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Le sfide dell’energia rinnovabile tra limiti tecnici e problematiche geopolitiche

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L’effettivo riconoscimento della portata della crisi climatica in corso ha iniziato, pur con una certa lentezza rispetto ai target prefissati, a indurre i governi di diverse nazioni a programmare piani economici e industriali alla luce dell’impellente necessità di diminuire l’impatto ambientale delle attività umane. L’energia rinnovabile nelle sue varie forme è la soluzione ideale per sostituire gli economici ma climalteranti combustibili fossili, in particolare per la sua infinità disponibilità, l’abbondante distribuzione geografica e un costo relativamente basso per la sua produzione. A questi vantaggi si contrappongono però dei limiti di varia natura, che impongono una riflessione sulla fattibilità di sistemi basati al 100% sulle rinnovabili “pure”, escludendo dunque dal discorso un effettivo contributo dell’energia nucleare o un prolungato utilizzo di fonti fossili per colmare il gap.

La natura aleatoria delle rinnovabili

La difficoltà di integrare fonti rinnovabili variabili nella rete elettrica deriva dal fatto che questa è stata progettata per grandi generatori controllabili. La rete elettrica richiede un equilibrio costante tra domanda e offerta per evitare blackout, ma ha una capacità di stoccaggio limitata. Per garantire l’equilibrio, l’operatore della rete utilizza una pianificazione in tre fasi per adattare la produzione delle centrali elettriche in base alla domanda.

Le fonti rinnovabili intermittenti, come il solare e l’eolico, rendono complicata la pianificazione convenzionale della rete elettrica. Queste fonti variano in base a condizioni meteorologiche e posizione, costringendo l’operatore ad adattare le procedure operative giornaliere e orarie in tempo reale. L’energia solare, per esempio, è disponibile solo durante il giorno e può fluttuare a causa delle nuvole, richiedendo generatori in grado di compensare rapidamente queste variazioni. Questa variabilità rende difficile prevedere la generazione elettrica necessaria nell’ora successiva e mantenere l’equilibrio tra domanda e offerta. Oggi, l’operatore invia segnali alle centrali ogni quattro secondi per garantire che la produzione corrisponda costantemente alla domanda. Le rapide fluttuazioni dell’energia rinnovabile aumentano la necessità di riserve di potenza pronte a intervenire per mantenere la rete bilanciata.

Le sfide tecniche: trasmissione e accumulo

Gestire periodi di bassa produzione eolica e solare senza ricorrere ai combustibili fossili richiederà avanzamenti nello stoccaggio dell’elettricità. Sarà essenziale accumulare energia quando vento e sole sono abbondanti e utilizzarla quando le condizioni non sono favorevoli. In Europa e nel Regno Unito, gli impianti eolici e solari spesso devono ridurre la produzione se generano più energia di quanto la rete possa assorbire.

Lo stoccaggio idroelettrico, che consiste nel pompare acqua in un serbatoio per poi rilasciarla quando necessario, è considerato il metodo più efficiente per lo stoccaggio a lungo termine, ma è limitato da fattori geografici e vulnerabile alla siccità. Un’altra opzione è l’uso dell’idrogeno, prodotto tramite elettrolisi e riconvertito in elettricità, ma questo processo è altamente inefficiente e l’idrogeno a basso tenore di carbonio sarà richiesto da industrie difficili da decarbonizzare. Un’alternativa sono le batterie, la cui produzione è prevista significativamente in crescita entro il 2030, offrono una preziosa alternativa per evitare lo spreco energetico, ma richiedono ingenti investimenti. Inoltre, sarà necessaria una massiccia espansione delle reti elettriche. La International Energy Agency stima che entro il 2040 sarà necessario aggiungere o potenziare almeno 80 milioni di km di reti, raddoppiando gli investimenti annuali a circa 600 miliardi di dollari. Senza questa espansione, si rischiano congestioni della rete e riduzioni dell’uso delle rinnovabili, con una perdita di produzione stimata a 310 TWh nel 2040. Questi investimenti sono cruciali per integrare una quota crescente di rinnovabili e supportare l’elettrificazione massiccia necessaria per una società sostenibile.

Le sfide geopolitiche: supply chain ristrette

Una sfida fondamentale quando si parla di transizione green è senza dubbio quella della creazione di nuove supply chain stabili e sicure per tutti i nuovi e vecchi materiali necessari alla ciclopica espansione delle piattaforme per l’energia rinnovabile, necessaria per diminuire e poi eliminare le emissioni di gas serra. Considerando i principali metalli, ovvero rame, nickel, grafite, manganese, terre rare, cobalto e litio, secondo le stime basate sugli impegni già annunciati, si prevede che la domanda di tali risorse raddoppierà entro il 2030, mentre in caso di un impegno più massiccio, potrebbe triplicare rispetto ai livelli odierni. Le previsioni di un rapido aumento generalizzato non fanno che sottolineare l’attuale ristrettezza della supply chain nel settore, dato che quattro dei predetti minerali sono estratti in specifiche aree del globo, notevolmente Cina (grafite e terre rare), Repubblica democratica del Congo (cobalto) e Indonesia (nickel). Il quadro per quanto riguarda la raffinazione è ancora più fosco in questo senso: la Cina detiene percentuali che oscillano tra il 40 % dell’output globale di rame all’oltre 90% per quanto riguarda la grafite. Un ulteriore spunto su questo tema riguarda il comparto manifatturiero, nel quale Pechino detiene una posizione di assoluta forza sulla produzione globale sui componenti riguardanti il solare (circa 80%), l’eolico (60%) e le batterie (80%), senza dimenticare un buon terzo di produzione mondiale per pompe di calore ed elettrolizzatori. Nonostante la scoperta di nuovi giacimenti di terre rare ed altri minerali, l’aumento della domanda cinese e globale, insieme al monopolio delle tecniche di lavorazione, conferisce a Pechino un asset strategico cruciale. Un esempio è la riduzione del 40% delle quote di esportazione nel 2010 e il blocco temporaneo delle esportazioni verso il Giappone, essenziale per le sue industrie high-tech. La crisi fu risolta solo nel 2015 grazie alla mediazione della World Trade Organisation, ma rappresenta solo la prima di una serie di schermaglie commerciali. Tra agosto e dicembre del 2023 infatti, Pechino ha introdotto una serie di limitazioni sull’esportazioni di gallio, germanio, grafite e di tecnologie per l’estrazione delle terre rare. In questo senso è imperativo assicurarsi delle supply chain alternative e diversificate ma ciò richiede ampi e duraturi investimenti su tutti gli elementi e una riflessione sugli impatti ambientali e sociali di un cambiamento così necessario e radicale allo stesso tempo.

Un altro fenomeno legato alla crescente importanza geopolitica di queste risorse riguarda la nazionalizzazione delle industrie del settore. Un esempio è rappresentato dal Cile che, nell’aprile 2023, ha iniziato un processo per la nazionalizzazione dell’industria del litio per promuovere uno sviluppo economico sostenibile e giusto. Il Cile, che possiede le maggiori riserve di litio al mondo, prevede di creare una società statale per la produzione di litio e di stipulare futuri contratti tramite partenariati pubblico-privati, con lo Stato in posizione di maggioranza. Alcuni analisti temono che la nazionalizzazione possa scoraggiare investimenti esteri e influenzare negativamente la produzione globale, ma il governo punta a un approccio graduale e pragmatico. In ogni caso il controllo politico di queste risorse può portare ad un ristretto controllo delle esportazioni, in particolar modo durante eventuali crisi internazionali.

Le sfide ambientali: inquinamento green?

Lo sviluppo delle tecnologie green, dalla produzione mineraria ai prodotti finiti, deve garantire che le attività non causino ulteriori impatti ambientali. Ad esempio, l’estrazione delle terre rare genera enormi quantità di rifiuti tossici, con gravi rischi per l’ambiente e la salute. Per ogni tonnellata prodotta, si creano tra 9.600 e 12.000 metri cubi di gas di scarico, 75 metri cubi di acque reflue e una tonnellata di residui radioattivi, a causa di metalli come torio e uranio nei minerali, che contaminano aria, acqua e suolo.

In Cina, a Bayan Obo, l’estrazione incontrollata ha già inquinato falde acquifere e causato morie di animali e lo spostamento di villaggi. In Nuova Caledonia, l’estrazione di nickel per le batterie, attratta da aziende come Tesla, ha avuto forti impatti ambientali, minacciando il ricco ecosistema locale. È, quindi, fondamentale eliminare il consumo di combustibili fossili, ma con la stessa attenzione per l’intero ciclo produttivo delle tecnologie green, assicurando la coerenza e la sostenibilità della transizione.

Sfide impossibili?

Il non breve elenco di problematiche legate ad un massiccio utilizzo di energie rinnovabili mette, dunque, in dubbio la bontà della transizione ecologica? No, ma urge riflettere sulle giuste strategie da implementare, per non replicare il modello di sviluppo a bassa sostenibilità utilizzato finora. In questo senso, anche lo sviluppo e/o l’implementazione di nuove e vecchie tecnologie potrà contribuire a mantenere stabile la trasformazione in corso, ad esempio con la fissione e la fusione nucleare. La strada della transizione è dunque imboccata, con la consapevolezza dei rischi di una trasformazione sbilanciata a livello economico e sociale.

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