Avremo abbastanza energia per l’evoluzione futura?
Energia. Una parola chiave della futura evoluzione umana. Gli scienziati dicono che abbiamo abbastanza risorse e l’importante è ottimizzare il mix, i ricercatori propongo soluzioni innovative e di frontiera… ma la (geo)politica prenderà le decisioni giuste?
Questi sono i temi che esploro in questa puntata.
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INTRO
Barack Obama ha detto “Una nazione che non può controllare le sue fonti di energia non può controllare il suo futuro.”
Una frase probabilmente corretta dal punto di vista geopolitico, ma non dimentichiamoci che il tema della produzione, commercializzazione ed utilizzo dell’energia oggi è un tema che va affrontato su scala planetaria. Almeno per tre motivi.
Primo perché il pianeta diventa ogni giorno più globale e la ricchezza dell’uno cresce se attorno cresce anche la ricchezza degli altri, non esistono e non esisteranno più orticelli privati che consentono un benessere duraturo. Secondo perché il tema energetico è sempre più collegato a quello ambientale: possedere fonti di energia che ti rendono autonomo a scapito del benessere del pianeta, equivale a mettere la testa sotto terra come gli struzzi nella migliore delle ipotesi, a scavarsi da soli la fossa, nella peggiore. Terzo, perché i grandi sistemi di controllo e gestione dell’energia passeranno sempre più dalle mani di singole entità nazionali fatte di decisori umani, a reti di intelligenze artificiali che hanno il potere di ottimizzare i flussi su scala planetaria. Se lo vorremo.
I combustibili fossili come il carbone, il petrolio e il gas naturale forniscono ancora oggi, l’80% dell’energia mondiale per riscaldare le case, caricare i nostri dispositivi e trasportare l’energia. Purtroppo, sono anche la principale fonte umana di emissioni di gas serra. Gli scienziati di Stanford concordano ampiamente sul fatto che limitare l’uso dei combustibili fossili avrebbe benefici significativi, come il miglioramento della salute e la riduzione del numero e della gravità dei disastri naturali, ma non è ancora chiaro cosa possa sostituirli.
FOSSILI E SOSTITUTI
Quello che sappiamo chiaramente sul futuro dell’energia è che dobbiamo allontanarci dai combustibili fossili come il carbone, il petrolio e il gas naturale, che sono le principali fonti di emissioni di gas serra. Rimane la domanda che se vogliamo smettere di usare i combustibili fossili per la nostra energia, cosa dovrebbe sostituirli?
L’energia nucleare è un’alternativa, ma il rischio di surriscaldamento di un reattore può causare altri problemi che sappiamo essere catastrofici. Le fonti di energia rinnovabile come l’eolico e il solare, al contrario, producono poche o nessuna emissione con impatto quindi quasi nullo sul riscaldamento globale, ed inoltre, stanno già contribuendo a creare posti di lavoro più sicuri per la nostra società.
Ma non è tutto oro quel che luccica. Il vento e il solare sono fonti di energia sempre più popolari, ma il sole non sempre splende, e il vento non sempre soffia. Le batterie per immagazzinare la loro energia intermittente non sono ancora abbastanza economiche e potenti da colmare le lacune. L’energia nucleare, come detto, non produce direttamente gas serra, ma l’attuale generazione da parte dei reattori ha altri problemi. Soluzioni come lo stoccaggio sotterraneo dell’anidride carbonica o la sua trasformazione in combustibile pulito sono promettenti, ma hanno ancora bisogno di molto sviluppo. Insomma, nessuna delle soluzioni possibili è senza sfide.
POZZI GEOTERMICI
E allora merita probabilmente raccontare ora, a titolo di esempio virtuoso, cosa stanno facendo in Islanda. Vi porto allora sulla penisola di Reykjanes, una lingua di roccia nera che sporge dalla costa sud-occidentale dell’Islanda, una regione che ha a lungo sfruttato la sua geologia vulcanica, unica nel suo genere, per creare opportunità economiche. I suoi spettacolari monti scolpiti dalla natura e i vasti campi di lava attirano naturalisti da tutto il mondo, mentre le piscine geotermiche riscaldate da depositi di vapore e magma in profondità nel sottosuolo forniscono energia per questa fiorente economia turistica.
La regione, infatti, è persino alimentata da questa geologia: i 12 pozzi geotermici che alimentano con vapore a 600 gradi le due turbine della centrale elettrica di Reykjanes forniscono una potenza collettiva di 100 megawatt per l’area circostante, sufficiente ad alimentare decine di migliaia di case. Le centrali geotermiche convenzionali come quella di Reykjanes rendono possibile il tipo di economia energetica che ha reso l’Islanda un modello per il mondo; il paese genera praticamente tutta la sua elettricità da risorse rinnovabili, un quarto di essa dalla sola geotermia, facendo dell’Islanda un caso esemplare per l’utilizzo dell’energia geotermica in un mondo dominato da economie di idrocarburi.
SPERIMENTAZIONI DI FRONTIERA
Ed ora stanno anche rincarando la dose e cominciando a giocare “metaforicamente” parlando, col fuoco. Piuttosto che cercare l’acqua calda e il vapore tipici dei generatori di energia geotermica convenzionale della penisola, gli ingegneri stanno scavando un nuovo pozzo, perforando ad una profondità di 4-5 km nel tentativo di attingere direttamente ai cosiddetti depositi “supercritici” di acqua – fluidi, esposti ad un calore ed una pressione così intensi che esistono in uno stato che non è né liquido né gassoso.
Ciò significa perforare vicino ai depositi di magma che forniscono calore e pressione e capire cosa fare con il materiale surriscaldato che troveranno. Se i ricercatori saranno in grado di padroneggiare le tecniche necessarie per trasformare i fluidi supercritici, o addirittura il magma supercaldo, in sistemi di energia geotermica utilizzabile, potrebbero aumentare la produzione dell’impianto geotermico di 10 volte, rovesciando letteralmente l’economia del Paese.
Ma se l’Islanda è un caso molto particolare, esistono diverse altre sperimentazioni di frontiera molto intriganti. L’idrogeno, per esempio, costituisce il 75% di tutta la materia dell’universo conosciuto. Essendo un gas è economico da trasportare, e gli unici sottoprodotti della sua trasformazione in energia elettrica sono il calore e l’acqua, entrambi di nuovo utili.
GAS NATURALE
I lavori sono già in corso per testare la conversione della rete che usa il tradizionale gas naturale nel Regno Unito, nell’ambito del programma ‘HyDeploy‘, che sta testando anche il trasporto di una certa quantità di idrogeno. Anche alcuni giganti dell’energia, hanno utilizzato il solare in eccesso nei mesi estivi, per esempio, per convertire l’acqua in idrogeno puro e immetterlo nella rete, anche se in concentrazioni molto basse.
Tutte sperimentazioni di cui scopriremo gli eventuali successi in futuro. In linea generale quello che sembra emergere non è tanto una nuova tecnologia che soppianterà tutte le altre, bensì due trend. Il primo è quello di spostarsi sempre più verso le energie rinnovabili. Il secondo è quello di ottimizzare il mix di risorse già a disposizione.
STUDI
Il miglior studio di futurologia energetica che ho sentito citare finora in rete, e che ho provato a leggere in prima persona, è stato pubblicato da un team dell’Università Tecnica di Lappeenranta nell’aprile di quest’anno. Lo studio sostiene che una transizione globale verso il 100% di energia rinnovabile in tutti i settori, elettricità, riscaldamento, trasporti e desalinizzazione entro il 2050 è fattibile. L’energia generabile da fonti rinnovabili e le tecnologie esistenti sono già in grado di garantire un approvvigionamento energetico a zero emissioni ad ogni ora del giorno, per tutto l’anno, su tutto il pianeta.
Lo studio, durato oltre 4 anni, ha suddiviso il mondo in 9 regioni e 145 sotto-regioni, poi ha calcolato la quantità potenziale di fonti rinnovabili disponibili per ciascuna regione guardando alla frequenza oraria di disponibilità di tali risorse ed infine ha identificato il costo ottimale di produzione di tale fonti sulla base delle tecnologie esistenti.
Le parole chiave dietro questo studio sono: elettrificazione, solare, lavoro e politica. Elettrificazione perché svilupperemo energia più attraverso l’elettricità che grazie ai combustibili fossili. Proviamo ad immaginare per esempio se i nostri veicoli di locomozione diventassero prevalentemente elettrici e meno a diesel e benzina.
Solare, perché due terzi delle rinnovabili verranno dal sole, e poco meno di un quarto dal vento.
IMPATTO SU LAVORO E GEOPOLITICA
Lavoro, perché se nel 2015 il settore dell’energia impiegava circa 20 milioni di persone, delle quali il 70% in attività correlate al settore dei combustibili fossili, nel 2050 avremo 35 milioni di persone impiegate nel mondo dell’energia e solo il solare avrà 22 milioni di addetti.
Politica, perché se questa traiettoria è già possibile con le tecnologie e le risorse esistenti, la sua realizzazione non dipenderà da un fattore tecnologico, bensì da questioni di volontà politica.
Tutto facile quindi? Per nulla. E per motivi geopolitici. Anche se la transizione verso le fonti energetiche rinnovabili sarà dirompente, la verità è che le implicazioni geopolitiche di questa evoluzione devono ancora essere analizzate e non sono per nulla scontate.
Le organizzazioni internazionali per l’energia hanno segnalato alcune questioni. Gli esportatori di petrolio, per esempio, potrebbero vedere diminuire drasticamente la loro ‘influenza globale. L’Agenzia Internazionale dell’Energia ha avvertito che le economie che producono petrolio e gas potrebbero perdere 7 trilioni di dollari entro il 2040. Staranno solo a guardare? Si ri-convertiranno anche loro? Non è chiaro oggi se saranno d’ostacolo alla transizione o si adegueranno.
Nel frattempo, con i loro enormi mercati, i leader dell’industria, Cina e Stati Uniti, si contendono il dominio del settore delle tecnologie pulite. L’innovazione nel campo delle tecnologie a servizio delle energie rinnovabili, e la protezione di tali innovazioni, sono centrali nel panorama geopolitico emergente. Dall’inizio degli anni 2000 abbiamo assistito all’acquisizione di diritti di proprietà intellettuale per le nuove tecnologie nel settore delle energie rinnovabili e all’arrivo di nuovi attori in questi mercati.
Senza contare che l’energia si intreccia con gli investimenti infrastrutturali, vedi per esempio le relazioni attorno alla China’s Belt and Road Initiative.
CINA VS USA
Chi dispone di tecnologie migliori prenderà il sopravvento?
Gli Stati Uniti e la Cina sono all’avanguardia nello scalare la tecnologia, dati i loro grandi mercati, gli ambienti normativi e il supporto di giganti dell’industria, come Google e la State Grid Corporation of China. C’è il rischio che il mondo si fratturi in due campi in una guerra fredda e pulita. I leader tecnologici detengono il potere, gli altri paesi gravitano attorno ad uno dei leader, rafforzando i blocchi regionali e aumentando la rivalità. E’ uno scenario possibile.
Così come è possibile uno scenario nel quale le elezioni portano al potere ai populisti e le democrazie si chiudono su se stesse, mettendo in primo piano l’autosufficienza. Nel qual caso, il rallentamento dei combustibili fossili sarà più lento, perché chi ha quelle risorse continuerà ad usare quelle risorse. Inoltre, la mancanza di cooperazione tra paesi, potrebbe rendere inutili i benefici di una collaborazione nella gestione delle reti energetiche su scala globale. E se non si collabora, l’occupazione della terra per la produzione di energia avrà implicazioni per la sicurezza alimentare e idrica e la migrazione nei paesi in via di sviluppo. Insomma, da un quadro di isolazionismo sembrano perderci tutti, eppure da Make America Great Again alla Brexit, sembrano esserci parecchi segnali in questa direzione.
Eppure, volontà e cooperazione politica o meno, ci sono una serie di fattori che stanno facendo cambiare il modo in cui produciamo e utilizziamo energia.
DECENTRALIZZAZIONE
Il primo elemento chiave è la decentralizzazione. Grazie alla continua riduzione dei costi delle tecnologie per le energie rinnovabili come l’energia eolica e solare, abbiamo potuto constatare che le vecchie economie di scala sono state ribaltate, cosicché la produzione e l’utilizzo dell’energia a livello locale rappresenteranno un valore aggiunto rispetto alla produzione di energia elettrica in un numero relativamente ridotto di grandi siti centralizzati.
E tra l’altro si risparmia la perdita di energia connaturata alla trasmissione della stessa.
Con lo spostamento della domanda verso servizi energetici basati sull’elettrico e sul solare, i modelli di business del passato non saranno più adeguati. Penso che entità diverse dalle tradizionali aziende elettriche specializzate, troveranno il modo di fornire questi servizi decentralizzati in congiunzione con il loro core business. L’elettricità sarà ‘distribuita’ da coloro che possono estrarre il massimo valore dai loro asset: i produttori di automobili caricheranno il vostro veicolo, la scuola locale potrebbe fornire energia solare al quartiere, le famiglie che raccolgono energia solare potrebbero condividerla con altri meno fortunati, sviluppando modelli di condivisione sociale.
La tendenza futura che si sta sviluppando nell’energia, infatti, è legata alle microreti e alla potenza distribuita. Stiamo assistendo alla progettazione di intere comunità che hanno i propri sistemi localizzati di energia rinnovabile e di stoccaggio. Questo permette alla comunità di produrre e utilizzare la propria energia senza dipendere da fornitori esterni.
DIGITALIZZAZIONE
Al fianco della decentralizzazione, c’è la digitalizzazione. Il mercato dell’energia diventerà in gran parte digitale, in modo da poter integrare tutte le varie parti del mondo dell’energia e consentire loro di lavorare insieme. La complessità di abbinare la domanda di energia con l’offerta di energia a livello locale e nazionale, è di una scala tale che saranno necessari automazione, machine learning e gestione dei prezzi in tempo reale.
Attraverso l’Internet degli oggetti e i concetti di case collegate, per esempio, dispositivi elettronici come lavatrici, lavastoviglie e congelatori possono essere tutti collegati per utilizzare l’energia al miglior prezzo, o smettere di usare l’energia quando c’è troppa domanda.
Il costo degli impianti di produzione di energia rinnovabile sta diminuendo, e c’è più capacità sulla rete – spesso a livelli tali che durante le giornate di sole o quando c’è molto vento, può esserci troppa elettricità sulla rete. Le oscillazioni che questo crea nei prezzi all’ingrosso possono significare che i prezzi possono diventare negativi, in modo che ci sia effettivamente energia libera disponibile. Mentre questo può essere un problema per la gestione della rete, la buona notizia è che se i consumatori possono approfittare di questi crescenti periodi di energia gratuita consumando quando i prezzi sono negativi, possono ovviamente risparmiare somme significative di denaro.
Altri impatti sul mondo dell’energia arriveranno invece dalle città e dal mondo dei trasporti.
TRASPORTI
Il futuro dell’energia è abbinato al futuro dei trasporti. Per oltre un secolo, benzina e diesel hanno alimentato il nostro modo di guidare. Ma ora stiamo assistendo a un cambiamento molto rapido verso i veicoli elettrici. Bloomberg stima che entro il 2040, tra soli 20 anni, saranno in uso circa 56 milioni di veicoli elettrici, che costituiranno la maggior parte delle vendite mondiali di autovetture. E quindi batterie, litio ed elettricità diventeranno sempre più importanti.
MEGALOPOLI
Dalle città possiamo aspettarci impatti ancora più giganteschi. Attualmente il sistema urbano globale rappresenta solo il 2% circa della superficie terrestre ma circa il 70% delle emissioni di gas serra. I flussi di energia, acqua e materiali verso le megalopoli e i rifiuti prodotti, argomenti che tutti insieme definiscono il cosiddetto “metabolismo urbano”, sappiamo che possono avere effetti ambientali su scala planetaria.
La produzione e l’utilizzo di energia da parte delle future megalopoli però è ha possibili sviluppi che oggi sono controversi. Se è vero che concentreremo nelle città una quota maggiore della popolazione, si potrebbero sfruttare economia di scala nella produzione energetica ed ottimizzare le reti grazie alla digitalizzazione, come raccontato qualche istante fa. O addirittura rendere tutti piccoli produttori di elettricità tagliando gli sprechi del trasporto di corrente. Ma, dall’altra parte, si prevede che i nuovi abitanti saranno sempre più nuclei familiari piccoli, spesso monopersona, quindi con una moltiplicazione dei bisogni e dei consumi. Si ritiene quindi che le città potrebbero ottimizzare i consumi energetici, ma non ne siamo ancora del tutto certi: le megalopoli potrebbero essere al tempo stesso causa e soluzione del problema.
Quello che sappiamo dalle ricerche è che il consumo energetico mondiale crescerà di un terzo entro il 2040, spinto in parte dai circa 400 milioni di persone che avranno accesso all’elettricità nei prossimi 15 anni. E molte di loro ovviamente saranno in città.
Ecco allora che potrebbero diventare interessanti o addirittura la norma esempi come quelli che sta esplorando la città di Hongtsiu in Cina. Condivisione ed edifici intelligenti.
CONDIVISIONE
Se siete tra i pochi che hanno visitato la città probabilmente ve ne sarete accorti da soli: nessuno a Hongtsiu sembra più avere la propria automobile, poiché il car-sharing e il trasporto pubblico sono la norma. Ma non è tutto: anche altre cose in città vengono usate in comune dove possibile, anche le cucine, per esempio. Il concetto chiave è che il possesso è molto limitante. In questo tentativo di economia solidale, chiunque può affittare una cucina ed un cuoco italiano, per esempio, se ha voglia di pasta. Lo stesso vale per elettrodomestici, lavanderie ed altri servizi basati su asset messi in comune. Provano a condividere tutto ciò che ha senso condividere.
Ciò che sta dietro a tutto questo, attenzione, non è un concetto romantico di proprietà comune o un ritorno ad economie di stato pianificate e centralizzate E’ un tentativo, regolato da un meccanismo di mercato, di utilizzare lo spazio, limitato, con la massima efficienza. E parte dal basso, dalla gente, non dalle istituzioni, che semplicemente agevolano questi processi di scambio comunitari.
EDIFICI INTELLIGENTI
Per quanto riguarda gli edifici intelligenti della città, è stata scelta una politica secondo la quale vengono utilizzati materiali “intelligenti” con un perfetto impatto ambientale, e fin qui, direte voi, nulla di straordinario, ma, udite udite, si è optato per materiali che hanno capacità di auto-ripristino, poiché il governo si è reso conto fin dall’inizio che questo è lo strumento più importante per l’edilizia sostenibile e ha deliberatamente promosso l’innovazione. Hongtsiu è stata una delle prime città al mondo ad optare per la costruzione automatizzata con robot e stampa 3D. E invece di costruire costantemente edifici e poi abbatterli secondo le mutate esigenze dei tempi, grazie a materiali e tecniche di costruzione completamente nuovi, cercano di realizzare strutture che si possono manutenere e modificare con facilità.
CONCLUSIONI
In conclusione, non è facile rispondere alla domanda se in futuro avremo abbastanza energia per continuare a far funzionare un pianeta sempre più affollato e complesso, però sembrano esserci all’orizzonte nuove tecnologie, sperimentazioni innovative, migliore utilizzo dei mix di risorse già disponibili e forse una coscienza dal basso sui temi climatici che probabilmente non ci lasciano scampo: dobbiamo cambiare. Lo stiamo già facendo: il successo, ancora una volta, dipende dalla volontà politica.
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