Benvenuti nell'era dei ritorni decrescenti


giovedì 12 settembre 2013

Se dobbiamo usare combustibili fossili per costruire impianti rinnovabili, questo significa che le rinnovabili sono inutili?

Da “Cassandra's Legacy”. Traduzione di MR


In questo post, Marco Raugei discute un punto fondamentale su una questione posta di frequente: se dobbiamo usare i combustibili fossili per costruire impianti rinnovabili, non significa che le rinnovabili sono inutili? La risposta di Raugei è un sonoro “no”. Di fatto, l'EROEI dei combustibili fossili agisce come moltiplicatore per l'EROEI delle rinnovabili. Risulta che se investiamo l'energia dei combustibili fossili per costruire impianti rinnovabili otteniamo un EROEI generale intorno a 20 per il fotovoltaico e anche migliore per l'eolico. Così, è questo il modo di operare per adesso, finché non arriviamo gradualmente a rimpiazzare i combustibili fossili! (immagine in alto da ”the Energy Collective”)


L'EROEI e la promessa del FV (ed altre rinnovabili). Cercare di evitare incoerenza e confusioni inutili, mantenere la mente aperta ed un punto di vista equilibrato. 

Di Marco Raugei

Il ritorno energetico sull'investimento energetico (EROEI) fornisce una quantificazione numerica del beneficio che gli utilizzatori ottengono dallo sfruttamento di una fonte energetica, in termini di “quanta energia si guadagna da un processo di produzione di energia rispetto a quanta di quella energia (o il suo equivalente da altre fonti) serve per estrarre una nuova unità dell'energia in questione” [1].

Per quanto diretta possa sembrare questa definizione, quando si ha a che fare con la variegata gamma delle fonti e  tecnologie energetiche, il diavolo sta nei dettagli. 

Non c'è bisogno di dire che, per assicurare la compatibilità, sarebbe saggio almeno avvicinarsi a tutti gli studi sull'EROEI di diverse tecnologie energetiche applicando una metodologia strettamente coerente, compreso l'aspetto più importante dei limiti del sistema (per esempio cosa dovrebbe essere incluso e cosa no). In caso contrario, un EROEI più basso per una data nuova tecnologia energetica, calcolato adottando limiti del sistema più estesi, potrebbe (abilmente o ingenuamente) essere preso come fuori contesto dai lettori che hanno il proprio tornaconto (o che semplicemente sono troppo impazienti di semplificare) e quindi sono soliti isolare in modo non corretto quella particolare tecnologia come la peggiore rispetto a quelle più convenzionali (tipicamente la produzione di elettricità alimentata da combustibili fossili). Un esempio di una situazione potenzialmente così ingannevole è sorto recentemente con la pubblicazione di un libro sull'EROEI del settore fotovoltaico (FV) in Spagna [2].

Un aspetto della controversia è radicato nel fatto che l'interdipendenza fra FV e combustibili fossili non è 'simmetrica' – nessuno sano di mente potrebbe dire diversamente – e quindi l'EROEI del FV è condizionato dall'EROEI dei combustibili fossili (petrolio, carbone e gas) che lo sostengono. Inoltre, le tecnologie dei combustibili fossili sono molto più “mature” e gran parte delle infrastrutture necessarie per il loro funzionamento (impianti, oleodotti/gasdotti, strade, ecc.) sono state sviluppate molto tempo fa e sono già state ampiamente ammortizzate. Di conseguenza, potrebbe essere che estendere i confini dell'analisi dell'EROEI delle tecnologie basate sui combustibili fossili potrebbe finire per fare una differenza minore rispetto a fare la stessa cosa per le nuove tecnologie come il FV. 

Tuttavia, sembra che questo argomento sia usato troppo spesso per sottintendere che, visto che lo sviluppo e l'implementazione del FV è attualmente (grandemente) sostenuto dall'energia fossile, e quindi il FV non è (ancora) una tecnologia energetica completamente indipendente e realmente rinnovabile al 100%, allora “perché preoccuparsene”, in primo luogo? In realtà, questo tipo di critica è finalizzata a contrastare la visione dell'ottimista tecnologico incurabile che “non c'è niente di cui preoccuparsi: possiamo continuare senza sosta nel nostro consumismo dissennato e BAU di energia (e di risorse), perché presto il FV (ed altre rinnovabili) interverranno senza soluzione di continuità e prenderanno il testimone dagli sporchi combustibili fossili e tutto andrà bene”.  

Un tale ottimismo da occhiali tinti di rosa è molto probabilmente mal riposto e dovrebbe probabilmente essere tenuto a bada. Ma vale anche la pena guardare il problema anche da un'altra angolazione. Ipotizziamo che l'EROEI medio dell'attuale mix di combustibili fossili (che rappresentano ancora le nostre risorse principali di energia primaria, globalmente) sia un qualche valore X > 1. E concordiamo anche che noi (come società) abbiamo bisogno di una fetta ampia e sempre in crescita del nostro bilancio energetico sotto forma di elettricità (per alimentare computer, telecomunicazioni, treni, elettrodomestici, ecc.). 

Parlando in generale, abbiamo quindi due opzioni: 

1) continuare ad usare il petrolio (e gli altri combustibili fossili) direttamente come MATERIALE combustibile nelle centrali convenzionali. Così facendo, riusciremmo a convertire solo circa 1/3 dell'energia in INGRESSO in elettricità (essendo l'efficienza della produzione di elettricità nelle centrali convenzionali di ~0.33). Questa sarebbe l'opzione “rapida e sporca” che massimizza la “convenienza” a breve termine (quasi istantanea, di fatto). 

2) usare la stessa quantità di petrolio disponibile (e degli altri combustibili fossili) come INGRESSO (diretto e indiretto) per la produzione di impianti FV. 

Costruire e implementare un sistema moderno sistema FV al silicio cristallino richiede circa 3GJ di energia primaria per m2 (notate che questo valore tiene in considerazione la conversione in elettricità anteriore dall'efficienza di ~0.33 da usare nelle operazioni di costruzione che vengono eseguite usando energia elettrica). Se installato nell'Europa meridionale (irradiazione = 1.700 kWh/(m2*anno)), un tale sistema, che funziona ad un'efficienza media del 13% (riferimento) * 80% (rapporto di prestazione) = 10%, produrrà circa 5 MWh (= 18 GJ) di elettricità per m2 durante i suoi 30 anni di vita [3,4]. Ciò che questo significa è che il sistema c-Si PV fornirebbe un uscita di elettricità approssimativamente uguale a 18/3 = 6 volte il suo ingresso di energia primaria, che corrisponde a circa 6/0,33 = 18 volte la quantità di elettricità che si sarebbe ottenuta se avessimo bruciato il combustibile(!) nelle centrali convenzionali (opzione 1 sopra) al posto di usarlo per costruire l'impianto FV. 

Naturalmente, non possiamo permetterci di passare all'opzione 2 nottetempo, per una serie di ragioni tecniche ed anche sistemiche [5]. La prima e principale è che non ci resterebbe sufficiente energia a breve termine per sostenere ed alimentare la nostra società complessa. Ma un miglioramento di quasi un fattore 20 nell'efficienza con la quale usiamo la nostra dote di combustibili fossili (limitata e in costante diminuzione) dovrebbe almeno meritare una qualche considerazione.

Un investimento pianificato a lungo termine potrebbe essere consigliabile, per esempio, finalizzato a portare una transizione graduale. Quest'ultima, infatti, è la proposta di molti, che purtroppo pero' ha sinora incontrato spesso solo un ostracismo da 'oscurità e rovina' su molti importanti forum di discussione. Sembra come se, nella mente di questi ultimi, il desiderio di mostrare che 'il re è nudo' (per esempio che il FV e le altre rinnovabili non sono ancora, e potrebbero mai essere pienamente, un'alternativa reale ai combustibili fossili, completamente indipendente e ad alto EROEI) ignorasse tutte le altre considerazioni e impedisse loro di rendersi conto/ammettere che, dopo tutto, potrebbe essere ancora ragionevole e raccomandabile provare e portare avanti questa lenta transizione.   

Per concludere, vorrei dissipare ogni dubbio e dichiarare chiaramente che sono d'accordo coi summenzionati 'pessimisti' che se noi (come società) non facciamo i conti con la nozione che la crescita infinita non esiste su un pianeta finito [6,7] e ci ricalibriamo i nostri obbiettivi e le nostre strategie di 'sviluppo' di conseguenza, allora tutti i rimedi tecnologici del mondo non hanno praticamente alcuna possibilità di essere sufficienti ad evitare un inquietante collasso. Ma, perché depennare il FV (e le altre rinnovabili) e negare il loro valore come strumenti utili ad aiutarci (si spera) a scendere su una slitta sicura lungo il pendio di una “prosperosa discesa” [8]?

Riferimenti:

1. Murphy D.J., Hall C.A.S., 2010. Year in review – EROI or energy return on (energy) invested. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1185:102-118
2. http://spectrum.ieee.org/green-tech/solar/argument-over-the-value-of-solar-focuses-on-spain
3. Fthenakis V.M., Held M., Kim H.C., Raugei M., 2009. Update of Energy Payback Times and Environmental Impacts of Photovoltaics. 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition; Hamburg, Germany
4. Fthenakis V.M., Kim H.C., 2011. Photovoltaics: Life-cycle analyses. Solar Energy 85(8): 1609-1628
5. Smil V., 2010. Energy Transitions: History, Requirements, Prospects. Praeger, ISBN-13: 978-0313381775
6. Meadows, D H., Meadows D.L., Randers J., Behrens W., 1972. Limits to Growth. Signet, ISBN-13: 978-0451057679
7. Bardi U., 2011. The Limits to Growth Revisited. Springer, ISBN-13: 978-1441994158
8. Odum, H.T., Odum E.C., 2001. A Prosperous Way Down. Colorado University Press, ISBN-13: 978-0870819087