FRATELLO SOLE

Agli inizi del XIII secolo, San Francesco d’Assisi compose il Cantico delle Creature, noto anche come il Cantico di Frate Sole e Sora Luna.

La poesia di Francesco era una lode religiosa a Dio, ma anche alla vita e alla natura. Scrivendo in volgare, comprensibile al popolo, Francesco voleva trasmettere a tutti l’importanza del rispetto della vita in ogni sua forma, oltre all’ovvia e scontata (purtroppo non per tutti) necessità di difendere l’ambiente in cui viviamo, mantenuto in vita grazie e soprattutto al nostro Frate Sole.

Fratello Sole invia energia sotto forma di onde elettromagnetiche da milioni di anni, e continuerà a farlo sicuramente fino a quando saremo su questo pianeta. Si stima che l’energia inviata dal Sole potrebbe soddisfare il fabbisogno energetico mondiale annuale circa un milione di volte.

Non è una stima facile da fare: infatti, non dobbiamo considerare solo il fatto che il Sole fornisce energia direttamente con la luce, ma anche indirettamente, perché grazie ad esso abbiamo la vita sulla Terra, il vento, le correnti marine e l’intero ecosistema che ci consente di respirare e vivere.

Fratello Sole, inoltre, è molto ‘democratico’: fornisce energia a tutti, indistintamente da religione, colore della pelle o ricchezza economica. Tutti abbiamo la possibilità di usare la sua energia, anche se con qualche differenza in base alla nostra posizione geografica. Nel Centro Italia, ad esempio, si stima una potenza di picco di circa 1.250 W per metro quadrato; mediamente riceviamo 155 Watt per ogni ora dell’anno, che corrispondono a circa 1.360 kWh all’anno per ogni metro quadrato.

Chi volesse approfondire può trovare questi dati sul sito del PVGIS (Photovoltaic Geographical Information Systemal) strumento messo a disposizione dal Joint Research Centre (JRC) della Commissione Europea, link: https://photovoltaic-geographic-information-system.ec.europa.eu/en

Volendo approfondire, questi dati sono disponibili anche nella norma UNI 10349, che contiene le tabelle climatiche per l’Italia.

Con questa premessa, volevo fissare alcuni aspetti incontrovertibili in quanto dati oggettivi e ampiamente dimostrati. Dico questo perché oggi più che mai, in un contesto in cui tutti dicono il contrario di tutto, bisogna avere punti di riferimento certi per poter disquisire in maniera seria su argomenti che stanno diventando vitali per il mondo intero.

Siamo invasi dalla tecnologia e risolvere il problema energetico è una priorità assoluta: oggi, anche senza volerlo, attiviamo i vari servizi offerti dall’Intelligenza Artificiale e utilizziamo il Cloud per ospitare i nostri file e le nostre e-mail. Questo significa mantenere accese ininterrottamente enormi infrastrutture di calcolo, sempre più capienti e prestanti per soddisfare le nostre richieste.

Ci si preoccupa della potenza dell’IA o del fatto che ci renderà più pigri, ma non è questo il vero problema. Chi ha perso la capacità di scrivere a mano libera con l’avvento del computer lo ha fatto per una sua scelta, e così oggi, se ci abituiamo a utilizzare l’intelligenza artificiale anche per scrivere una mail, lo facciamo per scelta, e questa è una dinamica che possiamo controllare. Ciò che invece non possiamo controllare è l’impennata dei consumi energetici, destinati a crescere esponenzialmente: l’IA ha bisogno di una potenza di calcolo e di una velocità di elaborazione immense, e tutto ciò si traduce in un fabbisogno energetico pari a miliardi di kilowattora.

ENERGIA E POTENZA

Giusto per non fare confusione, apriamo una piccola parentesi sulle unità di misura utilizzate, il Watt e il Wattora, che in genere vengono espressi in kW (kilo Watt = 1000 Watt) o kWh (kWatt all’ora = 1000 Watt per un’ora).

Il Watt (o kW) è l’unità di misura della potenza istantanea: più kW abbiamo a disposizione, più elettrodomestici possiamo accendere contemporaneamente.

Il kWh è invece l’unità di misura dell’energia consumata nel tempo. Non indica quanti apparecchi possiamo accendere insieme, ma quanta energia totale assorbono restando accesi per un certo periodo di tempo.

Per fare un esempio: se abbiamo un forno che assorbe una potenza di 1 kW e lo teniamo acceso per 3 ore, consumeremo un’energia totale di:  1 kW x 3 h =3 kWh.

Per comprendere meglio il meccanismo facciamo un’analogia idraulica. Immaginiamo di aprire il rubinetto che riempie una grande vasca e supponiamo che dal rubinetto escono 10 litri al minuto. Dopo 60 minuti, cioè un’ora, avremo che la vasca conterrà 600 litri di acqua. Per analogia possiamo considerare la Potenza come la quantità di acqua che esce dal rubinetto (10 litri al minuto per capirci) e come Energia la quantità di acqua che la vasca conterrà dopo un’ora.

Il contatore della nostra abitazione generalmente fornisce 3 KW massimi di potenza, ma potrebbe fornirne anche di meno in base alle utenze collegate in quel momento. Se manteniamo accese 10 lampade da 10 Watt l’una avremo necessità di avere 100 Watt, che avremo sicuramente in quanto il contatore può arrivare a 3 kW (3000 Watt).

Mantenendo accese queste 10 lampadine 8 ore al giorno per un anno di fila avremo che l’energia consumata sarà:   100 Watt x 8 ore x 365 giorni = 292 kWh

Prima di proseguire con l’analisi dei consumi e dell’energia prodotta un piccolo promemoria per ricordarci i vari prefissi.

• kilo Watt – kW 1000 Watt
• Mega Watt – MW 1000 000 Watt
• Giga Watt – GW 1000 000 000 Watt
• Tera Watt – TW 1000 000 000 000 Watt

Lo stesso discorso vale per il Wh, kWh, MWh, GWh e TWh

FABBISOGNO ENERGETICO

Chiarito questo aspetto, andiamo a vedere ora di quanta energia elettrica (kWh) abbiamo bisogno e lo facciamo con i dati ufficiali del TERNA, l’azienda che gestisce la rete elettrica Italiana che possiamo trovare al seguente link:

https://dati.terna.it/fabbisogno/dati-statistici#consumi/energia-elettrica-settore

In questo sito troviamo dei dati molto dettagliati come ad esempio il consumo per regione e per le seguenti tipologie:

• Agricoltura
• Domestico
• Industria
• Servizi (ospedali, scuole, trasporti ferroviari, strutture pubbliche e servizi commerciali, negozi e turismo).

L’anno di riferimento riportato in questi dati è il 2024, anno in cui i consumi elettrici complessivi sono stati pari a 292.712 GWh, ovvero circa 292 miliardi di kWh. In pratica, ogni abitante italiano ha consumato quasi 5.000 kWh in un anno.

Qualcuno potrebbe affermare che, visto che il Sole ci fornisce 1.360 kWh all’anno per ogni metro quadro, basterebbero 3 metri quadri a testa per coprire l’intero fabbisogno. Non è esattamente così: dei 1.360 kWh ricevuti, con i normali pannelli fotovoltaici riusciamo a convertirne in energia elettrica circa il 20%, il che significa che avremmo bisogno di circa 15 metri quadrati per abitante.

Ma anche in questo caso, sebbene il calcolo teorico complessivo sia corretto, non dobbiamo dimenticare che la richiesta di energia si manifesta anche quando l’irraggiamento solare è ridotto (durante l’inverno) o del tutto assente (di notte). Inoltre, occorre considerare che chi ha consumi elevati, come il settore industriale, necessita di superfici ben superiori a 15 metri quadri. Insomma, Fratello Sole ci dà una mano preziosa, ma non può risolvere da solo il problema energetico in maniera semplice, quantomeno con le tecnologie attuali.

Un altro dato importante pubblicato da Terna è il fabbisogno energetico, che rappresenta l’energia complessivamente immessa in rete per soddisfare i consumi indicati. Nel 2024 sono stati immessi 311.913 GWh. Si potrebbe pensare che il fabbisogno coincida con i consumi, ma non è così: per far arrivare l’energia agli utenti finali occorre immetterne di più in rete per compensare le perdite fisiologiche e alimentare i servizi ausiliari di generazione. Nel 2024 questa differenza è stata di quasi 20.000 GWh, l’equivalente dell’energia prodotta da due grandi reattori nucleari.

Quest’ultimo aspetto dovrebbe far riflettere sulla necessità strategica di produrre energia il più vicino possibile all’utilizzatore.

Sul sito del TERNA troviamo inoltre la produzione suddivisa per tipologia al seguente link:

https://www.terna.it/it/sistema-elettrico/dati-sistema-elettrico-italiano/generazione-energia

Nell’immagine i dati aggiornati al 2023.

Nella sezione “rinnovabili” invece troviamo i dati di produzione delle fonti rinnovabili, nella prossima immagine i dati del 2025.

ENERGIA ED AMBIENTE

C’è un forte legame tra energia e ambiente, poiché la produzione di energia elettrica avviene convertendo una forma di energia in un’altra, e ciò può avvenire attraverso processi inquinanti. Pensiamo al petrolio, una risorsa naturale che, per essere convertita in energia termica o elettrica, viene bruciata, con la conseguente produzione di inquinamento e gas serra. La stessa cosa vale per il gas o, peggio ancora, per il carbone. In tutti questi casi il principio alla base della produzione di energia è la combustione, che inevitabilmente genera sostanze inquinanti, dannose per l’ambiente e per la salute.

Anche qui non stiamo parlando di pareri personali ma di dati oggettivi, l’OMS nella sezione Global Health Observatory (GHO) mostra i dati relativi all’indicatore SDG 3.9.1 (mortalità da inquinamento atmosferico domestico e ambientale) stimando circa 13 milioni di morti l’anno nel mondo per inquinamento ambientale.

https://www.who.int/campaigns/world-health-day/2022

In ambito nazionale la SIMA (Società Italiana di Medicina Ambientale) stima 80.000 morti l’anno, mettendo l’Italia tra i primi posti di questo triste primato.

A prescindere dalle immense baggianate che qualche politico in questi giorni sta sparando, senza alcun contraddittorio e soprattutto senza alcuna base medica e scientifica, affermando che l’inquinamento ambientale addirittura faccia vivere più a lungo, è dimostrato dall’intera comunità medico-scientifica mondiale che questo provoca malattie cardiovascolari (ictus e infarti), gravi malattie dell’apparato respiratorio, fino ad arrivare alla cancerogenicità dimostrata per determinati tipi di inquinanti.

La combustione di qualsiasi prodotto produce sicuramente particolato sottile (PM10, PM2,5 e PM1), oltre a sostanze pericolose come gli ossidi di azoto e di zolfo (NOx e SOx) e l’anidride solforosa (SO2), che in aria diventa acido solforico (H2SO4), responsabile di danni non solo alla salute ma anche alla vegetazione e a tutto ciò che può essere corroso dalle piogge acide. In diversi casi la combustione immette in aria i pericolosi e cancerogeni idrocarburi policiclici aromatici (IPA), che possono addirittura modificare il DNA, oltre ad altre sostanze definite pericolose per svariati motivi.

È vero che esistono metodi per filtrare i fumi, anche con buoni risultati, ma l’immissione di queste sostanze in aria non sarà mai pari a zero e, quando si parla di produzione di energia, dobbiamo considerare che queste attività sono sempre attive, immettendo continuamente in aria le sostanze inquinanti. Sfatiamo perciò la fake news dell’inquinamento innocente, anzi favorevole alla salute, e mettiamo un’altra certezza sul piatto delle conoscenze: l’energia prodotta da combustione genera inquinamento. Nemmeno le energie rinnovabili sono totalmente pulite, perché anche in questo caso si potrebbe produrre energia con la combustione (centrali a biomasse e biogas) e perché le tecnologie potrebbero utilizzare materiali difficilmente smaltibili, o comunque avere un impatto sull’ambiente in fase di produzione dei dispositivi utilizzati. Anche il fotovoltaico, che ad oggi è sicuramente una delle forme energetiche più pulite, può avere il suo impatto perché, ad esempio, la produzione del silicio puro utilizzato nei pannelli avviene in forni ad arco che lavorano ad altissime temperature e, pertanto, immettono in aria sostanze, proprio come avviene con la combustione. Ma questo avviene nella prima fase produttiva ed il bilancio complessivo è sicuramente migliore di quello che si ha con la combustione diretta per la produzione di energia.

Vediamo ora le caratteristiche delle varie tecnologie di produzione energetica da fonti rinnovabili.

FOTOVOLTAICO 

(Produzione annuale in Italia 41,6 TWh circa 14-15% del fabbisogno nazionale)

Una cella fotovoltaica è composta sostanzialmente da silicio monocristallino, le più efficienti (un unico cristallo di silicio puro) o da silicio policristallino (più cristalli di silicio fusi insieme); in questo caso l’impatto ambientale avviene solamente nella fase di lavorazione del silicio.

Se invece parliamo di pannelli solari a film sottile, allora il discorso potrebbe variare un po’, in quanto oltre al silicio viene utilizzato il tellurio di cadmio, che potrebbe essere inquinante in fase di riciclo, ma che può anche non esserlo se si seguono i corretti percorsi di smaltimento. Ma in ogni caso l’inquinamento causato dal fotovoltaico nel suo insieme non è lontanamente paragonabile a quello di qualsiasi altra forma di produzione energetica oggi conosciuta.

CELLA SOLARE

Apriamo anche qui una piccola parentesi per comprendere come funziona una cella fotovoltaica.

Una cella solare è costituita da due parti di silicio drogate in modalità N o P.

Il drogaggio del silicio di tipo N non è altro che l’inserimento di atomi pentavalenti di fosforo (con 5 elettroni di valenza); il drogaggio di tipo P, invece, avviene inserendo nel silicio atomi trivalenti di boro (con 3 elettroni di valenza). Il meccanismo che si instaura crea una zona con un piccolo potenziale elettrico, che favorirà il passaggio di corrente ogni volta che l’energia del sole (trasportata dai fotoni) fornirà agli elettroni l’energia sufficiente per liberarsi dal proprio atomo. In pratica, una cella fotovoltaica non è altro che una giunzione PN, come quella presente in molti componenti elettronici quali diodi e transistor. Per chi volesse comprendere il motivo per cui nel silicio si crea questo potenziale elettrico, a questo link c’è un breve tutorial:

https://danielepostacchini.it/wp-content/uploads/2018/09/giunzione-PN.pdf

Oltre a questo in una cella fotovoltaica c’è del vetro per proteggere il silicio, dell’alluminio per creare la struttura del pannello ed i collegamenti elettrici fili e morsetti.

Anche in questo caso mi è capitato di sentire da sbadati e disinformati politici che nel fotovoltaico si utilizzano le terre rare: altra immensa sciocchezza, in quanto le terre rare si utilizzano in svariati ambiti dell’elettronica, come nella produzione di hard disk o di motori con magneti permanenti al neodimio, di display OLED e LCD con l’uso di europio, terbio o ittrio, o nella produzione di determinati tipi di condensatori che usano il lantanio e il neodimio. Quando parliamo di “terre rare” intendiamo un gruppo di 17 elementi chimici: cerio, disprosio, erbio, europio, gadolinio, itterbio, lantanio, lutezio, neodimio, olmio, praseodimio, promezio, samario, terbio e tulio, definiti lantanidi, oltre a due elementi aggiuntivi, lo scandio e l’ittrio. Sono definite terre rare perché sono disperse in vari minerali e, pertanto, l’estrazione è difficile e richiede una grande quantità di energia.

Questi elementi sono largamente utilizzati nell’elettronica di consumo, nei PC, negli smartphone, nei display, nelle batterie ricaricabili, nei motori e nelle turbine. Ovviamente, nei circuiti elettronici che servono a convertire l’energia prodotta dai pannelli fotovoltaici per essere immessa in rete, potrebbe esserci un display o dei componenti elettronici che utilizzano le terre rare; tuttavia, non si può assolutamente dire che il fotovoltaico basi il suo funzionamento su questi preziosi materiali, perché l’elemento principale del fotovoltaico è il silicio.

La parte forse più impattante potrebbe essere quella relativa ai sistemi di accumulo, cioè le batterie. Un impianto fotovoltaico può funzionare anche senza batterie ed immettere semplicemente l’energia prodotta in rete, ma oggi vengono proposti impianti con sistemi di accumulo per rendere le abitazioni completamente (o quasi) autosufficienti.

Una delle tecnologie oggi largamente utilizzate nelle batterie per impianti solari è quella al litio-ferro-fosfato. Anche in questo caso non ci sono terre rare o metalli pesanti e, a differenza di quelle al nichel-manganese-cobalto, non ci sono materiali tossici o particolarmente inquinanti. Ovviamente l’estrazione del litio e la costruzione delle batterie hanno un impatto sull’ambiente, ma molto ridotto rispetto alle precedenti tecnologie. Paradossalmente, la loro lunga durata (oltre 15 anni) e l’utilizzo di materiali fondamentalmente “poveri” non agevolano il riciclo, in quanto non ci sono metalli preziosi da recuperare; di recente, tuttavia, la Comunità europea sta lavorando per imporre il recupero anche di materiali meno preziosi

IDROELETTRICO 

(Produzione annuale in Italia 43 TWh circa 14-15% del fabbisogno nazionale)

Le centrali idroelettriche sfruttano la trasformazione dell’energia potenziale dell’acqua in energia cinetica e successivamente in energia elettrica. In maniera molto semplificata possiamo distinguere le seguenti fasi:

• Raccolta dell’acqua: l’acqua viene raccolta in un bacino artificiale (una diga) costruito sul corso di un fiume. L’acqua contenuta nella diga possiede un’energia potenziale dovuta al dislivello con la parte restante del fiume verso cui defluirà, passando per delle condotte forzate.

• Conversione dell’energia: l’acqua che defluisce nelle condotte forzate possiede ora energia cinetica e, colpendo le pale di una turbina idraulica, trasmette questa energia che verrà convertita in energia elettrica per effetto di un alternatore collegato alla turbina stessa.

È un po’ come la dinamo di una bicicletta che, ruotando insieme alla ruota, produce energia. L’alternatore è come una grossa dinamo che, però, produce corrente alternata; mediante dei sistemi di controllo del flusso dell’acqua, la velocità della turbina viene mantenuta costante in modo da fornire una frequenza costante di 50 Hz.

Anche nel caso dell’idroelettrico non c’è un inquinamento diretto dovuto alla combustione con l’immissione di gas serra o dovuto all’utilizzo di particolari elementi chimici, in quanto i grandi alternatori utilizzano materiali come acciai speciali, rame e leghe ferrose: perciò nulla di particolarmente impattante. Ovviamente, anche in questo caso ci saranno dei circuiti elettronici, come nel caso del fotovoltaico, ma il vero impatto ambientale dell’idroelettrico è più che altro sull’ecosistema, in quanto si va a intercettare il deflusso di un fiume modificando flora e fauna, senza considerare l’impatto delle grandi dighe costruite in cemento armato.

EOLICO

(Produzione annuale in Italia 21,4 TWh circa 7-8% del fabbisogno nazionale)

L’energia eolica viene prodotta con un processo simile a quello dell’idroelettrico, in quanto il movimento delle grosse pale viene trasformato in energia mediante alternatori. A differenza delle centrali idroelettriche, dove il flusso dell’acqua viene regolato per mantenere una velocità costante ed avere una frequenza di rete fissa a 50 Hz, nel caso degli impianti eolici le pale girano in base al vento e la loro rotazione viene moltiplicata mediante una sorta di cambio meccanico, che farà girare l’alternatore in maniera più veloce rispetto alle pale. L’energia meccanica verrà sempre convertita in energia elettrica, ma per avere una frequenza costante vengono utilizzati dei dispositivi elettronici che convertono la tensione alternata prodotta in continua mediante dei raddrizzatori. La tensione continua viene poi inviata a un altro dispositivo, chiamato inverter, che ricrea la tensione alternata a una frequenza fissa. In aggiunta, nelle pale eoliche ci sono dei motori che le orientano o le inclinano in modo da sfruttare in maniera ottimale il flusso del vento.

Pertanto, a differenza dell’idroelettrico, c’è una maggiore necessità di dispositivi elettronici, ma anche in questo caso non c’è combustione né immissione diretta di gas serra. L’impatto sull’ambiente riguarda essenzialmente la fauna avicola, in quanto le pale sono pericolose per gli uccelli. Come nel caso delle dighe, anche in questo caso le grandi pale necessitano di cemento per la costruzione dei basamenti; il loro movimento crea, inoltre, un inquinamento acustico, oltre all’ovvio impatto visivo e paesaggistico.

Lo stesso discorso vale per l’eolico offshore, cioè le pale costruite in mare, che hanno il vantaggio della presenza di venti più forti e costanti senza barriere che possano rallentarli.

GEOTERMICO

(Produzione annuale in Italia 5,3 TWh circa 2% del fabbisogno nazionale)

Quando parliamo di geotermico dobbiamo fare un’importante distinzione, cioè tra quello usato per la produzione di energia e quello invece usato per il riscaldamento e il raffrescamento degli edifici.

Il geotermico che produce energia elettrica necessita di un quantitativo di calore elevato che genera vapore ad alta pressione in grado di far muovere una turbina collegata ad un alternatore (meccanismo simile ai precedenti). Questo tipo di produzione di energia, pertanto, può essere effettuato solamente in zone geologicamente favorevoli dove c’è la presenza di acqua calda e vapore nel sottosuolo. In Italia abbiamo ad esempio le 34 centrali di Larderello, in provincia di Pisa, che producono circa 6 TWh annui di energia elettrica, che corrispondono a circa il 2% del fabbisogno nazionale e al 30% di quello della Regione Toscana.

https://www.enelgreenpower.com/it/impianti/operativi/centrale-geotermica-larderello

Il geotermico utilizzato per il riscaldamento e il raffrescamento degli edifici può essere installato ovunque, in quanto sfrutta il principio per cui, a una determinata profondità, la temperatura del terreno si mantiene pressoché costante. In questo caso parliamo di geotermico a bassa entalpia, un sistema che non produce energia elettrica ma fornisce energia termica.

Il funzionamento è piuttosto semplice: nel terreno vengono inserite delle sonde di captazione (in pratica, dei tubi interrati nel sottosuolo) all’interno delle quali viene fatto scorrere un fluido termovettore composto da acqua e liquido antigelo. Poiché nel sottosuolo la temperatura è costante intorno ai 12-15 °C, anche il liquido si porterà a questa temperatura (fase di captazione). Una volta risalito in superficie, questo liquido attraversa uno scambiatore di calore. Qui cede la sua energia termica a un secondo liquido speciale, caratterizzato da un punto di ebollizione bassissimo.

A contatto con il calore dell’acqua, questo secondo liquido evapora immediatamente trasformandosi in gas. Il gas viene poi risucchiato e compresso da un apposito compressore: aumentando la pressione, la temperatura del gas si impenna rapidamente fino a raggiungere i 40-50°C, una temperatura ideale e sufficiente per scaldare l’acqua che scorre nell’impianto di riscaldamento della casa.

In questo caso verrà utilizzata energia elettrica per far funzionare il sistema (il compressore è elettrico) ma a fronte di 1kW di energia elettrica fornita ne possiamo ottenere 4 o 5 di energia termica pari al COP (Coefficiente di Prestazione).

Nel caso del geotermico l’impatto sull’ambiente è legato al tipo di produzione: nel caso di grandi centrali geotermiche che sfruttano le caratteristiche geologiche di particolari siti, c’è un’emissione di altri gas naturali, come l’anidride carbonica e l’idrogeno solforato, che possono essere mitigati con sistemi di abbattimento. Nel caso invece del geotermico domestico che produce calore, l’impatto con l’ambiente è pressoché nullo.

BIOMASSE

(Produzione annuale in Italia 15,7 TWh circa 5-6% del fabbisogno nazionale)

Sotto la categoria delle BIOMASSE, troviamo diverse tipologie di centrali, anche qui potremmo fare delle suddivisioni tra quelle che producono energia elettrica mediante combustione di materiali solidi, liquidi o gassosi e quelle che producono solamente gas che viene poi immesso in rete.

Vediamo il funzionamento e gli impatti per qualche tipologia di centrale.

Centrale a biomasse solide (cippato di legna)

In estrema sintesi, il funzionamento di questa tipologia di centrale è quello della combustione diretta al fine di creare vapore da immettere poi in turbine collegate ad alternatori per la produzione di corrente elettrica. Come detto in precedenza, la combustione di legna produce varie tipologie di inquinanti immessi direttamente in atmosfera, nonostante la presenza di costosi filtri che non possono garantire un impatto zero.

Inoltre, l’approvvigionamento di queste centrali potrebbe creare ulteriore inquinamento per due fattori:

• Il trasporto: spesso il materiale non proviene dalla filiera corta e, per mantenere funzionante una centrale in maniera continua, occorre approvvigionarsi anche da fuori regione o fuori nazione, con il conseguente inquinamento dovuto ai trasporti.

• La qualità del materiale: l’umidità del legno e, soprattutto, la possibile presenza di sostanze chimiche potrebbero influire notevolmente sull’inquinamento prodotto.

Centrale a biomasse liquide (oli vegetali).

Il funzionamento è analogo alla precedente come anche le problematiche legate all’impatto sull’ambiente.

Centrale a biogas (deiezioni animali)

In questo caso si utilizzano le deiezioni animali (pollina o letami di altro genere) mescolate a scarti vegetali per effettuare il procedimento di digestione anaerobica all’interno di grandi vasche, in assenza di ossigeno. Questo procedimento crea due prodotti: il biogas (composto in maggioranza da metano) e il digestato, ovvero il residuo delle deiezioni e degli scarti vegetali dopo la fermentazione. Il processo di digestione anaerobica avviene per la presenza di batteri di diversa tipologia che, suddivisi in 4 gruppi, eseguono le seguenti operazioni:

• Idrolisi: scomposizione di molecole complesse;

• Acidogenesi: trasformazione in acidi organici volatili;

• Acetogenesi: conversione degli acidi volatili in acido acetico, anidride carbonica ed idrogeno;

• Metanogenesi: conversione dell’acido acetico, anidride carbonica e idrogeno in metano.

Tra i vari batteri “buoni” ci sono comunque batteri molto resistenti ma anche molto pericolosi per la salute umana, come ad esempio Clostridium botulinum, Escherichia coli e Salmonella. Le direttive impongono un trattamento di pastorizzazione del digestato in modo da poterlo poi smaltire come concime nei campi, ma ovviamente il rischio permane, soprattutto se non ci sono adeguati quantitativi di terreno dove spargere il digestato.

Il gas prodotto viene poi bruciato per alimentare delle turbine collegate ad alternatori che producono corrente. Anche in questo caso, nonostante la combustione del gas crei un quantitativo notevolmente ridotto di inquinanti, c’è comunque un impatto sull’atmosfera.

Non tutte le centrali a biogas creano energia elettrica: infatti, con lo stesso procedimento visto sopra si può produrre biometano da immettere direttamente nella rete locale, evitando pertanto la fase di combustione.

Centrale a biogas (su discariche)

La digestione anaerobica si può effettuare anche nelle discariche, dove è presente molto materiale organico di differente tipologia. Pertanto, spesso nelle discariche vengono costruite delle centrali a biogas che sfruttano lo stesso principio descritto precedentemente, ma con una struttura costruttiva differente. Un’altra differenza si trova nel digestato che, nel caso delle centrali costruite sulle discariche, non viene smaltito nei terreni. Inoltre, essendo il materiale in ingresso non omogeneo, la purezza del gas prodotto è inferiore, con la necessità di una sua purificazione prima di essere inviato alla fase di combustione. Il vantaggio di queste centrali è che comunque vengono realizzate in un sito (la discarica) che ha già un suo impatto ambientale anche senza la combustione; appare pertanto conveniente cercare di ridurre le emissioni producendo energia.

Centrale a biogas (pirogassificazione)

In questo caso il procedimento è completamente diverso e non si basa sulla digestione anaerobica, ma su un processo termochimico chiamato pirogassificazione (pirolisi + gassificazione), che consente di raggiungere una maggiore efficienza energetica.

Il materiale in ingresso di queste centrali è costituito essenzialmente da scarti vegetali solidi, cippato, paglia, ecc. In estrema sintesi, la pirolisi consiste nel riscaldare a temperature comprese tra i 500 e i 900 °C, in un ambiente privo di ossigeno, il materiale in ingresso alla centrale. In questo modo si produrranno due prodotti: un gas chiamato syngas e un residuo solido carbonoso. Successivamente, il syngas verrà bruciato per produrre vapore che alimenta una turbina collegata ad un alternatore. Il residuo carbonoso viene poi smaltito interrandolo nei terreni agricoli per aumentarne la fertilità. A fronte di una tecnologia più complessa, c’è un impatto minore per l’assenza di digestato e per la combustione di un gas più pulito

Per tutti questi tipi di centrali a combustione, oltre all’inquinamento immesso che può essere filtrato e ridotto, esistono due importanti problemi che spesso vengono trascurati:

• L’approvvigionamento: per avere un senso, una centrale a biomasse deve utilizzare materiale di risulta proveniente dalla filiera corta. Non ha senso coltivare girasoli dall’altra parte del mondo per produrre olio da bruciare.

• L’energia termica prodotta: una centrale a biomasse solide ha un rendimento di conversione pari al 30%, cioè per 1 MWh di energia elettrica prodotta si crea il triplo di energia sotto forma di calore. Se questa energia termica non viene utilizzata in sistemi di teleriscaldamento, viene completamente sprecata. Inoltre, una temperatura più alta dei fumi richiede maggiori costi per i sistemi di filtraggio, che devono essere preceduti da scambiatori di calore per ridurre la temperatura.

Mettendo insieme queste due problematiche, possiamo affermare che le centrali a biomasse hanno senso se sono asservite a comunità locali (paesi o frazioni di paesi), cedendo calore alle abitazioni con appositi sistemi di teleriscaldamento, e se l’approvvigionamento proviene da materiali di risulta (scarti) della filiera corta. Purtroppo, in regime di libero mercato, quanto sopra esposto non può essere garantito o comunque imposto.

Il punto d’incontro di tutte le tecnologie sopra esposte nel campo delle energie rinnovabili rimane sempre il nostro Fratello Sole. È lui che scalda il terreno, invia luce, crea i venti, sposta le acque dal mare ai monti per far nascere i fiumi e crea le materie prime da bruciare nelle centrali

Con le rinnovabili possiamo stimare una produzione pari a circa il 44 % del fabbisogno nazionale.

FONTI NON RINNOVABILI

Fratello Sole è in qualche modo responsabile anche della presenza di petrolio, carbone e gas nel sottosuolo, che rappresentano invece le fonti non rinnovabili create milioni di anni fa. In questo caso le centrali hanno sempre lo stesso funzionamento, e cioè la combustione diretta al fine di creare vapore che fa girare turbine collegate ad alternatori che producono corrente. Come abbiamo già detto, la combustione, per quanto controllata, è fonte di immissione di gas serra e di inquinamento nell’aria.

TERMOVALORIZZATORI (INCENERITORI)

Nonostante l’appellativo rassicurante ‘termovalorizzatori’, questa tecnologia va inserita a tutti gli effetti tra le fonti non rinnovabili. Il funzionamento di queste centrali è molto simile a quello delle altre a combustione diretta, come si è visto ad esempio nelle centrali a biomasse, ma la differenza sostanziale è che il materiale bruciato è costituito da rifiuti. Per questo motivo, la qualità del combustibile rappresenta un’incognita rilevante riguardo agli inquinanti immessi nell’aria. Bruciando ad esempio materiali plastici, pur in presenza di avanzati sistemi di abbattimento, si rilascerebbero comunque quantitativi di diossine. Inoltre, a differenza delle centrali a biomasse dove, in via del tutto teorica, esiste un bilancio neutro della CO2 (la Co2 emessa viene assorbita dalle piante coltivate per alimentare la centrale), in questo caso le emissioni non vengono compensate, ma rappresentano un’aggiunta netta all’atmosfera. Anche in questo caso, anzi soprattutto in questo caso, visto l’impatto, è assolutamente obbligatorio recuperare l’energia termica attraverso sistemi di teleriscaldamento

PRODUZIONE ENERGETICA

Dai dati del TERNA possiamo vedere la suddivisione completa sulla produzione energetica.

Sotto la voce Thermal troviamo tutte le centrali che sfruttano la combustione sia di biomasse che di altro materiale, pertanto togliendo i 15 GWh delle biomasse si presumono per il 2025 una produzione di 115.000 GWh, pari al 40% del fabbisogno annuale, da centrali a carbone, a petrolio (sottoprodotti delle raffinerie)  ed a gas.

Pertanto considerando il 44% da fonti rinnoabili ed il 40% dalle fonti non rinnovabili, rimane il 16% che viene importato dall’estero.

L’obiettivo che una politica energetica intelligente dovrebbe porsi è quello di azzerare l’energia importata e quella prodotta da fonti non rinnovabili, che complessivamente rappresentano il 56% del fabbisogno nazionale.

In molti oggi tornano a parlare di nucleare, come fosse la panacea di tutti i mali e la soluzione ad ogni cosa; prima di parlare di nucleare, vorrei però fare due domande:

• Possiamo ridurre il fabbisogno energetico?

• Possiamo aumentare la produzione energetica da fonti rinnovabili?

In entrambi i casi la risposta è sì, in quanto non è mai stata fatta una vera politica sugli sprechi energetici. Facciamo qualche esempio.

LOAD PHANTOM

In Italia, come in tutti i paesi del mondo, esiste un consumo definito “fantasma” (load phantom), che è il consumo degli apparecchi non utilizzati, in stand-by. Pensate a quante TV, macchine da caffè, caricabatterie per cellulari, ecc., sono collegati ora nella vostra abitazione e moltiplicatelo per milioni o miliardi. Nonostante le classi di efficienza dei dispositivi, ancora oggi esistono dispositivi energivori spesso inutilizzati: l’ENEA stima che in una famiglia italiana il consumo in stand-by corrisponda al 5-10%. Eppure si potrebbe, ad esempio, imporre in fase di realizzazione di un impianto elettrico l’installazione di prese identificate con un apposito simbolo, da utilizzare per i dispositivi che possono essere completamente distaccati dalla rete elettrica inserendo un interruttore generale, oppure si potrebbero studiare soluzioni differenti rese oggi possibili dall’attuale tecnologia. In ogni caso parliamo di un consumo che può variare da 4 a 8 TWh annui, cioè fino al 2,6% del fabbisogno energetico: in pratica abbiamo bisogno di una centrale nucleare per alimentare dispositivi spenti.

Può sembrare una provocazione, ma in realtà le nostre abitudini incidono davvero molto; manca la cultura della riduzione dello spreco, ma mancano anche delle norme e una vera ricerca indirizzata in questa direzione.

Riguardo all’aumento della produzione di energia da fonti rinnovabili faccio invece solamente una domanda: se oggi produciamo con il fotovoltaico il 15% del fabbisogno nazionale, quanto potremmo produrre se ogni tetto di abitazione e ogni capannone industriale avesse un impianto fotovoltaico?

Il Joint Research Centre della Commissione Europea considera l’Italia il paese con il più alto potenziale inespresso in relazione al fotovoltaico: in Italia si potrebbero installare fino a 200 GW di impianti fotovoltaici, che potrebbero produrre fino a 280 TWh annui, coprendo abbondantemente il fabbisogno energetico complessivo. Avremmo inoltre un’energia prodotta direttamente vicino all’utilizzatore, riducendo enormemente le perdite di rete.

Come abbiamo già detto, il problema è che il fotovoltaico non garantisce la stessa produzione nell’arco dell’anno e soprattutto di notte. Anche utilizzando l’idroelettrico come sistema di accumulo, pompando acqua nei bacini quando c’è un surplus di energia prodotta, non si risolve interamente il problema. Ma è fuori discussione che, sfruttando tutto il potenziale fotovoltaico, ridurremmo notevolmente il gap tra energia prodotta e fabbisogno.

Il buon senso ci imporrebbe di seguire questo ragionamento: riduciamo i consumi e aumentiamo al massimo la produzione meno impattante, più diffusa e più economicamente conveniente per la piccola industria e l’artigianato (pensiamo a quanti posti di lavoro potrebbero aumentare con il fotovoltaico spinto) prima di pensare al nucleare

Ma perché il Nucleare deve essere l’ultima scelta?

ENERGIA NUCLEARE

FISSIONE NUCLEARE

Fratello Sole sicuramente non è responsabile della produzione di energia nucleare: l’uranio si è infatti formato miliardi di anni fa attraverso eventi cosmici, come l’esplosione di stelle che ha portato questa polvere sulla Terra.

In una centrale nucleare a fissione, la produzione di energia elettrica avviene creando vapore con il calore per far girare una turbina collegata a un alternatore, come nei precedenti casi. Ma chi crea questo calore? Di fatto non c’è alcuna combustione, bensì una reazione nucleare di fissione controllata. In pratica, un neutrone colpisce come una minuscola pallottola il nucleo di un atomo di uranio, il quale si spacca rilasciando un’enorme quantità di energia e liberando a sua volta altri neutroni che colpiscono altri atomi, innescando una reazione a catena costante e regolata.

Le centrali nucleari richiedono inoltre un elevato consumo di acqua utilizzata per il raffreddamento, particolare questo da non sottovalutare in quanto impone anche la presenza di acqua nei pressi della centrale.

Premetto che non ho pregiudizi sul nucleare vorrei però sfatare qualche mito.

1) Il nucleare risolverebbe il problema della produzione energetica. FALSO.

I dati parlano chiaro: un reattore nucleare sviluppa una potenza di 1 GW che, moltiplicata per 8.760 ore annue, considerando che non lavora sempre alla massima potenza, potrebbe arrivare a 8 TWh annui. Pertanto, volendo coprire l’intero fabbisogno energetico, avremmo bisogno di 38 reattori nucleari. Volendo invece eliminare le centrali a combustione con fonti non rinnovabili, avremmo bisogno di circa 15-20 reattori nucleari.

2) Il nucleare ci svincola dai paesi produttori di petrolio e gas. VERO ma FALSO.

Il nucleare utilizza uranio, di cui il nostro Paese è sprovvisto: diventeremmo perciò dipendenti dai Paesi produttori. La produzione mondiale di uranio estratto dalle miniere è fortemente concentrata in pochi Stati. I dati ufficiali della World Nuclear Association (WNA) evidenziano che i primi tre Paesi produttori coprono da soli circa tre quarti dell’offerta globale.

In ordine, i principali Stati produttori sono:

• Kazakistan

• Canada

• Namibia

• Australia

• Uzbekistan

• Russia

• Cina

• Niger

• India

• Ucraina

3) Esistono abbondanti scorte di Uranio. FALSO.

Al ritmo attuale, senza perciò altre centrali e con le attuali tecnologie, si stima un’autonomia che va da 90 a 130 anni, dopo i quali non avremo più la materia prima per far funzionare le centrali nucleari.

4) Una centrale nucleare si costruisce in breve tempo. FALSO

La costruzione di una centrale nucleare necessita mediamente di 7-8 anni (in Italia probabilmente di più).

5) Le scorie non sono un problema. FALSO

Ad oggi non esiste una soluzione sicura per il loro smaltimento definitivo. Le scorie rimangono altamente radioattive per almeno 300 anni, ma per tornare a un livello di radioattività pari a quello dell’uranio estratto dalla terra ne servono ben 100.000.

Ovviamente tralasciamo le irrealizzabili e assurde soluzioni paventate da qualche fantasioso pseudo-scienziato, come quella di gettare le scorie nei vulcani o di spedirle nello spazio. Non serve perdere tempo a spiegare i motivi per cui sono opzioni impraticabili: basta fare qualche ricerca in rete.

6) Le centrali sono sicure non ci sono particolari rischi. FALSO

Senza voler citare i tristi incidenti di Chernobyl o Fukushima che comunque sia danno l’esatta percezione della pericolosità delle centrali, vorrei riportare la definizione di rischio dal punto di vista normativo.

Il rischio rappresenta il prodotto tra la probabilità che un evento dannoso si presenti e la gravità del danno che si può avere.       RISCHIO = PROBABILITA’ x GRAVITA’

Nel caso di una centrale nucleare potremmo anche considerare una bassa probabilità che si verifichi un evento dannoso, ma nel caso si dovesse verificare, la gravità sarebbe elevatissima, viene da se che il rischio intrinseco di una centrale è un valore molto alto.

Quanto esposto sopra ci porta a considerare il nucleare una tecnologia non più risolutiva, caratterizzata da un elevato rischio e priva di una soluzione definitiva per il problema delle scorie. Non è una questione di pareri, ma di dati oggettivi e inconfutabili: per quale motivo dovremmo investire in una tecnologia ormai superata che produrrebbe energia fra 8 anni (in una stima ottimistica) e che fra 100 anni esaurirebbe la materia prima? In un Paese con un alto rischio sismico come il nostro, dove posizioneremmo poi le 20 o 40 centrali nucleari necessarie?

FUSIONE NUCLEARE

Un discorso molto diverso è invece quello legato alla fusione nucleare, che è il processo che avviene nel nostro Fratello Sole. In questo caso, anziché rompere atomi pesanti come l’uranio, si uniscono atomi leggeri come il trizio e il deuterio per formare un nucleo di elio, rilasciando un quantitativo elevatissimo di energia. Per fondere tra loro i due atomi occorre però fornire una temperatura elevatissima, superiore ai 100 milioni di gradi Celsius, trasformando la materia in uno stato di plasma: una sorta di ‘zuppa’ di nuclei ed elettroni liberi. Uno dei problemi principali è contenere questo plasma senza fondere i materiali circostanti; pertanto, la sfida più grande, oltre all’elevata temperatura, è proprio la ‘scodella’!

Se vogliamo parlare di nucleare in un’ottica futura, dobbiamo quindi indirizzarci verso questa tecnologia, attualmente in fase di ricerca avanzata, che a differenza della fissione offre i seguenti vantaggi:

• Combustibile abbondante e inesauribile: deuterio e trizio si possono estrarre facilmente dall’acqua di mare e dal litio, garantendo riserve stimate per milioni di anni.

• Assenza di scorie radioattive a lungo termine: i materiali di scarto diventano radioattivi al massimo per qualche decennio.

• Impossibilità di incidenti gravi: il reattore non può subire una fusione del nucleo (meltdown) e, in caso di guasto o perdita di controllo, la reazione si spegne automaticamente.

CONCLUSIONI

Oggi con la sfida dell’AI abbiamo sempre più bisogno di energia, pertanto bisogna fare delle scelte e bisogna anche sbrigarsi perché dobbiamo non solo produrre energia ma anche ridurre l’inquinamento e l’effetto serra.

Le mie sono solo semplici considerazioni, ma dovendo tracciare una strada credo non si possa fare a meno di prevedere le seguenti tappe:

• Aumentare al massimo la produzione da fonti rinnovabili, in modo da rispondere in breve tempo alla richiesta di energia. Allo stesso tempo, aumenterebbero i posti di lavoro nei settori vicini alla nostra piccola impresa e all’artigianato, e scenderebbero da subito le bollette grazie a impianti diffusi sul territorio (fotovoltaico su ogni tetto).

• Attuare politiche di sensibilizzazione e implementare nuove normative per la riduzione dei consumi e degli sprechi.

• Investire nella ricerca sulla fusione nucleare.

In ogni caso, c’è poco da dire: Fratello Sole ci mantiene in vita e sarebbe veramente da stupidi non approfittare della sua generosità.

Laudato sie, mi’ Signore, cum tucte le tue creature,
spetialmente messer lo frate sole,
lo qual è iorno, et allumini noi per lui.
Et ellu è bellu e radiante cum grande splendore:
de te, Altissimo, porta significatione.

Grazie dell’attenzione.