E’ ragionevole prevedere che per raggiungere l’obiettivo al 100%, difficilmente saranno sufficienti cento anni. Anzi il valore zero assoluto è impossibile raggiungerlo, piuttosto è più corretto precisare che si dovrà inquinare al massimo in quelle quantità che la natura è in grado di metabolizzare, tanto che sia mantenuto in equilibrio l’ecosistema del pianeta e garantita la vivibilità e il benessere delle specie, umanità inclusa. Cioè, emissioni minimali tanto da impedire l’ulteriore accumulo di qualsiasi sostanza inquinante (seconda puntata).
Obiettivo possibile soltanto realizzando il Modello energetico globale basato sul Sole (compresa la fusione atomica nucleare controllata nei reattori), integrato dai sistemi eolici, idrici e geotermici.
Storicamente la prima rivoluzione solare, fu tentata dal faraone Aken Aton nel 1380 A.C. che nei 17 anni di regno rifondò totalmente la civiltà egizia sul dio Sole, nei suoi aspetti religiosi, culturali e socio economici. Costruì la nuova capitale Amarna a 400 km da Tebe, contrastato dai sacerdoti politeisti custodi del sistema precedente, tanto che alla sua morte, il figlio Tut Ank Amon azzerò completamente il tentativo di riforma.
Il secondo tentativo, di rivoluzione tecnologica solare, fu condotto ancora in Egitto da Schuman, che nel 1913 costruì il primo impianto solare a concentrazione per la produzione di vapore per scopi industriali, mediante motori adeguati, che finì egualmente nel nulla.
Invece il terzo in corso attualmente, è dovuto al premio Nobel Rubbia, il cui progetto è già stato realizzato in alcune centrali solari termodinamiche a concentrazione, per la produzione di energia elettrica, mediante turbine a vapore.
IL MODELLO DI PRODUZIONE ENERGIA DOPO IL 2030 – Sarà un grande sistema integrato: di tutte le tipologie produttive, delle più svariate dimensioni degli impianti, ampiamente distribuito sul territorio e tra tutti gli enti proprietari pubblici e privati. Secondo l’accordo internazionale Cop 21, sancirà la fine dell’era dei combustibili fossili escluso il metano, che garantirà l’integrazione dell’energia necessaria h24, nei momenti di emergenza. L’ energia a emissioni zero, sarà prodotta quasi esclusivamente sotto forma di elettricità, ottenuta dal sole e dai sistemi naturali, con il graduale e sempre maggiore incremento della quota costituita anche dall’idrogeno.
Sistemi a produzione continua – Quello Idroelettrico è quello storico e il più efficiente sia per piccoli impianti con turbine Pelton, che per grandi portate con turbine Francis o Kaplan. Comporta un pesante impatto ambientale se realizzato con grandi dighe, che vengono ancora realizzate come in Cina attualmente, nella massima dimensione mai realizzata. Continueranno le installazioni di ogni dimensione, in abbinamento alla sempre più indispensabile necessità di controllare il deflusso delle acque dei fiumi per utilizzazioni agricole, mediante la creazione diffusa di accumuli di acqua., dato il susseguirsi di sistematici periodi di siccità. D’altra parte è prevista una rete di grandi impianti per lo sfruttamento delle maree e delle correnti oceaniche.
– Quello Geotermico è il sistema a medio rendimento, che vedrà un enorme incremento sia con impianti a vapore ( per centrali a turbina ) a grande profondità e dimensione, ( tipo Larderello o quelli Islandesi ), sia per piccoli e medi impianti di riscaldamento / condizionamento degli edifici, più superficiali.
Sistemi a produzione intermittente – Il diffusamente previsto, sistema Solare termodinamico, con pannelli a concentrazione, produce vapore per la generazione dell’energia elettrica mediante il gruppo turbina-alternatore, delle centrali di medie dimensioni, da costruire in gran numero soprattutto in zone desertiche, prevedendo il trasporto a lunga distanza dell’energia, oggi facilmente possibile. Il sistema Eolico quasi esclusivamente basato su grandi impianti, è considerato suscettibile di una grande diffusione della tipologia ad asse verticale, meno efficiente ma più adatta per l’installazione urbana di tipo individuale a impatto modesto, sia paesaggistico sia acustico, mediante mini impianti tipo camini rotanti.
– Il sistema Fotovoltaico continuerà a fornire quantità rilevanti di energia, sia per la rete di distribuzione generale, mediante grandi estensioni di pannelli, sia per le esigenze dirette di tipo privato prevalentemente con pannelli di piccole dimensioni.
E’ ragionevolmente prevedibile almeno un raddoppio dell’efficienza dei pannelli, dal 15 % attuale, a parità di dimensioni e costo.
– La filiera di produzione dell’Idrogeno, è basata sull’elettrolisi dell’acqua alimentata dall’energia elettrica prodotta per via solare o comunque a emissioni zero, ed è finalizzata alla mobilità con mezzi a motore a celle di combustibile, oppure per la produzione di energia elettrica .delle centrali con turbine. Questa filiera energetica a media efficienza è considerata futuribile,anche perché pone ancora alcuni problemi di sicurezza tipici di un gas esplosivo, ma che offre una importante flessibilità di utilizzo .
Sistemi di accumulo, per compensare la Discontinuità Produttiva: La discontinuità delle filiere produttive dell’energia, richiede un generale sistema di accumulo per evitare i black-out.
– Il sistema Termico si basa sullo stoccaggio nella sabbia o nei sali minerali, riscaldati a elevata temperatura dal sole mediante impianti idraulici collegati a pannelli a concentrazione. Un analogo circuito attraversa l’accumulo e produce il vapore per il gruppo turbina-alternatore che lo trasforma in energia elettrica.
– L’accumulo Elettrico è basato sulle reti di batterie che nell’immediato futuro saranno ad alta efficienza grazie al grafene di cui è già iniziata l’utilizzazione industriale. L’accumulo di Idrogeno costituisce una fonte energetica secondaria importante, sia per alimentare le centrali termoelettriche, sia per alimentare la mobilità su gomma cosa che sarebbe già possibile dal punto vista dei motori a celle, ma alla condizione che fosse già realizzata la rete infrastrutturale delle stazioni di servizio, che in Italia è quasi inesistente.Infine di fatto costituiranno un ulteriore e importante sistema alternativo di accumulo energetico, anche le Microreti Intelligenti qui di seguito illustrate.
Sistemi a produzione continua dopo il 2050 – Le Centrali Nucleari di fusione, garantiranno, a medio-alta efficienza, la gran parte della produzione di energia elettrica disponibile in rete, a medio termine. Attualmente, superata la fase sperimentale su piccoli impianti, a Caradache in Francia è in costruzione con un notevole ritardo, la prima grande centrale da 700 MW, frutto della collaborazione internazionale dei principali Paesi industrializzati. L’Italia ha costruito il reattore toroidale che conterrà il plasma di deuterio e trizio, che svilupperà la reazione di fusione a elevatissima temperatura, resa sostenibile e contenuta in un potentissimo campo elettromagnetico. Il flusso di calore così controllato, azionerà le turbine a vapore abbinate all’elettro-alternatore, producendo elettricità e come scoria il gas elio, inerte e non radioattivo.
– SISTEMI INNOVATIVI 4.0
Microreti Intelligenti – Questo Sistema computerizzato di produzione e consumo dell’energia, è particolarmente interessante e sarà diffusamente utilizzato, per la sua flessibilità di utilizzo e per le valenze tecnologiche innovative coerenti con il modello energetico a emissioni zero.
A Savona quello del Campus Universitario, realizzato recentemente è un prestigioso esempio di Smart Grid da imitare in ambiti territoriali diversi come quartieri, grandi magazzini, zone industriali e negli Edifici Pubblici per i quali è prevista dal 2019 l’autonomia energetica.
La rete di produzione energetica è alimentata dai pannelli fotovoltaici, dall’impianto geotermico a pozzi con pompa di calore e da due collettori solari parabolici a concentrazione orientabili automaticamente. L’integrazione minima del 20% è assicurata da una caldaia a metano, mentre la discontinuità dell’isola energetica è equilibrata da un accumulo energetico fisico-chimico.
Anche l’edificio del laboratorio e il punto di ricarica delle auto elettriche , sono “intelligenti” e gestiti dal computer generale, che regola la climatizzazione e l’illuminazione dei diversi ambienti in funzione della presenze umane nell’edificio, peraltro dotato di una facciata ventilata e una solare con parete a giardino verticale. L’isola energetica del Campus è collegata alla rete elettrica generale, in modo bidirezionale e quindi può funzionare in modo autonomo, oppure assorbire o infine cedere energia alla rete, secondo le diverse situazioni quotidiane e/o stagionali.
IL MODELLO E I MEZZI OTTIMALI DI UTILIZZAZIONE DELL’ENERGIA
Sommario
1) Fondamentale sarà la realizzazione delle Smart city, vero Modello di vivibilità ambientale e sociale, in tutte le sue componenti.
La Città a emissioni zero dipende dalla tipologia costruttiva degli edifici ora altamente energivori. Infatti è il settore che causa,, la maggior parte dell’inquinamento dell’aria da riscaldamento / condizionamento degli edifici urbani; privati e pubblici, commerciali e industriali.
La soluzione necessaria è strutturale , costosa e richiede tempistiche duplici: A ) un piano immediato e graduale di coibentazione degli edifici per l’edilizia di qualità medio alta; B ) un piano di lungo termine per la ricostruzione dei quartieri urbanisticamente e/o di edilizia degradata..Operazioni entrambe virtuose e sostenibili anche finanziariamente grazie ai consistenti risparmi che offrono sulla spesa energetica, insieme alla rivalutazione urbana e degli edifici che produce. Questo è anche in coerenza con l’obiettivo del consumo zero del suolo.
2) Evoluzione dei mezzi di trasporto. Confronto tra i diversi mezzi della mobilità e i consumi.
MEZZI ELETTRICI PER LA MOBILITA ‘ URBANA
Premessa – E ‘corretto ricordare che sia la mobilità Aerea che quella Marina sono responsabili dell’inquinamento dell’aria in parti considerevoli. Tuttavia sebbene esistano, sia prototipi di navi anche di grandi dimensioni e sia aerei, entrambi a emissioni zero e propulsione elettrica, lo stato dell’arte dei due settori è ancora in fase di rapida evoluzione e il trattamento del tema risulta prematuro dal punto di vista pratico ma è meritevole di alcune considerazioni. Brevemente è doveroso citare alcuni aggiornamenti significativi.
– Un aereo Solar quadrimotori elettrico alimentato esclusivamente da pannelli fotovoltaici, ha compiuto il primo giro del mondo. L’evoluzione commerciale richiede batterie molto più capaci, e un peso complessivo dei velivoli ridotto a un decimo. Esigenze già possibili se si utilizzerà il grafene. Ricordo a proposito, che l’uso delle fibre di carbonio nella costruzione del quadrireattore A380, ha consentito un alleggerimento di molte tonnellate e un risparmio sensibile dei consumi.
– In campo navale esistono già alcuni traghetti e cargo porta-container a propulsione elettrica, alimentati da pannelli solari. Inoltre è in costruzione una grande nave da crociera a propulsione in parte fotovoltaica e in parte spinta da grandi “ali “orientabili e anch’esse ricoperte dai pannelli. Peraltro nei porti esiste il problema del pesante inquinamento prodotto dalle grandi navi attraccate. A Savona è stato proposto l’uso delle navi a gas liquido, che inquina comunque ma che richiede accumuli di combustibile pericolosi e di difficile gestione. Sarebbe possibile invece elettrificare le banchine per alimentare i motori delle navi in porto, anche con accumuli in batterie ad alta efficienza al grafene, ricaricate, sia mediante pannelli fotovoltaici lungo la diga foranea, sia con pale eoliche. Inoltre le navi potrebbero contribuire con la loro quota di energia accumulata in analoghe efficienti batterie per via solare. Questi esempi indicano la possibilità concreta di ridurre in gran parte anche i settori piu inquinanti della mobilità, oltre quella terrestre.
Obiettivo – L’accordo mondiale COP 21, sottoscritto a Parigi da 196 paesi del mondo, prescrive il raggiungimento di emissioni zero entro il 2070. La mobilità urbana può contribuire a diminuire con immediata progressione e con rapidità l’inquinamento del trasporto su gomma, che vale circa un terzo del totale, se si utilizzano sin da subito i mezzi elettrici (bus, auto, scooter), mentre l’azzeramento dei restanti due terzi dovuti al riscaldamento/condizionamento degli edifici e alle emissioni industriali, dell’agricoltura e dell’allevamento intensivo, è più complesso e futuribile e graduale.
Vantaggi- L’utilizzo di mezzi di trasporto elettrici, sia pubblici che privati, può consentire di passare in tempi brevi ad un modello di traffico urbano più sostenibile. Gli effetti positivi della mobilità a emissioni zero:
– minimizza mortalità e malattie conseguenti alla forma di inquinamento più insidiosa che causa 400 mila morti anno in Europa;
-
minimizza le spese del conto per la salute pubblica e quelle dei ripristini ambientali evitati, mentre fa anche risparmiare le sanzioni per gli sforamenti dei limiti di aria inquinata nelle città, come i 300 milioni pagati dall’Italia nel 2016;
Nel 2017 la sanzione minacciata vale 1 miliardo.
– crea moltissimi posti di lavoro nell’enorme bacino potenziale dell’industria verde dell’auto e delle altre applicazioni.
Caratteristiche – Il motore elettrico ha un rendimento quasi triplo rispetto al motore endotermico a benzina, gasolio o gas e garantisce prestazioni equivalenti, ha una vita più che doppia. Inoltre il propulsore è molto più semplice e leggero, richiede poca manutenzione e costa circa un quinto di un motore endotermico di analoghe caratteristiche prestazionali. A parità di potenza e velocità, l’automezzo elettrico progettato ad oc e non di derivazione dalle auto tradizionali, pesa un terzo ( escluse le batterie ) se realizzato con strutture in alluminio, è silenzioso, l’accelerazione è migliore, il costo al chilometro è meno di un quarto.
Costi- Ad oggi il prezzo maggiore dell’auto elettrica è dovuto alla limitata produzione attuale e al costo delle batterie, mentre quello degli scooter e dei bus elettrici è paragonabile a quello dei mezzi tradizionali ed in alcuni casi è addirittura vantaggioso. Il sistema tarda a decollare ma si potrebbe sbloccare utilizzando gli incentivi, come ovunque in Europa, ricordando che, come per le caldaie o i pannelli solari, lo stato avrebbe un ritorno maggiore delle cifre investite in detrazioni. Sarebbe possibile, ad esempio, utilizzare i risparmi delle penali imposte dall’Europa, per ridurre l’IVA sui mezzi elettrici.
Autonomia – Il solo limite, per ora, sta nella capacità di carica delle batterie, che riduce l’autonomia; va però considerato che i progressi sono sensibili, e che solo nell’ultimo anno si è quasi raddoppiato il rendimento, con le batterie al litio. È inoltre accertato, che in un futuro molto prossimo, l’utilizzo di batterie al grafene ( già prodotte in Spagna e in Germania ), consentirà risultati ancora migliori.
Ricarica- I punti di ricarica rapida sono in grado di rifornire all’80% la batteria in mezz’ora. Al 2015 a Genova esistevano due parcheggi pubblici con 13 colonnine rapide, a Milano 59 e a Roma 122. Oggi in tutta Italia i punti pubblici Enel ammontano a 1000. Altrettanti sono quelli privati. A Savona esistono punti di ricarica al campus universitario e presso il motel Mirò. Altri 10 punti urbani sono stati annunciati, Enel si era impegnata a realizzare 600 punti di ricarica nella rete autostradale entro fine 2016, ma è in grave ritardo.
Confronto dati tra i diversi mezzi di trasporto – Gli unici mezzi di trasporto ad inquinamento zero sono le navi a vela e gli alianti, che attualmente hanno utilizzo esclusivamente sportivo, mentre il loro impiego per la mobilità commerciale di merci e persone sebbene possibile dal punto di vista delle tecnologie disponibili, in pratica sono allo stato di prototipi sperimentali o poco più. Infatti anche il trasporto mediante animali ha un impatto ambientale significativo, essendo questi esseri viventi paragonabili ai motori endotermici, da quelli a vapore, diesel o ciclo Otto. Vediamo in dettaglio i confronti dei casi più importanti.
Bicicletta – Il suo uso in città è particolarmente significativo e virtuoso poiché sostituisce i mezzi individuali quali auto o scooter. Entrambi molto inquinanti, salvo se elettrici.
L’elemento riferimento e quindi l’uomo:
Peso 100 kg (bici compresa)
Potenza 100-300 Watt (ciclista in movimento bassa- alta velocità)
Inquinamento Zero + fisiologico del ciclista
Scooter
Peso 250 kg
Potenza 5000 watt
Emissioni Zero
Auto
Peso 2000 kg
Potenza 100 kw
Emissioni 100-200 gr/km CO2
Bus 80
Peso 20000 kg
Potenza 600 kw
Emissioni 600 gr/km Co2
Navetta elettrica 16
Peso 3000 kg
Potenza 12 kw
Emissioni Zero
CONFRONTO TRA AUTO : ELETTRICA e a SCOPPIO
Rendimento dei motori a scoppio 35%
Rendimento di centrale termoelettrica fossile:
-
a carbone caldaia 40%
-
a petrolio 45%
-
a metano turbina 50%
Quindi anche se per la ricarica del veicolo elettrico, l’energia è prodotta da una centrale termoelettrica a combustibili fossili, comunque l’inquinamento è minore di quello di un motore a scoppio. Ne consegue che un auto elettrica caricata dalla rete è parimenti meno inquinante. Inoltre, la convenienza è comunque maggiore, ulteriormente, in base alla differenza del rendimento tra i due motori: 95% quello elettrico 35% quello a scoppio. Cioè si risparmia il 60% di energia e di emissioni, per compiere lo stesso percorso. Infine, poiché in rete mediamente confluisce una parte di energia sia fotovoltaica sia eolica, allora la carica dell’auto elettrica oggi mediamente inquina ancora meno di un altro il 15 %. Allora da subito usare l’auto elettrica dal punto di vista dell’energia e dell’inquinamento è “in ogni caso” più conveniente.
Mezzi pubblici e deficit TPL – L’introduzione di mezzi elettrici per il trasporto pubblico urbano potrebbe contribuire in modo sostanziale a ripianare il disavanzo aziendale di TPL a Savona e a mantenere i posti di lavoro. Si tratterebbe di sostituire i grandi bus con le piccole navette elettriche su alcune linee e negli orari intermedi a quelli di punta, quando si vedono i mezzi viaggiare con meno di 10 passeggeri. Con l’ottimizzazione del servizio si risparmia sui i costi di esercizio e su quelli di acquisto dei mezzi. Il processo di ristrutturazione aziendale di TPL prevede di tagliare 200mila km e privatizzarne altri 300mila ogni anno. Questi 500mila km serviti da bus da 80 posti consumano 1,5 € ogni 2 km con una spesa di circa 375mila €/anno. Le navette elettriche da 16 posti coprirebbero la stessa percorrenza al costo di 75mila €, con un risparmio di 300mila €/anno. A questo va aggiunto il risparmio conseguente al minor costo della manutenzione dei mezzi elettrici, oltre a quello derivante dal minor costo di acquisto dei mezzi: una navetta elettrica costa circa 70mila €, 100mila € meno del bus a gasolio 80 posti. Un esempio possibile: una navetta elettrica sulla linea circolare Priamar-Centro-Stazione-Campus-Litoranea, con una percorrenza di circa 50mila km/anno consentirebbe un risparmio annuo di 30mila €.
L’USO CONVENIENTE DELLO SCOOTER ELETTRICO – Uno scooter elettrico da 5 kw che percorra 10 mila km in un anno, fa risparmiare poco meno di 1000 € , rispetto a quello a benzina di pari potenza. Di cui 400 € di benzina in meno, 200 € (50% di assicurazione) e 20 € ( bollo gratuito per 5 anni). Inoltre circa 300 € di tagliando e manutenzione non necessari. La differenza di costo iniziale, è ammortizzata in poco più di un anno di esercizio. Sempre che non sia attivato un incentivo comunale come a Genova, oppure erogato dal Governo come annunciato recentemente.
CONFRONTO TRA AUTO ELETTRICA E A IDROGENO – Dal punto di vista dei motori la differenza di efficienza, è a vantaggio del motore elettrico rispetto a quello a celle di combustione a idrogeno. Entrambe sono a inquinamento zero se, sia la carica elettrica sia l’idrogeno derivano entrambi dal sole. Altrimenti la considerazione complessiva dipende dal modo di produrre sia la carica elettrica, che l’elettrolisi dell’idrogeno. Il sistema di elettrolisi dell’acqua, che produce idrogeno utilizzando energia elettrica generata dal sole, ha un efficienza di circa il 50% . Ma la filiera è ugualmente virtuosa poiché non produce emissioni e il sole è gratuito.
CONCLUSIONI VERIFICA DELLA TESI RIGUARDO ALLE “VIRTU’ DEI MEZZI ELETTRICI”
Esse SONO DIMOSTRATE POICHE’
-1 I costi dei combustibili della mobilità terrestre italiana sono stimati in 8 MLD l’anno. Quelli della mobilità urbana valgono circa 3 MLD. L’uso dei mezzi elettrici fa risparmiare circa l’ 80% .
Il conto con l’estero del petrolio-gas per il sistema energetico nazionale vale circa 30MLD l’anno. La riduzione del 60% della dipendenza previsto dal Piano Nazionale entro il 2050, equivale a circa 18MLD l’anno.
La notevole quantità di risparmi, in pratica è sufficiente a finanziare in gran parte il passaggio al modello energetico solare e ai mezzi elettrici.
-2 L’adozione di un piano antismog strutturale basato sui mezzi elettrici, annullerebbe la procedura di infrazione UE di 1 MLD nel 2017. Questi fondi potrebbero finanziare le detrazione per favorire l’acquisto dei mezzi elettrici.
-3 I benefici ecologici sarebbero ingenti per i mancati dissesti idrogeologici e i danni della salute evitati dal mancato inquinamento.
-4 Gli effetti anti guerra e pro equilibri geopolitici, garantiti dal carburante-combustibile solare gratuito e dalla migliore disponibilità dai materiali base per la costruzione dei mezzi elettrici ( alluminio, rame, fibre di carbonio e grafene ) sarebbero rilevanti.
-5 La filiera dell’economia green e l’industria dell’energia solare crea a parità di investimenti un numero di posti di lavoro maggiore.
(impianti, sistemi tecnologici, centrali e mezzi verdi, impianti di accumulo, microgrid-smart)
DUNQUE LA VALUTAZIONE ETICA COMPLESSIVA DELL’ERA DEI COMBUSTIBILI FOSSILI E’ NEGATIVA poiché:
investimenti enormi sono concentrati su un modello che spreca il 75% della materia prima che usa…..creando inoltre:
– grave dissesto ambientale
– problemi di vivibilità e di salute con morti numerosissimi
– posti di lavoro decimati rispetto a quelli del modello alternativo a parità di investimenti
– posti di lavoro non equamente distribuiti nella più ampia gamma delle diverse qualità professionali, dalle più semplici a quelle di massimo livello culturale, scientifico, tecnologico
– dis-equità economica notevole, per mancata distribuzione della ricchezza in tutti gli strati sociali.
Al contrario la rivoluzione energetica, sia dei sistemi di produzione sia di tutti quelli di utilizzazione, in primis dei mezzi della mobilità a emissioni zero e poi degli edifici a dispersioni minimali e a bilancio energetico in equilibrio con l’ambiente, se realmente applicata in tutti questi settori, sarebbe in grado di provocare una grande scossa positiva per tutto il sistema Paese con benefici equamente distribuiti per tutti. I grandi risparmi connessi, possono risolvere in gran parte le principali criticità Italiane. Il periodo di transizione dai fossili al sole durerà qualche decennio, durante i quali funzioneranno entrambi i sistemi e non sarà drammatico.
Va da se che occorre iniziare con urgenza il passaggio, saggiamente ritenuto inderogabile, soprattutto per non sottrarre una prospettiva di vivibilità alle generazioni future.
Giovanni Maina
