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:
1.
La limitatezza delle risorse;
2.
Il contesto geopolitico;
3.
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:
1. 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
T
17,4%
Canada
443.800,00
T
9,4%
USA
342.000,00
T
7,3%
South Africa
340.596,00
T
7,2%
Namibia
282.359,00
T
6,0%
Brazil
278.700,00
T
5,9%
Niger
225.459,00
T
4,8%
Russia
172.402,00
T
3,7%
Uzbekistan
115.526,00
T
2,5%
Altri
540.059,00
T
11,5%
4.700.000,00
T
TOTALE
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.