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Fattori di emissione atmosferica di CO2 nel settore elettrico ed analisi della decomposizione delle emissioni.

Antonio Caputo, ISPRA

Introduzione

Le emissioni di anidride carbonica per la generazione elettrica rappresentano una delle principali componenti delle emissioni di gas serra nazionali. Il continuo incremento della domanda elettrica nonch la propriet di sorgente puntiforme degli impianti di produzione rendono il settore della generazione elettrica particolarmente rilevante in relazione alle possibili strategie di riduzione delle emissioni atmosferiche di gas serra. La riduzione delle emissioni pu essere realizzata in diversi modi: incremento dellefficienza energetica, utilizzo di combustibili fossili con fattori di emissione pi bassi, oppure incremento della produzione elettrica da fonti rinnovabili. In particolare, ladozione di tecnologie a maggiore efficienza pu interessare sia il settore della produzione elettrica, con conseguente riduzione dellutilizzo di combustibili fossili, sia il settore dei consumi elettrici nelle utenze finali, con riduzione della domanda elettrica.

La stima delle emissioni provenienti dal parco termoelettrico per i singoli combustibili fossili con i rispettivi fattori di emissione rappresenta pertanto un elemento di conoscenza fondamentale per valutare gli effetti di strategie di riduzione delle emissioni dal settore elettrico. In tale contesto i fattori di emissione per la generazione ed il consumo di energia elettrica rappresentano strumenti idonei per la valutazione del contributo delle fonti rinnovabili nel settore elettrico ai fini della riduzione delle emissioni di gas serra nonch per il monitoraggio degli obiettivi fissati dalla normativa in tale ambito.

Materiali & metodi

I fattori di emissione per la produzione ed il consumo di energia elettrica considerati nel presente articolo sono stati calcolati in base al consumo di combustibili comunicati ad ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale) da TERNA1 a partire dal 2001, mentre i dati precedenti al 2001 sono pubblicati da ENEL.

I fattori di emissione dei combustibili utilizzati nella generazione elettrica sono stati calcolati a partire dal contenuto di carbonio e dal potere calorifico dei rispettivi combustibili. Per ognuno dei principali combustibili, quali gas naturale, carbone ed olio combustibile sono state adottate specifiche procedure. Di seguito si riporta una sintesi delle metodologie adottate; per maggiori dettagli si rimanda allItalian Greenhouse Gas Inventory 1990-2010 - National Inventory Report del 20122.

Il gas naturale importato regolarmente analizzato ai contatori di ingresso dagli operatori della rete di trasmissione (SNAM Rete Gas). Il contenuto chimico ed il potere calorifico del gas importato e di quello prodotto sul territorio nazionale sono i principali parametri oggetto delle analisi. I dati sono regolarmente pubblicati da SNAM Rete Gas3. In questo modo possibile stimare, anno per anno, il contenuto medio di carbonio ed il fattore di emissione del gas naturale utilizzato in Italia.

Per quanto riguarda lolio combustibile la stima dei fattori di emissione stata elaborata considerando i dati disponibili in letteratura ed i risultati delle analisi condotte da ENEL4 su pi di 400 campioni. Il contenuto di carbonio dellolio combustibile presenta variazioni in relazione al contenuto di zolfo, pertanto possibile stimare il fattore di emissione medio a partire dal mix di olio a basso, medio ed elevato contenuto di zolfo. 1 Principale proprietario della Rete di Trasmissione Nazionale di energia elettrica ad alta tensione.

2 Allegato 6, National emission factors.

3 SNAM Rete Gas, Bilancio di Sostenibilit, vari anni.

4 ENEL, comunicazione dei dati ad ISPRA.

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Il combustibile solido utilizzato in Italia solo in minima parte di origine nazionale, la maggior parte viene importato da diversi paesi. I dati relativi alle quantit importate annualmente sono resi disponibili dal Ministero dello Sviluppo Economico (BPT, Bollettino petrolifero trimestrale5). Il contenuto di carbonio nel combustibile presenta una relazione con il contenuto di idrogeno e con il potere calorifico inferiore. Il combustibile solido presenta una elevata eterogeneit in relazione allumidit e contenuto in ceneri, parametri che possono rendere estremamente incerta la stima del contenuto di carbonio. La qualit delle stime pu essere pertanto migliorata considerando lumidit del carbone. Attualmente i limiti della stima del fattore di emissione del carbone sono superati con la seguente procedura:

- ENEL ha analizzato pi di 200 campioni di carbone importato in un paio di anni per determinare un ampio set di parametri. In tal modo stato possibile correlare il potere calorifico inferiore ed il contenuto di carbonio alle caratteristiche medie del carbone calcolate a partire da dati di letteratura6;

- per ogni anno possibile calcolare la media pesata del potere calorifico inferiore ed il contenuto di carbonio del carbone importato utilizzando i dati di letteratura;

- utilizzando i valori calcolati e la correlazione individuata possibile stimare il contenuto di carbonio medio del carbone. Dal 2008 la disponibilit di dati sul contenuto di carbonio presente nei combustibili utilizzati dai singoli impianti per ogni anno consente di affinare la stima.

A partire dal 2005 i fattori di emissione di una serie di combustibili (coke di petrolio, gas derivati, gas di raffineria, gas di sintesi, gas residui da processi chimici) sono stati calcolati in base ai dati comunicati al Comitato nazionale per la gestione della Direttiva 2003/87/CE dagli impianti che rientrano nel sistema Emissions Trading Scheme (ETS). Tali dati sono soggetti ad un processo di verifica che accerta l'affidabilit, credibilit e precisione dei sistemi di monitoraggio, dei dati e delle informazioni presentate e riguardanti le emissioni rilasciate dall'impianto. (D. Lgs 4 aprile 2006, n. 216, art. 16, c.1). La verifica dei dati pervenuti al Comitato rendono i dati particolarmente utili e affidabili per valutare le caratteristiche dei diversi combustibili ed il relativo uso nel parco termoelettrico italiano. Precedentemente al 2005 sono stati utilizzati fattori di emissione disponibili in letteratura o da raccolte dati presso gli impianti industriali.

I combustibili utilizzati per la produzione elettrica sono raggruppati in 6 macrocategorie in relazione alle rispettive caratteristiche fisiche e chimiche: combustibili solidi, gas naturale, gas derivati, prodotti petroliferi, altri combustibili non rinnovabili e combustibili rinnovabili (Tab. A1).

Analisi della decomposizione

La variazione delle emissioni di gas serra della produzione elettrica del parco termoelettrico nazionale dovuta a variazioni della tecnologia di generazione elettrica, al combustibile fossile utilizzato, al contributo delle fonti rinnovabili ed allincremento della domanda elettrica. Al fine di valutare il contributo relativo delle principali componenti stata effettuata una analisi della decomposizione. Tale metodologia stata applicata dallIstituto di Statistica della Germania (Seibel, 2003) per lanalisi dei dati ambientali.

Il punto di partenza di questa analisi la costruzione di unidentit in cui la variabile esaminata indicata come prodotto delle componenti che sono considerate cause determinanti (APAT, 2007). Affinch lidentit sia rispettata le componenti devono essere definite come rapporti, dove il denominatore di una componente il numeratore della componente successiva. Lidentit fornita a priori in relazione ai dati disponibili ed allobiettivo dellanalisi considerando il modello concettuale che spieghi i fattori che ragionevolmente possono influenzare la variabile considerata. Lidentit individuata nel presente studio la seguente:

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- CO2i lanidride carbonica emessa dalla tipologia di combustibile fossile i; 5 MSE, vari anni.

6 EMEP/CORINAIR, 2007

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- E.E.i lenergia elettrica prodotta dalla tipologia di combustibile fossile i; - E.E.F lenergia elettrica prodotta dai combustibili fossili; - E.E.T lenergia elettrica totale prodotta, comprese le fonti rinnovabili.

Il primo fattore dellequazione valuta leffetto tecnologico, in termini di variazione temporale dei fattori di emissione delle diverse tipologie di combustibili fossili; tale variazione un indicatore dellincremento di efficienza degli impianti termoelettrici nel processo di trasformazione delle fonti fossili in energia elettrica. In altri termini viene valutato leffetto della variazione di intensit emissiva nella generazione elettrica. Il secondo fattore prende in considerazione leffetto della variazione del mix combustibile, ovvero la variazione della frequenza relativa dei diversi combustibili caratterizzati da differenti fattori di emissione. Il terzo fattore valuta leffetto della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili considerando la variazione del rapporto tra energia elettrica da fonte fossile ed energia elettrica totale. Infine il quarto fattore considera leffetto della variazione di energia elettrica totale prodotta.

In base allequazione (1) lemissione atmosferica pu essere quindi decomposta nei diversi fattori, valutando leffetto della variazione di un fattore lasciando invariati gli altri fattori. Nellanalisi di decomposizione effettuata stato assunto un contributo indipendente dei quattro fattori sulla variazione delle emissioni atmosferiche. Leffetto finale valutato in termini additivi per i fattori considerati. Siano a, b, c, d i fattori che contribuiscono alla variazione delle emissioni (E) in un intervallo temporale tra 0 ed x, allora la decomposizione pu essere rappresentata come segue:

(2)

Poich non esiste una sola decomposizione della variazione di E nellintervallo temporale 0-x, la decomposizione viene effettuata per tutte le n combinazioni possibili di stati temporali dei fattori invariati. Il risultato della decomposizione sar la media di tutte le decomposizioni calcolate. Nel presente studio stato quindi applicato il metodo proposto da Dietzenbacher e Los (1998). Per maggiori dettagli sulla metodologia si rimanda a Seibel, 2003 e APAT, 2007.

Risultati e discussione

La quantit CO2 atmosferica emessa nel 2010 in seguito alla produzione di energia elettrica stata di 118,4 Mt, pari al 27,8% delle emissioni nazionali di anidride carbonica (426,1 Mt CO2) e 23,6% delle emissioni di gas serra (501,3 Mt CO2eq) 7. Gli impianti termoelettrici costituiscono la principale sorgente emissiva del settore delle industrie energetiche che, ai fini dellInventario Nazionale delle Emissioni, comprende anche le raffinerie e le cokerie; nello stesso settore sono inoltre comprese le emissioni fuggitive. Le emissioni fuggitive sono dovute alle perdite di metano dalle reti di distribuzione, dai campi di coltivazione degli idrocarburi e dallo stoccaggio di combustibili fossili. Nel 2010 il settore delle industrie energetiche ha emesso 135,0 Mt CO2. Va tuttavia precisato che le emissioni atmosferiche da generazione elettrica comprese nel settore sono relative allenergia elettrica direttamente immessa in rete, mentre le emissioni dovute alla produzione di energia elettrica destinata allautoconsumo, pari a 11,2 Mt CO2, sono annoverate nei settori di appartenenza delle rispettive attivit (raffinerie, cokerie e acciaierie, industrie manifatturiere e altro). Inoltre una quota significativa dellelettricit prodotta dallincenerimento dei rifiuti riportata nel settore dei servizi.

Il grafico di seguito riportato mostra il confronto tra le emissioni di anidride carbonica originate dai diversi settori nel 1990 e nel 2010.

7 Italian Greenhouse Gas Inventory 1990-2010. National Inventory Report 2012

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Figura 1 Emissioni di gas serra per settore nel 2010 e nel 1990.

Nel 2010 in seguito alla generazione di energia elettrica viene emessa in atmosfera una quantit di CO2 confrontabile con le emissioni di CO2 provenienti dal settore dei trasporti (118,0 Mt CO2). Le caratteristiche delle sorgenti emissive dei due settori consentono una maggiore potenzialit di riduzione delle emissioni per il settore elettrico rispetto al settore dei trasporti. Il settore elettrico infatti caratterizzato da poche decine di sorgenti fisse di grandi dimensioni, mentre il settore dei trasporti da milioni di sorgenti mobili di piccole dimensioni. Nel periodo dal 1990 al 2010 il settore delle industrie energetiche mostrano una riduzione delle emissioni di CO2 (-3,5%), mentre nel settore dei trasporti si osserva una considerevole crescita delle emissioni (+15,3%).

La produzione di energia elettrica da fonti fossili rappresenta il 73,2% della generazione elettrica nazionale nel 2010 (Tab. A2 in Appendice). La produzione elettrica da fonti rinnovabili, al netto della produzione idroelettrica da pompaggi, stata pari al 25,5% della produzione nazionale nel 2010 (Tab. A3 in Appendice). Lenergia elettrica di origine termica - comprese le bioenergie - rappresenta quindi la quota prevalente della produzione elettrica nazionale (80,2% media del periodo 1990-2010). La percentuale media della produzione termoelettrica lorda ha un andamento piuttosto variabile in relazione alle oscillazioni della produzione idroelettrica che incide mediamente per il 17,5%. Il contributo della fonte idroelettrica presenta fluttuazioni legate al regime pluviometrico, mentre il contributo delle fonti non tradizionali eolico, solare, rifiuti, biocombustibili, biogas presenta una rapida crescita nellultimo decennio, passando dal 2,5% del 2000 al 8,6% della generazione elettrica del 2010. I dati del 2011 pubblicati da TERNA mostrano una rapida impennata della produzione fotovoltaica che aumenta di un fattore 5,7 rispetto alla produzione dellanno precedente, ed una crescita del 8,0% della produzione da eolico.

In Figura 2 sono riportate le quote della produzione elettrica lorda dalle rispettive fonti dal 1990 al 2010. Dal 1990 risulta evidente un costante incremento del gas naturale a scapito dei prodotti petroliferi. Inoltre a partire dal 2000 si nota la crescente quota degli altri combustibili non rinnovabili, costituiti in maniera sempre pi rilevante dai rifiuti.

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Figura 2 Quota di produzione elettrica lorda per fonte dal 1990 al 2010.

Le emissioni atmosferiche di CO2 dovute alla combustione di prodotti petroliferi hanno rappresentato, fino alla prima met degli anni 90, una quota rilevante delle emissioni totali dal settore elettrico. Nel 1995 la quota emissiva da prodotti petroliferi ammontava al 60,3% delle emissioni per la generazione termoelettrica. Successivamente la quota di CO2 da prodotti petroliferi costantemente diminuita fino ad arrivare al 5,6% delle emissioni del settore termoelettrico nel 2010 (Tab. A4 in Appendice).

Le emissioni atmosferiche dovute al gas naturale mostrano un notevole incremento dal 1990 in ragione dellaumento del consumo di tale risorsa fossile nel settore elettrico. La quota di CO2 emessa per combustione di gas naturale passa infatti dal 15,0% nel 1990 al 48,5% nel 2010. La quota di emissioni da combustibili solidi, principalmente carbone, ha visto una consistente riduzione dal 1990, quando rappresentava poco pi di un quinto delle emissioni del settore termoelettrico (22,6%), fino al 2000, quando la quota era pari al 16,2%. Successivamente stato osservato un costante incremento della quota di emissioni da combustibili solidi e nel 2010 rappresenta il 29,3% delle emissioni atmosferiche del settore.

Nella Figura 3 viene rappresentato landamento delle emissioni atmosferiche di CO2 originate dalla combustione delle diverse fonti fossili per la produzione elettrica.

Figura 3 Andamento delle emissioni da produzione termoelettrica per combustibile dal 1990 al 2010.

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In Tabella 1 sono riportati i fattori di emissione specifici per le diverse tipologie di combustibili utilizzati nelle centrali termoelettriche nazionali. I gas derivati presentano i fattori di emissione pi elevati tra i combustibili fossili, seguiti dai combustibili solidi e dai prodotti petroliferi; il gas naturale mostra fattori di emissione pi bassi, mentre per gli altri combustibili si osserva una rapida diminuzione del fattore di emissione successivamente al 2000.

Tabella 1 Fattori di emissione di anidride carbonica da produzione termoelettrica lorda per combustibile.

Combustibili 1990 1995 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 gCO2/kWh lorda Solidi 890,4 874,3 881,4 901,8 888,3 913,2 918,6 892,7 872,2 Gas naturale 483,4 476,2 445,0 394,0 383,4 381,5 377,8 376,6 375,8 Gas derivati 1.900,0 1.898,7 2.024,8 1.877,6 1.866,4 1.796,3 1.695,1 1.596,4 1.662,6 Prodotti petroliferi 682,5 676,5 678,0 686,6 698,8 715,0 704,0 783,8 667,1 Altri combustibili[1] 2.106,0 4.145,3 1.625,0 542,7 596,0 614,9 566,8 454,2 509,1 Altri combustibili[2] 2.343,2 6.044,6 2.213,4 752,1 829,7 853,3 809,4 743,0 854,3 Totale termoelettrico[1] 708,4 691,9 649,2 568,2 560,5 546,2 533,8 522,6 513,8 Totale termoelettrico [2] 708,7 693,0 653,7 579,3 572,1 557,7 546,3 540,7 535,7

[1] E compresa lelettricit prodotta da rifiuti biodegradabili, biogas e biomasse di origine vegetale.

[2] E esclusa lelettricit prodotta da rifiuti biodegradabili, biogas e biomasse di origine vegetale.

Il fattore di emissione per la produzione termoelettrica lorda nazionale presenta una costante diminuzione dal 1990 al 2010, con valori che vanno da 708,4 g CO2/kWh a 513,8 g CO2/kWh. La diminuzione del fattore di emissione dovuta principalmente al costante incremento della quota di gas naturale nella produzione termoelettrica ed alla continua diminuzione del fattore di emissione specifico per il gas naturale, diminuzione dovuta a sua volta allincremento dellefficienza di conversione elettrica degli impianti alimentati da gas naturale. Un ruolo importante assume anche lutilizzo di bioenergie con bilancio emissivo zero tra gli altri combustibili che nel 2010 contribuiscono per il 4,1% della produzione termoelettrica, mentre nel 1990 il contributo era dello 0,05% e nel 2000 dello 0,7%. La differenza tra i fattori di emissione del parco termoelettrico con e senza il contributo delle bioenergie mostra il ruolo di tali fonti nella riduzione del fattore di emissione. La differenza diventa rilevante successivamente al 2000 in seguito allincremento della quantit di rifiuti solidi urbani o assimilabili utilizzati per la produzione elettrica.

Nei seguenti grafici si osserva la variazione percentuale di energia termoelettrica prodotta e delle relative emissioni atmosferiche di CO2 rispetto al 1990. Per i combustibili solidi e per i prodotti petroliferi si osserva una sostanziale covariazione dei due parametri, mentre per il gas naturale, i gas derivati e gli altri combustibili si osserva un incremento proporzionale maggiore per la produzione elettrica rispetto allincremento osservato per le emissioni di CO2. Per i combustibili che presentano un disaccoppiamento dei due parametri si registra un incremento della produzione elettrica a parit di emissioni di anidride carbonica. Tale configurazione trova spiegazione in diversi fattori, come lincremento di efficienza della produzione elettrica o la variazione della composizione di combustibili con utilizzo di risorse caratterizzate da minori emissioni specifiche.

Considerando il fattore di disaccoppiamento tra due parametri, ovvero il rapporto tra i rispettivi incrementi, si osserva come per gli altri combustibili lincremento di energia elettrica nel 2010 4,14 volte pi grande dellincremento delle emissioni, mentre per gas naturale ed i gas derivati il fattore di disaccoppiamento rispettivamente 1,29 ed 1,14. Il combustibile solido ed i prodotti petroliferi presentano un disaccoppiamento pressoch nullo tra energia prodotta ed emissioni atmosferiche, con un fattore uguale ad 1,02 per entrambi nel 2010. Per lintero parco termoelettrico si osserva un fattore di disaccoppiamento pari a 1,38.

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Figura 5 - Variazione annuale della produzione termoelettrica e delle emissioni per combustibile (1990=100).

Il parco termoelettrico nazionale presenta, a partire dal 1990, un incremento della produzione elettrica cui non corrisposto un proporzionale incremento delle emissioni atmosferiche di CO2 per via del miglioramento tecnologico e per lincremento della quota di combustibili con fattori di emissione inferiori. Le emissioni di CO2 di origine termoelettrica hanno raggiunto il punto pi elevato nel 2003 con un incremento del 16,4% rispetto al 1990, mentre la produzione termoelettrica mostrava nello stesso anno un incremento del 35,6% rispetto al 1990. Negli anni 2008-2009, in seguito alla contrazione del sistema economico innescata dalla crisi economico-finanziaria, si osserva una riduzione della produzione elettrica e delle emissioni di CO2 seguita da una lieve ripresa nel 2010. Le emissioni del settore termoelettrico nel 2010 sono diminuite del 6,3% rispetto al 1990, a fronte di un incremento della produzione elettrica di origine fossile del 29,2% nello stesso periodo.

Nel grafico successivo riportato landamento dei fattori di emissione della CO2 dal 1990 al 2010 per la produzione elettrica lorda di origine fossile, per la produzione elettrica lorda totale, comprensiva quindi dellenergia elettrica da fonti rinnovabili, e per il consumo di energia elettrica a livello di utenza. I fattori di emissione relativi alla produzione elettrica considerano la produzione lorda, misurata ai morsetti dei generatori elettrici, mentre i fattori di emissione per i consumi elettrici considerano la produzione netta di

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energia elettrica, ovvero lenergia elettrica misurata in uscita dagli impianti al netto dellenergia elettrica utilizzata per i servizi ausiliari della produzione. Inoltre i consumi elettrici sono comprensivi della quota di energia elettrica importata e delle perdite di rete. Le emissioni atmosferiche di CO2 dovute alla produzione dellenergia elettrica importata dallestero non entrano nel novero delle emissioni nazionali. La quota di energia elettrica importata rispetto ai consumi elettrici nazionali (309,9 TWh) passa dal 15,8% del 1990 al 14,3% del 2010, mentre le perdite di rete vanno da 7,5% a 6,6% dei consumi nazionali nello stesso periodo (Tab. A5 in Appendice).

Figura 4 - Andamento del fattore di emissione per la produzione lorda ed il consumo di energia elettrica (g CO2/ kWh).

La produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili determina una riduzione del fattore di emissione per la produzione elettrica totale poich tali fonti hanno un bilancio emissivo pari a zero (Tab. A6 in Appendice). Il fattore di emissione relativo al consumo di energia elettrica si riduce ulteriormente in ragione della quota di energia elettrica importata dallestero le cui emissioni atmosferiche sono originate fuori dal territorio nazionale.

I dati relativi alle emissioni dal parco termoelettrico e della produzione elettrica nazionale mostrano che a fronte di un incremento della produzione elettrica dal 1990 al 2010 pari a 85,2 TWh si registrata una diminuzione delle emissioni atmosferiche di anidride carbonica di 7,9 Mt. Lanalisi di decomposizione consente di valutare il ruolo di diversi fattori nella variazione delle emissioni atmosferiche. I fattori considerati nellanalisi (tecnologia, tipologia di combustibile, fonti rinnovabili, produzione elettrica totale) concorrono alla riduzione delle emissioni atmosferiche laddove lincremento della produzione elettrica determina un effetto contrario (Figura 5).

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Produzione elettrica di origine fossile Produzione termoelettrica

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Figura 5 Analisi di decomposizione per fattori delle emissioni atmosferiche nel periodo 1990-2010. Sono riportate le variazioni percentuali delle emissioni atmosferiche rispetto al 1990 per i quattro fattori identificati e la variazione totale osservata nello stesso periodo.

I risultati dellanalisi di decomposizione mostrano che i fattori analizzati tecnologico, fonti rinnovabili, combustibile contribuiscono alla riduzione delle emissioni atmosferiche di CO2 rispettivamente per il 18,3%, 11,8% e 10,0%, mentre lincremento della produzione elettrica determina un aumento delle emissioni del 33,8%. Leffetto cumulato dei quattro fattori ha determinato una riduzione delle emissioni atmosferiche nel 2010 del 6,3% rispetto alle emissioni osservate nel 1990. In altre parole la riduzione dovuta alla variazione del fattore tecnologico (diminuzione dei fattori di emissione specifici dei combustibili fossili) nel periodo 1990-2010 sarebbe stata di 23,1 MtCO2 qualora gli altri fattori fossero rimasti invariati. La riduzione dovuta alla composizione di combustibili sarebbe stata di 12,6 MtCO2, mentre lincremento della quota di energia prodotta da fonti rinnovabili rispetto al 1990 avrebbe determinato una riduzione di 15 MtCO2. Tali effetti di riduzione delle emissioni sono compensati da un aumento netto della produzione di energia elettrica che avrebbe determinato un incremento delle emissioni atmosferiche di 42,7 MtCO2 in assenza del contributo degli altri fattori. Considerando le singole tipologie di combustibili la riduzione della quota di prodotti petroliferi rappresenta il maggior contributo alla diminuzione delle emissioni atmosferiche (Tab. A7 in Appendice).

Nella seguente figura sono riportate le variazioni percentuali delle emissioni per anno dal 1990 al 2010. I dati relativi al fattore tecnologico mostrano che la maggiore riduzione delle emissioni atmosferiche si registra nel periodo dal 2000 al 2001. In questi anni sono entrati in esercizio diversi impianti a ciclo combinato alimentati prevalentemente gas di sintesi da gassificazione di prodotti petroliferi mentre negli anni successivi sono entrati in esercizio diversi impianti a ciclo combinato alimentati a gas naturale. Tali impianti sono caratterizzati da maggiore efficienza rispetto ai cicli a vapore tradizionali. Il crescente utilizzo di rifiuti solidi urbani e gas di sintesi a partire dal 2000 spiega inoltre lincremento delle emissioni dovute alla variazione dei combustibili nel periodo 1999-2001, dovuto in parte anche allincremento della quota di combustibili solidi nel 2001. Per quel che concerne il contributo della variazione dei combustibili fossili nellintero periodo esaminato evidente che la variazione della frequenza relativa dei diversi combustibili, con laumento del gas naturale a scapito principalmente dei prodotti petroliferi, determina una corrispondente variazione del contributo emissivo, con una diminuzione netta delle emissioni. Di particolare rilievo appare landamento del contributo alla riduzione delle emissioni atmosferiche da parte delle fonti rinnovabili. I valori relativi a tale fattore mostrano una oscillazione che riflette la variabilit della produzione elettrica, soprattutto in relazione alla componente idroelettrica che dipende a sua volta dalle condizioni meteorologiche. Solo dal 2008 lapporto delle fonti rinnovabili assume una dimensione rilevante, con un

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Tecnologia Fonti

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Combustibili Produzione TOTALE

%

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contributo alla riduzione delle emissioni atmosferiche superiore a quanto registrato per le altre componenti nello stesso periodo (Tab. A8 in Appendice).

Figura 6 - Analisi di decomposizione per fattori delle emissioni atmosferiche per intervalli annuali nel periodo 1990-2010. Per ogni intervallo annuale sono riportate le variazioni percentuali delle emissioni atmosferiche dei quattro fattori rispetto al 1990, la linea rappresenta la variazione totale osservata.

In relazione al contributo delle fonti rinnovabili alla riduzione delle emissioni atmosferiche necessario sottolineare che il dato relativo al periodo 2007-2010 risente della crisi economica che ha ridotto drasticamente i consumi di combustibili fossili. Inoltre, la priorit di dispacciamento dellenergia elettrica da fonti rinnovabili determina un incremento del peso relativo di tali fonti che influenzato da fattori congiunturali. Ad ogni modo il contributo di ogni unit di energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili rispetto al 1990 contribuisce alla riduzione delle emissioni atmosferiche in maniera di gran lunga superiore a qualsiasi altro fattore, nellipotesi di sostituzione di una equivalente quantit di energia elettrica prodotta da qualsiasi fonte fossile.

Dai risultati osservati si pu concludere che nel periodo 1990-2010 la riduzione delle emissioni atmosferiche sia prevalentemente dovuta allincremento dellefficienza della trasformazione elettrica nel settore termoelettrico, soprattutto in relazione allentrata in esercizio degli impianti a ciclo combinato alimentati a gas naturale ed allincremento della quota di rifiuti utilizzati per la generazione elettrica. Sebbene nel periodo esaminato il contributo del fattore tecnologico sia stato complessivamente superiore al contributo delle fonti rinnovabili, la variazione annuale dei fattori di emissione per combustibile negli ultimi anni (Tabella 1) mostra un margine di riduzione delle emissioni sempre minore da parte del gas naturale che rappresenta il principale combustibile fossile del parco termoelettrico (69% dellenergia di origine fossile). In relazione ai combustibili fossili utilizzati evidente che un ulteriore incremento della quota di gas naturale da un lato pu comportare benefici ambientali in termini di riduzione delle emissioni, dallaltro lato pu rappresentare un fattore di fragilit del sistema elettrico nazionale per quanto riguarda la sicurezza degli approvvigionamenti. Negli ultimi anni diventa pertanto evidente che un contributo significativo alla riduzione delle emissioni atmosferiche in rapporto alla produzione elettrica pu venire soltanto dallincremento della quota di energia elettrica da fonti rinnovabili e dalla riduzione dei consumi elettrici, ovvero da un incremento dellefficienza per quel che concerne gli usi finali dellenergia elettrica.

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Tecnologia Fonti rinnovabili Combustibili Produzione Totale

%

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Conclusioni

I fattori di emissione nel settore della generazione e del consumo di energia elettrica sono indispensabili per la programmazione ed il monitoraggio di iniziative volte alla riduzione delle emissioni di gas serra che coinvolgano il settore elettrico, in relazione alle strategie di sviluppo del settore a livello nazionale ed alle misure di risparmio energetico che possibile adottare anche a livello locale. Il potenziale di riduzione delle emissioni di gas serra implicito nellimplementazione di misure di risparmio energetico, attraverso aumento dellefficienza ed utilizzo di fonti rinnovabili, pu essere valutato solo attraverso la conoscenza dei fattori di emissione per la produzione di energia elettrica dalle diverse fonti energetiche.

I fattori di emissione forniti nel presente studio consentono di effettuare una stima delle emissioni evitate in seguito al contributo di diverse componenti e lanalisi della decomposizione fornisce una quantificazione del relativo contributo. In termini pratici, utilizzando i fattori di emissione per i consumi elettrici stimati per il 2010, il risparmio di un kWh a livello di utenza consente di evitare lemissione in atmosfera di un quantitativo di CO2 pari al rispettivo fattore di emissione nazionale, ovvero 382,1 g, mentre la sostituzione di un kWh prodotto da fonti fossili con uno prodotto da fonti rinnovabili consente di evitare lemissione di 535,7 g CO2. Tali dati possono essere utili per valutare, in termini comparativi, le prestazioni di diversi interventi nel settore elettrico.

Bibliografia APAT, 2007. Analisi di decomposizione delle emissioni atmosferiche di anidride carbonica e degli acidificanti potenziali applicata ai dati della NAMEA italiana. Dietzenbacher, E. e Los, B., 1998. Structural decomposition techniques: sense and sensitivity. Economic System Research Vol. 10 No. 4.

ENEL, Dati statistici sullenergia elettrica in Italia, vari anni.

GSE, 2010. Rapporto statistico 2010. Impianti a fonti rinnovabili. ISPRA, 2011. Produzione termoelettrica ed emissioni di CO2. Fonti rinnovabili e impianti soggetti a ETS.

ISPRA, 2012. Italian Greenhouse Gas Inventory 1990-2009. National Inventory Report 2012.

Seibel, S., 2003. Decomposition analysis of carbon dioxide-emission changes in Germany - Conceptual frame work and empirical results. Federal Statistical Office of Germany Environmental Economic accounting division.

TERNA, Dati statistici sullenergia elettrica in Italia, vari anni.

TERNA, 2012. Rapporto mensile sul sistema elettrico - Consuntivo dicembre 2011.

12

APPENDICE

Tabella A1 Elenco dei combustibili utilizzati per la produzione termoelettrica.

Combustibili solidi Altri combustibili non rinnovabili Carbone Gas di sintesi da processi di gassificazione Lignite Gas residui di processi chimici Carbone sub-bituminoso Idrogeno Gas naturale Rifiuti industriali non biodegradabili Gas naturale Altri combustibili, gassosi Gas derivati Altri combustibili, solidi Gas da acciaieria a ossigeno Combustibili rinnovabili Gas da estrazione Biodiesel Gas d'altoforno Biogas da attivit agricole e forestali Gas di cokeria Biogas da deiezioni animali Prodotti petroliferi Biogas da fanghi di depurazione Cherosene Biogas da rifiuti solidi urbani (smaltiti in discarica) Coke di petrolio Biogas da FORSU (frazione organica RSU) Distillati leggeri Biogas da rifiuti non RSU Gas di petrolio liquefatto (GPL) Biomasse da rifiuti completamente biodegradabili Gas di raffineria Biomasse solide Gasolio Oli vegetali grezzi Nafta CDR (Combustibile Derivato da Rifiuti) [1] Olio combustibile Rifiuti liquidi biodegradabili Orimulsion RSU / RSAU, rifiuti solidi urbani o assimilabili [1] Petrolio grezzo Altri combustibili, bioliquidi [1]

il 50% biodegradabile

Tabella A2 Produzione elettrica lorda per combustibile.

Fonte 1990 1995 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 GWh Solidi 32.042 24.122 26.272 43.606 44.207 44.112 43.074 39.745 39.734 Gas naturale 39.082 46.442 97.607 149.259 158.079 172.646 172.697 147.270 152.737 Gas derivati 3.552 3.443 4.252 5.837 6.251 5.645 5.543 3.701 4.731 Prodotti petroliferi 102.718 120.783 85.878 35.846 33.830 22.865 19.195 15.878 9.908 Altri combustibili 988 964 5.660 17.408 18.769 19.474 19.903 19.442 23.361 Totale da combustibili 178.382 195.754 219.669 251.956 261.137 264.743 260.412 226.036 230.471

Tabella A3 Produzione elettrica lorda per fonte rinnovabile. La produzione idroelettrica riportata al netto della produzione da pompaggi.

Fonte energetica 1990 1995 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 GWh Idroelettrica 31.626 37.781 44.205 36.067 36.994 32.815 41.623 49.138 51.117

0 - 1 MW - 1.411 1.550 1.526 1.521 1.416 1.770 1.961 2.245 1 - 10 MW - 6.029 6.567 6.091 6.354 5.684 7.390 8.422 8.712 > 10 MW - 30.341 36.088 28.451 29.119 25.715 32.464 38.755 40.160

Eolica 0 10 563,1 2.343 2.971 4.034 4.861 6.543 9.126 Fotovoltaica - 4 6 4 2 39 193 677 1.906 Geotermica 3.222 3.436 4.705 5.325 5.527 5.569 5.520 5.342 5.376 Bioenergie 100 303 1.505 4.845 5.286 5.441 5.966 7.557 9.440

Solidi - 200 938 3.647 3.950 3.994 4.302 4.444 4.308 Biogas - 103 566 1.198 1.336 1.447 1.600 1.665 2.054 Bioliquidi - - - - - - 65 1.448 3.078

TOTALE 34.948 41.533 50.984 48.584 50.781 47.899 58.164 69.255 76.964

13

Tabella A4 Emissioni di anidride carbonica da produzione termoelettrica per combustibile dal 1990.

Combustibili 1990 1995 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Mt CO2 Solidi 28,5 21,1 23,2 39,3 39,3 40,3 39,6 35,5 34,7 Gas naturale 18,9 22,1 43,4 58,8 60,6 65,9 65,2 55,5 57,4 Gas derivati 6,7 6,5 8,6 11,0 11,7 10,1 9,4 5,9 7,9 Prodotti petroliferi 70,1 81,7 58,2 24,6 23,6 16,3 13,6 11,5 6,6 Altri combustibili 2,1 4,0 9,2 9,4 11,2 12,0 11,3 8,8 11,9 Totale 126,4 135,4 142,6 143,2 146,4 144,6 139,0 118,1 118,4

Tabella A5 Dati di produzione e consumo di energia elettrica

Energia elettrica 1990 1995 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 GWh Produzione lorda 216.891 241.480 276.629 303.672 314.090 313.888 319.130 292.642 302.062 Energia destinata a servizi ausiliari 11.640 12.272 13.336 13.064 12.864 12.589 12.065 11.534 11.314 Produzione netta 205.251 229.208 263.293 290.608 301.226 301.299 307.065 281.108 290.748 Energia destinata ai pompaggi 4.782 5.626 9.129 9.319 8.752 7.654 7.618 5.798 4.454 Produzione destinata al consumo 200.469 223.582 254.164 281.289 292.474 293.645 299.447 275.310 286.294 Energia elettrica importata 34.655 37.427 44.347 49.155 44.985 46.283 40.034 44.959 44.160 Energia elettrica richiesta 235.124 261.009 298.511 330.444 337.459 339.928 339.481 320.269 330.454 Perdite di rete 16.424 17.552 19.203 20.626 19.926 20.976 20.444 20.352 20.570 Consumi elettrici 218.700 243.408 279.320 309.817 317.533 318.953 319.037 299.915 309.885

Tabella A6 Fattori di emissione della produzione elettrica nazionale e dei consumi elettrici

Anno

Produzione elettrica lorda di origine

fossile

Produzione termoelettrica

lorda1

Produzione elettrica lorda2

Consumi elettrici

g CO2/kWh 1990 708,7 708,4 592,0 577,8 1995 693,0 691,9 570,7 556,5 2000 653,7 649,2 528,4 510,6 2005 579,3 568,2 482,3 462,0 2006 572,1 560,5 475,8 461,0 2007 557,7 546,2 469,2 453,4 2008 546,3 533,8 443,3 435,7 2009 540,7 522,6 409,7 393,9 2010 535,7 513,8 396,3 382,1

1 comprensiva della quota di elettricit prodotta da bioenergie

2 al netto degli apporti da pompaggio

Tabella A7 Analisi di decomposizione per fattori delle emissioni atmosferiche. Sono riportate le variazioni percentuali delle emissioni atmosferiche nel periodo 1990-2010 per i quattro fattori identificati e la variazione totale osservata nello stesso periodo.

Combustibili Tecnologia FER Combustibili Produzione elettrica

Totale

Solidi -0.52 -2.93 0.01 8.30 4.85

Gas naturale -7.94 -3.62 32.09 9.94 30.47 Gas derivati -0.78 -0.68 0.42 1.93 0.88 Prodotti petroliferi -0.74 -3.71 -56.99 11.19 -50.25 Altri combustibili[1] -8.29 -0.89 14.50 2.45 7.77 Totale -18.26 -11.84 -9.98 33.80 -6.28 [1]

E esclusa lelettricit prodotta da rifiuti biodegradabili, biogas e biomasse di origine vegetale.

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Tabella A8 Sono riportate le variazioni percentuali rispetto al 1990 delle emissioni atmosferiche nei periodi indicati per i quattro fattori.

Combustibili 1990-1995 1995-2000 2000-2005 2005-2006 2006-2007 2007-2008 2008-2009 2009-2010

t CO2 Tecnologia

Solidi -0,36 0,14 0,56 -0,47 0,87 0,19 -0,85 -0,65 Gas naturale -0,25 -1,76 -4,95 -1,29 -0,25 -0,51 -0,15 -0,10 Gas derivati -0,00 0,38 -0,59 -0,05 -0,33 -0,45 -0,36 0,22 Prodotti petroliferi -0,53 0,12 0,43 0,34 0,36 -0,18 1,11 -1,19 Altri combustibili[1] 2,28 -7,13 -9,49 0,80 0,26 -0,49 -0,68 1,14 Totale Tecnologia 1,15 -8,24 -14,03 -0,67 0,91 -1,44 -0,93 -0,58

FER Solidi -0,30 -0,45 0,77 0,03 0,44 -1,12 -1,95 -0,56 Gas naturale -0,25 -0,67 1,27 0,05 0,70 -1,84 -3,13 -0,90 Gas derivati -0,08 -0,16 0,24 0,01 0,12 -0,27 -0,39 -0,11 Prodotti petroliferi -0,93 -1,45 1,05 0,02 0,22 -0,42 -0,68 -0,15 Altri combustibili[1] -0,04 -0,18 0,28 0,01 0,13 -0,33 -0,52 -0,16 Totale FER -1,60 -2,91 3,60 0,12 1,62 -3,98 -6,68 -1,88

Combustibili Solidi -7,35 -0,43 9,20 -0,66 -0,49 -0,16 2,14 -0,33 Gas naturale 1,31 15,81 12,07 1,07 3,74 1,00 -0,33 1,11 Gas derivati -0,65 0,60 1,48 0,30 -0,99 0,00 -1,49 1,27 Prodotti petroliferi 4,20 -24,88 -31,21 -1,77 -6,35 -1,84 -0,38 -3,51 Altri combustibili[1] -1,00 10,50 8,59 0,29 0,24 0,11 -0,05 1,19 Totale Combustibili -3,49 1,61 0,12 -0,76 -3,85 -0,88 -0,12 -0,28

Produzione elettrica Solidi 2,13 2,38 2,27 1,05 -0,02 0,52 -2,57 0,88 Gas naturale 1,74 3,49 3,77 1,59 -0,03 0,86 -4,13 1,41 Gas derivati 0,57 0,81 0,72 0,30 -0,01 0,13 -0,52 0,17 Prodotti petroliferi 6,44 7,62 3,14 0,64 -0,01 0,20 -0,89 0,24 Altri combustibili[1] 0,27 0,92 0,82 0,27 -0,01 0,15 -0,69 0,26 Totale Produzione el. 11,14 15,22 10,73 3,86 -0,07 1,86 -8,80 2,96 TOTALE 7,20 5,67 0,42 2,55 -1,40 -4,44 -16,52 0,23 [1]

E esclusa lelettricit prodotta da rifiuti biodegradabili, biogas e biomasse di origine vegetale.