Sommario
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componenti del sistema, mentre nei capitoli conclusivi viene descritta l‟implementazione
software, i risultati ottenuti e la validazione del modello sviluppato.
Per validare il modello, si sono confrontati i valori delle principali variabili, del sistema
modellizzato, con i valori di sistemi simili riportati in letteratura.
Capitolo 1 – La situazione energetica mondiale
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1.La situazione energetica mondiale
Il settore energetico mondiale è attualmente in un periodo di transizione. Le riserve di
combustibili fossili diminuiscono gradualmente ed il loro impiego è reso difficile da questioni
ambientali, politiche ed economiche. Inoltre l‟aumento esasperato del prezzo del petrolio
avvenuto recentemente è un chiaro campanello d‟allarme di crisi energetica.
La sfida per il futuro sarà quella di conciliare le due contrastanti esigenze che vanno
delineandosi a livello globale: la crescita della domanda mondiale di energia ed il relativo
aumento dell‟impatto ambientale, locale e globale, dovuto alle attuali fonti di energia
maggiormente utilizzate.
In questa ottica ed a fini cautelativi è nato il protocollo di Kyoto che, pur non essendo ancora
stato ratificato dalla maggior parte dei paesi firmatari, ha avuto comunque il merito di
promuovere iniziative concrete per avviare interventi finalizzati prioritariamente all‟uso
razionale dell‟energia, al miglioramento dell‟efficienza dei processi e al graduale passaggio
verso combustibili a minor contenuto di carbonio.
In questo capitolo, si cercherà di delineare le future strategie energetiche europee ed italiane
nell‟ottica di uno sviluppo sostenibile, che vede anche il nostro paese alla ricerca di tecniche
innovative per lo sfruttamento di nuove fonti per poter superare l‟era dell‟energia fossile. La
sfida è molto ardua, vista la richiesta di energia elettrica sempre crescente e le caratteristiche
dell‟attuale parco di produzione elettrica italiano (riferimento paragrafo [1]).
1.1 Il problema energetico mondiale
L‟energia (dal greco <<εν>> (en) ed <<έργον>> (érgon) che significano, rispettivamente, “in”
e “lavoro”) è un bene di fondamentale importanza per la società. E‟ un‟entità complessa da
definire: è considerata come una capacità potenziale di compiere un lavoro. La storia
dell‟energia può essere suddivisa in nove grandi tappe a partire da un milione e mezzo di anni
fa (per un milione e 200 mila anni i nostri progenitori -homo erectus- hanno vissuto a livello
animale o poco più):
- 1a tappa: l‟uomo scopre il fuoco; il fabbisogno energetico pro-capite sale da
1.100.000 calorie/anno (necessarie per la sola alimentazione) a 2.200.000;
- 2a tappa: avvio dell‟agricoltura, nel 7000 a.c.; il fabbisogno si raddoppia ancora e
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arriva a 4.500.000 calorie/anno;
- 3a tappa: nasce la metallurgia, nel 4000 a.c.;
- 4a tappa: Antipatro di Tessalonica cita il mulino ad acqua, nel primo secolo a.c;
- 5a tappa: gli Arabi introducono il mulino a vento, verso il 650 d.c.;
- 6a tappa: nel 1300 viene impiegata, in Europa, la polvere da sparo, è la prima forma
di energia artificiale;
- 7a tappa: verso il 1600 si introduce l‟uso del carbon fossile nella produzione
industriale; il fabbisogno energetico individuale subisce un‟impennata da
5.000.000 a 15.000.000 di calorie all‟anno;
- 8a tappa: inizio dell'utilizzazione del petrolio;
- 9a tappa: il 2 dicembre 1942 il fisico italiano Enrico Fermi innesca la prima reazione
a catena artificiale della storia: nasce l‟energia nucleare; il fabbisogno
energetico si attesta a 35.000.000 di calorie annue pro capite;
Da quanto sopra riportato si evince che il progresso umano è andato di pari passo col
consumo energetico. Ancora oggi si nota che nelle regioni del mondo sottosviluppate, al si
sotto di una soglia minima del consumo energetico aumenta la mortalità infantile e diminuisce
l‟aspettativa di vita.
Con la propria forza muscolare un uomo può sviluppare 100 kWh all‟anno, per non morire di
fame necessita di 1000 kWh/anno sotto forma di cibo, per vivere dignitosamente ha bisogno
di 50000 kWh/anno (equivalenti a 6,1 Tec - tonnellate di carbone equivalente - o 63 grammi
di uranio in una centrale nucleare LWR). E' stato, quindi, sempre necessario moltiplicare il
lavoro prodotto dalla forza muscolare attraverso lo sfruttamento delle altre fonti di energia.
Riguardo ai consumi energetici, andrebbero comunque evitati sprechi ed inefficienze, ma non
si può far a meno di constatare che un sufficiente approvvigionamento energetico fa parte dei
più elementari diritti umani.
Oggi il consumo mondiale di energia si attesta a 10,3 miliardi di TEP (Tonnellate equivalenti
di petrolio), pari a 1,7 TEP/anno pro capite. Tuttavia sussistono differenze enormi (fig. 1.1): si
va dai 7,9 TEP all‟anno pro capite negli USA, ai 0,6 in Africa.
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Figura 1.1.1 Disponibilità energetica pro-capite in TEP[1].
La domanda mondiale di energia è cresciuta rapidamente dal 1900 ad oggi (vedere figura
seguente). L‟attuale ritmo di incremento della richiesta energetica in Italia e, più in generale,
nel mondo è ormai abbastanza costante da alcuni decenni.
Figura 1.1.2 Consumi mondiali di energia, in Tep (tonnellate equivalenti di petrolio),
dal 1850 ai giorni nostri[1].
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Figura 1.1.3 Trend dei consumi energetici mondiali previsto dal World Energy Outlook
2001[1].
I combustibili fossili costituiscono la quasi totalità delle fonti di energia primaria nel mondo,
come si evince dalle seguenti figure:
Figura 1.1.4 Consumi energetici mondiali dell’anno 1980 divisi per fonti[1].
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Figura 1.1.5 Consumi energetici mondiali dell’anno 1996 divisi per fonti[1].
Figura 1.1.6 Produzione energia elettrica mondiale dell’anno 1973 divisa per fonti[1].
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Figura 1.1.7 Produzione energia elettrica mondiale dell’anno 1998 divisa per fonti[1].
Nel guardare a possibili fonti di energia alternativa da sfruttare nel prossimo futuro, non si
può prescindere da tre importanti questioni: la disponibilità, l‟economicità e l‟impatto
ambientale. In realtà anche questo, come tutti i problemi complessi, non è semplicemente
scindibile in sottoproblemi indipendenti l‟uno dall‟altro. Ad esempio, quantificare quale sia la
reale disponibilità di una certa fonte energetica è funzione sia dei costi ritenuti “accettabili”
per il suo approvvigionamento, sia dei costi (non soltanto economici) ritenuti accettabili per
ciò che concerne l‟impatto ambientale dovuto al suo ottenimento. D‟altro canto, è impossibile
stimare quale sia il reale costo di una fonte energetica senza considerare la sua disponibilità
(soprattutto in funzione di quella delle altre possibili fonti) e le eventuali spese che è
necessario sostenere per contenere entro limiti accettabili il suo impatto ambientale.
Affinché una fonte di energia primaria sia sfruttabile deve essere accumulabile, facilmente
trasportabile, frazionabile, continua e regolabile. Una fonte di energia è tanto più pregiata
quanto migliori sono le caratteristiche sopra indicate; le fonti che attualmente soddisfano
opportunamente tali requisiti sono quella fossile, quella idroelettrica, e quella nucleare,
mentre sono evidenti le difficoltà in tal senso di quelle rinnovabili (solare, eolico, biomasse).
Per il benessere di tutti è necessario, poi, che una fonte di energia sia anche abbondante,
immune da monopoli, a basso prezzo e compatibile con l‟ambiente. Questi vincoli diventano
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più stringenti se si prendono in considerazione le previsioni secondo cui la domanda di
energia nel 2050 triplicherà rispetto ai valori attuali. I motivi principali di questo aumento
saranno:
• il generale aumento della popolazione terrestre (specialmente nei paesi in via di
sviluppo e maggiormente popolosi);
• l‟aumento della popolazione che vivrà nei centri urbani;
• l‟aumento generale del benessere (oggi circa 2 miliardi di persone non hanno accesso
a rifornimenti commerciali di energia);
• la crescita “esplosiva” della richiesta di energia da parte dei paesi in via di sviluppo
(attualmente, ad esempio il consumo pro capite di Cina ed India è circa un decimo di
quello degli USA).
Nel vertice mondiale sullo sviluppo sostenibile di Johannesburg del 2002 è emerso che
l‟energia rappresenta allo stesso tempo il problema e la soluzione: essa infatti rende possibile
lo sviluppo, ma è anche fonte di inquinamento. Attualmente circa 2 miliardi di persone non
dispongono di accesso ai moderni servizi energetici, sono generalmente povere, vivono in
aree rurali e fanno affidamento alla combustione della legna e delle biomasse per cucinare,
scaldare, ed illuminare le proprie abitazioni, come si evince dalla seguente tabella che mostra
la situazione energetica Etiope.
Tabella 1.1.1 Fonti energetiche di un paese ad economia depressa: l’Etiopia[1].
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Altri punti fondamentali emersi nel suddetto vertice sono [1]:
1. un aumento significativo del consumo energetico mondiale registrato a partire dal
1992;
2. un sensibile aumento del consumo di legna da ardere;
3. un‟impennata di circa il 10% del consumo di combustibili fossili tra il 1992 ed il
1999;
4. la constatazione che l‟80% della produzione energetica mondiale è affidata a
combustibili fossili;
5. la conferma che il 95 % dell‟energia utilizzata nei trasporti è di origine fossile;
6. il fatto che il 20% della domanda di petrolio e di gas proviene dalla regione asiatica,
che, a sua volta, fa registrare il 50% della crescita della domanda energetica;
7. la previsione di un raddoppio della richiesta di energia entro il 2035, una triplicazione
entro il 2050, qualora rimanga costante l‟attuale tasso di crescita del 2% annui;
8. la constatazione che l‟energia nucleare copre il 17% del fabbisogno elettrico mondiale,
mentre le rinnovabili (idraulica, biomasse, geotermale, eolica e solare) solo il 4%.
La risoluzione dei problemi emersi ed in particolare il soddisfacimento delle richieste di
energia da parte dei paesi in via di sviluppo assieme ad uno sviluppo rispettoso e compatibile
con l‟ambiente rappresentano uno dei problemi più importanti, delicati ed urgenti che le
generazioni attuali e future sono chiamate a risolvere.
Se le scelte riguardanti le fonti di approvvigionamento di tale energia continueranno ad essere
guidate da criteri di breve respiro ed irrazionali, l'impatto, in termini ambientali e di sperpero
delle risorse terrestri sarà, purtroppo, irreversibile. A tutt'oggi, la produzione di energia si basa
ancora principalmente sull'uso dei combustibili fossili, ma il progressivo esaurimento dei
giacimenti di più facile accesso e l'aumento della richiesta comportano un continuo
incremento dei costi e un aumento dell'impatto sull'ambiente (riferimento paragrafo [1]).
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1.2 I cambiamenti climatici
Sono sempre più numerose e credibili i rapporti scientifici che confermano che i cambiamenti
climatici in atto sono causati principalmente dall‟azione dell‟uomo, soprattutto a causa del
continuo ricorso in ambito energetico a fonti fossili.
Secondo un rapporto del 2001 dell‟International Panel on Climate Change (IPCC), organismo
scientifico internazionale incaricato da tutti i paesi del mondo allo studio delle mutazioni
climatiche, emergono le seguenti conclusioni:
• le temperature medie della superficie terrestre sono aumentate di 0,6°C dal 1860, in
misura maggiore rispetto a quello che è accaduto nel secolo scorso;
• è evidente che gran parte del surriscaldamento è da ricondurre ad attività antropiche;
• il tasso di incremento delle temperature potrebbero aumentare di dieci volte nel corso
del prossimo secolo, addirittura anche di 6°C ;
• una delle conseguenze principali del surriscaldamento sarà un‟atmosfera più attiva
energeticamente con conseguente estremizzazione delle caratteristiche climatiche delle
varie zone;
• i cambiamenti climatici saranno più accentuati sulle terre emerse, colpendo
maggiormente l‟Europa meridionale, l‟Asia centrale e buona parte dell‟Africa;
• ci potrebbe essere una seria possibilità di arresto della corrente oceanica, che stempera
i climi di molti territori, come, ad esempio, quelli dell‟Europa del Nord;
• ci sarà un innalzamento dei livelli marini;
• occorre porre un serio rimedio a questo trend delle temperature, dovuto in buona parte
ad i “gas serra”, attraverso una reale strategia mondiale che vada nella direzione del
contenimento delle loro emissioni.
Questo ultimo punto merita un necessario approfondimento: i gas serra, come il vapore
acqueo (quasi l‟1% in volume dell‟atmosfera), l‟anidride carbonica (0,035% in volume), ed il
metano dovuto a processi biologici (2 ppm) consentono a buona parte del nostro pianeta di
avere una temperatura media accettabile, in quanto ostacolano parzialmente la riflessione dei
raggi solari. Infatti, delle radiazioni solari, solo il 50% viene assorbito direttamente dalla
superficie terrestre, mentre della parte restante il 25% viene assorbito dall‟atmosfera e il 30%
viene riflesso nel cosmo.
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Proprio parte delle radiazioni riflesse, la cui frazione sul totale (il così detto “albedo”) dipende
dal materiale di cui è ricoperta quella determinata porzione di crosta terrestre (l‟albedo può
andare dai 0,1 delle zone di forte vegetazione, ai 0,9 dei ghiacciai), viene bloccata dai gas
serra, che la riemettono in tutte le direzioni, compreso nuovamente la superficie terrestre.
Figura 1.2.1 Fenomeni legati all’effetto serra [1].
Oltre all‟effetto dell‟immissione nell‟atmosfera di gas serra di origine antropogenica, non
bisogna dimenticare la dinamica intrinseca del clima mondiale: la storia mostra un andamento
quasi ciclico delle temperature con frequenze millenarie ed eventi anomali come l‟ ”Effetto
Serra Medioevale”, che vide registrare tra 1050 ed il 1090 un aumento al suolo di 1°C.
Sicuramente le emissioni dovute ad attività umane potrebbero essere un elemento di disturbo
per l‟evoluzione dinamica del clima mondiale; per questo, molti studiosi spingono nella
prudente direzione di uno sviluppo sostenibile, che riduca la quantità di gas serra.
Infatti, gli studi mostrano che l‟emissione antropogenica annuale di anidride carbonica
ammonta a 30 miliardi di tonnellate: queste risultano dovute nella maggior parte a consumi
energetici fossili, tipo centrali termoelettriche, riscaldamento, trasporti. I gas serra
antropogenici, ai quali si assegna un potere di modifica dell‟equilibrio energetico
dell‟atmosfera pari a 2,35 W/m2, concorrono per il 38% all‟effetto serra; il restante 62% è
dovuto al vapore acqueo, dovuto alla naturale vita del nostro pianeta.
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Figura 1.2.2 Contributo all’effetto serra dei gas presenti nell’atmosfera [1].
Figura 1.2.3 Contributo relativo all’effetto serra dei gas origine antropogenica [1].
Inoltre, bisogna notare il trend in continua crescita delle concentrazioni di gas serra
nell‟atmosfera, che ha visto una vera e propria impennata negli ultimi decenni, in seguito alla
rivoluzione industriale. Si riportano di seguito grafici esemplificativi.
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Figura 1.2.4 Concentrazione dei gas serra negli ultimi secoli [1].
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Questi andamenti hanno causato delle modifiche della composizione chimica dell‟atmosfera,
la cui conseguenza più probabile è l‟influenza delle dinamiche climatiche degli ultimi
cinquant‟anni.
Come si evince dalle seguenti figure, i territori maggiormente colpiti sono l‟Europa
meridionale, l‟Asia centrale e buona parte dell‟Africa (riferimento paragrafo [1]).
Figura 1.2.5 Variazione nella temperatura media annuale[1].
Figura 1.2.6 Dinamica delle temperature medie mondiali dal 1950 al 1999 [1].
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