta, emettono circa il doppio di CO2 di una centrale a gas.
A spingere ancora verso la produzione in impianti a carbone è, ovviamente, il minore costo (che però non si trasforma in risparmio per gli utenti) dato che, il prezzo di riferimento dell’elettricità sul mercato è infatti determinato con il meccanismo del prezzo marginale: le ultime centrali a gas realizzate fissano il prezzo di riferimento. Dunque, producendo energia elettrica con il carbone con impianti vecchi ha un notevole vantaggio economico, che però non viene percepito dagli utenti.
L’energia eolica è la fonte energetica in più rapida crescita al mondo, è una tecnologia solo apparentemente “semplice”, ma in realtà molto complessa.
Venti anni di progresso tecnologico hanno portato a turbine eoliche all’avanguardia, modulari e di rapida installazione. Un generatore eolico è cento volte più potente e più efficiente del suo equivalente di una ventina di anni fa, raggiungendo una disponibilità operativa del 98%; il che significa che le turbine restano ferme solo il 2% del tempo per le riparazioni, una performance di gran lunga superiore a quella di una centrale elettrica convenzionale.
E la mancata emissione di CO2 da parte dei generatori eolici durante il loro funzionamento li rende una importante svolta; le emissioni di CO2 legate alla produzione, installazione e manutenzione dei generatori eolici durante i venti anni del ciclo medio di vita, sono compensati dopo i primi tre-sei mesi di attività; il che significa più di diciannove anni di produzione energetica priva di danni ambientali.
Di contro, però, bisogna dire che hanno un notevole impatto paesaggistico, tanto che in molte zone l’installazione di impianti viene osteggiata dai residenti.
Esistono diversi modi per utilizzare l’energia solare, i due tipi principali di energia solare sono la fotovoltaica e la solare termica.
Il solare fotovoltaico consente la generazione di elettricità dalla luce. Il segreto di questo processo è l’uso di un materiale semiconduttore che può essere adattato per rilasciare elettroni, che formano la base dell’elettricità.
Un sistema fotovoltaico non ha bisogno di luce diretta del sole per funzionare, produce elettricità anche nelle giornate nuvolose, anche se con una produzione energetica molto più bassa.
Molti architetti stanno sempre più utilizzando le cellule fotovoltaiche come elemento integrante nei loro progetti. Per esempio, i pannelli solari possono sostituire i materiali convenzionali usati per i tetti. Moduli formati da una sottile pellicola flessibile possono persino essere integrati in tetti.
Il solare termico viene utilizzato per produrre acqua calda. Questa tecnologia è oramai molto matura e diffusa, dall’acqua calda di uso domestico e dal riscaldamento di edifici commerciali e residenziali al riscaldamento delle piscine, al riscaldamento utilizzato per i processi industriali e alla desalinizzazione dell’acqua potabile. Il suo costo è oramai molto basso consentendo un ritorno nella spesa in tempi molto brevi.
Nel solare a concentrazione grandi specchi concentrano la luce del sole in una linea singola o in punto. Il calore così concentrato può essere usato per generare vapore. Il vapore caldo ad alta pressione è usato per azionare delle turbine, che collegate a degli alternatori (come nelle centrali termoelettriche) generano elettricità.
Il solare termodinamico concentra i raggi del sole su un fluido posto in un tubo al centro dello specchio solare. Le alte temperature raggiunte dal fluido, consentono di produrre vapore caldo ad alta pressione per azionare delle turbine, che collegate a degli alternatori (come nelle centrali termoelettriche) generano elettricità.
Se tutta l’energia emessa dal sole venisse convertita in elettricità, sarebbe in grado di coprire diverse volte il consumo attuale di energia mondiale. Il problema è che di notte il sole non c’è, quindi non può produrre nulla, per cui un sistema di produzione di energia elettrica per la società non può dipendere solo dal fotovoltaico. E non è nemmeno ipotizzabile utilizzare le batterie su larga scala, ci sono dei limiti e dei vincoli che allo stato attuale della tecnologia delle batterie, non sono superabili, sia in termini di inquinamento produttivo e per lo smaltimento finale, oltre che per le performance tecniche e il costo economico.
Il gas è la forma "più pulita" di combustibile fossile e può essere utilizzato per generare sia calore che elettricità. Emette circa la metà della CO2 del carbone per ogni kilowattora generato. Il suo contributo al riscaldamento globale sembra destinato a crescere, nella prospettiva di un mondo ancora dipendente dalle fonti fossili, vista la sua maggiore disponibilità rispetto al petrolio. Negli ultimi anni si è assistito a una diffusione capillare del gas naturale quale fonte di produzione di energia elettrica e termica, specie nei Paesi occidentali.
Ma, anche se le sue emissioni di anidride carbonica a parità di energia prodotta, siano inferiori rispetto a carbone e petrolio, il gas è comunque una fonte fossile dannosa per il clima terrestre.
Di recente, inoltre, si assiste a una vera "rivoluzione" a seguito di innovazioni che consentono, a costi sostenibili, di accedere agli immensi giacimenti di gas intrappolati nelle rocce o nelle sabbie bituminose, processi di estrazione comunque estremamente dannosi sotto il profilo ambientale.
Il petrolio è la fonte primaria di energia sulla terra ed è anche una delle principali fonti di CO2. Esso è responsabile di un terzo delle emissioni causate dai combustibili fossili. I derivati del petrolio sono i combustibili usati in quasi tutti i veicoli a motore e aerei e in molti impianti di riscaldamento e centrali elettriche.
Si può dire che il petrolio è stato il combustibile che ha fatto girare il mondo, nel periodo di massima espansione. E attorno ad esso si sono create alleanze, combattuti conflitti, costruite dittature, calpestati diritti: il petrolio è stato, ed è ancora, il principale strumento di destabilizzazione geopolitica dei tempi moderni.
Negli ultimi anni, l'utilizzo del petrolio come fonte di produzione di energia e nei trasporti è in lento ma costante declino grazie alla grande diffusione delle fonti rinnovabili per la produzione elettrica e dall'altra, alla introduzione di motori più efficienti che riducono la domanda di carburanti.
Il petrolio, come gli altri combustibili di tipo fossile, è una risorsa finita, sono decenni che geologi e ambientalisti mettono in guardia sul suo esaurimento e sulla necessità di trovare alternative. Una necessità resa più urgente dall’aggravarsi del riscaldamento globale e dei cambiamenti climatici che ne derivano.
Per questo le attività petrolifere stanno aumentando le esplorazioni e la ricerca di petrolio in aree del Pianeta finora escluse, magari perché l’estrazione era considerata troppo costosa. Questa nuova “corsa all’oro nero” mette in pericolo regioni e habitat ancora incontaminati, allargando i confini della devastazione ambientale, quindi ancora una volta è l’ambiente a pagarne le spese.
Anche la massiccia diffusione delle nuove tecnologie comporta effetti sul clima molto più importanti di quanto si possa immaginare. Si prevede, ad esempio, che entro il 2020 il numero di dispositivi connessi supererà di quasi cinque volte la popolazione mondiale, con un importante aumento dei consumi energetici.
Ad esempio, il continuo aumento dell’uso di internet anche con i telefoni cellulari comporterà un forte aumento dei consumi energetici e quindi, una crescita delle emissioni di CO2.
Nei prossimi 25 anni, i consumi energetici mondiali aumenteranno del 45 per cento, sostenuti in particolare dallo sviluppo di Cina e India. Per far fronte a questo aumento, oltre a sviluppare sorgenti energetiche alternative, bisogna migliorare l’efficienza energetica della tecnologia elettronica, che rappresenta oggi, un elemento essenziale per mantenere la promessa di una società permeata dall’Information Technology.
Inoltre, data la continua crescita del numero di dispositivi connessi, emerge anche un importante aspetto che è quello della salvaguardia ambientale e che ci deve portare a perseguire l’efficienza energetica nel settore dell’Information Technology.
L’energia nucleare non serve a proteggere il clima; anche raddoppiando la potenza nucleare, l’effetto sulla riduzione delle emissioni di CO2 è solo del 5%.
Il contributo del nucleare per coprire il fabbisogno energetico mondiale è di circa il 2%. A questo livello di produzione, vengono utilizzate 65-70 mila tonnellate di Uranio all’anno.
Secondo l’IAEA (l’Agenzia internazionale per l’energia atomica di Vienna) le stime correnti delle risorse di Uranio “ragionevolmente certe” sono dell’ordine dei 3,5 milioni di tonnellate: dunque una quantità per coprire circa cinquant’anni di fabbisogno senza tener conto dell’aumento della richiesta per i prossimi anni, per cui l’orizzonte temporale per l’esaurimento di queste risorse è destinato a scendere proporzionalmente.
Senza considerare la CO2 emessa dal ciclo produttivo dell’Uranio che non è affatto marginale ed è destinata ad aumentare.
L'energia prodotta dalle centrali idroelettriche è da classificarsi a tutti gli effetti come energia rinnovabile in quanto, l'acqua può essere riutilizzata infinite volte per lo stesso scopo senza subire un processo di depurazione.
Nelle "centrali ad acqua fluente" l’acqua viene convogliata in un canale di derivazione e attraverso questo inviata alle turbine che ruotano grazie alla spinta dell'acqua, producendo così il movimento delle turbine, ognuna delle quali è accoppiata a un alternatore che trasforma il moto di rotazione in energia elettrica. La velocità impressa dall'acqua alle turbine viene generata attraverso una differenza di quota, detta "salto", che si traduce in pressione idrodinamica alla quota in cui sono posizionate le turbine.
A differenza delle "centrali ad acqua fluente" per le “centrali a bacino” viene creato un lago artificiale, detto bacino di carico, per mezzo dello sbarramento di una gola fluviale con una diga, da cui partono delle condotte forzate, le quali vengono arricchite da un pozzo piezometrico (interposto prima della turbina) che smorza ed evita gli effetti dirompenti del colpo d’ariete (enormi sovrappressioni che si generano quando la turbina viene fermata tramite la chiusa della condotta). A valle è presente un bacino di calma dove le acque turbolente appena uscite dalla centrale vengono fatte placare prima della reimmissione nel flusso normale del fiume.
A differenza delle "centrali a bacino" le “centrali con impianti ad accumulazione” sono dotate di un bacino di raccolta anche a valle; l'acqua che ha generato energia elettrica durante il giorno passando nelle turbine può essere riportata dal bacino di valle al bacino di monte durante le ore di minor richiesta di energia (ad esempio di notte), mediante pompaggio, utilizzando per questa operazione l'energia elettrica in eccesso prodotta dalle centrali di tipo "sempre acceso" e non diversamente accumulabile. In altre parole il bacino di monte viene "ricaricato" durante la notte e le masse d'acqua riportate a monte possono quindi essere riutilizzate nelle ore di maggiore richiesta energetica.
La temperatura globale media è aumentata di 0,8° centigradi dall'inizio della Rivoluzione industriale. Non sembra molto, ma le conseguenze sono enormi. Le calotte glaciali si stanno riducendo anno dopo anno. Situazioni climatiche estreme e cicloni sono in aumento. I cambiamenti climatici stanno già provocando danni all'ecosistema e mettendo in pericolo la vita di milioni di persone. Ed è solo l'inizio.
Sono gli esseri umani ad aver causato i cambiamenti climatici immettendo nell'atmosfera quantità eccessive di gas serra.
Possiamo diminuire le emissioni di CO2 del 50% entro il 2050. I paesi industrializzati dovranno diminuire le loro ancora di più, fino all’80%. Se lo faremo, potremo contenere l’aumento della temperatura globale sotto i 2° centigradi. Gli scienziati concordano che si tratta di una condizione essenziale per evitare che il clima vada del tutto fuori controllo.
Abbiamo bisogno di una vera rivoluzione energetica per raggiungere questo obiettivo. Questo significa cambiamenti fondamentali nei modi di produrre l’energia, nel modo in cui viviamo e viaggiamo.
C’è in atto una corsa allo sfruttamento delle centrali a biomassa; questo incremento è forte del fatto che tali impianti, adatti a produrre energia termica per il riscaldamento ed energia elettrica da immettere nella rete pubblica, gode di particolari incentivi economici.
Le centrali a biomassa usano la materia organica come combustibile. Se applicata secondo le regole, la biomassa può essere una preziosa fonte di energia rinnovabile, ma molto dipende dal metodo di produzione del carburante, cioè della biomassa stessa.
Alcune potenziali fonti di combustibile per le centrali a biomassa includono:
Ma è necessario chiarire bene il concetto e la definizione di biomassa, troppi materiali, troppe provenienze diverse e troppi i campi di utilizzo, troppe anche le fonti legislative e istituzionali che danno definizioni diverse creando confusione e scappatoie. Possiamo dire che in queste definizioni di biomassa, si trovano una marea di materiali che con ciò che possiamo definire "bio", hanno davvero ben poco a che vedere!
La corsa alle centrali a biomassa è partita anche grazie ad una serie assurda di incentivi sulla produzione elettrica, infatti hanno dei rendimenti energetici disastrosi. Se non ci fossero gli incentivi, per produrre energia elettrica nessuno azzarderebbe la costruzione di tali impianti che di sostenibile non hanno nulla, spacciandolo per fonte rinnovabile e mistificando una realtà che, invece è ben diversa e che, molto spesso, mette a serio rischio la salute pubblica.