L’energia del futuro

Nell’attuale situazione mondiale che vede da una parte le problematiche ambientali dall’altra la grande avanzata dei cosiddetti paesi in via di sviluppo (primi fra tutti i colossi di India e Cina), nonché un’aggravarsi sempre più pressante della crisi economica e delle risorse a livello globale, la questione energetica è senza ombra di dubbio uno dei punti cruciali in cui occorrerà concentrare molta attenzione negli anni avvenire.

La diffusione delle energie rinnovabili, non senza incontrare ostacoli, sta avanzando ad un ritmo sempre più sostenuto come evidenziano le statistiche degli impianti installati (soprattutto eolici e solari) negli ultimi anni, ma resta il fatto che il loro apporto a livello globale è ancora insignificante (senza considerare l’idroelettrico e il geotermico che però sono ormai sfruttati a pieno, almeno per gli impianti di grossa taglia).

Le fonti fossili (carbone, petrolio e gas) restano ad oggi le fonti primarie che permettono di soddisfare il fabbisogno energetico mondiale in continua crescita. Il nucleare, se pur capace di produrre ingenti potenze elettriche senza emettere CO₂ (senza considerare la CO₂ che viene prodotto nei processi di lavorazione dell’Uranio fissile che non è trascurabile) e consentendo di incrementare l’indipendenza delle risorse fossili, ha ancora oggi molte problematiche e limiti che non saranno risolti nel medio e lungo periodo.

Aumentare l’efficienza di conversione degli impianti di produzione elettrica significa ottenere la stessa potenza prodotta utilizzando minor quantità di combustibile e ciò sarà auspicabile oltre che del tutto logico. Attualmente esiste competizione tra i sistemi di potenza che hanno il miglior rendimento, infatti saranno questi a funzionare per primi e per il maggior tempo. I cicli combinati (turbina a gas più ciclo sottoposto a vapore) riescono a raggiungere rendimenti prossimi al 60%, e tutti i tentativi in atto sono quelli di realizzare sistemi sempre più spinti (cicli combinati, cicli misti, supercritici, ultrasupercritici) verso maggiori efficienze a discapito di costi più alti dovuti a tecnologie e materiali avanzati per sostenere lo sforzo termico e meccanico a cui sono sottoposti i componenti dell’impianto.

Il gas naturale, che risulta il combustibile maggiormente utilizzato nei cicli combinati, è la risorsa che probabilmente crea meno problemi di emissione (a parte gli ossidi di azoto che possono essere ridotti drasticamente attuando accorgimenti nella combustione e con mezzi catalitici) e che si presta bene nell’uso dei turbocompressori. Dato proprio il suo pregio e la sua relativa scarsità (il gas naturale è inoltre usato spesso per il riscaldamento civile e per l’uso in cucina) e quindi il suo prezzo crescente, si sono susseguiti tentativi per poter impiegare altre fonti nei turbogas, primo fra tutti il processo di gassificazione del carbone.

Il carbone risulta tra le fonti fossili quella più abbondante e a minor prezzo, di contro ha minor qualità e presenta maggiori problemi per l’abbattimento delle emissioni. Di particolare rilevanza è la presenza dello zolfo, gli impianti di desolforazione, oltre a richiedere discrete quantità di energia (e quindi a ridurre il rendimento dell’impianto), sono economicamente svantaggiosi. Gli impianti IGCC (Integrated Gasification Combined Cycles) produco energia elettrica mediante un ciclo combinato con turbine a gas e a vapore, dove la turbina a gas è alimentata da un syngas (miscela essenzialmente di H2 e CO) prodotto mediante gassificazione del carbone: sono stati realizzati impianti dimostrativi che però hanno dato risultati, in termini di efficienza e affidabilità, inferiori alle previsioni.

Ci sono anche progetti per impianti IGCC con cattura di CO₂ adottando nuovi processi di gassificazione che producono sostanzialmente H₂ e un suo trattamento per il confinamento definitivo,ma si tratta di sistemi ancora in via di sperimentazione.

Un altro metodo per ridurre il consumo di combustibile per la produzione energetica è la cogenerazione, ovvero la generazione di elettricità e calore usando un unico impianto. La cogenerazione permette di soddisfare i fabbisogni elettrici e termici, oltre che permettere in alcuni casi anche la vendita dei surplus energetici. Anziché produrre l’energia termica che si necessità (ad esempio per un ciclo produttivo di un industria) con una tradizionale caldaia a metano e usufruire dell’energia elettrica della rete nazionale, con la cogenerazione si va a realizzare un impianto che permetta quanto possibile di divenire auto produttori di energia (sia elettrica che termica) con risparmi economici consistenti, a fronte di un iniziale investimento. Si può calcolare l’Indice di Risparmio Energetico (IRE) espresso dal rapporta tra l’energia che si risparmia con la cogenerazione rispetto al metodo tradizionale (elettricità dalla rete e generatore di vapore a gas) e l’energia che è necessaria impiegare per soddisfare i fabbisogni nel caso tradizionale.

Le configurazioni di sistemi con cogenerazione possono essere numerose ed è sempre necessaria un’attenta valutazione della configurazione più conveniente, economicamente ed energeticamente.

Senza ombra di dubbio le tecniche quali la cogenerazione, il ciclo combinato e gli altri sistemi innovativi ad alta efficienza di conversione, insieme con la diffusione delle fonti rinnovabili, fanno parte delle strategie che a livello mondiale dovranno essere applicate con sempre maggior intensità, ma altri aspetti fondamentali non dovranno essere ignorati.

Uno di questi è certamente il risparmio energetico, visto non tanto e non solo come la riduzione dei consumi energetici generali ma soprattutto come la riduzione drastica degli sprechi e delle dissipazioni di energia. Agendo su diversi piani, da un lato favorendo tariffe incentivanti e agevolazioni per coloro che acquistano o fanno uso di apparecchiature e sistemi a basso consumo energetico o che migliorano l’isolamento termico degli edifici, e quindi sensibilizzando, in modo anche spinto, le persone a comportamenti responsabili e maggiormente consapevoli degli sprechi (sia materiali che di energia), dall’altro favorendo l’introduzione di nuove tecnologie volte a razionalizzare l’uso dell’energia in ogni settore (pubblico, privato, industriale) accompagnato da una legislazione coerente con gli scopi preposti. I margini di riduzione dei fabbisogni energetici, soltanto andando a ridurre gli sprechi, sono ampissimi.

Di pari passo con il progredire dei sistemi energetici e quindi della loro efficienza di conversione occorre quindi agire nel senso di ridurre le quantità andate perse durante l’utilizzo e il trasporto dell’energia. Altri due aspetti da tenere in considerazione, in vista di una vera svolta nel campo energetico e ambientale a livello mondiale, sono la riduzione dei consumi pro-capite e la decentralizzazione della produzione elettrica.

La riduzione dei consumi energetici procapite sarà dovuta non soltanto alla riduzione degli sprechi ma in larga quantità anche ha un cambiamento radicale nello stile di vita e nelle attività svolte. Affinché ogni essere umano sulla Terra possa usufruire delle risorse che essa metta a nostra disposizione in modo più equo, sarà necessaria una diminuzione degli usi energetici da fonti non rinnovabili degli abitanti del “Nord” del mondo.

L’altro punto cruciale, per una rivoluzione energetica “verde” basata in gran parte sulle fonti rinnovabili, è la decentralizzazione della generazione elettrica tramite l’impiego di sistemi di piccola taglia diffusi sul territorio e capaci di sfruttare al meglio le risorse caratteristiche della regione, di integrarsi con gli edifici, e di essere interconnessi a base locale in modo da fornire in ogni momento il miglior rendimento possibile. Lo stesso vale per le industrie e i plessi industriali che disporranno di energia prodotta in loco (evitando le perdite di trasmissione a lunga distanza) e potendo usufruire di sistemi appositamente studiati di produzione termica ed elettrica.