Alberto Mirandola ENERGIA, AMBIENTE, CLIMA: dati, riflessioni, certezze, incertezze Master in Comunicazione delle Scienze 2018-19.

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1 Alberto Mirandola ENERGIA, AMBIENTE, CLIMA: dati, riflessioni, certezze, incertezze Master in Comunicazione delle Scienze

2 Una comunicazione corretta in campo scientifico
Una comunicazione corretta in campo scientifico richiede - Prendere conoscenza del problema (nel nostro caso: i problemi dell’energia e le loro implicazioni). - Informarsi sull’evoluzione, sullo stato attuale e sulle prospettive della materia di cui si desidera trattare. - Cercare e confrontare dati obiettivi, di provenienza scientifica senza precostituire una “verità” di parte. (Si corre questo pericolo in molti casi, specialmente quando gli aspetti tecnico-scientifici confinano con la politica). - Quando si affrontano problemi complessi, prima di esprimere «certezze» ricordare che la conoscenza è sempre in evoluzione.

3 Programma di queste conversazioni
Programma di queste conversazioni Prima parte: Introduzione al linguaggio e ad alcuni concetti basilari del settore: - fonti e vettori energetici; - alcune unità di misura in campo energetico; - forme energetiche: dalle risorse ai consumi finali; tipi di impianti esistenti; - densità di energia e di potenza; rendimenti e loro evoluzione storica Seconda parte: Risorse, consumi energetici e aspetti ambientali: evoluzione, situazione nel mondo e riflessioni. Il clima e i suoi cambiamenti Terza parte: Etica e correttezza della comunicazione nel settore energetico-ambientale.

4 Fonti energetiche Forme di energia che si trovano in natura: - energia solare nelle sue diverse forme (radiazione diretta, vento, biomasse, salti idrici, geotermia, onde); - combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale); - materiali fissili (uranio prevalentemente). Statistiche sulle fonti energetiche: riguardano solo le fonti commerciali. Forme di energia negli usi finali Forme di energia utilizzate: - energia termica; - energia meccanica; - energia elettrica. Per convertire le fonti nelle forme finali utili: macchine e impianti di conversione energetica.

5 Massa e Portata, Energia e Potenza Massa Quantità contenuta in un campione di una certa sostanza (kg, g, ton, ecc.). Portata Quantità o volume di una sostanza che fluisce o si libera nell’unità di tempo (kg/s, m3/s, kg/ora, ton/anno). Energia Quantità contenuta in una certa massa di risorsa energetica; si esprime con diverse unità di misura (kcal e suoi multipli, Joule e suoi multipli). Come concetto è assimilabile a quello di massa. N.B.: il kWh è una unità di energia, non di potenza. Potenza Quantità di energia che si libera o si sviluppa nell’unità di tempo (kcal/s, J/s=W, kJ/s=kW). Come concetto è assimilabile a quello di portata.

6 Unità di misura 1 kcal= 4,186 kJ 1 tep = 107 kcal = 4,186 ·107 kJ  1 Mtep = 1013 kcal (nelle statistiche) 1 tep  1200 Nm3 di gas naturale (circa) 1 Mtep = 1,2 · 109 Nm3 di gas naturale 1 kWh= 860 kcal = 860 · 4,186 kJ = 3600 kJ 1 MWd= kWh = · 860 kcal  2 tep (circa) Poteri calorifici (inferiori) Hu dei combustibili Legno kcal/kg Carbone kcal/kg Petrolio  kcal/kg (circa) = 107 kcal/ton Metano kcal/kg (=0,67 kg/Nm3 Hu= 8560 kcal/Nm3) Idrogeno kcal/kg (=0,10 kg/Nm3 Hu= 3394 kcal/Nm3) Gas naturale  8250 kcal/Nm3 (è una miscela di gas diversi) Biogas kcal/Nm3

7 Fonti rinnovabili e non rinnovabili Fonti rinnovabili = fonti che saranno disponibili per un tempo indefinito, in quanto il loro flusso dipende dai cicli naturali; tipicamente: energia solare nelle sue diverse forme. Fonti non rinnovabili = fonti che si sono formate in tempi lunghissimi e che costituiscono delle scorte; la loro disponibilità si riduce nel tempo man mano che esse vengono utilizzate; tipicamente: i combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale) e i materiali fissili (uranio).

8 Fonti, conversione, usi finali Densità (qualità) dell’energia
m Fonti, conversione, usi finali Densità (qualità) dell’energia

9 Fonti e vettori energetici Idrogeno ed elettricità sono prodotti di trasformazione, cioè sono vettori energetici, non fonti. L’idrogeno, infatti, esiste in natura, ma non allo stato libero, bensì solo in composti chimici che lo contengono (acqua, idrocarburi). Per utilizzarlo, bisogna separarlo dai composti che lo contengono, spendendo energia. L’idrogeno quindi non è una fonte; comunque è un combustibile: - potrà dare un contributo locale alla riduzione dell’impatto ambientale; ma non un contributo come fonte; - sarà un vettore importante, capace di condizionare, almeno in parte, i metodi di trasporto e uso dell’energia, però a medio (lungo?) termine. L’elettricità, forma energetica fondamentale nella vita di oggi in molti settori, potrà diffondersi anche nell’autotrazione (vetture elettriche ed ibride), ancora una volta a medio termine.

10 I principi della termodinamica
I principi della termodinamica (espressi in modo divulgativo) 1° principio L’energia non si crea, né si distrugge, ma soltanto si trasforma da una forma ad un’altra. Ciò avviene negli impianti di conversione energetica. Sotto questo aspetto le diverse forme di energia sono equivalenti; per ciascuna di esse si possono usare le stesse unità di misura. Ma … 2° principio E’ impossibile convertire integralmente energia termica in energia meccanica: si può attingere energia termica da una fonte ad una certa temperatura e convertirne una parte in energia meccanica; la parte rimanente deve essere rilasciata sotto forma termica verso un ambiente a temperatura inferiore. La conversione di energia termica in energia meccanica è di fondamentale importanza nella nostra società. I rendimenti di questa trasformazione hanno subito un’evoluzione importante nel tempo, con il progredire della tecnologia. Come “difendersi” in parte dal 2° principio: la cogenerazione.

11 Trasformazione di energia termica. in energia meccanica (elettrica)
Trasformazione di energia termica in energia meccanica (elettrica) Evoluzione storica dei rendimenti Anno Rendimento ,5-1,0 % macchina a vapore di Newcomen (1712), poi di Watt (1756) e di Smeaton (1772) ,0 macchina a vapore ,0 macchina a vapore ,0 macchina a vapore ,0 centrale a vapore ,0 centrale a vapore, grosso motore Diesel ,0 turbina a gas, grosso motore Diesel ,0 centrale a ciclo combinato ,0 centrale a vapore, turbina a gas, grosso motore Diesel ,0 centrale a ciclo combinato

12 I combustibili fossili Carbone - uso massiccio dopo l’invenzione della macchina a vapore; - combustione relativamente difficile (oggi si usa polverizzato); - contiene molto carbonio (produce molta CO2); - è solido, quindi il trasporto è relativamente costoso. Petrolio - elevata densità di energia  economico lo stoccaggio e il trasporto via oleodotto o via nave; - viene convertito in prodotti diversi (olio pesante, gasolio, benzina, ecc.); si presta ad usi diversi; oggi i suoi derivati sono usati soprattutto nei trasporti stradali e aerei; - brucia con maggiore facilità e produce meno CO2 del carbone. Gas naturale - bassa densità di energia  costoso lo stoccaggio e il trasporto via gasdotto (stato gassoso) o via nave (liquefatto); - brucia con facilità e produce meno CO2 del petrolio.

13 L’energia, l’uomo e l’ambiente - L’energia è il motore della vita, dei fenomeni naturali, delle attività umane. - L’energia ha condizionato lo sviluppo della storia e dell’umanità: infatti c’è correlazione tra il consumo energetico, l’andamento della popolazione e i principali parametri dell’economia (vd. grafico seguente). - Anche l’ambiente ha condizionato la nostra storia. L’ambiente è cambiato profondamente nel tempo a causa dei continui mutamenti climatici. Lo sviluppo della popolazione e delle attività umane ha a sua volta condizionato e modificato l’ambiente. N.B. Gli animali si adattano all’ambiente; l’uomo invece tende a modificarlo per renderlo adatto ai suoi bisogni. Ciò si può fare entro certi limiti: è uno dei problemi cruciali del presente e del futuro.

14 Popolazione (demografo A.J.Coale) ed energia dal 1000 al 2000
(stime 2018: 7.6 miliardi, circa Mtep/anno) 6 miliardi Popolazione mondiale: Anno Milioni 0 160 254 460 770 1000 Popolazione Consumo energetico (Mtep/anno) 1 miliardo ≈254 milioni

15 I problemi energetici. • popolazione. . • energia. . conflittuali
I problemi energetici • popolazione  • energia  conflittuali • ambiente  In futuro: cambiamenti radicali; se troppo rapidi  conseguenze drammatiche, violenze. Quindi  gestire bene la transizione intensificare la ricerca di soluzioni sempre migliori Azioni: - a breve termine: razionalizzare e migliorare i sistemi attuali; diminuire gradualmente l’uso delle risorse non rinnovabili e incrementare l’uso delle rinnovabili integrando i relativi sistemi; - a lungo termine: pianificare il futuro (nuove tecnologie, nuovi sistemi organizzativi, ecc.).

16 Ripartizione approssimativa della popolazione mondiale nel 2010 (stime ONU) Densità ab/km2 Asia milioni (60.8 %) Africa milioni (14.4 %) Europa milioni (10.5 %) America latina milioni ( 8.7 %) USA e Canada milioni ( 5.1 %) Oceania milioni ( 0.5 %) milioni (7,6 miliardi nel 2018; previsti 9-10 miliardi nel 2040). Alla fine del 2012 la Cina (circa 1350 milioni – 141 ab/km2) e l’India (circa 1200 milioni – 365 ab/km2) contavano da sole poco meno del 40% della popolazione mondiale. Bangla Desh: circa 1090 ab/km2.

17 Le fonti rinnovabili: quali sono
Le fonti rinnovabili: quali sono? (1) - Risparmio energetico: importante, anche se non è una vera fonte; consente di prolungare la durata delle fonti non rinnovabili e di limitare l’impatto ambientale. - Energia idroelettrica: molto conveniente, ma quasi saturata in Italia - Energia solare diretta: solare termico (maggiori rendimenti) solare fotovoltaico (minori rendimenti, ma in crescita) interessante quando integrato nell’edificio - Energia eolica: si, ma con potenzialità limitata in Italia - Energia geotermica: molto conveniente dove c’è, ma ce n’è poca; interessanti gli usi innovativi su piccola scala abbinati a pompe di calore (ancora molto costosi) - Energia delle maree: solo in località con forti escursioni di livello - Energia delle biomasse: coltivazioni energetiche: si, ma quantità di energia limitate materie legnose: si, se non si deforesta; attenzione alle emissioni rifiuti: devono essere utilizzati con tecniche adeguate

18 Le fonti rinnovabili (2) PREGI:
Le fonti rinnovabili (2) PREGI: - Sono rinnovabili, cioè non si esauriscono - Contribuiscono poco all’inquinamento DIFETTI: - Bassa densità di potenza: è fuorviante fare assegnamento sull’energia globalmente disponibile, senza considerare la potenza per unità di superficie e il momento in cui questa è utilizzabile; - Discontinuità e imprevedibilità (bisogna installare sistemi alternativi per fronteggiare le indisponibilità); - Rendimenti bassi QUINDI: - non possono fare miracoli a breve-medio termine - però dobbiamo continuare con la ricerca

19 Le fonti rinnovabili (3) Esempi di reale potenzialità sul territorio italiano ( km2) Supponiamo di voler produrre il fabbisogno elettrico italiano (330·109 kWh/anno) con: - legna in centrali a biomassa  servono 1,5·106 km2 di boschi; - aeromotori  servono macchine da 1 MW, ammesso che il vento soffi sempre a 10 m/s; - pannelli fotovoltaici: servono MW  6000 km2 (di cui 2000 di pannelli da pulire ogni giorni!). - biodiesel: supponiamo di sostituire il fabbisogno italiano per i trasporti (42 Mtep) con biodiesel (1 ton/ettaro): servono km2 di colture. Per le fonti intermittenti ci vogliono sistemi integrativi di produzione e di accumulo: non sempre la potenza è disponibile quando serve. Oggi (2018) le nuove fonti rinnovabili (esclusa quindi quella idroelettrica) coprono circa il 3% del fabbisogno mondiale.

20 La questione degli incentivi - Gli incentivi servono a far decollare una tecnologia se questa è utile. - Quindi vanno adottati per tempi limitati, non per tempi indefiniti. - Non devono essere troppo alti, per non distorcere eccessivamente il mercato e provocare iniziative non condivisibili (esempio: pannelli fotovoltaici nelle campagne, a scapito della produzione agricola). - Ogni tecnologia, a regime, deve autosostenersi.

21 Le fonti: servono tutte o no
Le fonti: servono tutte o no? Servono tutte perché: - la popolazione cresce; - il consumo pro-capite cresce nei Paesi in via di sviluppo; - nessuna fonte può risolvere da sola i problemi energetici dell’umanità; - ciascuna fonte è adatta a determinati usi; - l’integrazione delle fonti favorisce uno sviluppo equilibrato ed armonico della tecnologia e del sistema economico; - le diverse fonti hanno impatti diversi sull’ambiente, sull’economia, sugli aspetti sociali. Attenzione: quando si parla di innovazione nel settore energetico non si deve pensare solo alle “fonti rinnovabili” (in quanto innovative), ma anche agli “usi innovativi e più efficienti delle fonti tradizionali, le quali per ora sono dominanti”.

22 Sostenibilità I pilastri della sostenibilità: - risorse necessarie per sostenere la popolazione (energia, cibo, acqua, materiali, ecc.) - aspetti ambientali - aspetti economici - aspetti sociali Devono essere considerati tutti quando si parla di sviluppo sostenibile. In questo periodo di crisi globale particolare attenzione deve essere dedicata agli aspetti socio-economici. Tutte le risorse richiedono energia per essere utilizzate. Perciò l’energia è la risorsa fondamentale.

23 Statistiche energetiche Riguardano solo le fonti commerciali, quindi non conteggiano l’energia solare che alimenta i cicli naturali, le coltivazioni, le foreste, ecc.; si tratta di quantità enormi. Sono conteggiati gli usi innovativi dell’energia solare a scopo energetico: idroelettricità (la più consolidata), usi termici e fotovoltaici, biomasse a scopo energetico, energia eolica, energia geotermica, ecc. Nelle tabelle successive, riferite al 2010, i 36 Paesi hanno l’82% sia della popolazione, sia del consumo energetico e sono così ordinati: - prima tabella: Paesi ordinati secondo i consumi energetici totali (ordine decrescente); l’Italia vi compare al 13° posto; nel 2013 è passata al 16° posto, essendo stata superata da Messico e Indonesia; - seconda tabella: Paesi ordinati secondo la popolazione totale (ordine decrescente).

24 NAZIONE. POPOLAZIONE. ENERGIA PRIMARIA. CONSUMO
NAZIONE POPOLAZIONE ENERGIA PRIMARIA CONSUMO ENERGIA ELETTRICA (2010) CONSUMATA PRO CAPITE Milioni di abitanti % Mtep/anno % tep/ab TWh kWh/ab. % Cina 1338,10 19, ,20 20,26 1, , ,67 19,73 2 Stati Uniti 309,60 4, ,65 19,04 7, , ,67 20,29 3 Russia 141,90 2,06 690,94 5,76 4, , ,42 4,86 4 India 1188,80 17,25 524,23 4,37 0, , ,78 4,32 5 Giappone 127,40 1,85 500,87 4,17 3, , ,52 5,37 6 Germania ,60 1,18 319,46 2,66 3, , ,29 2,91 7 Canada ,10 0,49 316,70 2,64 9, , ,57 2,95 8 Sud Corea ,90 0,71 254,97 2,12 5, , ,17 2,33 9 Brasile 193,30 2,80 253,92 2,12 1, , ,78 2,27 10 Francia ,00 0,91 252,39 2,10 4, , ,35 2, Iran ,10 1,09 212,54 1,77 2, , ,65 1,06 12 UK ,20 0,90 209,08 1,74 3, , ,37 1, Italia ,50 0,88 172,05 1,43 2, , ,06 1,40 14 Messico 110,60 1,60 169,15 1,41 1, , ,97 1,27 15 Spagna ,10 0,68 149,73 1,25 3, , ,58 1,41 16 Indonesia 235,50 3,42 139,97 1,17 0, , ,45 0,78 17 Sud Africa ,90 0,72 120,91 1,01 2, , ,33 1,26 18 Turchia ,60 1,07 110,88 0,92 1, , ,73 0,99 19 Ucraina ,90 0,67 118,02 0,98 2, , ,90 0,88 20 Tailandia ,10 0,99 107,94 0,90 1, , ,84 0,73 21 Polonia ,20 0, ,75 0,80 2, , ,86 0,74 22 Egitto ,40 1, ,05 0,68 1, , ,39 0,67 23 Argentina ,50 0, ,10 0,64 1, , ,03 0,60 24 Pakistan 184,80 2, ,61 0,56 0, , ,40 0,42 25 Vietnam ,90 1, ,96 0,37 0, , ,77 0,47 26 Algeria ,00 0, ,13 0,34 1, , ,75 0,21 27 Colombia ,50 0, ,21 0,27 0, , ,49 0,27 28 Filippine ,00 1, ,63 0,23 0, , ,67 0, Bangladesh 164,40 2, ,63 0,20 0, NA NA NA 30 Nigeria 158,30 2, ,00 0,11 0, NA NA NA 31 Sudan ,20 0, ,00 0,04 0, NA NA NA 32 Kenia ,00 0, ,00 0,04 0, NA NA NA 33 Etiopia ,00 1, ,00 0,02 0, NA NA NA 34 Myanmar ,40 0, ,00 0,02 0, NA NA NA 35 Tanzania ,00 0, ,00 0,02 0, NA NA NA 36 R. D. Congo ,80 2, ,02 0,0295 NA NA NA OCSE , , , ,39 4, , , ,14 Mondo (2010) , , , ,00 1, , , ,00

25 NAZIONE. POPOLAZIONE. ENERGIA PRIMARIA. CONSUMO
NAZIONE POPOLAZIONE ENERGIA PRIMARIA CONSUMO ENERGIA ELETTRICA (2010) CONSUMATA PRO CAPITE Milioni di abitanti % Mtep/anno % tep/ab TWh kWh/ab. % Cina 1338,10 19, ,20 20,26 1, , ,67 19,73 2 India 1188,80 17,25 524,23 4,37 0, , ,78 4,32 3 Stati Uniti 309,60 4, ,65 19,04 7, , ,67 20,29 4 Indonesia 235,50 3, ,97 1,17 0, , ,45 0,78 5 Brasile 193,30 2, ,92 2,12 1, , ,78 2,27 6 Pakistan 184,80 2, ,61 0,56 0, , ,40 0,42 7 Bangladesh 164,40 2, ,63 0,20 0, NA NA NA 8 Nigeria 158,30 2, ,00 0,11 0, NA NA NA 9 Russia 141,90 2, ,94 5,76 4, , ,42 4,86 10 Giappone 127,40 1, ,87 4,17 3, , ,52 5,37 11 Messico 110,60 1, ,15 1,41 1, , ,97 1,27 12 Filippine ,00 1, ,63 0,23 0, , ,67 0,32 13 Vietnam ,90 1, ,96 0,37 0, , ,77 0,47 14 Etiopia ,00 1, ,00 0,02 0, NA NA NA 15 Germania ,60 1, ,46 2,66 3, , ,29 2,91 16 Egitto ,40 1, ,05 0,68 1, , ,39 0,67 17 Iran ,10 1, ,54 1,77 2, , ,65 1,06 18 Turchia ,60 1, ,88 0,92 1, , ,73 0,99 19 Tailandia ,10 0, ,94 0,90 1, , ,84 0,73 20 R. D. Congo ,80 2, ,02 0,0295 NA NA NA 21 Francia ,00 0, ,39 2,10 4, , ,35 2,69 22 UK ,20 0, ,08 1,74 3, , ,37 1,79 23 Italia ,50 0, ,05 1,43 2, , ,06 1,40 24 Myanmar ,40 0, ,00 0,02 0, NA NA NA 25 Sud Africa ,90 0, ,91 1,01 2, , ,33 1,26 26 Sud Corea ,90 0, ,97 2,12 5, , ,17 2,33 27 Spagna ,10 0, ,73 1,25 3, , ,58 1,41 28 Colombia ,50 0, ,21 0,27 0, , ,49 0,27 29 Ucraina ,90 0, ,02 0,98 2, , ,90 0,88 30 Tanzania ,00 0, ,00 0,02 0, NA NA NA 31 Sudan ,20 0, ,00 0,04 0, NA NA NA 32 Argentina ,50 0, ,10 0,64 1, , ,03 0,60 33 Kenia ,00 0, ,00 0,04 0, NA NA NA 34 Polonia ,20 0, ,75 0,80 2, , ,86 0,74 35 Algeria ,00 0, ,13 0,34 1, , ,75 0,21 36 Canada ,10 0, ,70 2,64 9, , ,57 2,95 OCSE , , , ,39 4, , , ,14 Mondo (2010) , , , ,00 1, , , ,00

26 Cina – India - USA - Italia PAESE. POPOLAZIONE CONSUMO. CONSUMO
Cina – India - USA - Italia PAESE POPOLAZIONE CONSUMO CONSUMO PRO-CAPITE ab. % Mtep % tep/ab Cina anno anno anno (2852) (2.1) (anno 2013) India (595) (0.5) USA (2265) (7.3) Italia (159) (2.65)

27 Paesi del G8 (2010). NAZIONE. POPOLAZIONE. PIL
Paesi del G8 (2010) NAZIONE POPOLAZIONE PIL ENERGIA PRIMARIA ENERGIA ELETTRICA Milioni di abitanti % 109 USD % Mtep % tep/ab TWh kWh/ab Stati Uniti ,60 4, , , , , , , ,67 Russia ,90 2, ,00 2,33 690,94 5, , , ,42 Giappone ,40 1, ,00 8,68 500,87 4, , , ,52 Germania ,60 1, ,00 4,95 319,46 2, , , ,29 Francia ,00 0, ,00 4,11 252,39 2, , , ,35 UK ,20 0, ,00 3,57 209,08 1, , , ,37 Italia ,50 0, ,00 3,27 172,05 1, , , ,06 Canada ,10 0, ,00 2,50 316,70 2, , , , G ,30 12, , , , , , , , Mondo 6892, , , , , , , , ,18

28 Paesi del G8 (2010) NAZIONE. CONSUMO. PIL. INTENSITA'. PRO-CAPITE
Paesi del G8 (2010) NAZIONE CONSUMO PIL INTENSITA' PRO-CAPITE PRO-CAPITE ENERGETICA tep/ab €/ab €/tep Stati Uniti , , ,12 Russia , , ,97 Giappone , , ,87 Germania , , ,67 Francia , , ,63 UK , , ,62 Italia , , ,91 Canada , , , G , , ,03 Mondo , , ,41

29 Italia 2010 23° Paese per numero di abitanti (60
Italia ° Paese per numero di abitanti (60.5 milioni) 13° Paese per consumo totale di energia ( Mtep/anno) (16° nel 2013) 10° Paese per consumo di energia pro-capite (2,84 tep/ab.anno) 9° Paese per consumo elettrico pro-capite (4930 kWh/ab.anno)

30 Italia 2011: consumo di energia per fonti. (più dell’85% importata)
Italia 2011: consumo di energia per fonti (più dell’85% importata) Mtep % Petrolio (1)  Gas  Carbone  Energia idroelettrica Altre rinnovabili (2) Totale (3) (1) Petrolio+Gas+Carbone coprono l’89,4% del totale. Il petrolio è usato soprattutto nell’autotrazione (benzina, GPL e gasolio). (2) Biomasse, geotermia, solare termico, solare fotovoltaico, eolico. (3) Questo consumo, pari a 1.37% del totale mondiale ( Mtep), è diminuito negli anni successivi a causa della crisi economica.

31 Italia 2010: energia elettrica
Italia 2010: energia elettrica Con quali impianti si produce l’energia elettrica ? TWh % centrali termoelettriche centrali idroelettriche centrali geotermoelettriche centrali solari/eoliche saldo import-export assorbimento pompaggi totale energia richiesta L’energia nucleare è assente, ma quella importata è prevalentemente nucleare Alimentate da combustibili fossili: petrolio, gas naturale, carbone

32 Quali strategie per l’Italia
Quali strategie per l’Italia? - risparmiare energia in molti modi diversi: • recuperare energie non utilizzate (cogenerazione, rifiuti, mini-idro) • razionalizzare i consumi in tutti i settori • sostituire gli impianti obsoleti con impianti ad alto rendimento • razionalizzare l’organizzazione dei sistemi d’impiego dell’energia; scaglionare i consumi (tariffe) • gestire correttamente gli impianti di produzione ( medio) - diversificare le fonti energetiche: • il dilemma del carbone, la fonte più abbondante, ma osteggiata • petrolio in diminuzione, usato soprattutto per i trasporti • gas naturale in aumento • energia nucleare? • sviluppo delle fonti rinnovabili • evoluzione delle tecnologie per l’estrazione di fonti fossili non tradizionali (scisti bituminosi, shale gas, ecc.) - incentivare la ricerca: vi sono ancora molti spazi per l’innovazione - promuovere cultura energetica a tutti i livelli

33 La “cascata energetica”
La “cascata energetica” Impianti combinati e cogenerazione Principio di funzionamento: utilizzare i cascami energetici di un impianto (impianto topping) per alimentarne un altro (impianto bottoming) Vantaggio: si evita di bruciare nuovo combustibile per alimentare l’impianto bottoming (risparmio energetico) Modalità di realizzazione: - impianto combinato gas-vapore   elevato, emissioni basse - impianto cogenerativo

34 Confronto emissioni

35 Emissioni e concentrazioni
Macchi, 2004 Klippel, 2004 Wood, 2004

36 L’inquinamento L’inquinamento zero non esiste: l’utilizzo di ogni fonte produce un impatto sull’ambiente, pur tenendo conto della grandi differenze tra una fonte e l’altra. L’impatto ambientale non riguarda solo la prima fase (generazione della forma di energia richiesta partendo dalla fonte), ma anche il successivo impiego della forma energetica resa disponibile: l’inquinamento in fase di impiego non dipende dalla fonte di partenza.

37 Inquinamento e tecnologia Premesso che: - senza tecnologia non potrebbero vivere 7,5 miliardi di persone, che diventeranno presto 10 miliardi, - non sempre un ambiente “poco inquinato artificialmente” è favorevole alla vita dell’uomo, i mezzi di comunicazione diffondono notizie allarmistiche sullo stato dell’ambiente nelle nostre città. Ma la tecnologia e la ricerca hanno fatto qualcosa per migliorare l’efficienza e ridurre le emissioni dei sistemi di conversione energetica?

38 Evoluzione tecnologica ed emissioni Esaminiamo l’evoluzione nel tempo dei prodotti inquinanti artificiali più comuni, per vedere se abbiamo ottenuto miglioramenti: CO2 anidride carbonica (inquinante indiretto) CO ossido di carbonio NOx ossidi di azoto SOx ossidi di zolfo PM polveri (PTS, PM 10, PM 2.5). Vediamo alcuni dati.

39 Motori a combustione interna
Motori a combustione interna Limiti da rispettare secondo le Norme europee per veicoli passeggeri diesel (g/km) ANNO CO NOx HC+NOx PM EURO , ,97 0,140 EURO , , ,080 EURO , , ,56 0,050 EURO , , ,30 0,025 EURO 5 (immatricolazioni 2011) e EURO 6 (immatricolazioni 2015): limiti ulteriormente restrittivi. Si può migliorare ancora? Si, ma poco e con costi elevati.

40 Centrali termoelettriche italiane
Centrali termoelettriche italiane Stime generali (media di tutte le centrali): SOx (ossidi di zolfo): diminuiti del 75% tra il 1980 e il 2000; NOx (ossidi di azoto): diminuiti del 50% tra il 1980 e il 2000; PM (particolato): diminuito del 60% tra il 1990 e il Queste stime sono basate sul fatto che negli intervalli temporali indicati sono stati installati molti sistemi di abbattimento degli inquinanti (ossidi di azoto e di zolfo, polveri) e sono migliorate le tecniche di combustione.

41 Smaltimento dei rifiuti - Emissioni delle discariche: infiltrazioni nelle falde idriche; metano, ammoniaca, CO2 e molti altri gas - Emissioni degli inceneritori: Macroinquinanti (mg/Nm3) media giornaliera Valore Valore Media 4 mesi prescritta (Bologna) Brescia Bologna Padova 3 * Polveri < NOx SOx SOV (sost.vol.) Microinquinanti (diossine + furani) (ng/Nm3) valore garantito (BO) Brescia Bologna Padova 3 * 0, , * Per Padova 3 (terza linea) risultati non giornalieri, ma su campagne sperimentali

42 Strategie per lo smaltimento dei rifiuti Bisogna: - ridurre la produzione di rifiuti con adatte politiche; ma ci vuole tempo; - nel frattempo: bisogna smaltire i rifiuti prodotti. Come smaltire? Una giusta politica è la combinazione di: - raccolta differenziata - riciclo (non troppo spinto) - combustione con produzione di energia. Combattere gli inceneritori tecnologicamente avanzati significa incentivare le discariche, che sono più dannose per l’ambiente.

43 “Distribuzione dell’inquinamento atmosferico da NOx”
(Corriere della Sera, ottobre 2004) Basso livello d’inquinamento Alto livello d’inquinamento

44 Pianura padana - Visione da satellite
Fonte: TEMIS

45 Condizioni dell’atmosfera nella Pianura Padana Un’area “sfortunata” sotto il profilo ambientale: - elevata densità di popolazione e di attività economiche - chiusa tra le Alpi e gli Appennini  scarsa ventilazione - sede di fenomeni di inversione termica Perciò le sostanze inquinanti nell’aria fanno fatica a disperdersi; però si sono registrati notevoli miglioramenti (dovuti alla tecnologia) nella seconda metà del XX secolo: cioè non siamo in grave e crescente emergenza, come ci fa credere la stampa, ma sforiamo i limiti perché questi sono molto bassi. Esempio - il particolato a Padova: gli attuali limiti imposti dalla UE sono raggiungibili solo in alcune giornate; perciò il numero di sforamenti deve essere interpretato: bisogna considerare l’entità dello sforamento e l’andamento (in discesa) delle concentrazioni negli ultimi anni.

46 Polveri sottili a Padova - La concentrazione media di polveri sottili (e anche degli altri inquinanti) è diminuita negli ultimi anni del XX secolo, a causa dei miglioramenti tecnologici sui motori, le caldaie, le centrali, le industrie. - I valori giornalieri dipendono fortemente dalle condizioni atmosferiche (vento, pioggia), pochissimo dagli interventi limitativi sul traffico e sul riscaldamento. - Si può migliorare ancora, ma siamo giunti a valori difficilmente diminuibili (infatti non c’è più diminuzione da qualche anno): comunque servono interventi strutturali, non di emergenza. - E’ forse illusorio pensare di soddisfare le limitazioni previste dalla UE: g/m3 per 330 giorni all’anno sono una vera utopia. Ormai siamo abbastanza vicini al minimo raggiungibile.

47 Valori medi giornalieri di PM10 rilevati nei giorni 1-10 febbraio 2016 (sopra, stazione Mandria) e 26 nov.-5 dic (sotto, stazione Arcella)  

48 Il clima sulla terra Il clima terrestre è sempre stato in evoluzione
Il clima sulla terra Il clima terrestre è sempre stato in evoluzione. Le variazioni climatiche hanno prodotto mutamenti nella composizione dell’atmosfera, nella temperatura media, nelle interazioni tra l’atmosfera e le acque, ecc. Queste variazioni sono state causate da molti fenomeni legati all’attività solare e ad altre cause di origine astronomica (non ancora del tutto note), alle attività vulcaniche, ecc. Nelle lontane ere geologiche i mutamenti sono stati eclatanti, con variazioni molto più accentuate di quelle attuali. Limitandoci agli ultimi 2500 anni, possiamo notare un alternarsi di periodi freddi (detti glaciali) e caldi (interglaciali). Tendenzialmente, come vedremo: - i periodi caldi sono stati più favorevoli per la vita e hanno visto uno sviluppo delle civiltà; - i periodi freddi sono stati periodi di regressione.

49 Gli ultimi 2500 anni Secoli IV a. C. -III d. C
Gli ultimi 2500 anni Secoli IV a.C.-III d.C.: periodo “caldo” romano, nel quale si ebbe il massimo fulgore della romanità. Secoli VI-IX: piccola era glaciale alto-medievale; clima freddo e avverso; carestie e pestilenze; la popolazione dal 500 al 1000 non aumenta; invasioni barbariche e caduta dell’impero romano d’occidente. Secoli X-XIV: periodo caldo medievale che ha portato al Rinascimento. Secoli XV-metà XIX: piccola era glaciale. Dalla metà del XIX secolo ad oggi: periodo interglaciale attuale, tempe-rature mediamente in crescita, ma con anomalie (diminuzione della tem-peratura dal 1945 al 1980; rallentamento della crescita dal 2000 al 2015). All’interno di tali periodi si sono avute molte anomalie (freddo o caldo improvviso), alcune dovute ad intensi fenomeni vulcanici; ad esempio: 1815: eruzione del vulcano Tambora in Indonesia, cui è seguito il cosiddetto “anno senza estate” I suddetti periodi hanno caratterizzato soprattutto l’emisfero nord e segnatamente l’Europa e l’area mediterranea.

50 Una citazione significativa
Una citazione significativa Da una relazione della Royal Society all’Ammiragliato britannico, 20 novembre 1817 : “… Un considerevole cambiamento di clima, inspiegabile al presente, deve essere avvenuto nella Regione Circumpolare, nella quale la severità del freddo ha, per i secoli passati, chiuso i mari alle alte latitudini in una impenetrabile barriera di ghiaccio. Questa è stata, negli ultimi due anni, in gran parte abbattuta; duemila leghe quadrate di ghiaccio sono interamente scomparse…” Stava iniziando l’aumento delle temperature dopo la piccola era glaciale

51 Cambiamenti climatici nell’ultimo secolo da studi di Richard S
Cambiamenti climatici nell’ultimo secolo da studi di Richard S. Lindzen, professore di Scienza dell’Atmosfera del MIT La temperatura globale media nell’ultimo secolo: aumento di circa °C, con queste oscillazioni: - in crescita dal 1919 al 1940 (nonostante le guerre e le crisi economiche); - in diminuzione dal 1940 ai primi anni ’70 (nonostante boom economico); - in crescita da metà anni ’70 agli anni ’90; - in moderata crescita dal 1990 al 2015, con una pausa nel primo decennio del 21° secolo. La concentrazione di CO2 è cresciuta da 280 ppmv (0.028%) nel XIX secolo a 400 ppmv (0.040%) oggi. Parte della crescita è dovuta all’uomo. N.B. – Il vapor d’acqua (gas serra) ha concentrazioni molto maggiori e variabili: da 0.33% a 4%. Il suo contributo all’effetto serra è stimato pari al 70% (fino al 98% se si tiene conto delle nuvole). Quindi: Quale influenza ha la concentrazione di CO2 sulla temperatura? L’influenza di CO2 è probabilmente sovrastimata: i modelli di previsione applicati agli ultimi anni, darebbero un incremento di temperatura molto superiore a quello verificatosi. Perciò i modelli non sono affidabili.

52 Negazionisti e catastrofisti Corrente di pensiero maggioritaria (IPCC): sulla base di modelli climatici sviluppati da vari studiosi, si considera l’aumento di temperatura dell’ultimo secolo dovuto quasi completamente all’uomo e principalmente alle emissioni di CO2. Chi non è d’accordo è etichettato come “negazionista”. Seconda corrente di pensiero: sulla temperatura terrestre influiscono, oltre alle attività umane, molte altre cause di origine naturale, forse predominanti: variazioni di attività del sistema solare, aventi una certa ciclicità (attività del sole, lenti cambiamenti delle posizioni dei pianeti nel sistema solare, variazioni di inclinazione dell’asse terrestre, ecc.); e poi emissioni dei vulcani, interazioni dell’atmosfera con gli oceani, i vegetali e gli animali e molti altri fenomeni; il problema è molto complesso e ancora non ben conosciuto. Si ritiene velleitaria l’idea di poter influire sulla temperatura e sul clima, che varieranno comunque. E’ considerato “catastrofista” chi prefigura catastrofi se non si interviene sulle emissioni di CO2 .

53 Chi ha ragione? I sostenitori della corrente maggioritaria si presentano come “virtuosi” e “politicamente corretti” e mostrano una buona dose di intolleranza, disprezzando e demonizzando gli altri. In realtà anche gli altri hanno buoni argomenti scientifici ed esprimono i dubbi che gli scienziati devono avere di fronte a fenomeni complessi, di cui è incerta la comprensione. A mio parere : la scienza del clima si muove ancora con passi incerti e solo recentemente gli studi di astronomia e di astrofisica incominciano a dare risultati; è ovvio, però, che un uso oculato e sobrio delle risorse è senz’altro da sostenere e da incentivare: a parità di risultato, “fare” consumando poco è indice di buona tecnica, di buona cultura e di rispetto per gli altri. Ma pretendere di prevedere di quanto riusciremo ad influire sul clima e sulla temperatura terrestre è forse presuntuoso. La conoscenza è in divenire e il dubbio è la caratteristica dell’uomo di scienza. Le cause del clima nella storia del pianeta possono essere diventate ininfluenti da 100 anni ad oggi? N.B.: non sempre la verità appartiene alla maggioranza.

54 Inquinamento e clima - Sostenere che il clima dipende prevalentemente dalle azioni umane significa considerare l’inquinamento come causa principale e determinante delle variazioni climatiche. - Ma il clima e l’inquinamento sono due problemi diversi: mentre è ovvio che le azioni umane influiscono in modo determinante sull’inquinamento, il clima ha molte cause ed è un problema aperto perché ancora poco conosciuto. Solo di recente, ad esempio, si è compreso che la temperatura e il clima hanno oscillazioni periodiche, con frequenze di durata diversa. - Perciò lo studio della storia del clima sui lunghi periodi è essenziale per interpretare il presente e tentare di prevedere il futuro.

55 Oscillazioni astronomiche periodiche e loro influenza sul clima terrestre : riscaldamento : raffreddamento : riscaldamento : raffreddamento : riscaldamento : relativa stabilità (siamo nel periodo ?). N.B. – Queste periodicità si sovrappongono a molti altri fattori, quindi gli andamenti della temperatura sono più complessi. Queste oscillazioni sono legate all’attività solare (l’energia emessa non è costante) e al moto del sole, della luna e dei pianeti Giove e Saturno. Si possono notare periodi di circa 10 anni, 20 anni, 60 anni, 115 anni, 1000 anni. Non è sensato impostare modelli di previsione senza tenere conto di ciò che è successo nella storia del clima.

56 Cambiamenti climatici: l’informazione La maggioranza dei media segue la prima corrente di pensiero e tende a fare dell’allarmismo (perché “vende” di più?). Notare che: Gli allarmi, prima nel senso della “glaciazione imminente” (anni ‘70), poi nel senso contrario, hanno spesso preceduto l’elaborazione dei modelli. La politica va di pari passo: gli scienziati controcorrente tendono ad essere ignorati e privati dei finanziamenti per la ricerca. Adeguarsi al Protocollo di Kyoto, centrato sulla CO2, comporta sforzi e spese enormi. Forse gli investimenti sarebbero più fruttuosi se si fronteggiassero l’inquinamento atmosferico e la scarsità delle risorse energetiche senza la fissazione di voler influire sulla temperatura della terra. Gli sforzi dell’Europa produrranno risultati trascurabili se la Cina e l’India continueranno ad incrementare i loro consumi come ora (con rendimenti bassi e scarsa attenzione per l’uomo e l’ambiente). Forse è sensato cercare di adattarsi al cambiamento.

57 I miti - Emissioni zero:
I miti - Emissioni zero: non esistono solo emissioni nell’esercizio degli impianti: bisogna considerare tutta la filiera energetica, “from cradle to grave”, come suggerisce il metodo LCA (Life Cycle Assessment ovvero analisi del ciclo di vita) - Sicurezza assoluta - Rischio zero Propagandare questi concetti è scorretto, quindi eticamente riprovevole

58 Il concetto di rischio - Rischio: probabilità del verificarsi di un evento indesiderato in seguito alla esposizione, sotto determinate condizioni, ad un pericolo. - L’accettabilità del rischio dipende da: ٠ probabilità che l’evento si verifichi ٠ conseguenze dell’evento qualora si verificasse - Valutazione delle probabilità e delle conseguenze: spetta alle persone competenti. - Decisione circa l’accettazione dei rischi: spetta ai politici, con adeguata assistenza dei tecnici, ed è spesso normata da leggi e regolamenti; è importante cercare anche la condivisione della popolazione. - Applicazione delle norme.

59 Incertezza, rischio, creatività - Ogni fenomeno, naturale o antropico, è incerto. - Se tutto fosse certo, sarebbe di fatto prevedibile e predeterminato: non vi sarebbe libertà di iniziativa, libero arbitrio; ogni attività sarebbe un’azione burocratica, priva di intelligenza (Prof. Giuseppe Lanzavecchia, deceduto nel 2016). - Le norme sulla sicurezza non devono uccidere la fantasia e la creatività: devono essere applicate con buon senso, in base ad adeguata valutazione del rischio, senza lasciarsi travolgere da esse. - Decidere di non accettare rischi significa non fare nulla; sarebbe come pretendere di fermare l’evoluzione della conoscenza. - In molti casi il principio di precauzione è una scusa per non assumersi la responsabilità di decidere. - Anche chi applica le norme deve essere competente e assumersi le sue responsabilità.

60 Decidere - Decidere significa scegliere tra alternative diverse (con un obiettivo): ٠ optare per fare una cosa o per non farla ٠ scegliere tra due o più alternative. - La responsabilità decisionale è funzione della posizione della persona nel suo ambiente lavorativo (organigramma, responsabilità del manager). - Deve sempre esserci chi decide, a tutti i livelli. Un ambiente nel quale difetta il potere decisionale è fallimentare. - Bisogna però cercare la condivisione prima di decidere (autorevolezza, non autoritarismo); ciò è più facile se si è prima instaurato un clima di fiducia, perché allora si è credibili. - Qui nasce il problema della comunicazione.

61 Comunicazione e trasparenza - Una decisione eticamente corretta richiede di fornire preventivamente adeguata informazione, con trasparenza. - Bisogna far capire che decidere significa scegliere tra alternative diverse in vista di un obiettivo. - Chi si oppone ad una scelta non deve dire semplicemente “NO” , ma deve esprimere un’alternativa valida per raggiungere l’obiettivo. - Perciò la comunicazione è un fatto importantissimo. - Al termine del processo di informazione, però, la decisione è necessaria.

62 La comunicazione in campo tecnico-scientifico deve essere: - documentata sulla base di fonti obiettive e non a senso unico; - curata da persone che sappiano gestire i numeri e le unità di misura, altrimenti è facile dire sciocchezze; - non influenzata da ٠ ideologie ٠ pregiudizi ٠ interessi politici, di categoria, personali ٠ interessi economici: fare audience, vendere giornali, ecc.; Se si esprime un proprio parere, bisogna dichiararlo, non farlo passare per una verità acquisita . In campo energetico-ambientale una comunicazione scorretta può essere molto insidiosa, perché puntare sull’ambiente e sulla salute pubblica assicura attenzione, influenza molto la gente e provoca facilmente allarme.

63 I pericoli della rete - La rete è una fonte inesauribile di informazioni. Ma …. - Non c’è mai stata tanta disinformazione come da quando siamo nel mondo della comunicazione. Le informazioni che circolano in rete non sono controllate, perciò possono contenere notizie distorte o false: c’è il pericolo di pilotare l’opinione pubblica per il tornaconto di persone o di gruppi, facendo leva sulla credulità della gente, soprattutto dei giovanissimi. - Si possono plagiare persone e indurre comportamenti dannosi: basti pensare al bullismo via web, alle tecniche messe in atto da gruppi terroristici. - Ciò vale in tutti i settori, compreso il settore energetico-ambientale.

64 Esempi di comunicazione scorretta - Le fonti rinnovabili possono soddisfare integralmente il nostro fabbisogno energetico, quindi sono un’alternativa alle fonti tradizionali. N.B.: oggi coprono solo il 2,3%, escludendo l’idroelettrico. - L’inquinamento nella Pianura Padana è in crescita, perché sforiamo spesso i limiti imposti dalla UE. - Il numero di morti per inquinamento è in crescita: non si tiene conto dell’allungamento della vita media delle persone; aspettativa di vita alla nascita in Italia: nel 1960  69,12 anni; nel 2014  84,84 anni. - Le auto elettriche sono ad emissioni zero. - Adeguati provvedimenti della UE possono limitare l’incremento di temperatura della terra a non oltre 2°C entro il secolo. - La temperatura nel 2014 è stata superiore alla media del decennio precedente; e con ciò? È ovvio che qualche anno sarà stato sopra e qualche altro sotto la media.

65 Esempi di decisioni scorrette o velleitarie - Firma di protocolli che si sa di non poter rispettare. - Adozione, in un mondo globalizzato, di provvedimenti che non tengono conto di ciò che accade in altre aree geografiche (UE  Cina, India). - Imposizione di norme che non è possibile rispettare (polveri sottili nella Pianura Padana). - Adozione di provvedimenti inutili (targhe alterne, domeniche a piedi) anziché prendere decisioni volte al lungo termine. - Adozione di incentivi così elevati da indurre iniziative assurde (ad esempio copertura di superfici agricole con impianti solari).

66 Educazione energetica - Educazione energetica significa: ٠ indurre comportamenti virtuosi nella popolazione: sobrietà, equilibrio, frugalità, cura dei beni personali e pubblici; bisogna iniziare dai bambini piccoli e dare loro l’esempio; ٠ sviluppare sistemi e tecnologie sostenibili; ٠ informare correttamente sulle conseguenze delle strategie energetiche e creare condivisione e rispetto per chi deve prendere decisioni anche impopolari (però se lo deve meritare prendendo decisioni disinteressate) ٠ non illudere la gente su effetti “prodigiosi” di alcune tecnologie N.B. – Spesso, dietro affermazioni apparentemente virtuose, vi sono interessi (di gruppi politici, di movimenti di opinione, di persone)

67 In definitiva - l’informazione circolante su energia ed ambiente spesso non è corretta; - c’è sempre il desiderio di enfatizzare, estremizzare le notizie; - si tende a cavalcare la paura con notizie negative o tragiche: - lo spauracchio del PM10 (si punta sull’emotività) - la mucca pazza (crollo delle vendite, danni economici) - l’influenza aviaria (idem) - si fa leva sulla morbosità della gente (le interviste ai vicini di casa in caso di tragedie); - si tende a dimostrare ciò che si vuole: 3-4 interviste per la strada. Occorre fare attenzione alle trasmissioni televisive su argomenti tecnico-politici: spesso tendono a condurre l’ascoltatore verso una “verità”. I valori della nostra civiltà sono stati sostituiti dalla tirannia dell’opinione pubblica (pilotata)

68 Compito - degli SCIENZIATI: intensificare la ricerca di soluzioni innovative; - dei TECNICI: sviluppare tecnologie innovative e informare correttamente la popolazione e i politici; - dei POLITICI: prendere le decisioni conseguenti; - dei GIORNALISTI: diffondere informazioni corrette; - di TUTTI I CITTADINI: imparare abitudini di comportamento corretto senza lasciarsi suggestionare da informazioni non corrette. ad esempio: - non sprecare acqua; non illuminare o riscaldare locali vuoti; - non scaldare ambienti oltre i 20°C (si risparmia il 7% per grado); - non usare l’auto per percorrere poche centinaia di metri; - non usare i cellulari in modo scriteriato (magari lamentandosi per la presenza delle antenne); - non ostacolare le iniziative innovative con scuse tipo NIMBY; - e molte altre cose.

69 Etica professionale nel campo dell’informazione I concetti precedenti attengono all’etica professionale. Un comportamento etico deve prima di tutto caratterizzare la nostra vita di ogni giorno. L’etica professionale è il trasferimento del comportamento etico nel lavoro. Nel nostro caso: il lavoro nella comunicazione scientifica. L’etica personale e professionale deve essere il nostro stile di vita.

70 Effetti dell’informazione allarmistica
Effetti dell’informazione allarmistica e dell’integralismo ambientale Blocco delle iniziative innovative e migliorative Risultati: - si continua con lo status quo, cioè con le solite vecchie tecnologie; - perciò si danneggia l’ambiente con l’intenzione di preservarlo; - si rinviano le soluzioni, aggravando i problemi; - si danneggia l’economia; - si dissipa il proprio tempo in discussioni estenuanti e inutili: tutti discutono e polemizzano, nessuno decide Servono invece provvedimenti strutturali, che però hanno effetti a lunga scadenza: ma ci si limita a tamponare l’emergenza PERCHE’ ?

71 Certamente per incapacità o incompetenza. di chi dovrebbe decidere
Certamente per incapacità o incompetenza di chi dovrebbe decidere ma forse anche perché i risultati si vedrebbero in legislature successive? (a pensar male ….)