1. La necessità della transizione energetica
La Terra è come una piccola astronave che viaggia nell'infinità dell'universo: una capsula di vita in un'immensità di materia inanimata[1]. È abitata da quasi 7 miliardi di persone, che consumano le risorse naturali della "stiva" (es. acqua, suolo, minerali, foreste) a ritmi ormai insostenibili[2]. L'elevato tenore di vita raggiunto da centinaia di milioni di persone in alcune parti del mondo è reso possibile grazie ad un incessante flusso di energia a basso costo sotto forma di carburanti ed elettricità. La vera differenza che caratterizza la nostra società rispetto a quelle passate è che oggi noi abbiamo a disposizione grandi quantità di energia 24 ore su 24, 365 giorni l'anno, in gran parte prodotte bruciando combustibili fossili. Lo sfruttamento intensivo di queste risorse sta però minando seriamente la stabilità ambientale e climatica della biosfera[3].
Nel corso del XX secolo il consumo energetico primario mondiale è aumentato di 16 volte. Se nel XXI secolo proseguissimo con lo stesso ritmo di crescita, ognuno dei 9 miliardi di abitanti del pianeta dell'anno 2100 consumerebbe il 50% in più dell'attuale americano medio. Non vi è alcuna possibilità che, nell'ambito dell'attuale sistema energetico, basato per l'85% sui combustibili fossili, che sono risorse limitate, esauribili ed inquinanti, si possa mantenere un ritmo del genere. È del tutto evidente che, se vogliamo garantire un futuro dignitoso a tutti gli abitanti del pianeta, dobbiamo radicalmente cambiare l'attuale modo di produrre, distribuire e consumare energia[4].
Ma di quante alternative ai combustibili fossili disponiamo, in termini di energia primaria? Essenzialmente quattro: gli elementi fissili presenti nella crosta terrestre (uranio, torio), il calore endogeno del sottosuolo, l'interazione gravitazionale della Terra con la Luna e il Sole, la radiazione solare. Quest'ultima è di gran lunga la più importante in quanto inesauribile, straordinariamente abbondante, ben distribuita sul pianeta. La sua qualità principale, tuttavia, è la sua origine extraterrestre: è di fatto l'unico contributo esterno che ci svincola dai limiti fisici invalicabili dell'astronave Terra[5].
2. Pregi e difetti dell'energia solare: quantità e diluizione
Il sole invia sulla Terra una quantità colossale di energia sotto forma di radiazione luminosa: in meno di un'ora riceviamo un flusso energetico pari al consumo globale primario annuale. La radiazione solare, pur con differenze in funzione della latitudine, raggiunge tutte le zone del pianeta e non è concentrata in poche mani, come le risorse tradizionali[6]. Queste eccellenti notizie si accompagnano ad altre meno buone: l'energia solare è molto diluita ed intermittente su scala locale (ma non su scala globale, metà del pianeta è sempre illuminata). Non sarà mai possibile far funzionare un ospedale, infrastruttura ad altissimo consumo energetico locale, con l'energia della radiazione solare che ne colpisce i tetti di giorno. Da questo esempio si intuisce come la principale sfida scientifica e tecnologica sia quella di immagazzinare in qualche modo il gigantesco (e diluito) flusso di energia solare, per poi utilizzarlo con "l'intensità" necessaria, laddove richiesto.
3. Calore dal sole
Oltre il 50% dei consumi energetici domestici in Europa riguarda la produzione di calore: calore per scaldare gli ambienti, per lavarsi, per cucinare. La produzione di parte di questo calore per via solare sarebbe quindi un bel passo avanti nella transizione energetica. La conversione dell'energia solare in calore a bassa temperatura si può ottenere mediante i cosiddetti "pannelli solari". Una superficie di ca. 5 m2 è sufficiente, alle nostre latitudini, per fornire acqua calda ad uso domestico per una famiglia media. Si tratta di una tecnologia semplice, affidabile ed economica che, finalmente, comincia ad essere sempre più sfruttata. Infatti, dopo un fugace boom seguito alla crisi petrolifera degli anni '70, l'energia solare termica sta riprendendo notevole vigore grazie anche agli incentivi promossi recentemente da alcuni governi. È facile prevedere che questa tecnologia, nella prospettiva di una crisi energetica globale, conoscerà uno sviluppo considerevole nei prossimi 10-20 anni. È interessante notare che il pannello solare comporta, indirettamente, anche un risparmio elettrico: ingenti quantità di energia elettrica vengono impiegate, nelle case moderne, per scaldare l'acqua nelle lavatrici o nelle lavastoviglie.
4. Elettricità dal sole
Un pannello fotovoltaico è un dispositivo che converte direttamente l'energia solare in energia elettrica[7]. Per soddisfare il fabbisogno di una famiglia media alle nostre latitudini, occorre una superficie di circa 18 m2 di pannelli al silicio, i più comuni. A fine 2009, in tutto il mondo, erano installati circa 9000 MW di pannelli fotovoltaici. Si tratta di una quantità piccolissima se confrontata alle centrali elettriche tradizionali a combustibili fossili o nucleari. Tuttavia il settore è in crescita impetuosa: solo nel 2009 sono stati installati 4000 MW. Se si pensa che, sempre nel 2009, vi è stato un calo globale della potenza nucleare di 1500 MW, ci si rende conto di come il sistema energetico stia silenziosamente evolvendo. Si prevede che l'elettricità prodotta per via fotovoltaica, diverrà economicamente competitiva con le tecnologie tradizionali attorno al 2015. Un segnale in questa direzione è il dimezzamento del prezzo dei pannelli registrato negli ultimi mesi, grazie alla crescita del mercato.
È importante notare che tutte le tecnologie solari consentono di produrre energia in loco, senza una costosa rete di distribuzione a lunga distanza, e sono quindi particolarmente adatte ai paesi poveri, privi di risorse economiche per costruire infrastrutture. Esattamente l'opposto della tecnologia nucleare, che costituisce il vero e proprio "caviale" dell'energia. Infatti la complessa filiera nucleare è un piatto raffinatissimo che si possono permettere le nazioni ricche non solo economicamente ma anche tecnicamente, socialmente e civilmente. I poveri non potranno mai permettersi alcuna centrale nucleare, anche se sono proprio loro ad aver bisogno di più energia.
Molti prevedono che il fotovoltaico sarà la prossima "tecnologia dirompente", cioè una tecnologia che cambierà in modo radicale il modo di produrre e distribuire l'elettricità[8]. Potrebbe sembrare un'utopia. Ma è ragionevole crederci: 20 anni fa nessuno immaginava che un apparecchio semplice e di bassissimo costo, ultimo esempio di tecnologia dirompente, sarebbe stato oggi nelle tasche di tutti, rivoluzionando il modo di comunicare: il telefono cellulare.
5. Combustibili dal sole
I pannelli solari e fotovoltaici producono calore ed elettricità, forme di energia che debbono essere utilizzate in tempi brevi e non si prestano ad essere immagazzinate. Da tempi immemorabili, in natura, l'energia solare viene immagazzinata come biomassa vegetale tramite la fotosintesi clorofilliana. Attualmente il processo fotosintetico produce 230 miliardi di tonnellate di nuova biomassa terrestre e marina l'anno, valore da confrontare coi 4 miliardi di tonnellate di petrolio bruciati annualmente[9].
La biomassa è un vero e proprio "combustibile solare", trasportabile e utilizzabile quando serve. Tramite un'apposita filiera agroindustriale è oggi possibile utilizzare vari tipi di piante per produrre combustibili quali bioetanolo e biodiesel, da impiegare al posto di benzina e gasolio. Tuttavia non vi è alcuna possibilità di sostenere il consumo energetico globale attuale tramite questo tipo di biocombustibili che, a causa di questioni ambientali (es. disponibilità di suolo e acqua) ed anche etiche, potranno fornire in modo sostenibile solo una piccola frazione del mix energetico rinnovabile del futuro.
La ricerca scientifica sta esplorando nuove strade per la produzione di combustibili solari. Tra le principali vanno ricordate la produzione di biocombustibili di seconda generazione, ottenuti dalla parte non commestibile delle piante (es. lo stelo e non la pannocchia del mais), oppure la fotosintesi artificiale[10]. Quest'ultima rappresenta una delle più grandi sfide scientifiche contemporanee: un processo in cui si utilizzano prodotti a basso contenuto energetico (acqua, biossido di carbonio) e li si trasforma, attraverso la luce solare e mediante complessi sistemi chimici al contorno, in prodotti ad alto contenuto energetico (idrogeno o idrocarburi). Sarebbe un processo analogo a quello fotosintetico naturale, ma molto più semplice ed efficiente. La fotosintesi artificiale è considerata una sorta di "Santo Graal" della ricerca scientifica: in questo modo i prodotti della combustione delle sostanze "fabbricate" (acqua, biossido di carbonio) sarebbero la materia prima per alimentare un ciclo energetico chiuso in cui l'unico input esterno è l'energia del sole. Verrebbe così a spezzarsi la spirale perversa di produzione di rifiuti che scarichiamo in atmosfera bruciando i combustibili fossili[11].
6. Energia dall'acqua, dal vento, dalla Terra e dal mare
L'astronave Terra ci offre numerose fonti di energia rinnovabile, in larga parte di natura solare indiretta. Tra queste, quella attualmente più sfruttata è l'energia elettrica che si può ottenere da cadute d'acqua: oggi le centrali idroelettriche forniscono il 16% dell'elettricità a livello mondiale. In Europa e negli USA i margini di ampliamento per questa tecnologia sono geograficamente limitati, mentre esistono maggiori potenzialità in vari paesi in via di sviluppo. L'impatto ambientale di grandi bacini artificiali è risultato talvolta rilevante, e oggi si preferiscono spesso impianti di scala medio-piccola.
La tecnologia elettrica in maggiore espansione a livello mondiale è senza dubbio quella eolica, ormai a tutti gli effetti un settore energetico convenzionale e non più alternativo. In Europa, la potenza eolica installata annualmente supera da tempo tutte le altre tecnologie convenzionali; anche in USA e Cina, rimaste inizialmente indietro rispetto al vecchio continente, il mercato sta crescendo a ritmi imponenti. Entro il 2020, l'Europa produrrà almeno 600 TWh di elettricità tramite turbine eoliche, arrivando a tallonare da vicino la produzione elettronucleare.
Esiste anche un immenso potenziale geotermico da sfruttare, anche con l'ausilio di nuove tecnologie. Si stima conservativamente che, entro il 2050, gli USA possano coprire il 10% del loro fabbisogno elettrico tramite centrali geotermiche. Interessanti margini di sviluppo esistono anche in Italia, dato che il geotermico, assieme al solare, è la principale fonte energetica "domestica".
Infine, anche l'immensa vastità del mare costituisce potenzialmente un enorme serbatoio energetico sotto forma di maree, correnti, onde e gradienti di temperatura. Si stanno sviluppando numerose tecnologie che sfruttano queste risorse ma il settore resta ancora di nicchia. Tuttavia, in un mondo a caccia di risorse energetiche pulite e con la necessità impellente di svincolarsi dai combustibili fossili, è ragionevole attendersi che anche queste tecnologie, oggi "minori", potranno far parte del mix energetico rinnovabile che dovremo mettere in campo nel corso di questo secolo. La loro eventuale affermazione dipenderà fortemente dalla disponibilità di finanziamenti alla ricerca scientifica e tecnologica, finora davvero esigui se confrontati con quelli di cui hanno goduto altre tecnologie energetiche, in particolare il nucleare[12].
7. Le fonti rinnovabili più importanti: educazione, risparmio e sobrietà
Oggi noi sappiamo che le risorse energetiche rinnovabili sono immense, migliaia di volte superiori al fabbisogno mondiale presente e futuro: è assolutamente possibile alimentare la nostra civiltà con le energie rinnovabili[13]. Non dobbiamo però illuderci che la transizione sarà breve e facile, dobbiamo costruire un nuovo sistema energetico planetario che sarà un mix di tante opzioni rinnovabili, ognuna valorizzata a seconda della specificità locale di un territorio. Nel frattempo, l'opzione più immediata, efficace ed economica alla crisi energetica incombente è il risparmio energetico[14].
Oggi nessun politico ha il coraggio di farlo, ma sarebbe onesto e salutare informare ed educare i cittadini dei paesi più ricchi affinché venga fermata la folle spirale di aumento dei consumi energetici. Tra l'altro, è ampiamente dimostrato che un aumento dei consumi di energia, dopo una certa soglia, non aumenta la qualità della vita, ma tende a peggiorarla[15]. Per fare un esempio, l'epidemia di obesità e patologie cardiovascolari nei paesi occidentali è strettamente legata a stili di vita in cui l'energia fisica è sostituita completamente dall'energia fossile, fino all'autolesionismo. Non è astruso immaginare che proprio la civiltà energetica solare "diluita" potrà un giorno obbligarci ad un radicale cambiamento degli stili di vita rispetto alla civiltà fossile "intensiva", di cui parte dell'umanità ha goduto negli ultimi due secoli. E non è affatto detto che sarà un cambiamento in peggio[16].
Infine non dimentichiamo mai che nessuna forma di energia rinnovabile potrà mai vincere l'ignoranza, lo spreco e il disprezzo dei limiti fisici dell'astronave Terra. Quindi, il lungo e faticoso cammino della transizione energetica non è solo un'affascinante prova sul piano scientifico e tecnologico ma è, forse ancor più, una sfida culturale e morale verso la sobrietà e la responsabilità individuale e collettiva.
8. Conclusione
Agli inizi del XXI secolo l'umanità si trova ad affrontare quella che è probabilmente la più grande sfida della storia: uscire progressivamente, ma con decisione, da un sistema energetico basato su preziose risorse una tantum di formidabile concentrazione, ma inquinanti e passare ad un sistema energetico dominato da una risorsa inesauribile, pulita, ma diluita, quella del sole[17].
Possiamo continuare ad utilizzare in modo crescente i combustibili fossili fino ad un punto di crisi irreversibile oppure cercare parzialmente rifugio nell'energia nucleare, una risorsa potenzialmente interessante, ma gravata di problemi tecnici in parte irrisolvibili e portatrice di enormi interrogativi morali. Scelte di questo tipo non metterebbero a rischio "la sopravvivenza del pianeta", come a volte si riporta erroneamente sui mass-media. La Terra troverà un nuovo equilibrio anche con una temperatura più elevata (come già accaduto in epoche lontane) oppure dopo un devastante conflitto globale, magari scoppiato per accaparrarsi le ultime risorse energetiche fossili. Quello che oggi è a rischio è la sopravvivenza della nostra fragile e complessa civiltà, se non saremo in grado di capire per tempo che occorre cambiare rotta e investire enormi risorse umane ed economiche per lo sviluppo delle energie rinnovabili.
