NOI E L’ENERGIA

Ne sappiamo abbastanza ?

sergio benassai

Cos’è l’energia ?

E’ la capacità di compiere un lavoro.

Ogni trasformazione richiede energia.

Richiede energia il vivere: ogni giorno consumiamo cibo che serve a fornirci le energie necessarie

Richiede energia il muoversi, a piedi, in bicicletta, in automobile, in aereo

Richiede energia lo svolgere qualunque attività, dallo spaccare pietre allo scrivere

Richiede energia trasformare le materie prime in oggetti

Richiede energia la produzione di calore per riscaldare i cibi, l’acqua, gli ambienti.

L’energia si misura in joule (J)

Un joule è il lavoro richiesto per esercitare una forza di un newton per una distanza di un metro.

Qualche esempio

Un J è l’energia necessaria per:

- sollevare una massa di circa 100 g per un metro, opponendosi alla forza di gravità terrestre

- poter vedere per 0,05 sec la TV

- a percorrere con una automobile media circa mezzo millimetro

E cosa serve per produrre un J ?

Per rendere le cose più comprensibili parliamo di MJ (1 milione di joule), cioè di quello che serve per guardare la TV per 14 ore o per percorrere in auto 500 metri (o anche per compiere per un giorno un lavoro manuale mediamente faticoso).

Per produrre un 1 MJ servono:

- 60 g di zucchero (per avere l’energia biologica necessaria per lavorare)

- 0,026 litri di benzina (per alimentare il motore di una automobile)

- 5 minuti di sole su un metro quadro (usando pannelli fotovoltaici con rendimento energetico del 10%)

- 3 mg di U arricchito al 3,5% (in una centrale elettronucleare)

Come valutare (per poi scegliere fra) le diverse fonti energetiche ? Sono molti gli aspetti che devono essere presi in considerazione:

- il rendimento energetico

- il rapporto fra energia prodotta e energia consumata per rendere disponibile la fonte energetica

- la disponibilità delle materie prime

- l’inquinamento prodotto

- i costi

- l’accettabilità sociale

Il rendimento energetico (1)

l rendimento energetico indica la percentuale di energia consumata che viene effettivamente utilizzata per lo scopo voluto

Qualche esempio:

1) una centrale termoelettrica può avere un rendimento del 60%

2) un pannello fotovoltaico può avere un rendimento del 15%

Il rendimento energetico (2)

3) Una automobile alimentata a gasolio ha un rendimento del 33%, vale a dire che utilizza il 33% dell’energia teoricamente disponibile nel gasolio

4) Una automobile elettrica alimentata a idrogeno (con l’idrogeno ottenuto utilizzando l’energia elettrica fornita da una centrale termoelettrica alimentata a gasolio) ha un rendimento del 19% , vale a dire che utilizza il 19% dell’energia teoricamente disponibile nel gasolio, perché bisogna:- produrre energia elettrica nella centrale termoelettrica: rendimento 60%- produrre idrogeno con energia elettrica: rendimento 95%- liquefare idrogeno: rendimento 80%- trasformare (nel veicolo) l’idrogeno in energia elettrica: rendimento 45%- far girare il motore elettrico del veicolo: rendimento 90%

Il rapporto fra energia prodotta e energia consumata per rendere disponibile la fonte energetica (1)

Con riferimento ad esempi precedenti, bisogna tener conto che sia lo zucchero che la benzina (o il gasolio), sia i pannelli fotovoltaici che le centrali elettronucleari, per poter sviluppare e mettere a disposizione l’energia che contengono, devono, a loro volta essere prodotti, trasportati, manipolati, ecc., tutte attività che, a loro volta, richiedono energia.

Il rapporto fra energia prodotta e energia consumata per rendere disponibile la fonte energetica (2)

Le barbabietole (o la canna) da zucchero vanno seminate, coltivate, raccolte, raffinate e quindi lo zucchero deve essere imballato e trasportato fino alla nostra tavola (o al bar).

La benzina deve essere raffinata dal petrolio che a sua volta deve essere estratto e trasportato alla raffineria; e la benzina deve quindi essere trasportata fino ai distributori

Il rapporto fra energia prodotta e energia consumata per rendere disponibile la fonte energetica (3)

L’energia solare deve essere “raccolta” da impianti che devono essere costruiti, a partire dalla estrazione e raffinazione delle materie prime che li costituiscono, e quindi assemblati, trasportati, montati nel luogo richiesto

Le centrali elettronucleari richiedono l’estrazione, raffinazione, arricchimento dell’uranio e quindi la costruzione delle centrali, prevedendo anche il loro smantellamento e lo smaltimento dei rifiuti radioattivi.

Il rapporto fra energia prodotta e energia consumata per rendere disponibile la fonte energetica (4)

E l’energia (ad esempio elettrica) infine deve essere resa disponibile dove e quando serve e quindi deve essere trasportata (altro consumo di energia) e stoccata.

E tutto ciò richiede consumo di energia.

Il rapporto fra energia prodotta e energia consumata per rendere disponibile la fonte energetica (5)

Per questo si fa riferimento al cosiddetto EROEI (Energy Return On Energy Investment), che è il rapporto fra l’energia che un impianto produrrà durante la sua vita attiva e l'energia che è necessaria per costruire, mantenere, e poi smantellare l'impianto (energia prodotta divisa per energia consumata).

Il rapporto fra energia prodotta e energia consumata per rendere disponibile la fonte energetica (6)

Tecnologia EROEI

Idroelettrico 30 - 300Petrolio 5 - 15Nucleare 5 - 100Solare fotovoltaico 2 - 10Carbone 2 - 30Gas naturale 1 - 25

Il rapporto fra energia prodotta e energia consumata per rendere disponibile la fonte energetica (7)

Un altro modo di valutare il rapporto fra energia prodotta e energia consumata è il cosiddetto EPBT o EPT (Energy Payback Time) che indica il tempo necessario per produrre l’energia utilizzata per costruire, smantellare e smaltire l’impianto.La relazione fra EROEI e EPBT è: Durata dell’impiantoEPBT = EROEI

Il rapporto fra energia prodotta e energia consumata per rendere disponibile la fonte energetica (8)

Naturalmente questi numeri dipendono da tanti fattori:- durata stimata dell’impianto- avanzamento tecnologico- disponibilità “materia prima” (ad esempio: il petrolio, prima degli anni ’70, aveva un EROEI di 50 – 100)

La disponibilità delle materie prime (1)

Comunemente si dice che il mondo ha ancora riserve di:- 40 anni per il petrolio-. 70 anni per il gas naturale. 150 anni per il carbone Ma, naturalmente, questi numeri sono basati su certe ipotesi.Ad esempio, l’utilizzo degli scisti bituminosi, già allo studio, potrebbe aumentare notevolmente la riserva disponibile per il petrolio.

La disponibilità delle materie prime (2)

Meno nota è invece la disponibilità di altre materie prime, che pure sono essenziali per alcune fonti energetiche (in particolare per quelle rinnovabili). Il Department of Energy degli USA si è in particolare concentrato sui seguenti elementi chimici:

cerio, cobalto, disprosio, europio, gallio, indio, ittrio, lantanio, litio, neodimio, praseodimio, samario, terbio e tellurio

che sono utilizzati nelle batterie per i veicoli elettrici, nelle turbine per le pale eoliche, nelle celle solari.

La disponibilità delle materie prime (3)

Nei prossimi 15 anni la situazione si farà critica per quanto riguarderà la disponibilità di disprosio, europio, ittrio, neodimio e terbio.

La criticità non dipende solo dalla effettiva consistenza delle riserve mondiali di tali elementi, ma anche dalla decisione dei paesi produttori (in particolare la Cina) di rendere tali riserve disponibili a livello mondiale.

L’inquinamento prodotto (1)

Definire cosa sia l’inquinamento non è una cosa semplice.

C’è l’inquinamento da:- materie pericolose per la salute e per l’ambiente- rumore- calore (le acque di scarico delle centrali termoelettriche)

E c’è la modifica dell’habitat naturale, del paesaggio, la costruzione delle infrastrutture necessarie (reti elettriche, viabilità, ecc.)

L’inquinamento prodotto (2)

Anche limitandoci alla sola emissione di materie pericolose per la salute e per l’ambiente, nel valutare l’inquinamento prodotto dalle diverse fonti energetiche, è importante far riferimento all’intero ciclo e quindi non valutare solo l’inquinamento prodotto durante la produzione di energia, ma anche quello prodotto per “costruire” gli impianti (compresa la estrazione e lavorazione delle materie prime) e per il lorosmantellamento/smaltimento

L’inquinamento prodotto (3)

Emissione CO2 (g/kWh)

Tecnologia CO2

Centrale a carbone 1000Centrale a petrolio 700Centrale a gas naturale 400Centrale nucleare 10Pannello fotovoltaico 20

L’inquinamento prodotto (4)

Emissione Cd (μg/kWh)

Tecnologia Cd

Centrale a carbone 3Centrale a petrolio 40Centrale a gas naturale 0,2Centrale nucleare 0,5Pannello fotovoltaico 1

L’inquinamento prodotto (5)

Questi belli …… e questi brutti ?

L’inquinamento prodotto (6)

Vi sono diversi studi sui danni alla salute prodotti dall’inquinamento.

Stime attribuite all’Organizzazione Mondiale della Sanità riportano valori dell’ordine di 300.000 morti all’anno, nel mondo, dovute alle conseguenze sulla salute dell’inquinamento prodotto dalle centrali termoelettriche

L’inquinamento prodotto (7)

Uno studio americano riporta le seguenti valutazioni per il numero di morti attribuibili alla produzione di 1 TWh (1 miliardo di KWh):

Tipologia di impianto Morti per anno per TWh

Carbone 161

Petrolio 36

Gas naturale 4

Solare 0,44

Eolico 0,1

Idroelettrico 0,1

Nucleare 0,04

I costi

?

Dipende ….

- dalle normative- dagli incentivi- dal sistema finanziario

L’accettabilità sociale (1)

NIMBY (Not in My BackYard: non nel mio cortile)

L’accettabilità sociale (2)

Abitereste qui vicino ?

Il problema: come decidere ? (1)

?

rendimento inquinamento

costi accettabilità

Il problema: come decidere ? (2)

la scienzala tecnical’economia

NON POSSONO DARE “LA RISPOSTA”

Il problema: come decidere ? (3)

E’ la politica (intesa come la decisione delle/gli elette/i dal nostro voto) che dà la risposta.

Ma quale garanzia che sia la decisione giusta ?Nessuna !

Il problema: come decidere ? (4)

Ma c’è un’ alternativa ?

Forse NO e forse SI’.

Il problema: come decidere ? (5)

Forse NO , se pensiamo che ogni persona possa acquisire tutte le nozioni necessarie per una valutazioneche tenga conto di tutti i parametri

Il problema: come decidere ? (6)

Forse SI’ , se pensiamo che ogni persona possa comunque decidere anche senza acquisire tutte le nozioni necessarie per una valutazione che tenga conto di tutti i parametri

Il problema: come decidere ? (7)

E, comunque, ogni decisione non sarà mai la “verità”: sarà quella che riteniamo la decisione migliore. E, magari, fra qualche anno, scopriremo di aver sbagliato.

Ma “errare humanum est”: basta ricordarselo !

Una postilla molto personale (1)

Quando studiavo (molti anni fa) ingegneria nucleare, già si parlava di “fusione nucleare”.10-15 anni fa avevo addirittura sul mio tavolo, per una valutazione di sicurezza, il progetto del “reattore a fusione”.

Ma che fine ha fatto ?

Una postilla molto personale (2)

Lasciamo perdere la fusione fredda (magari fosse vera !)

Ma possibile che dopo 30-40 anni siamo ancora ai preliminari ? Eppure il sole funziona da qualche miliardo di anni !

Per concludere

L’energia: problema complicato, come tanti altri

Non esiste “la soluzione”

La MIA scelta: decidere, consapevoli di poter sbagliare, ma, per quanto possibile, lasciare aperta la possibilità di ripensare le scelte