Fonti energetiche non rinnovabili Prospettive future

Le tre grandi questioni energetiche all’inizio del XXI secolo Oggi, la principale sfida del sistema energetico mondiale è di tipo logistico e consiste nell’assicurare al mondo intero la fornitura di petrolio, gas e uranio a partire da pochi paesi d’estrazione, utilizzando imponenti reti di trasporto. Vi sono però tre grandi problemi che potrebbero spingerci a rimettere in discussione il nostro modello energetico, centralizzato e vulnerabile: La limitatezza delle risorse; Il contesto geopolitico; L’inquinamento. Esaminiamoli in dettaglio.

1) La limitatezza delle risorse le riserve di carbone, petrolio e gas naturale si stanno consumando con velocità crescente. Negli ultimi 25 anni, il consumo di carbone è raddoppiato, quello di petrolio è quasi decuplicato (cresciuto cioè di 10 volte) e quello di gas naturale è cresciuto di 14 volte. Per centinaia di anni questi combustibili naturali sono stati estratti dalla Terra. I risultati di recenti indagini geologiche affermano che abbiamo: petrolio per altri 30 anni, gas naturale per altri 50 anni carbone per 200 anni uranio per circa 45 anni se nel mondo si manterrà l'attuale tasso di sviluppo.

2) Il contesto geopolitico Gli idrocarburi sembrano spingere i paesi dominanti, che rifiutano di cambiare il loro stile di vita, a condurre guerre di conquista, con il solo obiettivo di assicurarsi la disponibilità di questa risorsa a prezzi accettabili. La guerra in Iraq ne è un esempio. Infatti, è proprio in Iraq che, oggi, sono localizzate le maggiori risorse mondiali di petrolio; qui, il greggio è facilmente accessibile e di ottima qualità. Con il pretesto della questione nucleare o del finanziamento del terrorismo, altri paesi, come l’Iran e l’Arabia Saudita, potrebbero subire la stessa sorte dell’Iraq.

3) L’inquinamento Gran parte dell'inquinamento atmosferico è causata dall'uso dei combustibili fossili (carbone e petrolio) e dei loro derivati. L'80% delle emissioni di anidride carbonica proviene dalla combustione del petrolio, del metano e del carbone. Più del 90% degli ossidi di zolfo, quasi il 40% degli ossidi di azoto e circa il 40% delle polveri immesse nell'atmosfera sul territorio italiano vengono rilasciate da impianti di combustione alimentati con combustibili fossili (centrali elettriche, caldaie industriali, impianti di riscaldamento, motori a combustione interna per l’autotrazione).

Il petrolio Quanto dureranno le riserve? Le correnti di pensiero sono due: gli ottimisti e i pessimisti. Tra i primi vi è una task force scientifica dell'U.S. Geological Survey che dopo uno studio durato cinque anni ha concluso che il mondo ha riserve sufficienti per circa 80 anni ai ritmi di consumo attuali, circa due mila e trecento miliardi di barili, ( 313 miliardi di tonnellate) anche se gran parte di esse devono essere ancora scoperte. Tra i secondi, invece, ci sono i geologi del King Hubbert Center della Colorado School of Mines che ritengono che la produzione dell'oro nero toccherà il suo picco in questo decennio con 85 milioni di barili al giorno per poi scendere drammaticamente a 35 milioni nel 2020.

Il petrolio Quanto dureranno le riserve? Qui di di fianco sono elencati i primi 20 paesi per riserve certe di petrolio all'anno 2006. Per vita media residua si intende la stima della durata delle riserve ai ritmi di estrazione dell'anno 2006

Il petrolio Quanto dureranno le riserve? Ci sono validi motivi per ritenere prossima la fase in cui l’offerta di petrolio non sarà più in grado di sostenere la domanda. Raggiunta tale condizione, i paesi con sistema energetico centrato sugli idrocarburi ai quali non sarà consentito un accesso diretto al greggio dovranno affrontare sofferenze economiche strutturali. Pertanto, è prevedibile che gli Stati oggi al vertice del sistema economico-finanziario fondato sul petrolio siano disposti a esercitare tutte le opzioni, compresa quella militare, per garantirsi una via privilegiata d’approvvigionamento energetico. In questo panorama, non è casuale che il governo USA, il paese dal consumo pro capite di petrolio più elevato in assoluto, consideri il controllo della sicurezza degli approvvigionamenti di greggio come la priorità strategica d’interesse nazionale.

Il petrolio "Picco di Hubbert" relativo alla produzione di petrolio negli USA

Il petrolio Il picco di produzione Il "picco di produzione" rappresenta il punto cruciale di questo tipo di analisi. Il concetto di "fine del petrolio" a livello mondiale è evidentemente mal definito e impossibile da definire. E' probabile che si potrà estrarre petrolio per molto tempo prima che si arrivi all' "ultima goccia", ma a quel momento il petrolio avrà cessato da un pezzo di avere ogni importanza come fonte di energia. Invece, arrivare al picco mondiale di produzione significa raggiungere quel punto di "transizione petrolifera" in cui la risorsa petrolio cessa di essere abbondante (come e stata finora) e diventa scarsa, con conseguente aumento dei prezzi e tutte le difficoltà politiche e economiche del caso.

Considerazioni sul futuro ruolo del petrolio Continuare a consumare il petrolio nelle centrali e nei motori per produrre energia elettrica e meccanica (ottenibile anche sfruttando le fonti rinnovabli) potrebbe essere una follia sia per i devastanti impatti ambientali sia perché in tal modo si giungerà all’esaurimento di una materia prima ottimale per altri prodotti, non ottenibili da altre materie prime.

Il carbone Quanto dureranno le riserve? Il carbone è una materia prima molto economica perché ritenuta abbondante e non soggetta a mutazioni nell'andamento dei prezzi anche perché si trova praticamente in tutte le aree geografiche e quindi non risente delle tensioni socio-politiche come succede invece per il petrolio e in qualche misura per il gas naturale. I carboni sono la maggiore riserva di carbonio sulla Terra, il carbonio si sta rivelando una materia prima molto importante per le nuove tecnologie (es. nanostrutture) ma anche per le attuali produzioni industriali. Agli attuali ritmi di consumo le riserve di torba e lignite sono sufficienti per oltre 200 anni, le riserve di antracite e litantrace sono invece sufficienti per meno di 70 anni.

Considerazioni sul futuro ruolo del carbone Con le attuali tecnologie il carbone può essere utilizzato per produzioni energetiche più ecologiche. In Italia ci sono molti esempi di centrali termoelettriche con ottimi standard per il controllo delle emissioni in atmosfera. Tuttavia l’utilizzo del carbone per fini energetici presenta comunque una serie di limitazioni: Solitamente il carbone si estrae dalle miniere a più di 200 metri di profondità in gallerie polverose con temperature superiori a 30° C. Nonostante le più moderne tecnologie il lavoro in miniera resta pericoloso anche oggi: i gas prodotti dal carbone possono prendere fuoco con una piccola scintilla anche per attrito, nella sola Cina muoiono ogni anno più di 5000 minatori, inoltre i gas prodotti dalle miniere di carbone hanno un effetto serra 23 volte maggiore dell'anidride carbonica.

Considerazioni sul futuro ruolo del carbone 2) La presunta abbondanza del carbone desta delle perplessità se vengono fatte alcune considerazioni. Molti giacimenti si trovano dai 1500 ai 2000 metri di profondità, per cui diventa antieconomica l'estrazione nei confronti del metano e anche del petrolio, così le riserve economicamente vantaggiose da estrarre si attestano attorno ai 250 miliardi di tonnellate Questo significa che ad esempio nel nord America solo il 15% del carbone tecnicamente estraibile è convenientemente recuperato, inoltre più della metà dei giacimenti di carbone sono costituiti da materiale di scarsa qualità (torba, lignite e litantrace sub-bituminoso) con relativo poco carbonio, molte sostanze inquinanti e con la tendenza a decomporsi all'aria immettendo metano (gas serra) in atmosfera. In definitiva il carbone vantaggiosamente estraibile non rappresenta una risorsa molto più abbondante del gas naturale e del petrolio.

Considerazioni sul futuro ruolo del carbone 3) Nonostante le tecnologie "pulite" permettano di evitare eccessive emissioni in atmosfera di inquinanti bisogna tenere presente che i filtri usati per depurare i gas dovranno essere in qualche modo smaltiti in discariche, essendo il carbone una materia che contiene parecchi inquinanti in origine, le quantità di queste sostanze da smaltire non sono irrilevanti, inoltre le emissioni di CO2 sono 2,5 volte superiori alle emissioni del metano e risulta comunque costoso lo smaltimento di notevoli quantità di questo gas serra.

Considerazioni sul futuro ruolo del carbone 4) Il carbone è la maggiore se non unica fonte rilevante di carbonio naturale, le moderne tecnologie sembrano dimostrare che in futuro da questa materia prima si possano ottenere innumerevoli prodotti e tecnologie importanti, quali ad esempio le fibre di carbonio e le nanostrutture, per cui sembra antieconomico e non razionale "bruciare" senza scrupoli questa risorsa esauribile.

Considerazioni sul futuro ruolo del carbone 5) Le miniere di carbone possono comunque essere sfruttate per fini energetici con le tecnologie per il recupero del metano autoprodotto dalle miniere sia nuove che dismesse. Tali tecnologie sono collaudate ed efficienti e permettono di risparmiare e conservare la maggior parte del carbonio contenuto nel carbone e nel contempo impedire l'emissione del metano in atmosfera, depurando il carbone da questo gas serra. Questa tecnologia permette anche la custodia e la prevenzione degli incidenti ed incendi che spesso si verificano nelle miniere abbandonate e che sono causa non irrilevante di inquinamento atmosferico e degrado ambientale.

Considerazioni sul futuro ruolo del carbone In conclusione il carbone potrebbe essere una fonte primaria adatta per il periodo di transizione dalle fonti esauribili alle F.E.R. solo per una quantità limitata e in combinazione con le tecnologie cofiring con combustibili solidi di biomassa per la produzione di energia elettrica, comunque il carbone ha le caratteristiche per essere preferito al petrolio.

Il metano Quanto dureranno le riserve? Agli attuali consumi le riserve accertate di gas naturale sono sufficienti per 60/70 anni ma il metano può essere anche estratto da vecchie miniere di carbone in disuso e prodotto artificialmente come risultato della fermentazione anaerobica di biomasse (biogas).

Considerazioni sul futuro ruolo del metano Il metano non è strettamente una fonte esauribile come il petrolio, in quanto si può produrre industrialmente da idrogeno e anidride carbonica, si ottiene anche per fermentazione anaerobica di scarti vegetali e reflui zootecnici, per cui si può sostenere che il metano è in qualche modo una fonte rinnovabile, sono certamente da preferire le vere fonti rinnovabili quali l'eolica, la geotermia e l'idroelettrica in determinate condizioni, le biomasse e il solare, non di meno il metano sarà utile come sostituto del petrolio fintanto che queste tecnologie non saranno ampiamente sviluppate e raggiungeranno costi e rese energetiche competitive.

Idrati di metano: energia dai ghiacci Gli idrati di metano sono una forma cristallina di metano e acqua pura che si genera ad alte pressioni e basse temperature: infatti il ghiaccio alla temperatura di - 15 °C e alla pressione di 20 bar forma idrati con il metano. Un metro cubo di idrati di metano può contenere fino a 180 metri cubi di metano gassoso. Abbondano nel permafrost artico e alle grandi profondità oceaniche, dove si calcolano scorte per 100.000 milioni di miliardi di metri cubici. Da una prima stima approssimativa sembra che il metano disciolto nei ghiacci polari sia sufficiente a fornire l'energia necessaria al fabbisogno di tutta la popolazione mondiale per i prossimi 7.000 anni sulla base dei consumi attuali. Ma gli idrati di metano possono anche essere un'enorme fonte di acqua potabile perché, quando gli idrati si sciolgono, oltre al metano si produce acqua desalinizzata.

Idrati di metano: trasporto del metano più conveniente Sulla base di questa proprietà dell’acqua e del metano di formare idrati è stato studiato in Norvegia un sistema per trasportare questo gas in modo più economico dell'attuale. Attualmente il metano viene trasportato in forma liquida sulle navi metaniere. Per farlo passare dallo stato gassoso allo stato liquido deve essere portato e mantenuto alla temperatura di -180 °C. I risparmi energetici ed economici che si avrebbero trasportandolo sotto forma di idrati a – 15 °C compenserebbero abbondantemente il costo di dover trasportare anche l'acqua (che sarebbe un sottoprodotto ndr).

Idrati di metano: una bomba ad orologeria Se in conseguenza dell'effetto serra si iniziassero a sciogliere i ghiacci polari, le grandi quantità di metano che essi contengono sotto forma di idrati di metano verrebbero rilasciate in atmosfera. La fusione dei ghiacci polari potrebbe quindi emettere in atmosfera quantità tali di metano da far varcare all'effetto serra la soglia dell'autosostentamento, oltre la quale sarebbe pressoché impossibile effettuare interventi correttivi. Inoltre, lo scioglimento degli idrati presenti nei ghiacci polari potrebbe liberare una quantità di acqua dolce tale da ridurre la salinità degli oceani e modificare le grandi correnti oceaniche con effetti incontrollabili sugli attuali scambi termici fra le diverse aree del pianeta.

L’uranio Quanto dureranno le riserve? Al ritmo attuale di consumo, l’uranio delle odierne miniere andrà in esaurimento nel 2055, con l'aggiunta delle nuove centrali questo avverrà molto prima. Secondo la AIEA (agenzia internazionale energia atomica) le riserve di uranio sono di circa 4,7 milioni di tonnellate e sono così ripartite. L'italia ha giacimenti per 6.100 tonnellate, sufficienti ad alimentare per 30 anni una sola centrale EPR (nuovo reattore nucleare europeo ad acqua pressurizzata), quindi il nucleare è inadatto a sviluppare indipendenza energetica in Italia e nella maggior parte degli altri paesi. Australia           1.143.000,00 T 24,3% Kazakhstan        816.099,00 17,4% Canada                443.800,00 9,4% USA                  342.000,00 7,3% South Africa         340.596,00 7,2% Namibia               282.359,00 6,0% Brazil                278.700,00 5,9% Niger                 225.459,00 4,8% Russia                 172.402,00 3,7% Uzbekistan       115.526,00 2,5% Altri 540.059,00 11,5% TOTALE 4.700.000,00

Densità energetica dell’U-235 La fissione di un grammo U-235 produce 68 GJ di energia termica, questo dato spesso lascia ad intendere che i sistemi ad energia nucleare siano ad altissima densità energetica, ma U-235 non si trova libero in natura, un grammo di U-235 si ricava, mediamente, da 7 tonnellate di minerale lavorato in miniera. Di conseguenza il potere calorifico del minerale contenente U-235 è, mediamente, di 10 MJ/kg. Il potere calorifico del petrolio è di 42 MJ/kg, quello del carbone di 30 MJ/kg e per la legna 17 MJ/kg, quindi dire che il nucleare implica una fonte energetica ad altissima densità è per lo meno opinabile, nel migliore dei casi è comunque sullo stesso ordine di grandezza degli altri combustibili.

Considerazioni sul futuro ruolo del nucleare Come si vede in figura il prezzo dell'uranio si è quasi decuplicato dal 2001. E' oggi di quasi 50 dollari la libbra, mentre era circa 5 dollari la libbra nel 2001.

Considerazioni sul futuro ruolo del nucleare Si dice che il prezzo dell'uranio non è un parametro molto importante per l'industria nucleare: è il costo degli impianti che conta. Questo è stato vero per un lungo periodo della storia dell'industria nucleare, ma è possibile che il prezzo dell'uranio aumenti a un livello tale da diventare un fattore importante o addirittura predominante. Se la produzione di uranio non è sufficiente per soddisfare la domanda, non importa quanto costa: qualcuno ne rimarrà senza. E questo sembrerebbe essere quello che sta succedendo, come vediamo dal grafico seguente.

Considerazioni sul futuro ruolo del nucleare

Considerazioni sul futuro ruolo del nucleare La linea rossa rappresenta l'uranio utilizzato dai reattori attualmente in esercizio mentre le "montagne" colorate rappresentano la produzione. Il primo picco di produzione dell'uranio corrisponde alla corsa agli armamenti nucleari degli anni '60, il secondo è correlato allo sviluppo delle centrali nucleari, che ha avuto il suo massimo negli anni 70-80. Come si vede, a partire dagli anni 80, le centrali nucleari consumano più uranio di quanto l'industria minerale non produca. Non è impossibile che lo stop alle nuove centrali, avvenuto circa in quel periodo, sia stato dovuto in buona parte alla scarsità di uranio e non, come si dice di solito, all'incidente di Chernobyl.

Considerazioni sul futuro ruolo del nucleare Deve essere inoltre evidenziato come ad oggi il materiale estratto da miniera contribuisca soltanto per il 55% circa alle richieste provenienti dal mercato, il resto essendo coperto da materiale proveniente dallo smantellamento di armamenti nucleari. L'andamento dei prezzi e della produzione suggerisce che i giacimenti di uranio concentrato siano stati in gran parte sfruttati e che ora sia necessario estrarre da giacimenti piu' diluiti. Questo richiede forti investimenti, il che spiega l'andamento dei prezzi, sui quali i maggiori costi di estrazione si riflettono.

Considerazioni sul futuro ruolo del nucleare Vediamo quindi per l'uranio lo stesso andamento che stiamo vedendo con il petrolio, dove i costi di estrazione sempre maggiori causano quello che viene chiamato il "picco del petrolio". Sembrerebbe che anche l'uranio sia vicino, o abbia già passato, il proprio picco di estrazione ("picco dell'Uranio") anche se l'andamento irregolare della produzione non ci permette di dirlo con certezza. Di fronte a questa situazione, le prospettive dell'industria nucleare sono incerte. Al momento c'è un evidente tentativo di ripartire con la costruzione di nuove centrali, ma il rilancio del nucleare non può esimersi dal considerare la scarsità di uranio minerale a costi accettabili.