Energia Sostenibile – senza aria fritta. Conoscere per scegliere … e fare la differenza

Nell’ambito della manifestazione culturale “Fare i conti con l’ambiente – Ravenna 2014”, in corso di svolgimento, si terrà tra poche ore un Workshop dal titolo:”Energia: come fare la differenza?”. In questa occasione verrà presentata la traduzione in lingua italiana del libro “Sustainable Energy- without the hot air” (“Energia Sostenibile – senza aria fritta”) del prof. David JC MacKay dell’Università di Cambridge (UK).
All’evento interverrà Paolo Errani, fisico professionista e socio del Comitato Nucleare e Ragione, uno dei i curatori dell’opera di traduzione assieme ad Alessandro Pastore, professore della Alma Graduate School, e Simone Gallarini, Ingegnere Energetico.
Il testo in questione, pur partendo da un’analisi incentrata sulla situazione specifica del Regno Unito, è già molto noto in giro per il mondo e riteniamo sia destinato a diventare una pietra miliare per ogni discussione inerente alle problematiche energetiche di qualsiasi Paese o comunità di stati.
Proponiamo in anteprima su questo sito, per i nostri lettori, una sinossi del volume a cura dello stesso Paolo Errani. Con questo intendiamo, da oggi e per i prossimi mesi, riprendere e ravvivare un dibattito, serio ed equilibrato, sulle strategie energetiche che l’Italia vorrà adottare per rimettere in carreggiata la propria economia.
Vi auguriamo buona lettura!

“Energia Sostenibile – senza aria fritta”

David J C MacKay ¹

Sinossi ²

La dipendenza dall’energia di origine fossile non è sostenibile. Il cosiddetto mondo sviluppato ricava circa l’80% dell’energia bruciando combustibili fossili. Questo non è sostenibile per tre motivi. Primo, quei combustibili fossili che sono ora facilmente accessibili prima o poi finiranno. Secondo, bruciare combustibili fossili comporta emissioni con un impatto sul clima che può rivelarsi pericoloso. Terzo, anche se non abbiamo a cuore il problema del cambiamento climatico, una drastica riduzione del consumo dei combustibili fossili rimane una mossa saggia in termini di messa in sicurezza delle forniture energetiche: un crescente e continuo consumo di petrolio e gas presto spinge ad importazioni da Paesi stranieri non affidabili. Come interrompere la nostra dipendenza dai combustibili fossili? Non mancano i suggerimenti su come “fare la differenza”; ma il grande pubblico è confuso, incerto se le soluzioni proposte siano risolutive o solo semplici foglie di fico. Le persone sono giustamente sospettose quando alcune aziende affermano che comprando il loro prodotto “verde” si è già fatta “la propria parte”; ugualmente sono incerte quando si parla di strategia nazionale per l’energia. Per esempio, soluzioni come decentralizzazione e micro-cogenerazione di calore ed elettricità sono soluzioni abbastanza verdi? I parchi eolici sono “una mera iniziativa per aumentare le credenziali ambientali dei nostri leader politici”? L’energia nucleare è necessaria? Abbiamo bisogno di un piano che abbia un reale e significativo impatto sulla questione. La buona notizia è che questo piano può essere delineato; quella brutta è che la realizzazione di questo piano non sarà facile.
L’autore di Energia Sostenibile – senza aria fritta, Regio Professore di Ingegneria presso l’Università di Cambridge, parte com’è ovvio da considerazioni che attengono al suo Paese, la Gran Bretagna; ma il lettore è presto accompagnato verso concetti generali che permettono di esportare ovunque nel mondo le conclusioni tratte nelle realtà specifiche delle isole britanniche. Tali conclusioni sono supportate da un ragionamento critico, dati concreti e supposizioni sufficientemente solide da resistere sia allo svilupparsi delle tecnologie in esame che al mutare dell’humus economico e politico nel quale è nato il ragionamento.

Parte I – Numeri, non aggettivi

Un Paese come la Gran Bretagna, rinomato per avere vento, onde e maree in abbondanza può davvero vivere grazie all’energia prodotta dalle proprie fonti rinnovabili? Non basta, infatti, sapere che una fonte di energia è “abbondante”; occorre comparare questo dato con un altro altrettanto “abbondante”, il nostro consumo energetico. E per fare questo paragone occorrono numeri, non aggettivi. Quando si usano i numeri, spesso il loro significato è offuscato dalla loro grandezza. I numeri sono scelti più per impressionare e per rendere convincente la propria tesi che per informare. Qui, al contrario, lo scopo è quello di presentarli in maniera oggettiva, in modo che rappresentino dati di fatto, che siano comprensibili, comparabili e memorizzabili. Il significato dei numeri diventa maggiormente accessibile quando è riportato alla dimensione personale, all’unità di misura “per persona”. Per questo motivo, l’energia consumata è misurata in chilowattora (kWh), la stessa unità di misura che viene usata nelle bollette elettriche, per persona. L’unità di misura della potenza prodotta è espressa, invece, in chilowattora al giorno per persona (kWh/gg/persona). Una delle ragioni per preferire le unità di misura rapportate alla persona è che rendono più facili i paragoni con altri Paesi o regioni del mondo. Per esempio, si supponga di parlare d’incenerimento dei rifiuti e di venire a sapere che questa forma di produzione di energia in Gran Bretagna è pari a 7 tera-wattora all’anno, mentre in Danimarca si hanno 10 TWh/anno. Questo dato può essere di aiuto per dire che la Danimarca brucia “più” rifiuti della Gran Bretagna? Ovvero, quanti rifiuti sono bruciati per persona? Danimarca, 5 kWh/gg/persona; UK, 0.3 kWh/gg/persona. I Danesi bruciano 13 volte più rifiuti dei Britannici. Avendo normalizzato l’unità di misura dell’energia rispetto alla persona, alla fine si ha un libro più fruibile, una base utile per costruttive discussioni sull’energia sostenibile in giro per il mondo.

Con semplici ed onesti numeri sulla tavola, si è in grado di rispondere alle seguenti domande:

• Un Paese come la Gran Bretagna può ragionevolmente pensare di poter vivere grazie all’energia prodotta dalle proprie fonti rinnovabili?
• Un passaggio rapido verso tecnologie avanzate può permetterci di eliminare le emissioni di anidride carbonica senza cambiare il nostro stile di vita?

Nella prima parte del libro viene costruita, da un lato, una colonna rossa che riporta l’energia consumata da un insieme di attività del britannico medio e, dall’altro, una colonna verde che riporta la stima dell’energia ricavabile da tutte le possibili fonti rinnovabili disponibili in Gran Bretagna. Nello stimare i numeri della colonna rossa, vengono via via sfatati molti miti. Per esempio, quello che “lasciare il caricabatteria del telefonino sempre inserito nella presa elettrica è un atto criminale contro l’ambiente”. La verità è che un caricabatteria per cellulari consuma mediamente 0.01 kWh/gg. La quantità di energia risparmiata staccando dalla spina il caricabatteria quando non è in uso è pari all’energia consumata guidando un automobile media per un secondo. Staccare in maniera maniacale il caricabatteria dalla spina è come pretendere di svuotare con un cucchiaino l’acqua imbarcata dal Titanic mentre affonda. Si stacchi il caricatore, ma si prenda atto di quanto piccolo sia tale gesto. Occorre non farsi distrarre dal detto che afferma: “ogni piccola azione aiuta”. Nel campo dell’energia, “se tutti compiamo solo piccole azioni, raggiungeremo solo un piccolo risultato”.

La prima parte del libro arriva a due chiare conclusioni per la Gran Bretagna. Primo, ogni fonte energetica rinnovabile – affinché la produzione possa offrire un contributo comparabile all’odierno livello di consumo – deve occupare una parte significativa della superficie del Paese. Per esempio, al fine di coprire un quarto del consumo energetico attuale attraverso biocombustibili, all’incirca il 75% della superficie della Gran Bretagna dovrebbe essere dedicato a queste colture. Al fine di coprire il 4% del consumo energetico con soluzioni che ricavano l’energia dalle onde del mare, si dovrebbero costruire dei parchi marini lungo 500 km di costa atlantica. I contributi più importanti verrebbero dai pannelli fotovoltaici, che coprirebbero il 5-10% della superficie del Paese, offrendo 50 kWh al giorno per abitante, e dai parchi eolici in mare aperto, estesi su di un’area due volte più grande del Galles, per dare altri 50 kWh/gg/persona. Secondo, l’immenso sforzo di copertura – da un parte, del suolo inglese con pannelli solari e, dall’altra, del mare mediante turbine eoliche ‒ può essere possibile secondo le Leggi della Fisica, ma l’opinione pubblica accetterebbe e sarebbe disposta a pagare per questi estremi rimedi?

Parte II – Piani energetici che possono fare la differenza

La seconda parte del libro esplora sei possibili strategie con le quali elaborare diversi piani energetici per la Gran Bretagna. Ciascun piano permetterebbe di far quadrare l’obiettivo di bilanciamento tra consumo e produzione di energia. Le prime tre strategie per eliminare la differenza tra consumo e produzione si concentrano sulla riduzione della domanda di energia:

• riduzione della popolazione;
• adozione di un differente stile di vita;
• impiego di tecnologie più efficienti.

Le altre tre strategie per eliminare la differenza tra consumo e produzione puntano ad aumentare la produzione di energia:

• “Combustibili fossili sostenibili” e “carbone pulito” sono nuovi nomi per continuare a bruciare la “solita roba” ma in modo differente, attraverso la cattura e lo stoccaggio dell’anidride carbonica. Quanta energia potremmo ricavare dal carbone in modo sostenibile?
• L’energia nucleare è un’altra opzione controversa. È solo una soluzione temporanea?
• Una terza via per ottenere energia pulita, praticamente senza emissione di anidride carbonica, potrebbe essere quella di vivere grazie alle energie rinnovabili prodotte in altri Paesi, in particolare in quei Paesi fortunati che godono di tanto sole, estese superfici e sono scarsamente popolati. Qual è il reale potenziale energetico del deserto del Sahara?

Per fissare meglio le idee, questa parte del libro fa riferimento ad una rappresentazione stilizzata della Gran Bretagna dove esistono tre categorie di consumo: trasporti, riscaldamento ed elettricità. Cinque possibili piani energetici per la Gran Bretagna vengono presentati. Ognuno di essi suppone di poter ridurre la domanda di energia attraverso l’elettrificazione dei trasporti e del riscaldamento. I veicoli elettrici, inoltre, servono anche ad una seconda funzione molto utile: la ricarica delle batterie installate a bordo richiede molta elettricità ed è una funzione che può essere attivata e disattivata intelligentemente in modo da arrivare ad equilibrare la domanda e la produzione di energia elettrica nel caso di una rete elettrica connessa a fonti rinnovabili e/o a centrali nucleari. L’elettrificazione dei trasporti e del riscaldamento, naturalmente, richiede un sostanziale aumento della produzione di elettricità. I cinque piani energetici prevedono di usare cinque differenti mix di opzioni tecnologiche di produzione di elettricità a bassa emissione di anidride carbonica. Essi riflettono differenti sensibilità politiche ed includono il piano G, “GREEN” (i.e. verde), che rinuncia al ricorso sia al “carbone pulito” sia all’energia nucleare; il piano N, ossia “NON nel mio giardino dietro casa”, che fa pesantemente ricorso alle energie rinnovabili prodotte in altri Paesi; e il piano E (ECONOMICO), quello più in sintonia con il libero mercato, indirizzato verso soluzioni a basse emissioni di anidride carbonica più economiche: parchi eolici terrestri, centrali nucleari e un gruppo di sbarramenti e bacini per sfruttare l’energia delle maree. Infine, il piano M (MEDIANO) include ogni possibile fonte di produzione di energia a bassa emissione di anidride carbonica e si posiziona in mezzo agli altri. Questi piani contengono solo i mattoncini elementari con cui si deve e si può delineare un futuro a basse emissioni di anidride carbonica di origine antropica. Lo scopo non è quello di scegliere il vincitore tra i vari piani, ma quello di presentare onesti dati numerici per ognuna delle opzioni.

Uno degli aspetti più interessanti dell’analisi presentata è che risulta evidente come alcune delle idee riguardanti il consumo di energia, nonostante circolino quasi come “vacche sacre”, una volta poste sotto la lente del reale impatto numerico, spesso non superano l’esame, rivelandosi cattive idee. Altre, invece, passano l’esame e sono confermate essere buone idee.
Cattiva idea: i veicoli a idrogeno sono un disastro. Molti prototipi di veicoli alimentati ad idrogeno consumano più energia di quelli a combustibile fossile che vorrebbero sostituire.
Buona idea: per contro, un’auto elettrica consuma dieci volte meno energia. I veicoli elettrici sono di gran lunga meglio delle auto ibride. Le auto ibride, che al massimo consumano il 30% in meno di un’auto a combustibile fossile, potrebbero essere viste come un utile passo intermedio verso i veicoli elettrici.
Cattiva idea: la micro-cogenerazione di calore ed elettricità è un altro errore che nasce da una non corretta valutazione dei numeri in gioco. Certo, la generazione combinata di calore ed elettricità può essere un modo lievemente più efficiente di usare i carburanti fossili rispetto alla pratica abituale. Ma le micro-centraline sono solo il 7% più efficienti. Ed usano combustibili fossili. Se l’obiettivo è quello di “sbarazzarsi dei combustibili fossili”, allora esiste un modo decisamente migliore per generare localmente calore: le pompe di calore.

Buona idea: le pompe di calore sono dei frigoriferi che funzionano al contrario. Alimentati con l’energia elettrica, pompano il calore all’interno della casa estraendolo da fuori – sia dall’aria sia da sottoterra. Le migliori pompe di calore, recentemente sviluppate in Giappone, hanno un coefficiente di prestazione (CoP) di 4.9; questo significa che, usando 1 kWh di elettricità, la pompa di calore genera 4.9 kWh di energia termica sotto forma di aria o acqua calda. Questa è di gran lunga la maniera più efficiente di usare una forma pregiata di energia, ossia l’elettricità, per produrre calore; invece di bruciare una forma pregiata di energia chimica, ossia il gas, con un CoP pari a solo 0.9.
Cattiva idea: gli aerogeneratori montati sul tetto di casa sono un inutile spreco di risorse. Non si ripagheranno mai.
Buona idea: per contro i panelli solari termici montati sul tetto sono una scelta da fare ad occhi chiusi. Funzionano veramente: perfino in Gran Bretagna, dove tipicamente la percentuale di insolazione è attorno al 30%, un modesto pannello di 3 m2 può fornire l’energia necessaria a riscaldare l’acqua consumata da una famiglia media.
Cattiva idea: staccare dalla spina elettrica il caricabatteria del cellulare quando non in uso è un gesto dalle conseguenze insignificanti, come si è già detto. Strombazzare slogan che invitano a “spegnere il carica batteria del cellulare quando non in uso” ed includere questa piccola azione nella lista delle “10 cose che una persona può fare” è una cattiva idea, perché distrae l’attenzione dalle azioni molto più incisive che le persone potrebbero intraprendere.
Buona idea: abbassare la temperatura del termostato dell’impianto di riscaldamento è da sola l’azione più incisiva per risparmiare energia che una persona possa fare – ogni grado in meno ridurrà i costi del riscaldamento del 10%. Il riscaldamento copre con ogni probabilità gran parte dei consumi delle case del cosiddetto mondo civilizzato.
In conclusione, Energia Sostenibile – senza aria fritta non vuole essere una raccolta di numeri straordinariamente accurati; piuttosto, vuole mostrare come utilizzando l’ordine di grandezza dei numeri quale punto di partenza per un confronto si possano costruire le fondamenta di una soluzione sostenibile sulla base di un consenso veramente consapevole. Questo libro non si fa paladino di un piano energetico o di una tecnologia in particolare; piuttosto, cerca di individuare quali siano i mattoncini elementari della scatola del Lego, e l’ordine di grandezza associato ad ogni blocchetto, in maniera che il lettore possa arrivare da solo alle proprie conclusioni su quale piano possa far quadrare l’equilibrio tra il consumo e la produzione di energia.

Parte III – Capitoli tecnici

La terza parte del libro approfondisce le Leggi della Fisica alla base del “consumo” e della produzione dell’energia. Diviene in questo modo più facilmente verificabile come sono stati calcolati i numeri presentati nelle prime due parti. Queste appendici tecniche sono adatte a lettori che non si spaventano davanti a formule come “E = 1/2*m*v²”.

Part IV – Dati utili

Le ultime pagine del libro presentano una lista di riferimenti utili per chiunque intenda approfondire i temi trattati ed eventualmente applicare qualche idea ad altri Paesi.

Una traduzione completa del libro in italiano è scaricabile gratuitamente qui: http://www.withouthotair.com/translations.html
Si tratta di una prima versione ed i traduttori ─ Alessandro Pastore (Professore della Alma Graduate School), Paolo Errani (Fisico Professionista) e Simone Gallarini (Ingegnere Energetico) ─ si aspettano di ricevere osservazioni e richieste di correzioni, che saranno le benvenute e verranno considerate cum grano salis. Potete inviarle qui:
energia.senzaariafritta@gmail.com

1    David J.C. MacKay. Sustainable Energy – without the hot air.
UIT Cambridge, 2008. ISBN 978-0-9544529-3-3.
Available free online from www.withouthotair.com

2    rielaborazione a cura di Paolo Errani – una traduzione della sinossi
originale curata da Alessandro Pastore è consultabile e scaricabile
gratuitamente qui:
http://www.withouthotair.com/download.html