Energia sostenibile

Le sorgenti di energia sostenibile sono quelle sorgenti di energia che non si dovrebbero esaurire in una finestra temporale rilevante per la razza umana e che quindi contribuiscono alla sostenibilità di tutte le specie.

Tali sorgenti vengono molto spesso definite includendo tutte quelle rinnovabili, come l'energia solare, l'energia eolica, l'energia del moto ondoso, l'energia geotermica, l'energia mareomotrice e altre.

Tralasciando il rischio minore di grossi incidenti nucleari, terrorismo e altri disastri maggiori, l'energia nucleare e la fusione nucleare rispettano la definizione di sostenibilità, ma è controverso se siano o no definite tali per ragioni sociali e politiche.

Distinzione dagli altri termini

Alcuni modi in cui è stata definita l'energia sostenibile sono:

• L'approvvigionamento energetico che raggiunge le necessità del futuro senza compromettere la capacità delle generazioni future di raggiungere le loro necessità. L'energia sostenibile ha due componenti chiave: energia rinnovabile e efficienza energetica. - Renewable Energy and Efficiency Partnership (British)
• Energia che è rigenerabile nella durata di una generazione e non causa danni a lungo termine all'ambiente. - Jamaica Sustainable Development Network

Queste distinguono l'energia sostenibile dalle altre terminologie di energie rinnovabili come energie alternative e energie verdi, concentrandosi sull'abilità di una sorgente energetica di continuare a fornire energia. I requisiti come il non-inquinamento possono essere attenuati nella definizione di energia sostenibile, premesso che certi effetti negativi non proibiscono l'uso intensivo della sorgente per una quantità di tempo indefinito.

Tecnologie di energie rinnovabili

Energie rinnovabili

Energia verde

Biocombustibile Biomassa Biogas Eolica Geotermica Riscaldamento geotermico Idroelettrica Idraulica Correnti marine Marina Gradiente salino Solare Mareomotrice Moto ondoso Eolica

Le tecnologie per le energie rinnovabili sono contributi essenziali all'energia sostenibile, poiché contribuiscono in genere alla sicurezza energetica, riducendo la dipendenza verso i combustibili fossili e dando opportunità di ridurre i gas serra. L'International Energy Agency ha definito tre generazioni di tecnologie per l'energia rinnovabile, a partire da oltre 100 anni fa:

• Tecnologie di prima generazione emerse dalla rivoluzione industriale alla fine del XIX secolo che includono l'energia idroelettrica, la combustione di biomassa e l'energia geotermica. Alcune di queste tecnologie sono ancora largamente usate.

• Tecnologie di seconda generazione che includono il raffreddamento e il riscaldamento solare, l'energia eolica, le forme moderne di bioenergia e il fotovoltaico. Questi stanno entrando ora nei mercati come risultati di investimenti in ricerca, sviluppo e dimostrazioni (RD%D) dal 1980. L'investimento iniziale è stato stimolato da preoccupazioni di sicurezza energetica collegate alle crisi energetiche degli anni '70, ma l'appello continuo verso le fonti rinnovabili è causato, almeno in parte, ai benefici ambientali. Molte delle tecnologie riflettono sviluppi significativi dei materiali.

• Le tecnologie di terza generazione sono ancora in corso di sviluppo e includono progressi nella gassificazione delle biomasse, tecnologie di bioraffinazione, solare termodinamico concentrato e energia oceanica. Progressi nella nanotecnologia potrebbero avere un ruolo importante in tutto cio.

Le tecnologie di prima e seconda generazione sono entrate nei mercati e quelle di terza generazione dipendono molto da impegni a lungo termine in ricerca e sviluppo, dove il settore pubblico ha un ruolo importante da svolgere.

Tecnologie di prima generazione

Sezione laterale di una diga idroelettrica

Una delle tante centrali elettriche presso The Geysers, una zona di produzione di energia geotermica nella California del nord, con una potenza totale di 750 MW.

Le tecnologie di prima generazione sono più competitive in luoghi con risorse abbondanti. Il loro uso futuro dipende dall'esplorazione delle risorse potenziali disponibili, in particolare nei paesi in via di sviluppo e nelle richieste in relazione all'ambiente e all'accettazione sociale. Tra le risorse di energia rinnovabile le centrali idroelettriche hanno il vantaggio di avere lunga durata, infatti molte delle centrali esistenti stanno operando da oltre 100 anni. Inoltre le centrali idroelettriche sono pulite e hanno poche emissioni. Le critiche dirette alle grosse centrali idroelettriche includono lo spostamento degli abitanti delle zone in cui si decide di fare gli invasi necessari alla raccolta dell'acqua e il rilascio di grosse quantità di anidride carbonica durante la loro costruzione e l'allagamento della riserva. Tuttavia si è scoperto che le emissioni elevate sono associate soltanto con riserve poco profonde in località (tropicali) calde. In generale le centrali idroelettriche producono molte meno emissioni nel loro "ciclo vitale" rispetto agli altri tipi di generazione di corrente. L'energia prodotta, che ha subito molti sviluppi durante la crescita delle reti elettriche nel XIX e nel XX secolo, sta sperimentando una rinascita di ricerche nel XXI secolo. La aree con più elevata crescita nell'idroelettrico sono le economie asiatiche in forte crescita, con la Cina in testa negli sviluppi; tuttavia anche le altre nazioni asiatiche stanno installando centrali idroelettriche rapidamente. Questa crescita è guidata dai crescenti costi energetici - specialmente per le energie importate - e il desiderio diffuso di generazione energetica "in casa", pulita, rinnovabile ed economica.

Le centrali geotermiche possono funzionare 24 ore al giorno, fornendo un apporto energetico di base e nel mondo la capacità produttiva potenziale stimata per la generazione geotermica è di 85 GW per i prossimi 30 anni. Tuttavia l'energia geotermica è accessibile soltanto in aree limitate del mondo, che includono gli Stati Uniti, l'America centrale, l'Indonesia, l'Africa dell'est e le Filippine. Il costo dell'energia geotermica è diminuito drasticamente rispetto ai sistemi costruiti negli anni '70. La generazione di calore per il riscaldamento geotermico può essere competitivo in molti paesi in grado di produrlo, ma anche in altre regioni dove la risorsa è a una temperatura più bassa.

Tecnologie di seconda generazione

Il mercato per le tecnologie di seconda generazione è forte e in crescita, principalmente in paesi come la Germania, la Spagna, gli Stati Uniti e il Giappone. La sfida è allargare le basi di mercato per una crescita continuativa nel mondo. La diffusione strategica in un paese non solo riduce i costi della tecnologia per gli utenti locali, ma anche per quelli negli altri paesi, contribuendo a una riduzione generale dei costi e al miglioramento delle prestazioni.

I sistemi di riscaldamento solare sono tecnologie di seconda generazione ben conosciute e generalmente consistono di collettori termici solari, un sistema fluidodinamico per trasferire il calore dal collettore al punto di utilizzo e un serbatoio o una cisterna per lo stoccaggio del calore per usi successivi. Tali sistemi possono essere usati per riscaldare l'acqua domestica, quella delle piscine o per riscaldare ambienti. Il calore può anche essere usato per applicazioni industriali o come sorgente energetica per altri usi, come i dispositivi di raffreddamento. In molte zone climatiche un sistema di riscaldamento solare può fornire una percentuale molto alta (dal 50 al 75%) dell'energia necessaria a riscaldare l'acqua domestica.

Centrale elettrica solare da 11 MW vicino a Serpa, Portogallo Template:Coor dms

Negli anni '80 e nei primi anni '90 la maggior parte dei moduli fotovoltaici fornivano energia elettrica soltanto per le regioni isolate (non raggiungibili dalla rete elettrica), ma circa dal 1995 gli sforzi industriali si sono concentrati in modo considerevole sullo sviluppo di pannelli fotovoltaici integrati negli edifici e centrali elettriche per l'uso sulla rete elettrica. Attualmente la più grande centrale elettrica fotovoltaica nel nord America è quella presso la Nellis Air Force Base (centrale da 15 MW). Ci sono proposte per la costruzione di una centrale solare nel Victoria in Australia, che diverrebbe la più grande al mondo con una capacità produttiva di 154 MW. Altre grosse centrali fotovoltaiche, progettate o in costruzione, includono la centrale elettrica "Girrasol" (da 62 MW), e il "Parco Solare di Waldpolenz" in Germania (da 40 MW).

Energia prodotta tramite l'eolico nel mondo e previsione dal 1997 al 2010, sorgente: WWEA

Informazioni su una pompa di benzina arricchita all'etanolo, California.

Alcune delle rinnovabili di seconda generazione, come l'eolico, hanno molto potenziale e hanno già realizzato dei bassi costi di produzione. Alla fine del 2006 la produzione mondiale tramite generatori eolici è stata di 74,223 megawatt e nonostante attualmente produca meno dell'1% del fabbisogno mondiale, produce circa il 20% dell'elettricità in Danimarca, il 9% in Spagna e il 7% in Germania. Tuttavia potrebbe essere difficile posizionare le turbine in alcune zone per ragioni estetiche o ambientali e potrebbe essere difficile integrare l'energia eolica nelle reti elettriche in alcuni casi.

Il Brasile ha uno dei più grandi programmi per l'energia rinnovabile al mondo, coinvolgendo la produzione di bioetanolo dalla canna da zucchero e l'etanolo ora fornisce il 18% del carburante automobilistico. Come risultato, assieme allo sfruttamento delle locali profonde riserve petrolifere, il Brasile, che in passato doveva importare una grande quantità di petrolio necessario al consumo interno, ha recentemente raggiunto la completa autosufficienza petrolifera.

La maggior parte delle automobili usate oggi negli Stati Uniti possono utilizzare miscele fino al 10% di etanolo, e i costruttori di motori stanno già producendo veicoli progettati per utilizzare miscele con percentuali più elevate. La Ford, la Daimler AG e la General Motors sono tra le compagnie produttrici di automobili, camion e furgoni “flexible-fuel” (letteralmente a "carburante flessibile") che utilizzano miscele di benzina e etanolo dalla benzina pura sino all'85% di etanolo (E85). Dalla metà del 2006 sono stati venduti circa sei milioni di veicoli E85 compatibili negli Stati Uniti.

Tecnologie di terza generazione

Le tecnologie di terza generazione sono ancora in corso di sviluppo e includono la gassificazione avanzata delle biomasse, le tecnologie di bioraffinazione, le centrali solari termodinamiche, energia geotermica da rocce calde e asciutte (Hot-dry-rock) e l'energia oceanica. Tali tecnologie non sono ancora state molto provate o hanno una commercializzazione limitata. Molte sono all'orizzonte e potrebbero avere un potenziale comparabile alle altre forme energetiche rinnovabili, ma dipendono ancora dal dover attrarre sufficiente attenzione dagli investimenti in RD&D (Ricerca, Sviluppo e Dimostrazione).

Secondo l'IEA, le nuove tecnologie bioenergetiche (biocarburanti) che si stanno sviluppando oggi, in particolare le bioraffinerie per l'etanolo dalla cellulosa, potrebbero permettere ai biocarburanti di giocare un ruolo molto più importante nel futuro di quanto si pensasse in precedenza. L'etanolo da cellulosa si può ottenere da materia organica di piante composta primariamente da fibre di cellulosa non commestibili che ne formano gli steli e i rami. I residui delle coltivazioni (come i gambi del mais, la paglia del grano e del riso), gli scarti di legno e i rifiuti solidi cittadini sono sorgenti potenziali di biomassa di cellulosa. Colture dedicate alla produzione energetica, come il panicum virgatum, sono promettenti fonti di cellulosa che possono essere sostenibilmente prodotte in molte regioni degli Stati Uniti.

Schizzo di un collettore solare parabolico

Le centrali solari termodinamiche sono state rese operative commercialmento con successo in California alla fine degli anni '80, comprendendo la più grande centrale solare di ogni genere, le centrali del gruppo Solar Energy Generating Systems da 350 MW totali. La Nevada Solar One è un'altra centrale da 64 MW recentemente aperta. Altre centrali solari paraboliche proposte sono le due da 50 MW in Spagna e una da 100 MW in Israele.

In termini di energia oceanica, un'altra delle tecnologie di terza generazione, il Portogallo ha la prima centrale a onde marine commerciale al mondo, l'Aguçadora Wave Park, in costruzione dal 2007. La centrale userà inizialmente tre macchine Pelmis P-750 in grado di generare 2,25 MW e i costi sono stimati intorno agli 8,5 milioni di euro. Nel caso si rivelasse un successo, altri 70 milioni di euro saranno investiti prima del 2009 in altre 28 macchine per generare 525 MW. Sono stati annunciati in Scozia nel febbraio del 2007 finanziamenti per una centrale a onde marine dal Governo scozzeze, per un costo di oltre 4 milioni di sterline, come parte di un pacchetto di investimenti di 13 milioni di sterline per l'energia oceanica in Scozia. La centrale sarà la più grande al mondo con una capacità di 3 MW generata da quattro macchine Pelamis. (see also Wave farm).

Nel 2007 la prima centrale al mondo ad Energia mareomotrice viene installata nello stretto di Strangford Lough in Irlanda. Il generatore sottomarino da 1,2 megawatt, parte dello schema per il finanziamento per l'ambiente e le energie rinnovabili nell'Irlanda del nord, approfitterà del veloce flusso di marea (fino a 4 metri al secondo) nel braccio di mare. Anche se ci si aspetta che il generatore produca abbastanza energia per rifornire un migliaio di case, le turbine avranno un impatto ambientale minimo, poiché saranno quasi completamente sommerse e il movimento dei rotori non costituisce un pericolo per la fauna selvatica poiché girano a una velocità relativamente bassa.

I pannelli solari che usano la nanotecnologia, che può costruire circuiti a partire da singole molecole di silicio, potrebbero costare la metà delle tradizionali celle fotovoltaiche, secondo quanto dicono i dirigenti e gli investitori coinvolti nello sviluppo dei prodotti. La Nanosolar si è assicurata oltre 100 milioni di dollari dagli investitori per costruire una fabbrica per sottili pellicole per pannelli solari. La centrale della compagnia prevede una capacità produttiva di picco di 430 megawatt delle celle solari per anno. La produzione commerciale è cominciata e i primi pannelli sono stati ordinati. dai clienti alla fine del 2007.

Energia sostenibile

Trasferirsi verso l'energia sostenibile richiederà cambiamenti non solo nei modi in cui viene fornita l'energia, ma anche in quelli in cui è usata e la riduzione della quantità di energia richiesta per la consegna di vari beni o servizi è essenziale. Le opportunità per il miglioramento sul lato della domanda dell'equazione dell'energia sono ricche e assortite quanto quelle per l'offerta e spesso offrono benefici economici significativi.

L'energia rinnovabile e l'uso energetico efficiente sono detti a volte i “pilastri gemelli” della politica sull'energia sostenibile. Entrambe le risorse devono essere sviluppate per stabilizzare e ridurre le emissioni di anidride carbonica. L'efficienza rallenta la crescita della domanda energetica cosicché fare crescere le fonti energetiche pulite può procurare grossi tagli nell'utilizzo di combustibili fossili. Se l'uso energetico crescesse troppo velocemente, gli sviluppi nell'energia rinnovabile inseguirebbero un bersaglio sfuggente. Nello stesso modo, se le fonti energetiche pulite non si attivassero rapidamente, il rallentamento della crescita della domanda comincerebbe soltanto a ridurre le emissioni totali; serve anche ridurre il contenuto in carbonio delle fonti energetiche. Qualsiasi visione seria di un'economia energetica sostenibile richiede quindi investimenti sia nelle fonti rinnovabili che nell'efficienza.

L'energia rinnovabile (e l'efficienza energetica) non sono più settori di nicchia promossi soltanto da governi e ambientalisti. Gli aumenti negli investimenti e il fatto che molto del capitale viene da attori finanziari più convenzionali suggeriscono che le opzioni di energia sostenibile stanno diventando l'attuale corrente principale.

Le preoccupazioni sul mutamento climatico assieme agli alti costi petroliferi e al crescente supporto dei governi stanno portando, secondo un'analisi sull'andamento del Programma delle Nazioni Unite per l'Ambiente, grossi investimenti sulle industrie dell'energia sostenibile. Il rapporto dice che il flusso di investimenti di capitale nelle energie rinnovabili è salito da 80 miliardi di dollari nel 2005 a un record di 100 miliardi di dollari nel 2006. Nel 2007 l'andamento in salita è continuato, con investimenti di capitale anche in settori e regioni precedentemente considerate troppo a rischio e troppo prive di liquidi per meritare l'attenzione della comunità istituzionoale di investimento. Un recente rapporto dalla Helmut Kaiser Consultancy di Zurigo afferma che la generazione e l'immagazzinamento di energia rinnovabile sarà il settore con la crescita più veloce nel mercato energetico per i prossimi 20 anni.

Energia nucleare

Si dice che il nucleare ha il potenziale di essere sostenibile, tuttavia, viene spesso precisato il fatto che ci sono diverse sfide che bisogna affrontare prima di poter aumentare drasticamente il suo ruolo.

Ci sono due tipi di energia nucleare:

• la "Fissione nucleare", usata in tutte le attuali centrali nucleari;
• la "Fusione nucleare", che è la reazione che alimenta le stelle, incluso il sole, per la quale si stanno ancora effettuando delle ricerche per l'uso sulla Terra.

Entrambi i tipi creano rifiuti radioattivi nella forma di materiale strutturale attivo, che è una delle problematiche della sostenibilità.

La sostenibilità a lungo termine della fissione nucleare dipende dalla quantità di uranio e torio disponibili ad essere estratte dalle miniere. Le stime per le riserve di combustibile variano molto, ma se si assumono i reattori rigeneranti e il riprocessamento dei combustibili, le stime si portano a 10.000 anni o più. (l'uranio sulla crosta terrestre è approssimativamente comune come lo stagno o lo zinco (2 ppm) e il torio come il piombo (6 ppm)).

La sostenibilità a lungo termine per la fusione nucleare dipende dal fatto che venga sviluppata o no una tecnologia accessibile, e dalla quantità di litio disponibile per l'estrazione (per la fusione di deuterio e trizio) o dalla quantità di deuterio, un isotopo dell'idrogeno disponibile nell'"acqua pesante" (per la fusione tra deuterio e deuterio). Il litio è un componente abbastanza comune della crosta terrestre, più di 10 volte il torio (65 ppm). Il deuterio si trova in piccole concentrazioni negli elementi dell'idrogeno (specialmente nell'acqua), in circa 150 parti per milione e si estrae facilmente dall'acqua marina. Data la dimensione degli oceani terrestri, vi sono fonti usabili di deuterio per usi pratici illimitate.

Vedere anche

• Riscaldamento globale
• Protocollo di Kyōto
• Consumo di energia nel mondo

Collegamenti esterni

• Europa: numero uno nell'Energia Sostenibile? (en)
• Rivista dell'IEEE sull'energia - Esiste un futuro sostenibile per l'energia nucleare?? (en)