Convenienza economica, prospettive d’investimento interessanti, riduzione delle emissioni inquinanti, necessità di sviluppare un nuovo sistema energetico: sono questi gli elementi che rendono le energie rinnovabili il cuore della transizione energetica. Un fenomeno complesso e la cui velocità e impatto finale dipenderanno da una serie di elementi. Due i principali: il modo in cui la transizione avverrà nelle differenti regioni, e il destino dei combustibili fossili, che ancora rappresentano l’85% del consumo globale di energia.
Per chiarezza, la definizione dell’Agenzia internazionale per l’energia (IEA) di energia rinnovabile è: un’energia che deriva da processi naturali – ad esempio la luce solare e il vento –, che si ricreano a una velocità più alta di quanto vengano consumati. In questo senso non solo quindi il solare e l’eolico sono considerate energie rinnovabili, ma anche il geotermico, l’idroelettrico, l’energia delle onde e delle maree e alcuni tipi di biomassa e biocombustibili.
L’eterogeneità è però vasta e le differenze di costo, diffusione e prospettive future sono grandi. Alcune rinnovabili vengono definite “variabili”, ossia caratterizzate da una produzione di energia non continua ma prevedibile, come nel caso delle maree. Altre sono anche “intermittenti”, come l’eolico; la loro produzione di energia si può cioè interrompere in maniera non regolare, come nel caso di assenza di vento.
Gli scenari del libro ‘Il mondo rinnovabile’Al momento sono due le tecnologie protagoniste della transizione energetica, ossia solare ed eolico. Altre hanno vincoli paesaggistici o ambientali che ne riducono la possibilità di sviluppo, oppure non sono uniformemente distribuite, come idroelettrico e geotermico. Altre sono ancora a uno stadio tecnologico embrionale (moto ondoso e maree), oppure sono controverse per la dubbia capacità di rinnovarsi e per l’impatto prodotto dalle emissioni, come per biocombustibili e biomasse.
“Il quadro è così complesso, ma importante per poter comprendere il futuro della transizione energetica”, sottolinea Valeria Termini in ‘Il mondo rinnovabile‘, con sottotitolo ‘Come l’energia pulita può cambiare l’economia, la politica e la società’, pubblicato da Luiss University Press. E fa notare: “la possibilità di combinare fonti rinnovabili intermittenti con altre dalla generazione costante, eolico con idroelettrico, ad esempio, potrebbe garantire una fornitura di energia elettrica continua, senza bisogno di serbatoi di base forniti dalle centrali a gas oppure a carbone”.
Il successo del solare PV (fotovoltaico, dall’inglese Photovoltaic) ed eolico viene innanzitutto dalla riduzione dei costi, che sono diminuiti per le due tecnologie dal 2009 al 2015 dell’80% per il solare e del 30-40% per l’eolico. Diminuzioni che potrebbero continuare, e in maniera particolarmente rilevante: nei prossimi dieci anni i costi potrebbero diminuire da un minimo del 25% a un massimo del 60%, con variazioni sostanziali anche per le tecnologie meno diffuse, come il CSP (energia a concentrazione solare, dall’inglese Concentrated Solar Power), che diminuirebbe di circa il 40%, e l’eolico offshore (-35%).
“In un settore in costante cambiamento, queste previsioni sono addirittura da considerarsi conservative, – osserva Termini – il crollo dei costi ha iniziato un circolo virtuoso alimentato dalla fiducia nelle energie rinnovabili, dall’espansione della capacità e dal conseguente Learning by doing. Le grandi trasformazioni in corso stanno già avendo un impatto significativo sullo scenario energetico mondiale, e sempre maggiore sarà questa influenza man mano che la transizione energetica andrà avanti. Si tratta di mutamenti positivi, come il contributo all’elettrificazione africana o la riduzione delle emissioni inquinanti, ma anche di novità che richiederanno un adattamento da parte dei mercati e dei vari attori energetici mondiali”.
La velocità del cambiamento della transizione energetica cambia costantemente gli scenari di riferimento, quasi nessuno prevedeva un’espansione così veloce e costi così bassi per solare ed eolico.
Tutto ciò genera sia una pericolosa incertezza per il settore privato, sia una notevole difficoltà di pianificazione da parte delle istituzioni, per cui non è chiaro quale potrebbe essere il Mix energetico su cui puntare per i prossimi vent’anni.
“Una questione rilevante per gli Stati europei, che devono riconvertire il proprio sistema, ma soprattutto per quelli con una domanda energetica in crescita oppure con una popolazione ancora da elettrificare, come i Paesi del Nord Africa o dell’Africa subsahariana, per la necessità di pianificare un’espansione significativa della propria generazione già nel breve termine”, rimarca l’autrice del volume.
La chiave sarà comprendere quanto, e a quale velocità, si muoverà la transizione energetica. È un’incognita influenzata da potenziali barriere allo sviluppo delle rinnovabili, che si possono dividere in due tipologie: barriere tecniche, ossia dovute alle specificità tecnologiche della generazione rinnovabile (principalmente riguardanti l’intermittenza di solare ed eolico), e barriere economico-finanziarie, riguardanti cioè la disponibilità degli investimenti pubblici e privati e la struttura dei mercati energetici mondiali.
Esistono poi questioni di impatto ambientale legate alle rinnovabili. L’impatto paesaggistico di solare ed eolico è un elemento da considerare. La produzione e lo smaltimento di pale e soprattutto pannelli solari è inoltre un fattore rilevante; la fabbricazione dei pannelli solari cinesi, ad esempio, libera una quantità doppia di CO2
nell’aria rispetto a quelli europei. La recente diffusione delle rinnovabili comporta poi l’assenza ancora di un’industria dello smaltimento o del riciclo dei materiali esausti, particolarmente pericolosi sia per i pannelli solari che per le batterie. Fattori che andranno presi in considerazione, nell’ottica di una transizione energetica veramente sostenibile.
“Con i costi di generazione ai livelli dei combustibili fossili, il principale ostacolo tecnico all’espansione della transizione energetica è l’intermittenza delle fonti trainanti il fenomeno, solare ed eolico – spiega Termini -. Una transizione energetica senza soluzioni per questa quasi imprevedibile variabilità pone infatti inevitabilmente un tetto al tasso di penetrazione delle rinnovabili nei Mix energetici nazionali e in quello globale. Vento troppo forte, o nessun vento, possono azzerare o diminuire drasticamente la produzione di energia eolica, così come la riduzione dell’esposizione solare riduce la generazione del fotovoltaico: situazioni in cui la generazione rinnovabile dovrebbe essere sostituita da quella fossile o da fonti non intermittenti per mantenere la fornitura di elettricità. Anche a fronte di una completa prevedibilità della generazione rinnovabile, la variabilità rimarrebbe comunque molto alta”.
Nei dati raccolti dal Think tank tedesco Agora Energiewende, la produzione energetica per l’eolico in Germania nel 2015 arrivava anche a diminuire di dieci volte in 24 ore, passando dal 27% del totale del consumo di elettricità in Germania al 3% in meno di una giornata. Maggiore sarà la capacità rinnovabile sul totale, più grande potrebbe diventare questo Gap, e così il rischio di instabilità sulla rete e Blackout.
Obiettivi intorno al 16% di generazione rinnovabile, come quelli per Regno Unito o Germania al 2020, pongono il problema in maniera limitata. La questione diventa complessa quando si prendono in considerazione piani nettamente più ambiziosi, come quello tedesco di raggiungere il 65% al 2030 e l’80% al 2050, o della Danimarca, 100% di generazione rinnovabile al 2050. Non potendosi affidare più sulla generazione a gas o a carbone per il Baseload elettrico nazionale, bisognerà sviluppare un insieme di soluzioni per garantire stabilità e continuità nella produzione di energia a un Mix energetico principalmente intermittente.
La prima soluzione è sviluppare modalità di stoccaggio dell’energia, di modo che l’eccesso di energia prodotto nei momenti di disponibilità di Sole e vento possa essere utilizzato quando queste mancano. Questo non è solo il metodo più diretto per garantire flessibilità alla rete, ma è anche fondamentale nello sviluppo di mini-grid, nelle quali lo stoccaggio riduce al minimo l’utilizzo dei generatori diesel di back-up, e in generale di tutte le opzioni off-grid, in cui la rete non può fornire energia in caso di assenza di Sole o vento. Senza dimenticare poi che lo sviluppo di batterie, come metodo di stoccaggio, è necessario anche per l’elettrificazione del trasporto. Il problema, al momento, è che lo stoccaggio di energia è ancora poco diffuso, e costoso.
L’accumulo di energia di tipo elettro-chimico, cioè tramite batterie, ha ancora una quota molto piccola (1,9 GW), ma è la risorsa in crescita più veloce e potrebbe rappresentare il Breakthrough tecnologico chiave per la diffusione dello stoccaggio di energia; secondo McKinsey sono litio, batterie di flusso e tecnologie simili che garantiranno il dimezzarsi del costo dello stoccaggio già nei prossimi anni.
Lo stoccaggio non è però l’unico metodo per risolvere il problema dell’intermittenza delle rinnovabili. La variabilità può essere compensata, ad esempio, da generazione non intermittente; le opzioni più adatte al momento sono gas e idroelettrico, ma la maturazione di nuove rinnovabili e lo sviluppo del geotermico potrebbero rappresentare valide alternative.
Le stesse rinnovabili intermittenti possono essere combinate tra loro; in molte occasioni la generazione solare avviene quando manca quella eolica, e viceversa. In generale, un margine di capacità nettamente superiore al picco di domanda può essere un’opzione per ridurre il problema dell’intermittenza, ma difficilmente può rappresentare una soluzione unica; per coprire da solo la metà del fabbisogno energetico di una regione il solare dovrebbe avere una capacità pari al 250% del consumo medio giornaliero, mentre ora raramente il margine di capacità supera il 20% del picco di domanda.
Non esiste, in realtà, ancora una ricetta definitiva per eliminare il problema dell’intermittenza delle energie rinnovabili.
Questo anche perché, con una generazione rinnovabile ancora limitata, il problema non si è mai realmente posto. Sono queste però probabilmente le linee generali di come verrà affrontata la questione negli anni a venire, probabilmente non con lo sviluppo di un’unica soluzione (a meno di un Breakthrough tecnologico nello stoccaggio, ad esempio), piuttosto con un Mix di soluzioni dedicate per le esigenze specifiche di determinati Paesi e regioni. A ognuno, quindi, la sua soluzione più su misura.
