Consumo di energia nel mondo

Il consumo di energia mondiale è una misura dell'utilizzo dell'energia, come ad esempio quella prodotta dal carburante o dall'elettricità. Essenzialmente la voce consumo di energia cerca di quantificare i processi dinamici che danno luogo ad un aumento dell'entropia.

Consumo di energia mondiale, 1970-2025. Fonte: International Energy Outlook 2004.

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Dispersione dell'energia solare mentre attravversa l'atmosfera dove in parte viene assorbita ed infine riflessa dalla superficie (deserti, distese innevate, mari) verso lo spazio. I valori sono espressi in Petawatt.

Introduzione

Per potere comparare direttamente le risorse energetiche del mondo, ed il consumo di energia delle nazioni, questo articolo di avvale delle unità del sistema SI e dei prefissi SI e misure della fornitura di energia/tempo (potenza) in watts (W) e le quantità nette di energia in joules (J). Un watt equivale alla fornitura di un joule in un secondo (potenza=lavoro/tempo).

Nel 2004, il consumo mondiale medio totale dell'umanità era pari a 15 TW (= 1.5 x 10¹³ W) che per un 86,5% proveniva dai combustibili fossili . Questo equivale a 0,5 ZJ (= 5 x 10²⁰ Joule) per anno, anche se vi è un incertezza di almeno il 10% nei valori del consumo energetico totale del mondo. Non tutte le economie del mondo tengono registri dei loro consumi energetici con lo stesso rigore, e l'esatto contenuto di energia di un barile di petrolio o di una tonnellata di carbone varia in rapporto alla sua qualità.

Risorse di energia nel mondo

La maggior parte delle risorse energetiche del mondo provengono dai raggi solari che colpiscono la supeficie terrestre - e negli eoni quell'energia si è conservata indirettamente sotto forma di energia fossile (bitume, carbone, gas, idrati, petrolio) oppure come energia direttamente impiegabile (ad.esempio i venti si formano in seguito a complessi fenomeni di riscaldamento nelle zone soleggiate e di convezione nelle zone fredde, il tutto abbinato alla rotazione terrestre). Anche l'energia idroelettrica deriva dall'energia solare che provoca evaporazione dell'acqua e condensazione dell'acqua quando le nuvole incontrano l'aria di fronti climatici freddi o quando risalgono alte montagne. Il vapor d'acqua salendo in quota acquisisce una certa energia potenziale che cede in parte alle piogge ed ai corpi acquosi siti in quote elevate.

Costante solare

Il termine costante solare (in inglese solar constant) definisce la quantità di radiazione elettromagnetica solare che arriva per unità di superficie, misurandola a livello della superficie esterna dell'atmosfera terrestre, da un aereo perpendicolare ai raggi. La costante solare include tutti i tipi di radiazione solare, non soltanto la luce visibile. Il suo valore è stato misurato da satelliti a circa 1.366 watt per metro quadro, anche se può variare di circa lo 6,9% durante l'anno - da circa 1.412 W/m2 a gennaio a 1.321 W/m2 a luglio, questo dovuto alla variazione della distanza della terra dal sole, oltre ad una lieve variazione della luminanza solare di poche parti su mille da un giorno all'altro. Per l'intero globo terrestre, che ha una sezione di taglio di 127.400.000 km², la potenza fornita dall'energia solare é di 1.740 × 10¹⁷ Watt, con una variazione del +/- 3,5%.

Riserve di energia

Le stime sulle risorse energetiche rimanenti nel mondo variano, ed é stato calcolato che le risorse di combutibili fossili totalizzino uno stimato di 0,4 Yottajoules (1 YJ = 10²⁴ J) e che le risorse disponibili di combustibile nucleare come l'uranio superino i 2,5 YJ. Le riserve di combustibili fossili dovrebbero essere di 0,6-3 YJ se gli estimi delle riserve di clatrati di metano sono accurate e se il loro sfruttamento divenisse tecnicamente possibile.

Principalmente grazie al Sole, il mondo possiede anche un flusso di energia rinnovabile utilizzabile, che eccede i 120 Petawatt (pari ad 8.000 volte gli utilizzi totali del 2004), o 3,8 YJ/anno, rendendo così minuscole tutte le risorse non-rinnovabili.

Consumi di energia nel mondo

Sin dall'inizio della rivoluzione industriale, il consumo di energia nel mondo é cresciuto ad un ritmo sostenuto. Nel 1890 il consumo di carburanti fossili eguagliava approssimativamente la quantità di combustibile da biomassa che veniva bruciato nelle case e dall'industria. Nel 1900, il consumo di energia globale ammontava a 0,7 Terawatt (0,7 volte 10¹² watt).

Secondo stime dell 2006 fatte dall'agenzia americana Energy Information Administration, i 15 TW stimati come energia totale consumata nel 2004 si dividono come indica la tabella sottostante, con i combustibili fossili che forniscono 86% dell'energia consumata dal mondo:

Tipo di combustibile Potenza in TW Energia/anno in EJ Petrolio 5,6 180 Gas naturale 3,5 110 Carbone 3,8 120 Idroelettrico 0,9 30 Nucleare 0,9 30 Geotermia, eolico, solare, legno 0,13 4 Totale 15 471		Utilizzo dell'energia nel mondo, con tre bande di magnitudine crescente per rendere visibili alcune fonti molto esigue

Negli ultimi quarant'anni, l'utilizzo assoluto dei combustibili fossili é aumentato con continuità e la loro quota percentuale dell'energia fornita é aumentata.

Combustibili fossili

Il ventesimo secolo vide un rapido incremento, di circa venti volte, nell'utilizzo dei combustibili fossili. Tra il 1980 e il 2004, la crescita mondiale della loro produzione-consumo è stata del 2% annuo circa.

Carbone

Il carbone propulsò la rivoluzione industriale nei secoli XVIII, XIX e buona parte del XX. Il carbone può essere utilizzato nelle caldaie per produrre calore per vari usi e riscaldando l'acqua, vapore in pressione per muovere la turbina a vapore. L'utilizzo più classico è quello della locomotiva a vapore, mossa dal motore a vapore.

Negli ultimi tre anni, il carbone, che é una delle fonti energetiche più contaminanti (sia nel processo di estrazione, che durante la sua combustione perché emette moltissima CO₂ e spesso anche anidride solforosa, oltre a metalli pesanti), é diventata la fonte a maggior crescita come consumi. Molti affermano che ogni giorno, in Cina, si innaugura una nuova centrale termica a carbone.

Petrolio

Con la diffusione delle automobili e degli aeroplani e la diffusione dell'utilizzo dell'elettricità, il petrolio divenne il carburante dominante durante il ventesimo secolo. La crescita del petrolio come combustibile fossile più importante, venne inoltre consolidata dalla sostenuta caduta del suo prezzo (in dollari costanti) che iniziò nel 1920 per finire nel 1973. Dopo lo shock petrolifero del 1973 e quello del 1979, (che vide crescere il prezzo del petrolio da 5 a 45 dollari americani per barrile), iniziò un lento ed incostante allontanamento dall'economia del petrolio. Nella maggior parte dei paesi dell'OCSE, il carbone, il nucleare, e l'idroelettrico divennero i combustibili di scelta per la generazione di elettricità ed alcune misure di conservazione aumentarono l'efficienza energetica.

Dipendenza italiana dagli idrocarburi

In Italia, dal momento che esistono molte raffinerie di petrolio che lo processano per produrre benzina per l'autoconsumo ed esportazione all'estero, la grande disponibilità di residui, sotto forma di olio combustibile, adatto ai motori marini ed all'essere bruciati per generare elettricità, diede luogo ad una persistenza nella generazione di elettricità dal petrolio.

Picco di Hubbert del petrolio

Ammettendo che il tasso ed il tipo di consumi energetici possa rimere costante, alcuni studiosi affermano che il petrolio (da fonti convenzionali) finirà in 35 anni ed il carbone in 200 anni. Nella pratica nessuna delle risorse arriverà ad esaurirsi del tutto, perché via a via che si esauriscono, come afferma la teoria del picco di Hubbert, lo squilibrio tra l'eccesso di domanda e la scarsa offerta e l'inaffidabilità della risorsa petrolifera causerà un impennata dei prezzi, con diversificazione e crollo dei consumi e dunque della produzione, che diminuirà fino ad un punto dove le risorse petrolifere saranno destinate ad un mercato residuale (petrolchimica: fertilizzanti, pesticidi, plastiche, vernici; benzina e diesel per macchine storiche; asfalto per le strade, ecc.) che non potrà essere sostituito con altre fonti, e che forse sparirà improvvisamente per la non convenienza di mantenere impianti di raffinazione e distributori.

Energia nucleare

Nel 2005 l'energia nucleare totalizzava lo 6,3% della forniture primarie totali.

Panorama mondiale dell'energia nucleare. Le nazioni in verde pallido stanno costruendo il loro primo reattore, quelle in rosso hanno smantellato o disattivato il loro ultimo reattore.

La produzione di potenza elettro-nucleare nel 2006 ammontava a 2.658 TWh, che era pari allo 16% della produzione di enegia elettrica mondiale. Nel Novembre 2007, nel mondo vi erano 439 reattori in funzione, con una capacità totale di 372.002 MWe. Inoltre si costruivano 33 reattori, 94 reattori erano pianificati e 222 reattori erano stati proposti. tra le nazioni che attualmente non utilizzano l'energia nucleare, 25 paesi stanno costruendo i loro primi reattori, oppure eseguono studi di fattibilità.

Abbandono del nucleare civile, il caso italiano

Alcune nazioni hanno annunciato piani per disattivare la loro intera capacità di produrre energia nucleare, ma alla data odierna soltanto l'Italia ha posto fine a questa sua capacità, anche se il settentrione d'Italia continua ad importare elettricità da nazioni come la Francia, che possiedono un enorme numero di centrali nucleari (alcune destinate a produrre energia soltanto per il nostro paese). In aggiunta, mentre l'Austria, le Filippine e la Corea del Nord hanno costruito centrali nucleari di potenza elettrica, per diversi motivi hanno dismesso questi impianti prima del caricamento dei pellet di combustibile e della loro prima operatività.

Esistenza di reattori più sicuri

Le prime nazioni che si sono dotate d'impianti nucleari (USA, Unione Sovietica, Inghilterra, Francia), sono state anche le prime e maggiori potenze atomiche militari della storia. Le procedure di arricchimento dell'uranio al 5% (densità critica necessaria per far partire la reazione nucleare), consumano molta energia, ed hanno molti passaggi e costosi macchinari in comune con le procedure per arrivare alle percentuali del 80-95% necessarie per costruire le armi nucleari.

Il Canada, nazione con vasti territori e grosse miniere d'uranio, che allo stesso modo dell'Italia ha sottoscritto il trattato di non proliferazione nucleare, si é dotato d'impianti ad acqua pesante del tipo CANDU, che possono funzionare con uranio naturale, con uranio arricchito di "seconda mano" e con torio. In questo modo, riciclando l'uranio utilizzato nei reattori francesi, l'Italia potrebbe fissionare uranio "quasi esaurito" (al 2,5%), restituendo alla Francia un uranio impoverito (~1,1%) in minori quantità perché fissionato, evitando così di dover smaltire le scorie nucleari d'uranio nel proprio territorio. Il reattore CANDU produce come sottoprodotto il trizio, che un giorno potrebbe essere utilizzato nei reattori a fusione, attualmente sotto studio e sperimentazione.

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

Nel 2004, le energie rinnovabili fornivano attorno al 7% dell'energia consumata nel mondo. Il settore delle energie rinnovabili é cresciuto significativamente dagli ultimi anni del ventesimo secolo, e nel 2005 il totale delle nuove inversioni era stimato attorno 38 miliardi (38 x 10⁹ di dollari USA. La Germania e la Cina guidano la graduatoria, con investmenti di circa $ 7 miliardi ognuna, seguiti dagli Stati Uniti, dalla Spagna, dal Giappone, e dall'India. Questo ha comportato l'aggiunta di 35 GW di energia rinnovabile di picco durante l'anno.

Energia idroelettrica

Nel mondo la produzione di energia idroelettrica raggiunse i 816 GW nel 2005, consistendo di 750 GW degli impianti maggiori, e 66 GW dell installazioni mini-idroelettriche. Molte grosse dighe con una capacità produttiva che totalizza i 10,9 GW sono state aggiunte dalla Cina, dal Brasile e dall'India nel corso dell'anno 2005, ma vi é stata una crescita molto più veloce (8%) nel cosiddetto "small hydro", che vede l'aggiunta di 5 GW, principalmente in Cina, dove circa il 58% degli impianti mini-idroelettrici si localizzano.

Nell'Occidente, anche se il Canada è il maggiore produttore di energia idroelettrica nel mondo, la costruzione di grossi impianti idroelettrici ha subito una stagnazione a causa di preoccupazioni di tipo ambientalista. La tendenza odierna sia nel Canada che negli Stati Uniti propende verso il microidroelettrico perché ha un impatto ambientale irrilevante e rende possibile sfruttare molti più siti per la generazione di energia. Nella sola regione canadese della British Columbia le stime sono che il microidroelettrico riuscirà a più che radoppiare la produzione di energia nella provincia.

Biomasse e biocarburanti

Fino alla fine del diciannovesimo secolo le biomasse erano il combustibile predominante, ed attualmente mantengono soltanto una piccola porzione della fornitura di energia mondiale. L'elettricità prodotta da sorgenti di biomassa era stimata a circa 44 GW per il 2005. La generazione di elettricità da biomasse aumentò di più del 100% in Germania, Ungheria, Paesi Bassi, Polonia e Spagna. Inoltre, ulteriori 220 GW circa sono stati usati per il riscaldamento (nel 2004), portando il totale di energia consumata da biomasse attorno ai 264 GW. L'utilizzo mondiale delle bomasse, nella cottura dei cibi e nel riscaldamento domestico, è molto difficile da valutare e dunque viene escluso da questo studio.

La produzione mondiale di bioetanolo, da destinare a combustibili per autotrazione, aumentò del 8% nel 2005 per raggiungere i 33 miliardi di litri (8,72 bilioni di gal US), registrando il maggior incremento negli Stati Uniti, che raggiunsero così i livelli di produzione e consumo esistenti in Brasile. La produzione di biodiesel aumentò del 85% a 3,9 miliardi di litri (1,03 bilioni di gal US), rendendola nel 2005 la risorsa rinnovabile a più rapida crescita sul mercato. Più del 50% della produzione di biodiesel avviene in Germania.

Energia eolica

Secondo l'agenzia Global Wind Energy Council, la capacità installata di energia eolica aumentò del 25,6% nel periodo tra la fine del 2005 fino a quella del 2006, raggiungendo il totale di 74 GW, registrando più della metà dell'incremento in soli quattro paesi: Germania (20.621 MW di capacità eolica totale nel 2006), Spagna (15.515 MW nel gennaio 2008), Stati Uniti (16.800 MW nel 2008) ed India (7.660 MW nel 2007). Il raddoppio della capacità generativa richiese circa tre anni e mezzo. La capacità totale installata è circa tre volte quella della media dell'elettricità eolica prodotta dal momento che la capacità nominale rappresenta la massima produzione di picco; la vera produzione elettrica media é generalmente attorno al 25-40% della capacità nominale.

Energia solare

L'uso dell'energia solare durante il 2005 ammontava a 93,4 GW; nostante questo, la quantità di energia solare teoricamente sfruttabile, che investe la superficie terrestre è pari a 3,8 YJ/anno (120.000 TW). Soltanto una piccola frazione delle risorse disponibili sarebbero sufficienti a sostituire interamente i combustibili fossili e l'energia nucleare come fonte energetica.

Nel 2005 l'elettricità da fotovoltaico connesso in griglia era il tipo di energia rinnovabile che cresceva più velocemente, dopo il biodiesel. Nello stesso anno il consumo d'energia fotovoltaica aumentò del 55% rispetto al 2004, portando la capacità installata a 3,1 GW. Circa metà dell'incremento si è verificato in Germania, attualmente il maggiore consumatore mondiale di elettricità fotovoltaica (seguito dal Giappone). E stato stimato che esistano ulteriori 2,3 GW di energia prodotti fuori dalla griglia della distribuzione elettrica, portando il totale a 5,4 GW.

Energia geotermica

L'energia geotermica viene utilizzata commercialmente in più di 70 paesi. Verso la fine del 2005, la richiesta mondiale di elettricità ha raggiunto i 9,3 GW, con ulteriori 28 GW usati direttamente come fonte di calore per il riscaldamento. Se il calore ricuperato dalle pompe di calore poste al suolo viene incluso, l'utilizzo della geotermia non ai fini della generazione di elettricità si stima che superi i 100 GW.

Per nazione

Vedi anche: Energy by country (EN)

Il consumo di energia correla ampiamente con il PIL, anche se esiste una differenza significativa tra i livelli di consumo dell'energia in paesi industriali ad alto reddito come gli Stati Uniti d'America (11,4 kW per persona) ed il Giappone e la Germania (6 kW per persona). Il Canada ha il maggiore consumo pro-capite. Si registra costantemente un minore consumo di energia nei paesi in via di sviluppo e nelle economie sotto-sviluppate. Nei paesi in via di rapido sviluppo come l'India il consumo pro capite si avvicina a 0,5 kW.

Attualmente la crescita più significativa dei consumi di energia si stà verificando in Cina, che sta crescendo ad tasso medio dello 5,5% annuo negli ultimi 25 anni. La sua popolazione, che supera 1,3 miliardi di persone, attualmente consuma energia ad un tasso di 2 kW per persona.

Una misura dell'efficienza è quella della intensità energetica. Questa è una misura della quantità di energia che serve ad un determinato paese per produrre un dollaro di prodotto interno lordo. Il Giappone, l'Italia ed il Regno Unito sono tra le nazioni più efficienti al mondo, mentre molto spesso i paesi in via di sviluppo mancano delle risorse per acquistare macchinari produttivi e sistemi di estrazione e trasporto che siano energeticamente efficienti.

Politica energetica

La politica energetica consiste in una serie di misure e leggi internazionali che hanno lo scopo di cambiare il tipo ed il tasso dei consumi energetici delle nazioni. Ad esempio il razionamento dell'energia è una misura largamente adottata in tempo di guerra.

Allo stesso modo l'industria dell'energia è spesso fortemente sussidiata e sotto-tassata. Spesso nell'elaborazione del PIL vengono palesemente ignorati danni anche consistenti provocati ad altre attività economiche come l'agricoltura, la pesca ed il turismo, per il pesante danno e stravolgimento ambientale causato dalle attività di estrazione, trasporto e raffinazione dei vari tipi di energia.

Molto spesso, spese molto rilevanti, come quelle militari necessarie per vigilare e proteggere i campi petroliferi, gli oleodotti, le raffinerie e tutto l'itinerario della via del petrolio, vengono totalmente esternalizzate dalle compagnie petrolifere e scaricate sugli stati nazionali e quindi sulle spalle dei contribuenti, che quasi mai vengono consultati riguardo alle scelte sul tipo di energia di cui desiderano usufruire.

Per orientare le scelte di politica energetica si può ricorrere all'utilizzo di simulazioni, eseguite con strumenti appositi Markal, del sistema energetico e della sua evoluzione.

Provvedimenti legislativi possono ridurre o riorientare i consumi energetici

Misure legislative come la carbon tax, ed altre leggi che incentivino il risparmio energetico possono cambiare sostanzialmente, in tempi ragionevoli ed in modo siginificativo, le varie tendenze di consumo dell'energia mondiale.

Dibattito sull'etanolo

Ad esempio negli USA il governo di George Walker Bush (che invoca spesso la "deregulation" dell'economia) ha imposto una tassa pari al 100% del costo all'ingrosso sull' etanolo (prodotto dalla fermentazione del mais), destinato ad essere aggiunto in una percentuale del 10-20% alla benzina. Al contempo si oppone in modo netto a qualsiasi tassazione sulla benzina o sul carbone e petrolio importati.

Secondo alcuni studi macroeconomici, la produzione di etanolo è la causa del raddoppio, in un anno, del costo del mais su tutti i mercati del mondo. Come predetto dal dittatore cubano Fidel Castro, la produzione di etanolo da semi di mais da utilizzare come carburante, sta affamando la gente. Le organizzazioni internazionali FAO e OECD hanno elaborato un rapporto molto critico sull'utilizzo dell'etanolo come carburante.

Laddove, sotto il punto di vista della produzione complessiva di CO₂, il bilancio si presentasse favorevole (come nelle foreste equatoriali del Brasile), dove il forte irraggiamento solare ed il mancato utilizzo di pesticidi, fertilizzanti e macchine agricole per la coltivazione della canna da zucchero per bioetanolo, rende insignificante il consumo di carburanti fossili in agricoltura, si pone comunque il problema della distruzione delle foreste e della biodiversità in esse contenuta, oltre alla sostenibilità a lungo termine di queste coltivazioni senza fertilizzanti, che potrebbe portare ad erosione e desertificazione del delicato terreno della foresta tropicale.

Consumo di energia primaria nel mondo, 1989-1998.

Misurazione dei consumi energetici

Il consumo di energia può essere misurato in rapporto al tempo, ad esempio un apparecchiatura elettrica può assorbire 500 kilowattora. I costi operativi e la vita utile prevista (e l'ammortizzamento del costo di capitale se pagata a rate) devono essere inclusi per calcolare i costi operativi totali di un dispositivo. L'efficienza energetica può essere misurata con disparati parametri, p.es basandosi sul consumo di energia per kilogrammo di tessuti lavati, nelle lavatrici. I bollini Energy Star e la European Union energy label sono etichette di efficienza energetica che permettono ai compratori di fare rapidi confronti tra il consumo energetico dei più disparati elettrodomestici.

Molta energia è consumata per via della moderna civiltà. Sono state proposte alcune teorie che suggeriscono che un'evoluzione socioculturale possa essere determinata stimando la produzione di energia e le tecnologie impiegate per produrla.

Intensità energetica

L'intensità energetica è la misura macroeconomica del consumo energertico. La procedura nota in inglese come energy demand management si propone di ridurre il consumo di energia nel luogo dove avviene la sua richiesta in momenti specifici, mentre il risparmio energetico comprende pratiche più ampie che consistono nell'intraprendere azioni per aumentare l'efficienza energetica.

Gli USA consumano più energia di ogni altro paese e il Dipartimento della Difesa USA del paese è la più grande organizzazione di consumo energetico nel mondo.

Il Giappone, che subì una grande pressione economica a causa delle crisi petrolifere degli anni settanta ed ottanta, é riuscito a sviluppare una economia molto efficiente nell'utilizzo di energia, con la produzione di beni di consumo ad alto valore aggiunto e bassa densità energetica, oltre ad automobili ed altri macchinari a basso consumo energetico, ed attualmente nel suo complesso società-industria ha la maggiore efficienza energetica nel mondo.

Voci correlate

• Carbon tax
• Crisi energetica
• Risparmio energetico
• Energia del cibo
• Legge di White
• Qualità dell'energia
• Scala di Kardashev
• Teoria di Olduvai
• Sentiero verso l'energia soffice
• Sviluppo dell'energia (produzione, l'opposto al consumo)
• Utilizzi dell'energia negli USA

Bibliografia

• (EN) Australian Consumers Association. 1991. The Energy Guide. Australian Government Publishing Service. ISBN 0646057057
• (EN) International Energy Agency. (2006) World Energy Outlook 2006. ISBN 92-64-10989-7
• (EN) Smil, Vaclav. (2003) Energy at the crossroads MIT Press. ISBN 0-262-19492-9
• (EN) Tester, Jefferson W. et al. (2005) Sustainable Energy: Choosing Among Options. The MIT Press. ISBN 0-262-20153-4
• (EN) Yergin, Daniel (1993). The Prize. Simon & Schuster: New York. ISBN 0-671-79932-0

Collegamenti esterni

• Pietro Greco, Energia, un´Italia sempre meno efficiente: articolo sull'intensità energetica italiana.

• (EN) World Energy Outlook
• (EN) Official Energy Statistics from the US government
• (EN) Annual Energy Review 2006, DOE/EIA-0384(2006), by the U.S. Department of Energy's Energy Information Administration (PDF)
• (EN) Statistical Review of World Energy 2007, annual review by BP

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