Ma cos'è questo EROEI (Energy Return on Energy Invested)? E perché è così importante?

Dal blog "The Sunflower Paradigm"

Se sei un leone, non devi solo correre più veloce di una gazzella; devi assicurarti che l'energia metabolica che ottieni mangiando la gazzella sia superiore all'energia che hai usato per la caccia. Se no, muori. È la dura legge dell'EROI. 

Il concetto di Energy Return on Energy Invested (EROI o EROEI) esiste da molto tempo. È stato introdotto nella sua forma moderna negli anni '80 da Charles Hall, ma è parte della termodinamica dei sistemi di non equilibrio. Può essere facilmente compreso se lo vediamo come l'equivalente del ROI (ritorno sull'investimento). Il ROI (EROI) è dato dal denaro (energia) restituito da un certo investimento (infrastruttura energetica) diviso per l'investimento monetario (energia). C'è bisogno di un valore maggiore di uno affinché un investimento abbia un senso o, se sei un leone, per sopravvivere. Grandi valori di questo parametro rendono la vita facile agli investitori, ai produttori di energia e ai leoni (ma non alle gazzelle). 

Fino a tempi recenti l'opinione comune era che l'EROEI dei combustibili fossili fosse molto alto: durante il periodo di massimo splendore dell'estrazione del petrolio si diceva che fosse intorno a 100. Pensate a un investimento che vi restituisce il capitale moltiplicato per uno cento (!!), e si capisce perché il petrolio era, e rimane, così importante per la nostra società. Allo stesso tempo, l'EROEI dell'energia rinnovabile è stato calcolato nell'ordine di 5-7, con alcuni studi che lo collocavano addirittura sotto 1. Ciò ha dato origine alla narrativa secondo cui solo il petrolio e altri combustibili fossili potrebbero sostenere una civiltà industriale e che le rinnovabili in realtà non lo fossero; nella migliore delle ipotesi erano "sostituibili" fintanto che c'era petrolio disponibile. La conseguenza è stata l'enfasi sulle soluzioni sociali e politiche: decrescita, risparmio energetico, ritorno a una economia rurale o, semplicemente, morire tutti quanti e buonanotte. 

Quanto velocemente cambiano le cose! Nuovi studi, tra cui uno di Murphy et al ., hanno rivelato che l'EROEI del petrolio potrebbe non essere mai stato così alto come si pensava. Bisogna tener conto che il petrolio di per sé è inutile: deve essere trasportato, raffinato e bruciato all'interno di motori poco efficienti per fornire energia alla società. Quindi è corretto calcolare l'EROEI del petrolio al “punto di utilizzo” piuttosto che alla “bocca del pozzo”. Fatto ciò, si scopre che l'EROEI del petrolio potrebbe essere (ed essere stato) inferiore a 10. Allo stesso tempo, il progresso tecnologico e i fattori di scala hanno portato a un miglioramento dell'EROEI delle rinnovabili (eolico e fotovoltaico) ben oltre 10. 

Ora, il paradigma è ribaltato. Le rinnovabili sono veramente rinnovabili, mentre il petrolio non lo è mai stato. Questo ci dà la possibilità di rivisitare il paradigma dominante di come affrontare la crisi energetica. Il nuovo paradigma è che possiamo ricostruire una società sulla base delle energie rinnovabili. Non sarà uguale a quella creato dal petrolio, e potremmo dover accettare una considerevole contrazione economica nel processo per arrivarci. Ma ci offre una possibilità concreta per creare una società resiliente e prospera. 

Certo, non tutti sono d'accordo su questi concetti ed è in corso una vivace discussione in cui diverse persone stanno difendendo il vecchio paradigma. Un argomento nella discussione dice che se usi l'energia del petrolio per raffinare il petrolio, quell'energia non dovrebbe essere conteggiata nel denominatore del rapporto EROEI. E, quindi, che l'EROEI dei combustibili fossili è molto più grande di quanto indicano i recenti calcoli. Questo è sciocco: l'energia è energia, non importa da dove venga. Nafeez Ahmed discute questo punto in dettaglio nel suo blog, " The Age of Transformation " dicendo, tra le altre cose, che:

.. .. il geologo petrolifero Art Berman ha pubblicato un post affermando anche che l'articolo di Murphy et. è fondamentalmente errato. Ha concluso che se Murphy e i suoi coautori avessero ragione, allora decenni di ricerca sull'EROEI che mostrano valori estremamente alti per i combustibili fossili sarebbero sbagliati. Ripete lo stesso argomento di Hagens, e poi lo usa per offrire un nuovo calcolo:

Quasi il 9% dei costi totali post-estrazione del petrolio sono per la raffinazione. Eppure la maggior parte dell'energia per la raffinazione proviene dal petrolio greggio e dai prodotti raffinati utilizzati nella raffineria. È, in effetti, co-generato. Ciò non annulla l'investimento energetico necessario per far funzionare la raffineria ma non è un costo per la società come indicato nella tabella... Ho diviso il loro 8,9% per l'investimento di raffinazione per 3 per tenere conto della cogenerazione sopra descritta (probabilmente è molto inferiore). L'EROEI petrolifero risultante è 18. Ciò rimuove completamente la buona notizia dai proclami di Ahmed e Bardi di "missione compiuta" e riporta l'EROEI petrolifero all'intervallo di consenso degli ultimi due decenni.

L'errore chiave in questa argomentazione è dove Berman dice: "Ciò non nega l'investimento energetico necessario per far funzionare la raffineria, ma non è un costo per la società come indicato nella tabella".

Ma non è corretto. Il termine "costo per la società" si riferisce proprio all'energia investita che non è disponibile per l'uso da parte della società. Sebbene l'energia utilizzata per raffinare il petrolio greggio sia cogenerata, è ancora un input nel processo di raffinazione prima che il petrolio diventi disponibile per il lavoro effettivo nella società nella fase di "energia finale". In altre parole, l'energia viene utilizzata per raffinare il petrolio e quindi non è comunque disponibile per la società.

Quello che Berman e Hagens stanno effettivamente cercando di fare è classificare l'energia usata per raffinare il petrolio come un 'output energetico' che rappresenta un lavoro utile per la società al di fuori del sistema energetico. Ma questa classificazione non ha senso se si considera che rappresenta un lavoro specificamente legato in primo luogo a rendere l'energia utilizzabile per la società, perché il petrolio deve essere raffinato e lavorato prima di poter essere effettivamente convertito in energia utilizzabile per la società .

Berman si chiede inoltre che se l'EROEI per i combustibili fossili fosse molto più basso, come avrebbe potuto essere così redditizio? Come ha sottolineato lo scienziato Ugo Bardi, la redditività di un settore dipende da numerosi fattori esterni al sistema energetico legati al credito, ai mercati, alla politica economica, agli investimenti, ai valori valutari e non solo. Ma oltre a ciò, la linea di fondo è che Murphy et. La ricerca di al suggerisce che se il petrolio è stato redditizio con un EROEI molto più basso di quanto si credesse in precedenza, allora le ipotesi precedenti sulla prosperità economica che richiedono livelli di EROEI molto più alti sono discutibili.

A causa delle enormi perdite di efficienza della conversione dell'energia dal petrolio in forme utilizzabili (tra il 50 e il 70% dell'energia viene persa convertendo l'energia primaria in energia finale), poiché le energie rinnovabili evitano tali perdite, possono produrre circa il 50% in meno di energia per soddisfare la domanda. Ciò significa che il presunto EROEI minimo per sostenere una civiltà vitale derivata dai combustibili fossili potrebbe essere molto inferiore in un sistema più efficiente.

Come sottolinea Marco Raugei, il passaggio alle rinnovabili e all'elettrificazione “può aprire le porte al raggiungimento dei servizi richiesti con una domanda di energia primaria molto inferiore, il che a sua volta implica che può essere sufficiente un EROEI significativamente inferiore a quanto ipotizzato in precedenza”.

Per saperne di più sull'EROEI, potete esaminare questi documenti

The Role of Energy Return on Energy Invested (EROEI) in Complex Adaptive Systems ,  di Ilaria Perissi, Alessandro Lavacchi e Ugo Bardi, Energie, 2021

Peaking Dynamics of the Production Cycle of a Nonrinnovaable Resource ,  di Ilaria Perissi, Alessandro Lavacchi e Ugo Bardi, Sustainability 2023

Le ragioni nascoste dietro alla crescita economica lenta: EROI in declino, energia netta vincolata

Da “Resource Insights”. Traduzione di MR (via Post Carbon Institute)

Dovrebbe apparire ovvio che ci vuole energia per avere energia. E quando ci vuole più energia per avere l'energia che vogliamo, di solito questo implica prezzi più alti dal momento che l'energia usata in ingresso costa di più. In tali circostanze rimane meno energia da usare per il resto della società, cioè, per le parti che non raccolgono energia – i consumi industriali, commerciali e residenziali di energia – di come sarebbe in caso contrario. Non dovrebbe sorprendere quindi che mentre i combustibili fossili, che forniscono più del 80% dell'energia usata dalla società moderna, diventino più energeticamente impegnativi da estrarre e raffinare; c'è una resistenza crescente all'attività economica man mano che sempre più risorse dell'economia vengono dedicate semplicemente ad ottenere l'energia che vogliamo. Un modo più formale di parlare di questo è l'EROI (o EROEI – Energy Returno on Energy Investment). Il “ritorno energetico” è l'energia che otteniamo da un particolare “investimento” di una unità di energia. Più è alto l'EROI di una fonte energetica, più economica questa sarà sia in termini energetici sia finanziari – e più sarà l'energia che resta ad uso del resto della società. Ma abbiamo assistito ad un declino permanente dell'EROI del petrolio e del gas naturale degli Stati Uniti nell'ultimo secolo, una tendenza che è probabile che si rifletta anche altrove nel mondo. Ecco un riassunto dall'abstract di uno studio del 2011:

Il fattore EROI: come il declino della resa energetica dei combustibili fossili sta danneggiando l'economia

Da “SRSRocco Report”. Traduzione di MR (h/t Maurizio Tron)

C'è un grande malinteso oggi negli Stati Uniti che fa pensare che la tecnologia ci ha resi più efficienti sia nell'industria che nell'economia. Per esempio, gran parte di quelli di noi che hanno guidato lungo il Sistema delle Strade Interstatali statunitensi ha visto gli enormi trattori e mietitrebbie che lavorano il suolo del Midwest. Quando ci passiamo vicino, tendiamo a stupirci di come piccole squadre di agricoltori possano produrre tutto quel cibo col solo ausilio di attrezzature agricole di alta qualità. Mentre queste operazioni sembrano a prima vista molto efficienti, le nostre percezioni sono praticamente l'opposto della realtà.

L'efficienza della produzione di un particolare bene o servizio è collegata in realtà con la quantità di energia spesa nel suo sviluppo. L'EROI – Energy Return on Investment - è un eccellente indicatore della vera natura della nostra efficienza nel produrre ed usare energia. Che rifletta gli esiti del lavoro umano e animale o lo si trovi in una delle varie fonti di energie alle quali possiamo attingere quotidianamente per produrre beni e servizi, come petrolio, carbone, gas, eccetera, l'EROI di un particolare processo è la  stessa cosa. Questo termine è stato etichettato anche come EROEI – Energy Return on Energy Investment. Entrambi descrivono lo stesso principio.

Per esempio, i metodi agricoli preindustriali che utilizzano lavoro manuale o cavalli ed aratro forniscono fra 1 e 5 calorie di energia (cibo) per ogni caloria di energia consumata nel piantare e raccogliere. Dall'altra parte, la moderna industria della produzione alimentare, con un agricoltore che siede su un trattore John Deere con l'aria condizionata che è guidato dalla localizzazione satellitare, consuma incredibilmente 10 calorie di energia per ogni caloria di energia (cibo) consegnata al mercato.

La moderna produzione e distribuzione di cibo ora consuma 10 volte più energia di quella che fornisce. Scienziati “al corrente” come il professor Kent Klitgaard del Wells College e Charles Hall del SUNY College di Scienza Ambientale e Forestale considerano questa palese cattiva gestione delle risorse il cavallo di Troia dei nostri tempi **

Guardate con attenzione questo grafico*:

L'EROI del petrolio e gas del (specialmente negli Stati Uniti), sta crollando dai primi anni 30, cosa che ora ha cominciato ad infliggere una pressione forte su tutti i settori e le industrie dell'economia. Nel 1930, l'industria del petrolio e del gas poteva produrre 100 barili di petrolio per il mercato per ogni barile di costo energetico. Nel 1970, la produzione è crollata ad un rapporto di 30 a 1 e nel 2000 si trovava a soli 11 a 1.

Fondamentalmente, il crollo dell'EROI di petrolio e gas fornisce meno energia netta per il mercato. Così, ma mano che l'energia netta declina, i prezzi aumentano a causa dell'aumento dei costi di produzione l'economia. SRSRocco Report esplorerà e discuterà di come il crollo dell'EROI avrà un impatto sul futuro dell'economia così come fornirà idee su come proteggere la propria ricchezza.


** Vedi l'eccellente fonte di Hall e Klitgaard Energia e ricchezza delle nazioni: capire l'economia biofisica


* Nota: alcuni recenti risultati pubblicati da Hall e Gupta indicano che il declino dell'EROI dei combustibili fossili è stato meno forte di quanto mostrato nella figura. Le conclusioni proposte nell'articolo, tuttavia, non cambiano. (Hall, CAS, and Ajay Gupta. 2011. “A Review of the Past and Current State of EROI Data.” Sustainability 3: 1796–1809)

Ritorno Energetico dall'Investimento (EROEI): la situazione

Da “The Rational Pessimist”. Traduzione di MR

di "Rational Pessimist"


Nel mio ultimo post, ho fatto riferimento al lavoro di Charles Hall sul Ritorno Energetico dall'Investimento (EROEI) e sull'economia biofisica. A seguito di uno scambio di e-mail col professor Hall, egli mi ha diretto ad una parte del suo recente lavoro, compreso un saggio del gennaio 2014 intitolato “l'EROEI dei diversi combustibili e le implicazioni per la società”, pubblicato su Energy Policy (ad accesso libero). Il saggio si occupa della questione cruciale dell'EROI: “Quante unità di energia si estraggono per ogni unita di energia che si investe”?

Il saggio è un vero e proprio festival di grafici di ogni cosa sull'EROEI, ma suzzicherò il vostro appetito con soltanto 3 di questi. Il primo è un confronto di EROEI fra diversi combustibili fossili e fonti di energia da biomassa:

La cattiva notizia qui, è che il carbone rimane il re dell'EROEI visto che si ottiene 40 volte l'energia che viene impiegata (40:1). Non buono per le traiettorie delle emissioni di CO2 e per il cambiamento climatico. Il secondo è il declino degli EROEI globali di petrolio e gas:

Il declino non sorprende, visto stiamo cercando di estrarre sempre di più fonti geologicamente marginali di petrolio e gas in modi sempre più non convenzionali. Infine, un grafico che mostra i combustibili fossili contro le rinnovabili:

Sono stato davvero sorpreso da questo grafico perché sia eolico sia fotovoltaico (FV) hanno si presentano migliori di quanto mi aspettassi. Hall segnala tutti i grandi problemi dell'eolico e del FV (necessità di carico di base e così via) ed anche i punti controversi nella disputa sulla metodologia per l'EROEI del FV. Ciononostante, ho sentito argomentazioni in passato secondo le quali il FV è quasi alla pari in termini di EROEI (*). Ma non sembra che sia così. C'è molto di più nel saggio, compresi numerori riferimenti interessanti. Quando avrò tempo, tornerò sull'EROEI delle rinnovabili, in quanto sembra un tema molto importante. 

(*) nota di UB: non è chiaro nel testo originale a cosa questa "parità" si riferisca