Esiste un futuro sostenibile per energia e risorse ?

1. Esiste un futuro sostenibile per energia e risorse ? di Claudio Della Volpe DIMTI, UniTn e ASPO-Italia

2. Cosa sono? • con iltermineenergierinnovabilisiintendonoquelleformedienergia generate dafontiche per lorocaratteristicaintrinsecasirigeneranoo non sono "esauribili" nellascaladei tempi "umani"e, per estensione, il cui utilizzonon pregiudica le risorsenaturali per le generazioni future • (da Wikipedia)

3. Più in generale: Risorse rinnovabili e non rinnovabili • Risorsa: Ogni mezzo con cui èpossibileprovvedere a un bisogno, a unanecessità • Non rinnovabile: è una risorsa naturale che non può essere riprodotta o generata su una scala che può sostenere la sua velocità di consumo • Rinnovabile: è una risorsa naturale che può essere riprodotta o generata su una scala che può sostenere la sua velocità di consumo

4. Sostenibilità • La commissoneBrutland (nominata dall’ONU, 1987): "(...) unosviluppochesoddisfiibisogni del presentesenzacompromettere le capacitàdellegenerazioni future disoddisfareipropriei cui obiettividevonoesseredefiniti in termini disostenibilità in tuttiipaesi, sviluppatio in via disviluppochesiano, a economiadimercatoo a pianificazionecentralizzata."

5. Modello degli stocks.

6. Energia e materia • Né l’energia, né la materia vengono distrutte dall’uso tecnologico che ne facciamo ma entrambe si trasformano in modo da divenire meno disponibili: • -l’energia diventa calore a bassa temperatura, la forma meno nobile e ritrasformabile di energia • -la materia viene rimescolata o dispersa in basse concentrazioni nell’ambiente e il suo recupero non è impossibile ma molto, molto costoso dal punto di vista energetico

7. Differenza fra materia ed energia • La degradazione dell’energia è necessaria, una legge di natura, il cosiddetto secondo principio della termodinamica • La degradazione della materia dipende dal nostro uso disattento ed eccessivo delle risorse minerali e la situazione può essere molto migliorata

8. Lo sviluppo finora. Tom Murphy prof. associatodifisicaalla University of California, San Diego; dirige un progettosullaverificadellarelativitàusandoglispecchichel’Apollolasciòsulla Luna. Il tasso di sviluppo medio negli ultimi 350 anni per il consumo di energia in USA: 2.9%

9. La crescita esponenziale Per rappresentare gli andamenti molto veloci si usa il grafico semilogaritmico, a sinistra la scala verticale cresce linearmente, a destra logaritmicamente e la curva esponenziale diventa una retta, mostrando il carattere costante della crescita Per ogni ciclo di crescita uno sviluppo del 2.9% corrisponde ad incrementare l’esponente di consumo dell’energia dopo n cicli = (1.029)n E’ il medesimo meccanismo dell’interesse composto.

10. Cosa succederebbe se continuassimo così……(in realtà al 2.3%)?

11. Risorse e Natura • Come si comporta la Natura nell’uso delle proprie risorse? • In Natura esistono grandi cicli che riguardano tutte le sostanze importanti, cicli la cui durata è molto lunga, costituiti spesso di altri cicli, più piccoli, e che consentono di riusare integralmente i materiali e gli elementi, anche attraverso la spesa dell’enorme flusso energetico solare che attraversa il sistema della biosfera.

12. Risorse e Natura • Un esempio il ciclo del carbonio:

13. Risorse e Natura • Un esempio il ciclo dell’azoto:

14. Attività umane e risorse • Qui la situazione è molto più articolata; in genere non esistono cicli di riuso e riciclo: sorgente Ooops! pozzo

15. Cosa succede alle risorse non rinnovabili od usate in modo “non rinnovabile”? • C’è un comportamento comune: andremo incontro ad un “picco” della risorsa, ossia ad un certo punto , nonostante tutti gli sforzi, nonostante lo sviluppo della tecnologia la produzione comincerà a diminuire. • Vediamo qualche esempio:

16. Energia e storia Fino al XVIII secolo l’energia necessaria alla società umana è stata prevalentemente di origine non -fossile. Tuttavia materiali come la torba o la pece, e lo stesso carbone o il gas naturale erano conosciuti da millenni (fuoco greco, etc) Le emanazioni naturali di depositi superficiali hanno addirittura dato origine a religione e cultura. Marco Polo rivela il petrolio alla società occidentale nel Milione: “ …e in queste confine èunafontana, ove surge tanto olio e in tantaabbondanzache 100 navi se ne riempirebberoallavolta…” È da notare che le sorgenti di gas naturale del tempio si sono esaurite nel 1880, Il tempio è stato poi ricostruito per i turisti Tempio degli adoratori del fuoco o di Ateshgah, Baku, Azerbaijan

17. Dinamica delle risorse: olio di balena U. Bardi - PRICE TRENDS OVER A COMPLETE HUBBERT CYCLE: THE CASE OF THE AMERICAN WHALING INDUSTRY IN 19th CENTURY.

18. Dinamica delle risorse: il carbone britannico

19. Dinamica delle risorse:il petrolio • Petrolio USA

20. Dinamica delle risorse:il petrolio • Petrolio Norvegia

21. Dinamica delle risorse: il mercurio Il mercurio potrebbe essere sostituito in alcune applicazioni dal gallio, che è pure liquido a bassa temperatura, specie se in lega con In e Sn; molto più raro. E costoso. Fonte: elaboraz. dati USGS

22. Dinamica delle risorse: le rocce fosfatiche Non sono fungibili, cioè sostituibili con altri elementi nella applicazione principale: concimi sintetici. Fonte: elaboraz. dati USGS

23. Picco di una risorsa

24. Picco di una risorsa • Il picco di un risorsa quindi non corrisponde all’esaurimento della risorsa, ma al momento di massima produzione; dopo quel momento la produzione non potrà che diminuire • Il modellodicrescitalogisticoèbasatosullanozioneche la crescitaistantaneaèproporzionalealledimensioniattualidellapopolazioneedallafrazionedirisorseancoradisponibilinell’habitat.

25. Curva logistica o di Verhulst Modello di popolazioni, tumori, distribuzione di Fermi, reazioni autocatalitiche del tipo A+B 2A Nelcasodellerisorse la produzioneèquindiproporzionalesiaallaquantitàgiàestrattache a quelladaestrarreancora; perchè? La produzionedellarisorsadipendedallaquantitàgiàestratta, quindidallaesperienzaacquisita, dalcapitaleinvestito edaquellaancoradaestrarre, dalleaspettativedimercato residue, daiprezzichesipossonospuntare.

26. Petrolio  CO2 • Un caso in cui abbiamo problemi sia con le sorgenti che con i pozzi: • Le sorgenti ossia i depositi di petrolio (e di altre risorse fossili) si riducono e le scoperte diventano minori delle necessità: siamo al “picco del petrolio”. • I pozzi, le zone dove si scaricano i residui di combustione, ossia l’atmosfera, vedono un aumento di concentrazione dei residui: l’anidride carbonica e gli altri gas serra, con effetti sul clima.

31. Un po’ di tecnologia • Energia geotermica • Energia idroelettrica • Energia marina • Energia delle correnti marine • Energia a gradiente salino (osmotica) • energia mareomotrice (odellemaree) • energia del moto ondoso • energia talassotermica (OTEC) • Energia solare • Solare termicoetermodinamico • Solare fotovoltaico • Energia eolica • Energia da biomasse (oAgroenergie) • Biocarburanti, Gassificazione • Oli vegetali • Cippato • Energia o cogenerazione da acqua di falda

32. Situazione italiana: energia elettrica

33. Situazione italiana complessiva, 2010 Energia totale consumata:circa 200 MTEP (1MTEP=11.6TWh) ossia circa 2300TWh Di cui elettrica: 326 TWh (eq. a oltre 800TWh termici, 1/3 circa) Di cui rinnovabile 23%!!

34. Rinnovabile italiano èil 23% di tutto l’elettrico e 9% del totale;eolico+ FV=3% dell’elettricoe l’1% del totale.

35. Consumo Italiano

36. Ce la faremmo stanotte solo con le rinnovabili?

37. Sviluppo esponenziale delle energie alternative: è sostenibile?

38. Alcuni vantaggi delle rinnovabili • Producono una quantità molto ridotta di gas serra, solo nella fase di produzione del dispositivo. • Hanno un EROEI elevato (l’EROEI è è il rapporto fra energia prodotta dal dispositivo e quella usata nella sua costruzione) • Producono una quantità di energia molto più grande di quella che ci serve adesso • Sono al principio della loro parabola tecnologica e quindi potranno migliorare certamente

39. Alcuni limiti delle rinnovabili • Sono in genere incostanti nel tempo; questo obbliga a installazioni più numerose e a sviluppare sistemi di accumulo • Alcune occupano una grande superficie • Occorre investire parecchio nella loro produzione • Occorre migliorare le caratteristiche della rete di connessione per adeguarle a quelle dei generatori (che sono incostanti)

40. Come superare i limiti delle rinnovabili? • Modificare la rete di connessione • Usare un sistema complesso, che usi tutti i diversi tipi di generatori, così da coprirne reciprocamente le manchevolezze • Sviluppare il risparmio energetico in modo da ridurre la potenza installata necessaria • Sviluppare la ricerca scientifica a riguardo per ottenere risultati migliori

41. Qualche informazione

42. Quanto FV serve?

43. Nuovi tipi di dispositivi:Kitegen generatore eolico ad aquiloni

44. KitegenStem, un generatore da 3 MW è in costruzione a Sommarive Perno, in provincia di Cuneo, a sin. l’inventore, Ing. Massimo Ippolito E’ una invenzione tutta italiana

45. Biocombustibili e idrogeno • I biocombustibili di 1 generazione (alcool da mais e simili) ha un EROEI <1 • I biocombustibili di 2 generazione (da piante non commestibili) hanno comunque una enorme occupazione di territorio • L’idrogeno come accumulatore di energia ha una bassa efficienza, inferiore a quella dell’elettricità.

46. Dove siamo?

47. Dove siamo?

48. Esistono anche altri problemi: • L’acqua e la sua carenza; • La produzione mondiale pro-capite di cibo; • La povertà e la fame che assillano buona parte dell’umanità; • La mancanza di istruzione e di diritti politici e sociali; • I problemi di genere (diritti delle donne);

49. Le energie rinnovabili possono risolvere anche i problemi delle risorse minerali e gli altri problemi?

50. Limiti della crescita Meadows conclude che da sola la tecnologia non basta e che occorre rivedere il modo di produrre e consumare