Energia su scala galattica

Da Do the Math del 12.07.2011. Traduzione di Antonio Tozzi, revisione di Simona Rossi.

Dall'inizio della Rivoluzione Industriale, abbiamo assistito ad una crescita impressionante e costante nella scala dei consumi di energia della civiltà umana. Se si rappresentano graficamente i dati dell'Energy Information Agency americana sull'uso dell'energia dal 1650, negli Stati Uniti (1635-1945, 1949-2009, includendo legno, biomasse, combustibili fossili, idroelettrico, nucleare, ecc.), si osserva una crescita secondo una curva notevolmente stabile, caratterizzata da un tasso di crescita annuo del 2,9% (si veda la figura). E' importante capire quale curva seguirà in futuro la crescita dell'energia, perché i governi e le organizzazioni di tutto il mondo formulano ipotesi in base alla previsione che il trend di crescita continuerà come ha fatto per secoli e uno sguardo alla figura suggerisce che questo sia un presupposto del tutto ragionevole. (Si veda questo aggiornamento per i dettagli.)

Solare termico e fotovoltaico

Scritto da Domenico Coiante

La situazione
La Fig.1 in alto mostra un impianto domestico per il riscaldamento dell’acqua per usi sanitari con i collettori solari termici piani, collocati sulla terrazza.

La Fig.2 mostra il grafico dell’efficienza di conversione (dalla radiazione solare incidente all’energia termica del fluido convettore) tipica dei collettori solari termici piani sigillati in vetro, quelli usati nella maggioranza dei casi per riscaldare l’acqua per gli usi sanitari e/o per il riscaldamento domestico. Si può costatare come l’efficienza vari da circa l’80% fino al 25% in funzione della richiesta d’incremento termico dT del fluido.

Nella pratica, la richiesta termica si colloca intorno a dT = 40 °C, a cui corrisponde un’efficienza di conversione del collettore intorno al 50%. Considerando in cascata le perdite di calore lungo l’impianto, (serbatoio d’accumulo, scambiatore termico e tubazioni) stimabili intorno al 10%, il rendimento all’utilizzo finale s’abbassa intorno al 45%.
Questo valore, senza dubbio, può essere ritenuto molto buono, soprattutto in rapporto ai rendimenti delle altre opzioni solari. Inoltre, i collettori di elevata qualità, che si trovano oggi sul mercato, costano intorno ai 300 - 350 euro/m2, sono garantiti per 5 anni da difetti di fabbrica e la loro durata media è superiore ai 15 anni. Un serbatoio d’accumulo di capacità adeguata permette di superare facilmente gli effetti delle variazioni d’illuminazione nell’arco del giorno e garantisce la fornitura di acqua calda anche nel periodo notturno. A livello di un impianto per un’utenza domestica famigliare di 4 persone (circa 4 m2 di pannelli), il costo chiavi in mano si aggira in media intorno a 500 euro/m2.
Abbiamo, quindi a che fare con una tecnologia ormai matura che offre prodotti affidabili e a basso costo e che, in aggiunta, gode di varie forme d’incentivazione pubblica, stimabili per un totale medio intorno al 30% del costo d’impianto. Stanti queste interessanti caratteristiche, il mercato italiano ha dato negli anni recenti una notevole risposta positiva, illustrata nel grafico di Fig.3.

La capacità termica complessiva dei collettori solari è aumentata negli ultimi tre anni da 1120 MW termici (MWth) a 1870 MWth con una crescita media pari a 375 MWth all’anno.
La superficie totale dei collettori, che corrisponde alla potenza istallata, è 2,67 106 m2, avendo tenuto presente l’equivalenza generalmente usata dall’ESTIF: 1 m2 = circa 0,7 kWth di picco.
Il contributo annuale, apportato al bilancio energetico nazionale, si ricava considerando un’insolazione media italiana di 1500 kWh/m2 all’anno e l’efficienza di conversione dei collettori sopra indicata pari al 45%. Si ottiene una produzione energetica annua di 1,8 TWhth, cioè 0,155 Mtep (1 TWhth = 0,086 Mtep), cifra molto piccola in confronto al fabbisogno energetico di 180 Mtep del 2009 (ultimo dato noto del Bilancio Energetico Nazionale).

Confronto con il fotovoltaico
La Fig.4 a lato riporta sullo stesso grafico l’andamento negli ultimi 11 anni della crescita della potenza cumulata per i due casi: solare termico e fotovoltaico. Il dato del 2011 per il solare termico è stato ottenuto per estrapolazione lineare dei dati precedenti, mentre per il fotovoltaico la cifra indicata rappresenta il valore sperimentale parziale al 5 ottobre 2011 registrato dal Gestore Servizi Elettrici.

Si può notare immediatamente la grande differenza di comportamento nei due casi. I collettori solari termici hanno avuto una diffusione notevole a partire dai primi anni 2000, con una crescita pressoché lineare, mentre il fotovoltaico ha iniziato a farsi notare sulla scala del grafico solo dopo il 2006, ma con un tasso di sviluppo decisamente superiore, che in pochi anni ha assunto carattere esponenziale.
Una valutazione di confronto tra le due tecnologie può essere ottenuta considerando i rispettivi contributi energetici al bilancio energetico nazionale.
Assumiamo per difetto che nel 2011 la potenza fotovoltaica rimanga pari a quella istallata fino al 5 ottobre, cioè 11102 MWp. Nell’anno 2012 tale potenza produrrà 13,3 TWh di elettricità, avendo supposto una produttività degli impianti uguale alla media nazionale certificata dal GSE, cioè 1200 kWh/kWp.
Trattandosi di energia elettrica, si può applicare l’equivalenza: 1 TWh = 0,22 Mtep, con ciò indicando la quantità equivalente di combustibili fossili risparmiata dal sistema di generazione termoelettrico italiano (a cui è attribuita un’efficienza = 39%). In definitiva, il contributo al bilancio energetico nazionale sarà pari a 2,9 Mtep, con un’incidenza, che inizia ad essere significativa: 1,6% rispetto a 180 Mtep del consumo totale.
Ricordando quanto calcolato sopra per il solare termico, il confronto si pone tra 2,9 e 0,155 Mtep: il contributo del fotovoltaico ha assunto una dimensione almeno 18 volte superiore a quella del solare termico.
Quali sono i motivi della grande differenza di comportamento nello sviluppo delle due tecnologie?
Per gli operatori del solare termico la causa principale risiede nella scarsa entità delle incentivazioni pubbliche erogate al solare termico in confronto al fotovoltaico.
Senza entrare nel merito di questo argomento, ci sembra doveroso registrare il differente tipo di normativa adottato nei due casi, che non permette un confronto economico immediato. Infatti, nel caso dei collettori termici, le incentivazioni derivano da provvedimenti, in parte, statali e, in parte, regionali e comunali. La filosofia delle erogazioni è comunque basata su benefici in conto capitale, senza alcuna relazione con l’effettiva produzione d’energia termica da parte degli impianti.
Nel caso del fotovoltaico, l’incentivazione è regolata dal decreto di legge, detto del Conto Energia, dove la filosofia delle incentivazioni pubbliche è basata strettamente sulla quantità d’energia prodotta dagli impianti, che è contabilizzata all’atto della sua immissione nella rete elettrica nazionale.
Non essendoci elementi in comune, appare, pertanto, chiaro come non sia possibile una comparazione economica diretta e come invece occorrerebbe procedere attraverso un confronto analitico dei costi rispettivi di produzione dell’unità d’energia nei due casi, incentivazioni incluse. Solo dal paragone tra tali costi e i prezzi esistenti nei rispettivi mercati può venire fuori un giudizio motivato sui vantaggi tra le due normative d’incentivazione.
Indubbiamente l’argomento è interessante, ma sarebbe molto dispersivo da affrontare qui. D’altra parte, esiste un’altra via, un po’ approssimata, ma più sintetica per arrivare ad una conclusione.
Il criterio che ha guidato il legislatore in entrambi i casi è stato lo stesso. Poiché il costo di produzione dell’unità d’energia non è competitivo, è necessario incentivare il mercato in modo da creare un vantaggio economico da parte dell’utente. L’entità dell’incentivo deve permettere di recuperare l’investimento entro la vita utile dell’impianto con un margine economico positivo. Il criterio adottato nei due casi è stato quello che si potesse rientrare dall’investimento a circa metà vita, in modo da avere un utile netto nella seconda metà della vita operativa. Per gl’impianti termici la vita operativa è stata considerata di circa 15 anni e per il fotovoltaico di 25 anni.
L’entità delle incentivazioni in conto capitale per il solare termico è fissata in modo tale che l’utente possa rientrare dall’investimento in circa 7 anni e realizzare in seguito un piccolo profitto. Analogamente la tariffa del Conto Energia per la vendita alla rete dei kWh fotovoltaici permette il recupero dell’investimento nei primi 10-12 anni e poi il profitto. Quindi, per gli utenti, le incentivazioni in entrambi i casi garantiscono un ritorno finale positivo dell’investimento.
In conclusione, dal punto di vista del diritto, entrambe le tecnologie sono state trattate allo stesso modo. Evidentemente esistono altri motivi per cui il mercato sta privilegiando il fotovoltaico, tanto più che ciò non accade solo in Italia, ma anche in altri paesi, dove le incentivazioni hanno entità e normative diverse da quelle italiane. A titolo d’esempio, vediamo che cosa sta accadendo in Germania, dove una grande attenzione pubblica fu posta sul solare termico fin dai primi anni ’80, cosa che ha consentito al settore un grande e duraturo sviluppo.
La Fig.5 mostra il grafico circa l’andamento nell’ultimo decennio della potenza cumulativa istallata nel Paese per il solare a collettori termici piani, a confronto con il fotovoltaico.

Come si può notare, anche in questo caso la potenza termica cresce in modo pressappoco lineare, mentre il fotovoltaico mostra un tasso di sviluppo esponenziale, che ha consentito di raggiungere e superare nel 2009 la capacità termica istallata, portandosi nel 2010 quasi al doppio di essa.
Pertanto, senza voler generalizzare questa situazione e senza ignorare il fatto che entrambe le tecnologie hanno un grande valore strategico, prendiamo atto dell’esistenza di altre motivazioni, non solo economiche, che favoriscono la diffusione del fotovoltaico in paesi come l’Italia e la Germania.
Proviamo ad elencare alcune caratteristiche del fotovoltaico che ci sembrano vantaggiose e che possono spiegare il differente tasso di sviluppo del mercato.
1. L’energia elettrica è una forma d’energia pregiata. Il significato di questa affermazione, spesso usata in letteratura, apparirà chiaro quando si consideri il caso del fotovoltaico, dove la radiazione solare è trasformata direttamente in energia elettrica. In questo caso, l’energia fotovoltaica è destinata esclusivamente all’uso finale elettrico, che in Italia pesa per circa 1/3 sul bilancio energetico nazionale. Pertanto, fino a che lo sviluppo della produzione avrà dimensioni tali da restare dentro questo settore (ed esiste ancora un enorme margine di sviluppo), i kWh fotovoltaici andranno a sostituire un pari numero di kWh elettrici prodotti dalle centrali termoelettriche convenzionali. Ciò si traduce nel fatto che ogni kWh fotovoltaico, impiegato negli usi elettrici, permette il risparmio della quantità di combustibile fossile che sarebbe necessaria per la sua produzione termoelettrica. Poiché in media, nella situazione italiana, ci vogliono 2200 kcal per produrre 1 kWh termoelettrico, ne segue che il kWh fotovoltaico può essere valorizzato applicando l’equivalenza, (già usata sopra): 1 kWh fotovoltaico = 0,22 kep (kg equivalenti di petrolio). La stessa equivalenza non può essere usata per i kWh del solare termico, perché in questo caso ogni kWh consente il risparmio di soli 0,086 kep di combustibile fossile. La differenza è pari ad un fattore circa 2,5 e gioca tutta in favore del fotovoltaico.
2. Negli anni ’80, mentre esponevo una mia relazione sul fotovoltaico in un convegno tenuto in Campidoglio ed indetto dalla Fondazione Dragan, mi vidi passare un foglietto da parte del presidente dell’ENEL, Prof. Arnaldo Maria Angelini, che mi sedeva a fianco. La nota diceva pressappoco così: “Quello che Lei sta dicendo è molto bello, ma si ricordi che se e quando il fotovoltaico avrà successo, lo dovrà esclusivamente alla presenza della rete elettrica nazionale”. Il significato profondo di questa osservazione mi è divenuto più chiaro in questi giorni, mentre osservo lo sviluppo esponenziale di questa tecnologia a confronto con la crescita minore del solare termico. Indubbiamente entrambe le tecnologie sono versatili e duttili nel senso che sono applicabili in una estesa gamma di applicazioni sparse sul territorio. Ma la caratteristica più vantaggiosa del fotovoltaico si chiama vettoriabilità energetica. Al contrario del calore, l’elettricità si può trasportare facilmente con basse perdite per lunghe distanze, anche per centinaia di chilometri. Questo fatto svincola completamente la localizzazione degli impianti di produzione dai luoghi d’utenza, permettendo un grande grado di libertà nella scelta dei siti. A parte il caso particolarmente conveniente dell’impianto di generazione sul tetto degli edifici domestici, la presenza diffusa sul territorio nazionale della rete elettrica offre immense possibilità di localizzazione delle centrali, la cui produzione può essere facilmente messa a disposizione degli utenti vicini e lontani tramite la linea. In questo modo, è divenuto conveniente collocare un impianto fotovoltaico dovunque esista un terreno marginale non coltivabile, una discarica abbandonata, un capannone industriale, ecc, purché bene assolati e prossimi alla rete elettrica. E ciò è quanto sta avvenendo in tutta Europa, anche in paesi molto meno assolati dell’Italia come la Germania. E’ evidente che questo tipo d’opportunità non esiste per il solare termico, i cui impianti sono tecnicamente vincolati alla vicinanza con le utenze.
3. La normativa del Conto Energia, indipendentemente dall’entità dell’incentivazione offerta sui kWh prodotti, possiede un vantaggio sulle norme degli incentivi in conto capitale, di cui usufruisce il solare termico. Si tratta della possibilità di monetizzare la resa economica nel corso dell’esercizio degli impianti. Chiunque possieda un sito dove sia possibile realizzare un impianto fotovoltaico può divenire produttore elettrico e, una volta collegato alla rete, può percepire un reddito in euro erogato dal GSE, sia dalla tariffa d’incentivazione, sia dalla vendita dei kWh alla rete nazionale. Dopo 10-12 anni, una volta ripagato il debito contratto per la costruzione dell’impianto, il proprietario riceve un flusso di cassa reale in moneta corrente, che può destinare ad altri impieghi. Nel caso del solare termico ciò non accade, in quanto il proprietario dell’impianto vede per tutta la durata dell’esercizio un reddito virtuale sotto forma di risparmio sulla spesa energetica. Anche se sul piano economico generale le due opzioni dovrebbero essere equivalenti, tuttavia la monetizzazione del reddito è percepita dagli utenti come una modalità più vantaggiosa.

Curiosità fotovoltaiche

Dopo la pubblicazione in questo articolo della classifica regionale delle installazioni procapite di impianti fotovoltaici, e successivamente (qui) della stessa classifica relativa ai Comuni capoluogo, vorrei proporvi per concludere la tabella allegata (ingrandire cliccando sopra) che contiene l'elenco dei primi venti Comuni italiani in assoluto con la maggiore potenza installata per abitante. Tutti superano i 3 kW procapite, potenza che consente di produrre più di 3500 kWh, cioè più del consumo medio di una famiglia italiana.

Il lavoro è stato lungo e laborioso perchè ho dovuto riportare su un foglio excel i dati sulla potenza installata disponibili sul sito del GSE per più di 8000 Comuni e intersecarli con i dati la popolazione ricavati dal sito dell'Istat. Excel consente miracoli, però non sono in condizione di escludere qualche limitato errore di lavorazione.
Per la cronaca, il primo Comune ha un nome grazioso ed è in provincia di Rovigo, si chiama San Bellino e ha pochi grandi impianti che, rapportati all'esigua popolazione, conducono al record di potenza procapite di quasi 6 kW.

Chi fosse interessato a sapere la posizione in classifica del proprio Comune, mi scriva pure.

Solar Energy Report

A tutti coloro che sono interessati all’evoluzione del solare italiano segnalo vivamente la lettura del Solar Energy Report 2011 redatto da un gruppo di docenti e ricercatori del Politecnico di Milano, disponibile cliccando qui.

Si tratta di un Rapporto approfondito e completo, da cui si possono trarre interessanti informazioni su tutti gli aspetti delle tecnologie che utilizzano l’energia solare (fotovoltaico, termico, termodinamico), dai costi all’evoluzione del mercato italiano in rapporto a quello internazionale, dai riferimenti normativi ai livelli occupazionali.

La prima cosa che sorprende è l’estrema effervescenza del mercato italiano del fotovoltaico negli ultimi anni, grazie alle incentivazioni del Conto Energia. Se si considerano anche le installazioni conseguenti al cosiddetto “Decreto Salva Alcoa” l’Italia avrebbe già superato i 7000 MW di potenza, collocandosi al secondo posto al mondo dopo la Germania.

L’effetto più evidente e positivo di questa evoluzione è stato il calo vistoso dei prezzi dai pannelli, grazie soprattutto al minore costo dei moduli che oggi rappresenta soltanto il 40% del costo totale d’installazione (a fronte del 70% di pochi anni fa). Ma anche il prezzo degli inverter segue un’analoga tendenza al ribasso.

Secondo i redattori del Rapporto, la causa principale di questa vera e propria esplosione sono stati gli elevati rendimenti e il basso rischio dell’investimento. Infatti, il Tasso Interno di Rendimento (il tasso di attualizzazione che rende nullo il VAN) cioè la resa dell’investimento, è valutato nel 2010 dal 18% al 25% !!

Un altro dato molto interessante sul piano occupazionale è quello relativo all’analisi dell’intera filiera tecnologica che oggi inizia a vedere la presenza di operatori italiani non solo nella distribuzione e installazione, ma anche negli altri settori come quelli della produzione di celle, moduli e inverter.
Il Rapporto conclude con alcune note di rilevante preoccupazione sulle sorti del mercato italiano del solare in seguito alle incertezze determinate dagli ultimi provvedimenti governativi. Preoccupazioni a cui ci associamo decisamente.

Il solare democratico

created by Andrea De Cesco

Dagli albori della propria civiltà il genere umano ha sempre creato all'interno delle società delle gerarchie tra i vari individui. L'affermazione della superiorità di un individuo o di una serie di individui sugli altri è antica più della storia e della storia è stata uno dei motori più potenti.
Ovviamente nelle società primitive si basava su poche norme non scritte che riconoscevano la predominanza di uno o pochi singoli, legate alla sopravvivenza delle comunità, i cui membri rinunciavano a un parte della loro libertà pur di affrontare le difficili condizioni di vita all'interno di un gruppo organizzato.
Man mano che le società e le comunità si sono evolute, si sono evoluti anche i modi per l'acquisizione ed il mantenimento di questa predominanza interna da parte delle “caste“ privilegiate, e dove fosse possibile la spinta ad esportarla ad altri popoli o civiltà vicine.

Se rileggiamo la storia, essa si presenta zeppa di episodi legati in un modo o un altro alle logiche di potere tra le classi dominanti, guerre, assassini, alleanze, tradimenti, matrimoni, ecc. La costante rimane però che per acquisire potere e soprattutto per mantenerlo lo strumento principale è sempre quello del controllo degli uni sugli altri, dove una ristretta cerchia che costituiva l'elite, forte di una propria organizzazione, dominava la massa.
Nelle civiltà più antiche questo si manifestava soprattutto con la coercizione, dove un singolo individuo, un gruppo di persone, un esercito, una milizia, o una o più famiglie, predominava su gli altri grazie al possesso e all' uso delle armi.
Un'altra arma potente era il controllo della religione e delle credenze popolari, in quanto da sempre i vertici politico-militari si sono associati al potere le alte gerarchie religiose, ricevendo in cambio dell'esercizio esclusivo della religione, la legittimazione al dominio politico.

Dopo la rivoluzione industriale, questo ordine è stato sovvertito e la garanzia del potere militare o religioso non è stata più sufficiente, nelle civiltà occidentali almeno, al mantenimento del controllo sulle masse.
Si era venuta a creare una elite diversa, di natura economica, capace di condizionare la supremazia delle aristocrazie attraverso la propria forza economica, sebbene all'inizio questo nuovo ceto fosse in competizione con il potere delle classi fino allora predominanti, in breve tempo però si assistette ad una cooptazione ai vertici per i nuovi esponenti della classe industriale e mercantile.
Si creò così una nuova classe sociale che assumeva il controllo totale assommando potere politico, economico e delle coscienze assieme, condizione che resiste tuttora fino ai giorni nostri.

Evolvendosi la società e divenendo più complessa, è stato necessario produrre nuove forme di controllo delle masse, affidate non più alle armi o alla religione, ma con mezzi sempre più sofisticati e raffinati.
La prima è quella del controllo dell'informazione, ormai in nessuna parte del mondo esiste un informazione veramente libera e plurale ma essa risponde agli interessi di potenti editori o capitani di industria, in grado non solo di plasmare l'opinione pubblica al fine di ottenere un consenso, ma soprattutto di indicare nuove scale di valori, rispondenti più alle esigenze dell'impresa che non ai veri valori o le vere necessità dell'individuo.
Ma soprattutto la più importante forma di controllo esercitato è quella del controllo dell'energia.
In società complesse come le nostre la possibilità di vivere e la qualità della vita dipendono in primis, dal accesso alle varie forme di energia disponibili.
Questo paradigma vale a tutti i livelli, a partire dei rapporti fra i vari stati (emblematico il capolavoro di Putin, il quale ripristinando il controllo pubblico sullla produzione di idrocarburi ha trasformato uno stato, la Russia, da nazione allo sfascio a potenza mondiale in grado di condizionare le politiche degli altri stati), al livello interno degli stati dove un mercato energetico in teoria libero, è concentrato nelle mani di poche figure, in grado di controllare il flusso dell'energia destinato al singolo cittadino.

Le varie forme di energia che hanno consentito la rivoluzione industriale, sia il carbone che il petrolio o gli altri idrocarburi come per il nucleare o l'idroelettrico, hanno tutte una caratteristica in comune, si prestano ad essere controllate dalla fonte lungo tutta la filiera fino alla distribuzione.
Infatti, il singolo cittadino non è in grado di assicurarsene la quantità sufficiente con i propri mezzi, ma per forza di cose deve acquistarla da una di queste compagnie in grado di fornirgliela.
Nessuno di noi può rifornirsi di benzina dell'automobile direttamente acquistando il petrolio in Arabia per poi raffinarselo in casa, deve per forza fare rifornimento ad una stazione di servizio di una delle mayor petrolifere, che fornirà il prodotto finito alle proprie condizioni, come nessuno può procurarsi il gas per riscaldarsi in inverno direttamente in Russia, ma deve collegarsi per forza di cose ad una tubatura rifornita da un gasdotto di una di queste stesse società.
Stessa cosa si potrebbe pensare per l'energia elettrica dato che nessuno può crearsi in casa costruendosi una mini centrale, si essa idro, termoelettrica o termonucleare, ma invece non si è nella stessa condizione.

Esiste la possibilità di creare una serie di piccole “centrali elettriche” adatte ai consumi di un singolo individuo, di una famiglia o di una ristretta comunità, utilizzando la forma di energia più democratica, anzi forse più che democratica visto che abbonda principalmente nei paesi tropicali tradizionalmente più poveri, una forma di energia non controllabile da nessuno, non inquinante, disponibile in quantità sufficiente alle esigenze di tutti gli abitanti della terra e per diversi milioni di anni a venire, l'energia solare.
Grazie alla tecnologia attualmente disponibile, è già oggi facile prodursi privatamente l'energia necessaria ai propri bisogni ed addirittura poterne cedere una quantità ad altri soggetti, senza per forza di cose passare attraverso le strozzature di un mercato dominato da monopoli o oligopoli.
Certo le cose dette così sembrano facili, ma non lo sono per nulla, una forma democratica di produzione e consumo dell'energia prevede la fine del controllo da parte delle elite, cioè il cittadino-consumatore-produttore, alla fine risulta essere autonomo ed autosufficiente, e non più completamente condizionabile dalle forniture energetiche, risultando così veramente indipendente.
Quindi è prevedibile che in futuro man mano che si procederà verso l'ineluttabile crisi della produzione di combustibili fossili tradizionali, e la conseguente diffusione di impianti che utilizzino fonti rinnovabili, come l'eolico ed il fotovoltaico, vi siano dei tentativi, ovviamente di natura legale, di ricondurre l'esclusività della produzione mediante questi sistemi al solito manipolo di eletti che vorranno riaffermare e perpetuare la loro superiorità gerarchica sul resto degli esseri umani.
Per questo lottare per un una produzione dell'energia distribuita sul territorio e tra tutti i suoi abitanti, quindi sottratta ad ogni forma di gestione controllata, non è solo una risposta ai fabbisogni energetici dell'umanità, ma è una condizione per garantire una reale libertà ad ogni singolo essere umano.

Cucinare con il sole

"In tutto il mondo, per i soli bisogni di cucina, un milione di tonnellate di legna vanno in fumo ogni giorno, e due miliardi di persone hanno difficoltà nell'approvvigionamento di combustibile necessario per la preparazione dei loro pasti. Inoltre, la deforestazione provoca catastrofi ecologiche, come la desertificazione del Sahel e le inondazioni del Bangladesh [...]

Roger Bernard, "Cuisson solaire pour débutant", ed. Jouvence

Nell'immagine potete vedere il mio recente investimento culinario. Stimolato da un amico che ha viaggiato in Cina, nonchè da un post dell'ottimo Marco Pagani ho ravanato per qualche sera nel web per trovare quelli che sono, almeno secondo l'idea che mi sono fatto, i prodotti a miglior rapporto qualità-prezzo. Si tratta di un forno solare e di una cucina parabolica.

Devo ammettere che non è stato facile perchè ho trovato venditori papabili in Francia, Svizzera, Germania e Grecia; inoltre, ognuno aveva solo una parte del materiale di mio interesse, non tutti accettavano carte di credito, certi avevano alte spese di spedizione .... arghhh :-) alla fine ne ho setacciati un paio.

Considerando che si tratta di materiale di qualità medio-alta, e che ho speso intorno ai 250 € per articolo, mi ritengo soddisfatto. Realisticamente, la cucina solare oggi è ancora un tantino cara rispetto a quella tradizionale a gas (che mi pesa per meno di 100 € all'anno, per i soli usi culinari), tuttavia viste le possibili evoluzioni dei prezzi del metano e la passione per l'impatto "zero" non ci ho pensato più di tanto. Per la cronaca, sarebbe buona cosa riuscire ad acquistare i materiali direttamente presso i rivenditori, soprattutto se capita di un viaggiare da quelle parti, risparmiando ulteriori decine di euro.

Per una valutazione globale e senza pregiudizi occorre citare i fattori "contro": aleatorietà della performance (impossibile cucinare con cielo coperto e poco prima del tramonto) e scomodità (ci vuole un po' di spazio: un cortile o un balcone con un minimo di esposizione). Quindi, la diffusione di massa nelle metropoli occidentali, con palazzi e grattacieli è oggettivamente difficoltosa. Ma tra le tante cose che i combustibili fossili potrebbero cessare di garantirci, sarà proprio la comodità a buon mercato, quindi ci dovremo ingegnare.

L'efficienza di questi dispositivi solari li rende LA scelta d'elezione per contenere gli usi di altre energie nobili (biomasse, gas), dando loro delle chanches in più per l'autorinnovabilità.

Backup: per cucinare con luce scarsa e con clima freddo, la stufa a legna è perfetta: ci si scalda e si fa cena; per le giornate calde ma nuvolose, si può usare il classico fornello a gas.

Con un po' di organizzazione, la cucina solare potrebbe contribuire per un buon 50%.

Più avanti vi farò sapere se riesco a combinare qualcosa di commestibile ... :-) , e fornirò qualche dettaglio tecnico sulle apparecchiature. Chi fosse interessato ai modelli mi può scrivere (non li vendo io, quindi non ci guadagno!); inoltre, la rete è ricca di schemi per il fai-da-te, che sono essenzialmente forni in legno e riscaldatori (a bassissimo costo) costruiti con cartone & carta alluminata; conto di realizzarne un paio come "fornelli di supporto" ai due acquistati.

PS Grazie a Elisa per l'aiuto nel montaggio! La cucina parabolica per essere assemblata richiede un po' di pazienza, riservarsi una mattinata piena e la fidanzata :-)

L'illusione di Battaglia

In questo guest post viene recensito un libro di recente pubblicazione, dedicato alla dimostrazione (almeno, tentata) dell' "inutilità" dell'Energia dal Sole.

L'autore del libro è ancora una volta perentorio nei suoi giudizi; a questo atteggiamento fanno da centro di diffusione una certa stampa politicizzata e alcuni siti e blog, che assecondano le idee esposte in modo assiomatico.

Può essere interessante sentire anche opinioni meno osannanti e più analitiche. Ringraziamo Francesco Aliprandi per l'elaborato.

L'illusione di Battaglia

created by Francesco Aliprandi


Ho finito di leggere "L'illusione dell'energia dal sole", e volevo esprimere qualche commento.

L'impressione che ne ho ricavato è che il professor Battaglia sia perfettamente in grado di difendere i suoi calcoli all'interno del recinto che con estrema cura si costruisce nel libro. A pag. 18 dell'introduzione scrive "Ma, dopo aver riconosciuto quale istanza ambientale è illusione e quale no [...], come si fa - direte voi - a dimostrarne il carattere illusorio? A questo proposito la regola d'oro è: esercitare l'aritmetica.", cosa che fa in modo quasi ineccepibile salvo poche eccezioni. Purtroppo non basta saper usare la partita doppia per poter risanare il bilancio di uno Stato, e infatti quello che non funziona nel libro non sono i calcoli quanto le idee che vi stanno dietro.

Nei primi due capitoli vengono definite l'energia e la potenza, e anche i primi due principi della termodinamica. E' curioso come a pag. 37, dopo aver spiegato la differenza fra le due grandezze fisiche, sia scritto (in uno dei numerosi e a mio parere fastidiosissimi riquadri in stampatello maiuscolo) che "Per soddisfare le nostre esigenze d'energia è essenziale poter disporre di adeguata potenza", che suona abbastanza ridicolo alla luce della distinzione appena fatta, e questa idea della necessità di potenza adeguata opposta all'energia viene ripresa lungo tutto il volume.

Naturalmente non si possono scindere le due cose, nel senso che avere ad esempio una potenza idroelettrica di tot GW non ci serve a nulla quando gli invasi dovessero essere vuoti, ma se si vuole spingere sul nucleare e sul BAU (Business As Usual) è indispensabile impostare il ragionamento in questo modo: una delle accuse rivolte alle rinnovabili è la loro incapacità di fornire energia in modo costante, e quindi la loro inaffidabilità.

Nei capitoli 3, 4 e 5 si parla del sole, delle trasformazioni dell'energia solare e di come questa sia stata importante nel passato. All'inizio del terzo capitolo si precisa che "per energia solare s'intende non l'energia proveniente dal sole e capitalizzata [...] nei combustibili fossili, ma l'energia solare corrente", un paletto essenziale. Dato che in passato l'energia solare era l'unica fonte per l'uomo e che oggi, dati alla mano, contribuisce per meno del 10% del totale (capitolo 5), si conclude che l'energia solare è l'energia del passato, e si evidenzia come idroelettrico e legna da ardere coprano circa il 90% fra le rinnovabili a livello mondiale.

A pag. 62 e 63 si fa notare come sia "una circostanza curiosa, se non paradossale" che l'importanza dell'energia solare sia calata dal 100% a meno del 10% proprio oggi che esistono "molteplici moderne tecnologie di sfruttamento": evidentemente qui il professor Battaglia fa finta di ignorare che da sempre l'uomo ha cercato di ottenere risultati facendo meno fatica possibile, per cui non sorprende che prima di pensare ai moduli fotovoltaici ci siamo ubriacati di idrocarburi e continuiamo tutt'ora a farlo.

Capitoli 6 e 7: idroelettrico, legna da ardere ed eolico. Si mostra come la potenza specifica media per le prime due forme sia di 1 e 0.1 W/m^2 ripettivamente, molto meno quindi dei 200 che provengono mediamente dal sole (valore introdotto a pag. 44, capitolo 3). E' curioso come venga considerato il bacino idroelettrico e non quello idrografico, visto che anche un non addetto ai lavori intuisce che l'area da considerare dovrebbe essere quella che raccoglie l'acqua, della quale il bacino artificiale è solo la manifestazione macroscopica. Né vale l'osservazione che il bacino idroelettrico rappresenta un'area effettivamente impegnata, che poi si confronta con quella di una centrale nucleare (tanto per cambiare), perché nel capitolo successivo, che tratta l'eolico, non si prende l'impronta al suolo delle torri ma l'area del parco eolico. Un mistero!
Per il resto mi sembra che i numeri siano corretti, compreso il calcolo che "dimostra" come l'esperienza tedesca sia un fallimento colossale, dato che ad 1 milione di euro per MW pagheranno 48 miliardi di euro per il progetto di espansione dell'eolico (48000 turbine da realizzare fino al 2020) contro i soli 14 miliardi spendibili per il nucleare.

Nel capitolo 8 sul solare termoelettrico si ricordano gli incendi avvenuti in passato negli impianti realizzati negli USA, dove il fluido vettore usato è un olio; oggi si preferisce una miscela di sali a base di nitrato di sodio e nitrato di potassio che risulta atossica e non infiammabile.

Fotovoltaico, capitolo 9. Si parla unicamente di celle al silicio tralasciando le tecnologie a film sottile, a multistrato e a concentrazione, ma anche qui non credo i calcoli economici verrebbero sconvolti. Pure al FV spetta la stessa critica dell'eolico: è inaffidabile, quindi non consente di evitare l'installazione di centrali nucleari.

Nel decimo capitolo si analizzano i collettori solari termici, che vengono trattati a mio avviso superficialmente (ad esempio, a pag. 115 è riportato un grafico con rendimento del collettore in funzione del DeltaT che è identico a quello che si trova a pag. 449 di "Le nuove fonti di energia rinnovabile" di D. Coiante, ma nell'ipotesi peggiore); d'altra parte penso che in confronto ai problemi che ci attendono i collettori svolgeranno un ruolo marginale.

Nell'undicesimo e penultimo capitolo vengono analizzati i biocarburanti, e solo qui a pag. 123 si trova scritto "Insomma, per valutare se ha senso o no produrre etanolo da usare come carburante bisogna valutare il guadagno netto di energia, dato dalla differenza tra l'energia ricavata dalla combustione del bioetanolo meno l'energia spesa nell'intero processo, dalla semina alla distribuzione del prodotto finito.", cioè la prima analisi energetica del processo di conversione in esame! I calcoli poi non lasciano spazio a dubbi, anche nelle ipotesi più ottimistiche; si parla anche di bilancio di anidride carbonica ma non si accenna ad esempio all'effetto del protossido di azoto sul quale ha indagato molto recentemente Paul Crutzen.

L'ultimo capitolo trae le conclusioni.

Il professor Battaglia ci presenta questo libro di 152 pagine in cui discute di energia, politiche energetiche e potenza (curiosamente, adotta un'unità di misura personalizzata, il GW-anno, nel secondo capitolo). Purtroppo non viene accennato il concetto di EROEI (Energy Return On Energy Invested) che dovrebbe essere alla base di qualunque discussione che tratti di energetica, tranne che nel capitolo dedicato ai biocarburanti (e anche lì, parlando di energia netta).

E' evidente che non vale nemmeno la pena considerare fonti energetiche il cui EROEI sia inferiore ad uno, perché spenderemmo più energia di quella che potremmo ottenere, ma anche che un confronto fra diversi processi di conversione può spingerci a ricercare in alcune direzioni piuttosto che in altre; ordinare le fonti rinnovabili in base alla loro potenza specifica come viene fatto a pag. 68 potrà essere interessante, ma nasconde molti altri aspetti del problema che non è possibile trascurare. D'altra parte impostare la discussione prendendo in esame questo parametro avrebbe comportato un ridimensionamento sensibile dell'alternativa nucleare.
Alternativa che è trattata in modo superficiale e senza alcun riferimento bibliografico sulla effettiva consistenza delle risorse/riserve, purtroppo, elemento fondamentale per capire se possa essere una strada percorribile. Si citano i già noti 80 anni di durata (senza ipotesi aggiuntive), il fantomatico raddoppio tramite riprocessamento, la centuplicazione considerando l'U-238 e infine l'immancabile torio che ci basterà per migliaia di anni (nota 67 a pagina 138).

E' bene ricordare che il torio ancora non si usa e che i reattori breeder hanno non poche magagne; è istruttivo ripercorrere la storia delle riserve in Francia e USA, come si evince dai dati storici pubblicati sul "Red Book" della IAEA e della NEA.

Ce n'è abbastanza da far venire più di qualche dubbio sulla serietà di quei numeri. Limitarsi a denunciare un obbiettivo illusorio come quello dell'energia dal sole è inutile se non gli si può contrapporre una realtà, e con le conoscenze attuali sembra piuttosto che il nucleare, così come viene descritto nel libro, sia una fantasia.

A pag. 132 si legge un passo interessante: "E' insomma convinzione diffusa che sia l'atto di produrre energia a richiedere una formidabile forza-lavoro, mentre invece è vero l'esatto contrario: è proprio l'abbondanza d'energia che crea posti di lavoro che altrimenti non esisterebbero e non viceversa. [...] Il lavoro è nelle industrie che usano l'energia, e maggiore è l'energia disponibile e che si usa maggiori saranno i posti di lavoro creabili. Coloro che invocano il risparmio energetico e auspicano una riduzione nell'uso dell'energia - ci sono ahimè, anche costoro - saranno la causa, piuttosto, se ascoltati, della perdita di posti di lavoro." In queste frasi c'è un po' di tutto: la fiducia nel BAU, un giudizio perentorioverso chi osa pensare alla decrescita, una correlazione che viene trasformata in causalità fra produzione di energia e posti di lavoro.

Per fortuna che nelle due pagine seguenti si parla senza mezzi termini di picco del petrolio nell'anno 2006! La soddisfazione dura poco, prima perché "di carbone, ai consumi attuali, ne avremo per alcuni secoli" (pag. 138), e poi perché il professor Battaglia ci fa notare come il risparmio sia assolutamente inutile nel contesto di una politica energetica; seguono calcoletti per dimostrare come il risparmio sposterebbe l'esaurimento di pochi anni. "Risparmiare un bene finito, invece, significa solo riparmiare poco denaro e pochissimo tempo. Insomma, se vi è concesso un solo panino al giorno, ma vi è garantito tutti i giorni, allora ha senso razionarlo fra colazione, pranzo e cena; se, invece, vi è concesso un solo panino e basta, avete solo l'opzione di morire di fame all'ora di pranzo o a quella di cena". Peccato che il paragone sia improprio, dato che noi oggi mangiamo non 1, ma 10 panini al giorno, e iniziando a ridurre l'introito potremmo sopportare meglio la dieta che ci aspetta, quando avremo 0.1 panini a testa, e magari guadagnare del tempo per vedere se riusciamo a procurarcene uno 0.2 o forse anche uno 0.3.

In definitiva sui numeri riportati non mi sembra ci sia troppo da discutere, salvo sul nucleare; il problema è che quelle cifre raccontano solo una parte della storia. Non si affronta il problema della disponibilità futura di energia, si ripete unicamente per 4 volte in altrettanti riquadri e con piccole variazioni che "Per soddisfare il 10% dei consumi elettrici italiani avremmo bisogno di investire meno di 10 miliardi di euro in 4 reattori, che occupano 1 km^2, garantiti 40 anni" (senza considerare il combustibile, per cui il calcolo è sbagliato, e a 300€/kg come ipotizzato nel cap. 7 la spesa raddoppia). E manca un'analisi approfondita su come potremo procurarci tutta l'energia non elettrica che usiamo oggi.

[I commentatori e i lettori che lo desiderano, possono inviare materiale che ritengono interessante per la discussione a franco.galvagno.3@alice.it. Esso potrà essere rielaborato oppure pubblicato tal quale (nel caso di post già pronti), sempre con il riferimento dell'autore/contributore]

Il sole di Colonia

I due che vedete nella foto qui sopra sono Toufic el Asmar e il modesto sottoscritto, Ugo Bardi (Toufic è quello più alto). La foto è presa a Colonia ieri l'altro, al centro di ricerca sull'energia solare dell'Agenzia Spaziale Tedesca, dove eravamo andati per un progetto che si chiama REACt e di cui Toufic è il coordinatore scientifico.

Dietro di noi, vedete i concentratori solari parabolici. Quello proprio dietro Toufic è stato costruito apposta per il progetto REACt dalla ditta turca Solitem; poi è stato trasportato a Colonia per essere sperimentato.

L'idea del progetto REACt è di utilizzare l'energia solare per fare acqua calda e, allo stesso tempo, aria condizionata. E' parte di una serie di idee che hanno a che fare con il trasformare la luce solare in forme di energia che hanno un valore economico. La commissione Europea ha finanziato questo progetto nell'ambito della collaborazione con i paesi dell'area Mediterranea. Due sistemi sperimentali di questo tipo dovrebbero essere costruiti, uno andrà a funzionare per un ospedale di Casablanca, in Marocco, un altro per un Hotel di Petra, in Giordania.

Vedete qui a lato gli elementi del sistema montato a Colonia. A destra, gli specchi parabolici che concentrano l'energia solare riscaldando l'acqua che passa in un tubo. A sinistra, il cuore del sistema, il "chiller" della Robur che trasforma il calore raccolto dagli specchi in raffreddamento per mezzo di un ciclo termodinamico che fa evaporare e ricondensare una miscela di acqua e ammoniaca.

L'attrezzatura è piuttosto complessa e richiede gran quantità di tubi, valvole, pompe, ventole e cose del genere, nonché un sistema di controllo computerizzato. Vi potreste anche domandare se vale la pena di mettere insieme un arnese del genere. La risposta è che, in teoria, un concentratore accoppiato con un chiller può produrre aria condizionata completamente rinnovabile a costi notevolmente inferiori a quelli che si otterrebbero utilizzando un condizionatore convenzionale alimentato da dei pannelli fotovoltaici. Ovviamente, la cosa ha senso solo per impianti relativamente grandi, appunto in grado di condizionare un albergo o un ospedale; non se ne parla per piccoli impianti domestici. Ma, sulle scale appropriate, la tecnologia è interessante e vale la pena di lavorarci sopra

Il sistema di REACt è anche imparentato con il "progetto Archimede" di Rubbia, che è basato sulla stessa tecnologia di base, concentratori parabolici, ma prevede di utilizzare il calore per far funzionare una turbina a vapore e generare energia elettrica.

Quello di Rubbia è un progetto enormemente ambizioso. Ci pensavo mentre vedevo in funzione il sistema REACt, che è già sufficientemente complicato a temperature intorno ai 200 gradi e usando vapore come fluido. Rubbia vuole arrivare a 550 gradi usando un sale inorganico fuso come fluido. Queste temperature sono necessarie se si vuole produrre energia elettrica con un efficienza accettabile, ma gestire un impianto del genere evitando che il sale "congeli" nei tubi deve essere veramente un problema da non dormirci la notte. L'idea è degna di studio, ma notate anche che c'è chi ha espresso seri dubbi sulla validità generale del progetto Archimede (vedi questo commento su Aspo-Italia)

Quindi, non c'è che continuare con i test. Ricordiamoci sempre che tutto quello che ci circonda ha goduto del commento "non funzionerà mai!" ma anche che il cimitero delle tecnologie è pieno di lapidi con sopra scritto "in laboratorio funzionava".


Per saperne di più sul progetto REACt




ringrazio "Weissbach" per un commento che ho incorporato nel testo
...