Fate presto
Ovvero: il grafico che mi ha messo paura.
Ecco qui il grafico che mi ha fatto capire che non abbiamo più tempo:
Spesso pensiamo all’energia prodotta e alle fonti consumate considerando solo quella elettrica, in realtà in moltissimi casi utilizziamo energia senza passare dall’elettricità: per scaldarci (gas), per spostarci (gasolio), per produrre acciaio (carbon coke) ecc.
La situazione globale è drammatica: l’84,3% dell’energia totale che consumiamo viene ancora da fonti fossili, che rilasciano CO2 e quindi sono responsabili del riscaldamento globale. Nel 2000 era l’86%, questo significa che in vent’anni siamo quindi riusciti a scendere di neanche 2 punti percentuali.
Per abbattere le emissioni di CO2, ma anche delle sostanze inquinanti come le polveri sottili e gli ossidi d’azoto che derivano dalla combustione delle fonti fossili, dobbiamo da una parte convertire il più possibile l’energia endotermica in energia elettrica (ad esempio veicoli elettrici, riscaldamenti elettrici ecc.), e allo stesso tempo produrre elettricità da fonti a zero emissioni.
C’è però un altro tema importante: alcuni usi dell’energia non si possono facilmente elettrificare. Le batterie non hanno una densità energetica tale da consentirne l’uso per certi tipi di trasporto: camion, navi e soprattutto aerei. Qui c’è una soluzione che è in fase di sviluppo avanzato: l’idrogeno. La combustione dell’idrogeno dà come risultato energia termica e vapore acqueo. Uau! Ma attenzione, l’idrogeno non è una fonte di energia, in quanto non si trova in natura in forma gassosa e va quindi creato. Come lo si crea? Chimicamente, da gas naturale e altri idrocarburi -come avviene oggi per il 95% dell’idrogeno prodotto- ma poi abbiamo come risultato anche CO2, e quindi siamo daccapo; oppure per elettrolisi dall’acqua, che oltre all’idrogeno ci dà ossigeno, ma serve tanta energia elettrica e quindi se questa la produciamo con carbone o gas abbiamo anche CO2 e siamo sempre daccapo.
Quindi pensiamo a quel grafico e capiamo che le dimensioni in gioco sono enormi: dobbiamo produrre tantissima elettricità e farlo in modo sostenibile, cioè senza emettere (troppa) CO2 né inquinanti (CO, NOx, PMx, SOx ecc.).
Per quanti sforzi possiamo fare, comunque questi rischiano di non bastare, perché ci sono ulteriori elementi da considerare.
Il primo è la crescita demografica. Oggi siamo 7,7 miliardi e nel 2050 saremo 9,7 miliardi [2], cioè almeno il 25% in più in 30 anni. Queste persone consumeranno energia e l’energia procapite consumata è probabile che nel frattempo aumenti, perché oltre alla crescita demografica c’è la contestuale crescita economica di molte aree del mondo. Immaginiamo cosa voglia dire se tutto il mondo fosse ‘consumatore’ come lo sono gli Stati Uniti oggi: oggi le emissioni di CO2 procapite annue mondiali sono 4,4 tonnellate mentre quelle degli USA sono 16. Se tutto il mondo emettesse CO2 come gli Stati Uniti, e se passiamo da da 7,7 a 9,7 miliardi, questo significa che le emissioni globali aumenterebbero solo per questi due effetti di 4,5 volte (+450%)!
Ma oltre alla crescita demografica e al progresso economico c’è anche da considerare il paradosso di Jevons: per quanto possiamo diminuire i consumi, migliorare l’efficienza e adottare misure di risparmio energetico, in molti casi il consumo totale di energia comunque aumenta [3]. Alcuni esempi: le nostre televisioni LED oggi consumano meno di quelle a tubi catodici, però invece di una per famiglia ne abbiamo magari 3, se anche consumano la metà il consumo totale è maggiore. Le auto hanno consumi più ridotti, ma ne abbiamo di più e ci spostiamo di più rispetto al passato, gli aerei sono più efficienti ma facciamo molti più viaggi aerei, coibentiamo meglio la case, ma queste sono sempre più grandi. Ecco spiegato il paradosso di Jevons: è proprio l’efficienza che fa aumentare i consumi in modo più che proporzionale rispetto al risparmio generato dall’efficienza stessa.
Però siamo ‘fortunati’ e questi effetti moltiplicatori non si realizzeranno tutti insieme, purtroppo non tutti i paesi diventeranno ricchi come gli USA nei prossimi 30 anni, e infatti alcune stime indicano che da oggi al 2050 il consumo di energia nel mondo aumenterà ‘solo’ del 50%. Ma le stesse stime dicono che nel 2050 le fonti fossili saranno ancora il 69% del totale, e ovviamente in crescita in valore assoluto [4].
Ma per me deve rimanere valido l’obiettivo di decarbonizzare completamente la nostra energia, quindi dobbiamo iniziare a elettrificare e a produrre idrogeno laddove le batterie non si possono usare, come ad esempio per gli aerei [5].
Ma le rinnovabili?
Per quanto le rinnovabili possano crescere, da sole non ce la faranno mai a sostenere l’incredibile aumento di energia elettrica auspicabile per decarbonizzare davvero il consumo di energia, anche perché più la quota rinnovabile è alta, più serve capacità di accumulo (perché le rinnovabili sono discontinue), e dato anche accumulare energia è a sua volta energy-consuming, serve ancora più energia… (se devo pompare acqua nei bacini idroelettrici per accumularla, oppure comprimere aria per poi decomprimerla per generare elettricità, ad esempio). E’ quindi una questione di densità energetica, perché a parità di energia prodotta i pannelli fotovoltaici occupano anche 500 volte la superficie di una centrale nucleare, e i campi eolici 250 volte [6].
Per avere un’idea delle dimensioni in gioco, la più grande pala eolica costruita, la Haliade-X della General Electric, è alta 260 metri e ha 3 pale da 110 metri l’una, può essere installata solo in mare off-shore, e ha una potenza di ‘appena’ 12 MW. Considerando un capacity factor del 50% (cioè quanto effettivamente produce rispetto al tempo totale) vuol dire che per avere l’energia prodotta da una centrale nucleare media da 3.000 MW (che però ha un capacity factor di oltre il 90%) ne servirebbero ben 450… ma se fossero grandi turbine da 3 MW on-shore (e comunque si tratta di bestione da 150 metri con pale di 60 metri), con capacity factor del 33% ne occorrerebbero circa 2.700.
Oggi nel mondo sono attive solo 160 centrali nucleari, che da sole producono il 4,3% di tutta l’energia consumata (elettrica e non). Oggi per sostituire (quasi) tutta la produzione di energia da fossili, l’84,3%, (sostituendo i carburanti con l’idrogeno o elettrificando con batterie ecc.) basterebbero quindi 3.200 centrali nucleari, in tutto il mondo. Se invece dovessimo sostituire le fossili con delle mega turbine tipo la Haliade-X ne occorrerebbero oltre un milione (e poi dovremmo capire però come produrre e dove stoccare l’energia in più di riserva…), se usassimo delle turbine grandi da 2–3 MW ne servirebbero circa 6 milioni…
3.200 centrali nucleari per decarbonizzare l’intera produzione di energia mondiale sembrano tante? Dipende. Consideriamo che oggi nel mondo ci sono circa 2.500 grandi centrali a carbone che forniscono solo il 26% dell’energia totale [7].
Il nucleare è pulito e sicuro
L’energia nucleare è la fonte energetica più densa, continua, pulita e sicura che abbiamo a disposizione per avere il cosiddetto carico di base di energia elettrica.
Il Centro comune di ricerca dell’Unione europea (JRC), interrogato dalla Commissione europea sul valutare l’energia nucleare come destinataria dei finanziamenti europei, ha pubblicato un corposo rapporto che fa un’analisi tecnico-scientifica sullo stato dell’arte dell’energia nucleare in confronto con le altre forme di energia disponibili concludendo che “non c’è evidenza scientifica che dimostri che l’energia nucleare faccia più danni alla salute umana o all’ambiente rispetto ad altre tecnologie di produzione di elettricità già incluse nella tassonomia come attività a sostegno della mitigazione del cambiamento climatico [cioè le rinnovabili]” e che “per quanto riguarda l’esposizione delle persone in caso di incidenti, i tassi di mortalità per incidenti gravi e le conseguenze massime (decessi) […], le attuali centrali nucleari occidentali di II generazione hanno un tasso di mortalità molto basso (≈5⋅10E–7 vittime/GWh). Questo valore è molto inferiore a quello che caratterizza qualsiasi forma di tecnologia di produzione di elettricità basata sui combustibili fossili e paragonabile all’energia idroelettrica nei paesi OCSE e all’energia eolica (solo l’energia solare ha un tasso di mortalità significativamente inferiore)” [9]. Bisogna anche considerare che nel rapporto viene detto che le più recenti centrali di III generazione hanno un tasso di letalità in caso di incidenti ancora più basso: 8⋅10E–10 vittime/GWh, cioè 1 morto ogni 1.250.000.000.000.000 kWh prodotti!
E le scorie?
Le scorie nucleari sono forse l’ultimo dei problemi dell’energia nucleare. Mentre una centrale nucleare da 1.000 MW produce ogni anno circa 2–3 metri cubi di scorie processate e vetrificate, facilmente stoccabili in depositi geologici sicuri [8], una centrale a carbone di pari potenza produce 300.000 tonnellate di ceneri all’anno (oltre a qualche milione di tonnellata di CO2 immessa in atmosfera).
Ironia della sorte, fra queste 300.000 tonnellate di ceneri sono contenute anche 5 tonnellate di uranio e 13 tonnellate di torio e dei loro isotopi radioattivi [10], oltre a piombo, cadmio, arsenico, mercurio ecc. Tutti hanno paura delle pochissime e facilmente gestibili scorie nucleari e nessuno si chiede che fine facciano i milioni di tonnellate di scorie dei combustibili fossili.
Quindi mentre ci preoccupiamo per il problema delle scorie nucleari, facciamo finta di ignorare che continuiamo a produrre molte più scorie, comprese quelle radioattive, bruciando carbone [11]. Solo negli Stati Uniti ogni anno si producono 130 milioni di tonnellate di ceneri dal carbone.
Dobbiamo arrivare velocemente a zero emissioni di CO2
Se vogliamo davvero decarbonizzare la produzione di energia, non solo quella elettrica, dobbiamo iniziare a costruire oggi centrali nucleari come se non ci fosse un domani. Un domani che se continuiamo così, non dico che non rischia di esserci, ma sarà un bel po’ problematico. Fate presto.
Fonti citate nel testo
[1] https://ourworldindata.org/energy-mix
[2] https://www.focus.it/ambiente/ecologia/popolazione-mondiale-nel-2050-saremo-10-miliardi
[3] https://it.wikipedia.org/wiki/Paradosso_di_Jevons
[4] https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=41433
[5] https://www.airbus.com/newsroom/stories/hydrogen-aviation-understanding-challenges-to-widespread-adoption.html
[6] https://www.facebook.com/celmarco74/posts/10157516602471557
[7] https://globalenergymonitor.org/
[8] https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1601_web.pdf
[9] https://ec.europa.eu/info/file/210329-jrc-report-nuclear-energy-assessment_en
[10] https://web.archive.org/web/20070205103749/http://www.ornl.gov/info/ornlreview/rev26-34/text/colmain.html
[11] https://www.scientificamerican.com/article/coal-ash-is-more-radioactive-than-nuclear-waste/
