”Fonti e tecnologie energetiche, oggi e domani” Ennio Macchi Dipartimento di Energia - Politecnico di Milano Congresso ATI 2009

Premesse Sono convinto che le preoccupazioni relative all’aumento di concentrazione della CO2 siano giustificate Sono convinto che chi opererà nel settore energetico nei prossimi decenni dovrà convivere con la realtà di un mondo “carbon constrained” E’ evidente che servono misure “politiche” che modifichino drasticamente lo scenario “business as usual”: L’elettricità generata da centrali “zero” (o quasi) emission sarà sempre più costosa di quella prodotta in centrali convenzionali Le vetture “zero emission” saranno molto più costose rispetto alle vetture convenzionali I carburanti a bassa o nulla emissione di CO2 saranno più costosi dei derivati petroliferi Ecc.

Premesse (2) Il mio intervento sarà concentrato sul settore elettrico, perché è quello che conosco meglio e perché ha un ruolo fondamentale (e crescente) nel quadro delle emissioni complessive Non parlerò di misure di risparmio energetico negli usi finali,quali: Motori elettrici efficienti Lampade a basso consumo Elettrodomestici classe A+ Regolazione intelligente (inverter, ecc.) Climatizzazione Pompe di calore geotermiche Ecc. Sono le più razionali, le prime (e le più facili)da intraprendere, ma… Non devono essere un alibi per non agire anche su gli altri fronti, da sole certamente non bastano

Una “rivoluzione tecnologica” nel settore elettrico italiano è avvenuta Per il gas naturale: grandi progressi, siamo prossimi all’asintoto (già raggiunto per i cicli combinati) Per il carbone: grandi margini di miglioramento!

ANALISI ENTROPICA Tutte le perdite sono di piccola entità, tranne le perdite di combustione Unica possibilità di fare un grande salto di qualità: Sostituire la combustione con altri processi di ossidazione

Benefici del passaggio a metano: significativi, ma non risolutivi Confronto delle emissioni specifiche medie nella generazione elettrica (dati 2006) L’Italia è la più virtuosa al mondo (riferimento termoelettrico) Fa meglio della Germania (riferimento termoelettrico e totale) Fa enormemente peggio di Francia e Svezia

Prezzo dell’energia elettrica per uso industriale, 1 gennaio 2007 L’Italia nel confronto internazionale – Prezzo dell’energia elettrica per uso industriale Prezzo dell’energia elettrica per uso industriale, 1 gennaio 2007 (Euro per 100 KWh, tasse escluse) Fonte: rielaborazione The European House - Ambrosetti su dati Eurostat, 2007

Prezzo dell’energia elettrica per uso domestico, 1 gennaio 2007 L’Italia nel confronto internazionale – Prezzo dell’energia elettrica per uso domestico Prezzo dell’energia elettrica per uso domestico, 1 gennaio 2007 (Euro per 100 KWh, tasse escluse) Fonte: rielaborazione The European House - Ambrosetti su dati Eurostat, 2007

E’ evidente l’anomalia italiana Percentuale di energia elettrica prodotta dalla somma delle centrali a carbone ed elettronucleari rispetto alla produzione complessiva E’ evidente l’anomalia italiana

Conclusioni (riferite all’Italia) E’ illusorio sperare di abbattere in misura significativa le emissioni agendo sulle tecnologie di conversione termoelettrica e sul mix di combustibili fossili, ciò non toglie che è necessario migliorare le prestazioni delle centrale a carbone (da 34% si può arrivare a 45%) Accentuare la già anomala dipendenza dal GN sembra autolesionistico

Quale fonte per l’energia del futuro? Saranno certamente molte, classificabili in tre diverse tipologie: Nucleare da fissione Fossili (ma con il sequestro della CO2) Rinnovabili Non sono in concorrenza, la sfida è tanto difficile che servono tutte! Al momento, le prospettive non sono molto brillanti per nessuna delle tre soluzioni

Ci sarà il rinascimento nucleare? Allo stato attuale delle conoscenze, non c’è dubbio: Se si penalizzano le centrali a combustibile fossile con una “carbon tax” ragionevole, le centrali nucleari sono la soluzione economicamente più competitiva Mentre le tecnologie concorrenti “zero emission” (rinnovabili, CCS) hanno ampi margini di miglioramento, l’evoluzione dei costi dell’energia nucleare è incerto In Italia (e in molti altri Paesi), non è facile ipotizzare un futuro per l’energia nucleare

Peso dell’energia nucleare nei vari paesi del mondo (% rispetto alla produzione totale)

Il programma francese

Perché l’Italia ha bisogno di energia nucleare (i) Perché dobbiamo diversificare l’attuale mix energetico con soluzioni che non aggravino ulteriormente i costi medi di produzione Le uniche due soluzioni (nucleare e carbone) realistiche per raggiungere questi obiettivi vanno perseguite entrambe, ma incontrano – per svariati motivi - formidabili difficoltà nel nostro Paese Almeno una delle due soluzioni dovrebbe vedere realizzazioni in tempi certi

Perché l’Italia ha bisogno di energia nucleare (ii) Perché l’energia nucleare è energia “pulita” e dobbiamo rispettare gli accordi internazionali di riduzione delle emissioni: risparmio/efficienza energetica e rinnovabili da soli non bastano Il trend di crescita della produzione di energia elettrica netta da fonti rinnovabili non consente troppe illusioni

La produzione di energia elettrica in Italia da fonti rinnovabili (escluso idroelettrico) Produzione lorda totale (2006) 314 TWh Consumo lordo di e.e. (2006) 359 TWh Nel 2008 eolico 6,437 TWh, PV 0,200 TWh

Il valzer delle generazioni: conviene aspettare la quarta???

Perché l’Italia ha bisogno di energia nucleare (iii) Perché lasciar passare 20/30 anni in attesa di una fantomatica quarta generazione non ha senso: sarebbe un’attesa troppo lunga, perché aspettare? I temi della sicurezza, delle scorie, ecc. sono importanti, ma.. I reattori che potremmo ordinare a breve termine non sono certamente peggiori da questi punti di vista (sicurezza, scorie) rispetto ai reattori che operano in ogni altra nazione civile. Perché dobbiamo essere l’unico Paese che rinuncia alla produzione di energia da nucleare?

Perché l’Italia ha bisogno di elettricità da fonti rinnovabili? Perché è un trend virtuoso, perseguito in tutto il mondo Perché hanno potenziali di sviluppo enormi, soprattutto l’energia solare Perché ci siamo impegnati a livello internazionale Perché oggi sono sostenibili solo con forti(ssimi) incentivi, ma la speranza è che possano nel lungo termine divenire competitive

Qual prospettive per le rinnovabili? I maggiori contributi verranno: da eolico biomasse (per avere rendimenti elevati, o utilizzo cogenerativo o co-combustione) L’Italia non è il Paese più favorito (per entrambi) Servono nuove idee…

Gli incrementi percentuali fanno riflettere….

Gli unici aumenti significativi: eolico e biomassa (ritmo di crescita complessivo: 40 TWh/anno) Fonte:

Dopo questo impianto, una pausa di 20 anni

Novità recente: un impianto solare termodinamico in Nevada da 64 MW Costo = 250 M$

Ci sono enormi spazi per migliorare le prestazioni LA SFIDA E’ NELL’ABBATTIMENTO DEI COSTI UTILIZZANDO UN MILLESIMO DELLA SUPERFICIE NORDAFRICANA SI PRODUCE TUTTA L’ELETTRICITÀ CHE SERVE AL MONDO

EGS = Enhanced/Engineered Geothermal Systems

Il sequestro e il confinamento geologico della CO2 : ESISTE UNA SOLUZIONE A LUNGO TERMINE PER AZZERARE (O COMUNQUE RIDURRE DRASTICAMENTE) LE EMISSIONI DI CO2 Il sequestro e il confinamento geologico della CO2 : Nel mondo si cominciano a fare esperienze su larga scala E’ un errore costruire oggi centrali a carbone che non sequestrano la CO2 ? Lo fanno tutte le utilities del mondo …… E’ possibile pensare a una trasformazione successiva delle centrali che introduca il sequestro della CO2 La soluzione può essere applicata a centrali “capture ready” , ma, nell’attuale contesto normativo è fortemente penalizzante in termini economici

CARBONE IDROCARBURI RIFIUTI Aria umida tiepida idrogeno CO2 CENTRALI “ZERO EMISSIONS” (con sequestro di CO2) Impianti alimentati mediante combustibili fossili che co-producono elettricità e/o idrogeno (eventualmente anche calore) e, invece di rilasciare la CO2 generata in atmosfera, la rendono disponibile come flusso a sé stante, pronto per lo stoccaggio di lungo periodo. CARBONE IDROCARBURI RIFIUTI Aria umida tiepida idrogeno elettricità calore CO2

I sistemi di confinamento

Le grandi potenzialità degli acquiferi salini Sleipner A Sleipner T 500m CO 2 Injection W ell 1000m CO Utsir a 2 F or mation 1500m Sleipner Øst Production and Injection W ells 2000m 500m 1000m 1500m 2500m Heimdal Formation Soltanto l’acquifero salino Utsira, sotto al Mare del Nord può ospitare 600 miliardi di tonn. CO2: tutte le emissioni del Nord Europa di 300 anni di produzione di energia elettrica (da IEA, www.ieagreen.org.uk) 37

SITI DI INIEZIONE di CO2 in Italia INGV & partners studiano come potenziali siti soprattutto: Costa adriatica e Fossa Bradanica Pianura Padana e offshore adriatico settentrionale Alcune strutture offshore Alto Lazio Sardegna: in carbone profondo Sulcis (ECBM) Poiché l’italia è un paese geodinamicamente attivo, la scelat dei siti di stoccaggio è limitata. I responsabili di ricerca dellL’enel propongono come potenziali siti di sequestrazione possano essere individuati in tutta la costa adriatica, nella Pianura Padana ed in ed in alcune aree del Lazio, Toscana, Sardegna e Sicilia. In questo contesto ENEL ha commissionato all’INGV uno studio di fattibilità nell’area costiera a nord di Roma (Progetto ENEL-INGV “alto Lazio”), mentre un impianto pilota per la cattura di 2 t/h di CO2 verrà costruito a Brindisi e sarà pronto alla fine del 2008. 38

Le probabilità di fuga ….

Con le tecnologie attuali, il costo dell’energia cresce di circa il 50%

Idrogeno liquido da carbone “pulito”

Prospettiva interessante:la generazione distribuita (GD) Micro-tri-cogenerazione da GN (idrogeno) + fonti rinnovabili DISTRIBUITA Many different types of DR, each appropriate for different applications Squares are dist gen, curved corners indicate storage

Le tecnologie di oggi e di domani (combustibili fossili) MICRO MINI

PERCHÉ TANTO ENTUSIASMO (almeno da parte mia PERCHÉ TANTO ENTUSIASMO (almeno da parte mia..) PER LA MICROCOGENERAZIONE A GAS NATURALE? Perché, se ben applicata, è imbattibile in termini di risparmio energetico E’ facile, senza grandi sforzi tecnologici, fare molto meglio dei migliori impianti per sola generazione di energia elettrica (guadagnare un punto di rendimento con impianti convenzionali è un’impresa, guadagnarne quaranta con la microcogenerazione è facile) Perché i risparmi energetici corrispondono a importanti benefici ambientali in termini planetari sempre (minori emissioni di gas serra) in termini locali, se la tecnologia è all’altezza Perché forse è giunto il momento in cui è lecito sperare che si abbattano le barriere (normative, tecniche, tariffarie, psicologiche…) che ne hanno sempre ostacolato la diffusione Diversamente dalle fonti rinnovabili, non servono incentivazioni che vanno a penalizzare la bolletta dei contribuenti

GRANDI RISPARMI, SENZA MIRACOLI TECNOLOGICI ! BASTA UNA MACCHINA CON UN RENDIMENTO DEL 32% PER RISPARMIARE IL 18.3% SE VOLESSI OTTENERE LO STESSO RISPARMIO CON UN CICLO COMBINATO PER SOLA GENERAZIONE ELETTRICA, DOVREI AVERE UN RENDIMENTO MEDIO ANNUO > 64%

CICLI IBRIDI (FUEL CELL + TG) RENDIMENTI oltre il 70%

Dai grandi impianti ai micro-impianti… Non c’è solo la grande cogenerazione industriale L’Italia è piena di PMI Terziario Residenziale

Ci piacerebbe che, fra dieci anni, migliaia (milioni Ci piacerebbe che, fra dieci anni, migliaia (milioni?) di cucine italiane si presentassero così…. Fra gli elettrodomestici, anche un microcogeneratore inserito nella cucina motore Stirling (o altra tecnologia) Il motore sostituisce/integra la caldaietta domestica nella generazione di calore (ogni anno, in Italia se ne vendono più di un milione) e contemporaneamente cogenera energia elettrica, interfacciandosi sulla rete BT, con cui scambia energia elettrica in modo “intelligente”, esportandola nei periodi in cui è pregiata, importandola quando è poco pregiata

PEFC System Structure Back-up Burner Hot Water Tank Air compressor PEFC Stack Air compressor Reformer Hydrogen Air Compressed Air Inverter City Gas DC Power AC Heat Heat Exchanger Hot Water Hot Water Tank Back-up Burner PEFC System Structure

La soluzione più attraente ( a lungo termine..) IHI Sanyo Ebara/Ballard Nippon Oil Toshiba/IFC Toyota Nuvera Matsushita MHI PEFC La soluzione più La soluzione più attraente ( a lungo termine..)

BUON LAVORO A TUTTI I PRESENTI!