"Il Futuro dell'energia" - Energia oggi Cosa è l'Energia? Tecnologie per produrre e utilizzare l'energia
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Ciclo di incontri
“Il Futuro
dell'energia”
Cosa è l’Energia?
Tecnologie per produrre e utilizzare l’energia
Energia oggi
Energia per il nostro FuturoIl Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Abbiamo visto nel secondo capitolo che possiamo utilizzare l’ener-
gia in modo economicamente sostenibile. In questo terzo capitolo
vedremo quale è la situazione oggi, in termini di utilizzo, e quali sono
i problemi che derivano dal comparto energetico, in particolare gli
aspetti legati all’emissione di CO2.
Vedremo anche come utilizziamo l’energia e come l’utilizzo di oggi
sia diverso da quello di ieri.
La domanda di energia oggi
Tutti gli esseri viventi hanno bisogno di energia. Dal punto di vista
fisico-chimico la vita è un continuo processo di mantenimento di un
“ordine” che va contro la seconda legge della termodinamica (tenden-
za all’aumento del disordine). I fisici spiegano che il processo della vita
diminuisce l’entropia; infatti, “vita” significa creare e mantenere un ordi-
ne certosino nelle cellule e tra le cellule. Maggiore ordine significa
minore entropia.
Abbiamo visto come la seconda legge della termodinamica ci dica
che a livello di sistema globale l’entropia aumenta sempre e quindi una
diminuzione di entropia in un organismo implica un aumento (maggio-
re) di entropia a livello complessivo. La diminuzione di entropia richie-
de un lavoro che, a sua volta, presuppone disponibilità di energia.
2Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Figura 1 - Energia per vivere
In termini più semplici, vivere comporta un lavoro continuo e que-
sto richiede energia.
In effetti, gli scienziati ritengono che la vita si sia sviluppata 3,5
miliardi di anni fa vicino a sorgenti di calore nei fondali marini (dove
ancora oggi troviamo forme di vita molto arcaiche). Nel tempo queste
prime molecole in grado di moltiplicarsi hanno imparato a catturare l’e-
nergia solare e a immagazzinarla. Dai batteri si passa alle alghe e alle
piante. Queste forniscono un’energia in forma di zuccheri (amidi),
prima inesistente sulla Terra, più facile da utilizzare, quel tanto che
serve alla nascita degli animali che a loro volta convertono l’energia da
amidi in zuccheri, grassi e proteine, riserve ideali di energia per i car-
nivori. La conversione di energia è continua in tutti gli esseri viventi,
non può arrestarsi neppure per un secondo. Ad esempio, un bruco nel
suo percorso per diventare farfalla utilizza 55 mWh (millesimi di W)
che ricava mangiando le foglie. Di questa energia ne usa 9 mWh per
crescere, 19 per “brucare” e 27 non riesce ad utilizzarli. Potremmo dire
3Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
che il rendimento del bruco in termini di uso dell’energia è del 50%
(usa effettivamente la metà dell’energia che acquisisce) ma il rendi-
mento in termini di sfruttamento dell’energia (quello che gli serve per
crescere) è soltanto del 16%. Non pensiamo che le cose vadano molto
meglio per gli altri esseri viventi. L’uomo ha bisogno di circa 75 Wh,
circa 1500 volte più di un bruco ma con un peso che è di oltre 20.000
volte maggiore. Non a caso è stato fatto l’esempio del bruco in quan-
to è uno degli animali con il maggior consumo di energia; passa la sua
intera esistenza a mangiare e crescere per diventare farfalla e nello
stadio di larva (bruco) aumenta il suo peso di 8000 volte.
Dei 75Wh che mediamente utilizziamo solo un 40% va in attività
motorie (e di pensiero) mentre il restante non è utilizzato (o meglio
contribuisce al sistema di termoregolazione). Vedremo presto, tuttavia,
che nel corso degli ultimi secoli l’uomo è diventato l’animale che utiliz-
za più energia sia in termini relativi sia assoluti.
L’equilibrio dell’ecosistema Terra è garantito nel tempo da un conti-
nuo bilanciamento tra energia disponibile e il suo utilizzo. Una qualun-
que diminuzione di energia disponibile porta alla riduzione, e anche
all’estinzione, di chi la utilizzava.
Figura 2 - L’ecosistema biologico in costante ricerca di equilibrio energetico
4Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Scompaiono milioni di specie mentre altre trovano spazio nei vuoti
che queste lasciano.
Non si pensi che la Terra costituisca un ambiente idilliaco. La lotta
per assicurarsi l’energia necessaria alla vita è brutale e ogni giorno
provoca miliardi di vittime. E noi siamo parte di questo ciclo: ogni anno,
ad esempio, consumiamo 49 miliardi di polli. Trenta anni fa per far cre-
scere un pollo alla dimensione in cui lo si poteva trasformare in arro-
sto occorrevano tre mesi. Oggi bastano 41 giorni. La stragrande mag-
gioranza dei polli mangiati discende da tre galline, che sono state sele-
zionate nel tempo. L’obiettivo dell’industria dei polli (ormai fabbriche di
polli piuttosto che allevamenti) è di diminuire di un giorno all’anno il
tempo necessario per farli arrivare al peso desiderato. Questo viene
fatto tramite la selezione progressiva, andando a utilizzare come pro-
duttori di uova quelle galline da cui nascono polli che hanno uno svi-
luppo più rapido.
L’uomo, e solo nell’ultima frazione della sua esistenza da quando
ha iniziato a controllare il fuoco e lo ha alimentato con bio-combustibi-
li (legna), ha imparato nuovi modi per rendere utilizzabile l’energia cir-
costante e per immagazzinarla fino al momento in cui gli è utile.
Risale a solo 1000 anni fa il primo utilizzo di risorse fossili (il car-
bone) ma è solo a partire dalla rivoluzione industriale, in cui si utilizza-
no macchine e non braccia per lavorare, che la richiesta di energia ini-
Figura 3 - La comunità umana: una vorace utilizzatrice di energia
5Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
zia ad aumentare in modo esponenziale. Prima delle macchine l’ener-
gia necessaria era sostanzialmente quella utilizzata da ciascuno per
vivere, all’incirca 75W, il che significa 675KWh in un anno. Questa
energia “necessaria” non era, né lo è a tutt’oggi, identica in tutte le
aree del mondo. E questo si riflette sulle dimensioni medie della popo-
lazione. È abbastanza intuitivo che un organismo più grande utilizzi più
energia ed è vero anche l’opposto: una maggiore disponibilità di ener-
gia fa “crescere” di più (oltre a fare ingrassare!). Basti vedere che noi
bipedi un milione di anni fa eravamo alti meno di un metro; imparando
a coltivare la terra e quindi ad assicurarci il cibo in modo continuativo
siamo arrivati a 1 metro e 50. Quando l’alimentazione ha potuto avva-
lersi di una dieta ricca di proteine, carne, siamo ulteriormente cresciu-
ti arrivando oggi al metro e settanta e più. In Giappone la trasforma-
zione della dieta avvenuta dopo la guerra ha aumentato la statura
media dei giapponesi di oltre 12 cm.
La domanda di energia in Italia
Oggi in Italia utilizziamo 330 TWh di energia elettrica, il che signifi-
ca 6MWh a testa (10 volte di più di quanto sarebbe necessario per
vivere) ma ovviamente l’energia elettrica è solo una parte dell’energia
utilizzata. A questa occorre aggiungere l’energia che ricaviamo dal
petrolio e dal gas per far funzionare le auto e i trasporti su gomma e
per il riscaldamento (e, non dimentichiamolo, per produrre l’energia
elettrica!). Tenendo conto di tutti gli usi di energia, in Italia arriviamo ad
una media annua per persona equivalente a 42MWh a testa (dati che
si riferiscono al 2009), cioè oltre 50 volte l’energia che un italiano uti-
lizzava quando è stata unificata l’Italia, 150 anni fa.
E non basta ancora!
Infatti, dovremmo anche calcolare tutta l’energia utilizzata per pro-
durre le miriadi di prodotti che acquistiamo e che non sono prodotti in
6Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Figura 4 - La domanda di energia in Italia
Italia. Quando si dice che il consumo pro-capite in Cina è un ottavo del
consumo pro-capite in USA ci si dimentica di dire che buona parte di
quel consumo è dovuto alla produzione di beni di cui i cinesi non uti-
lizzano nulla e che quindi dovrebbe essere attribuito a noi occidentali!
Visto che esistono varie forme di fonti energetiche, ciascuna con
una sua unità di misura (“MW” per l’idroelettrico, “Mbarili di petrolio”
per l’olio combustibile, “mc” per il gas, “tonnellate” per il carbone...) si
preferisce convertire tutto in termini di “Mtoe”, cioè milioni di tonnella-
te equivalenti di petrolio. In questa misura in Italia utilizziamo 198
Mtoe, e ne produciamo in casa solo 30! Dobbiamo quindi importare la
differenza dall’estero: 168 Mtoe, in parte come gas dalla Russia e
Libia, in parte come energia elettrica da Francia e Germania e petrolio
dai paesi arabi.
La domanda di energia mondiale
Abbiamo visto di quanta energia abbia bisogno l’Italia. I dati ripor-
tati si riferiscono al 2008; nel 2009 la domanda è stata leggermente
inferiore in quanto la crisi ha diminuito le richieste.
7Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Questa correlazione tra andamento del mercato e richiesta energe-
tica è significativa: quando le cose vanno bene, stiamo meglio, utiliz-
ziamo più energia. Questa relazione tra benessere ed energia è ormai
ben chiara. Non stupisce quindi che le nazioni con un livello di vita più
elevato abbiano anche un maggior utilizzo di energia pro capite.
Se facciamo un grafico sull’utilizzo dell’energia nelle varie parti del
mondo troviamo proprio questa corrispondenza: le nazioni dell’OECD
(in pratica Europa, Nord America, Giappone e Corea del Sud) utilizza-
no quasi la metà dell’energia pur avendo un settimo del numero di per-
sone della Terra. E se guardiamo all’evoluzione dell’utilizzo negli ultimi
40 anni si nota che il resto del mondo sta facendo progressi: quaranta
anni fa utilizzava meno del 40% del totale energetico oggi è salito
sopra il 50%.
In particolare vediamo che in 40 anni l’utilizzo di energia è pratica-
mente raddoppiato, passando da 4676 Mtoe a 8428 (ricordiamo che
l’Italia da sola ne utilizza 198, il 2,3%, con una popolazione che è lo
0,8% di quella mondiale, un consumo quindi circa tre volte maggiore
della media mondiale).
Figura 5 - Aumento dell’utilizzo di energia negli ultimi 40 anni
8Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Figura 6 - La variazione della ripartizione di utilizzo dell’energia al mondo
Osservando la crescita di utilizzo di energia nelle diverse aree del
mondo si nota l’enorme aumento della Cina e anche quello del Medio
Oriente, ricco di petrolio, che negli ultimi trent’anni ha utilizzato l’ener-
gia in modo che potrebbe essere definito scialaquatorio (creazione di
acqua dolce tramite desalinizzazione per creare giardini e campi da
golf nel deserto, aria condizionata negli edifici...) ma che ovviamente
ha cambiato del tutto la vita di quelle popolazioni.
Sulla mappa (deformata per far corrispondere le aree al consumo
di energia relativo) si nota l’enorme sproporzione tra quanto consu-
miamo noi occidentali (assieme a giapponesi / mediorientali) e quanta
Figura 7 - La distribuzione dell’utilizzo di energia a livello mondiale
9Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
poca energia venga utilizzata in altre aree del mondo come l’Africa,
l’America Latina e buona parte dell’Asia. In effetti, ancora nel 2010 1,5
miliardi di persone al mondo non hanno accesso ad energia fruibile e
continua, energia che sarebbe necessaria per la purificazione dell’ac-
qua, causa della maggior parte delle morti infantili al mondo.
È interessante notare anche come queste aree siano cambiate nel
corso degli anni in termini di aumento dei consumi. Nella figura si nota
la piccola dimensione del Nord America, che si spiega con il fatto che
gli USA già da tempo avevano un alto consumo pro-capite e un incre-
mento maggiore da parte dell’Africa che però, partendo da livelli bas-
sissimi, rimane enormemente indietro in tema di energia e, quindi,
anche di benessere. L’incremento maggiore negli ultimi trent’anni è
stato realizzato da Europa Occidentale, Giappone, India e Cina.
A fronte di questo utilizzo negli ultimi due secoli molte nazioni si
sono trovate nella necessità di importare l’energia necessaria a soddi-
sfare le richieste interne, in quanto le risorse locali non erano suffi-
cienti. In passato l’uomo era vincolato ad utilizzare l’energia dove que-
sta era disponibile. In seguito, la produzione di energia elettrica ha per-
messo il suo trasporto (ma solo su distanze inferiori ai 1000 km) e la
disponibilità di sistemi di trasporto efficienti (soprattutto via mare) ha
Figura 8 - La distribuzione dell’incremento
di utilizzo di energia a livello mondiale
10Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Figura 9 - Importazione di energia a livello mondiale
consentito l’importazione di combustibili ad alta densità energetica,
come il petrolio, il gas e il carbone.
Dalla mappa si nota come gli Stati Uniti, pur avendo una produzio-
ne di energia locale molto grande, per far fronte agli enormi consumi,
siano costretti ad importare molta energia, contrariamente all’Africa
che non importa nulla, trovandosi nella situazione opposta, ovvero ha
bassi consumi e dispone di buone fonti energetiche.
Oltre agli USA sono grandi importatori di energia l’Europa
Occidentale (e tra questi l’Italia è in primo piano come rapporto tra
energia utilizzata ed energia importata) e il Giappone. Anche India e
Cina sono grandi importatori di energia, anche se questa rappresenta
solo una parte limitata rispetto all’energia utilizzata in quanto possono
disporre di risorse locali.
Le diverse aree mondiali utilizzano energia a partire da varie fonti.
Il petrolio è distribuito in modo abbastanza uniforme e, infatti, la mappa
in figura rappresenta le forme associate all’utilizzo complessivo dell’e-
nergia, con l’eccezione dei paesi mediorientali in cui il petrolio, pre-
sente in abbondanza, è l’unica fonte di energia utilizzata. In qualche
misura questo vale anche per il Messico. Il gas è anche molto utilizza-
to in tutto il mondo, in modo particolarmente significativo in USA e in
Europa (Russia compresa, che ne dispone di grandi riserve).
11Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Figura 10 - Tipologia di energia
fossile utilizzata a livello mondiale
Il carbone è invece utiliz-
zato meno in Europa anche
per gli impatti ecologici che
questo causa con gli impianti
di vecchia tecnologia (micro
polveri). Il suo utilizzo è tutta-
via in ripresa e soddisfa oltre
un quarto dei bisogni energe-
tici mondiali. È una fonte
importante di energia per l’Africa che preferisce esportare il petrolio e
consumare gasolio (più che preferire sarebbe corretto dire che sta al
gioco pilotato dalle sette sorelle che controllano il mercato mondiale
del petrolio).
Stati Uniti e Cina sono i maggiori utilizzatori di carbone ma, mentre
negli USA il carbone è trattato da impianti moderni che abbattono le
polveri sottili, in Cina gli impianti non sono così sofisticati e l’inquina-
mento ambientale, dovuto sia all’estrazione sia alla bruciatura, è molto
elevato. In tutti i casi è evidente che il carbone bruciando produce CO2,
indipendentemente dal tipo di impianto utilizzato. Questo è però vero
anche con gli altri combustibili fossili, petrolio e gas in quanto derivati
da esseri viventi che come sappiamo sono fatti in buona parte da
atomi di carbonio.
12Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Figura 11 - Utilizzo di idroelettrico,
nucleare e biocombustibili a livello
mondiale
La produzione di energia
idroelettrica è ampiamente dif-
fusa, anche se complessiva-
mente contribuisce solo per l’8
per cento del totale. L’Italia è
tra i paesi in Europa che pro-
ducono più energia idroelettri-
ca con impianti costruiti ad ini-
zio dello scorso secolo e nel
precedente. Vale la pena
ricordare che la SIP, da cui
deriva Telecom Italia, era una società che produceva energia idroelet-
trica (Società Idroelettrica Piemontese). Anche l’America del sud,
soprattutto il Brasile e Cina, sono grandi produttori di energia idroelet-
trica.
L’energia nucleare è invece utilizzata da un numero ridotto di paesi
ed ha un apporto significativo in USA, Cina, Giappone, Inghilterra,
Germania e Francia. La Francia è la nazione più nuclearizzata, in ter-
mini di produzione energetica, soddisfacendo oltre l’85% delle sue esi-
genze grazie a questa fonte. Una certa parte dell’energia che impor-
tiamo in Italia arriva proprio dalla produzione nucleare francese. La
Cina ha invece una produzione relativamente modesta di energia
nucleare ma ha in corso un programma intensissimo di sviluppo di
reattori nucleari e diventerà entro questa decade la maggior produttri-
ce di energia nucleare.
13Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Chi ha bisogno di tutta questa energia?
Abbiamo visto che tutte le attività richiedono un utilizzo di energia:
a partire dal nostro corpo fino ad arrivare alla coltivazione delle aran-
ce. Cito esplicitamente l’agricoltura in quanto spesso si ritiene che
quest’attività, essendo basata su piante che attingono l’energia diret-
tamente dal sole, abbia un basso livello di richiesta energetica. Questo
è certamente vero in alcune zone, come in gran parte dell’Africa, dove
l’unica energia in gioco, oltre a quella solare, è quella dei muscoli del
contadino. Diversa, però, è la situazione di altre aree in cui si utilizza-
no macchine agricole, si procede all’irrigazione forzata e in cui, per
aumentare la resa del terreno, si impiegano fertilizzanti e
insetticidi/anticrittogamici. Questi fattori comportano un notevole
impiego di energia (insetticidi e anticrittogamici gravano per il 40% sul
costo del prodotto finale e sono derivati dal petrolio). I risultati però si
vedono (e si mangiano): la produttività dei terreni è aumentata di oltre
10 volte in questi ultimi 100 anni grazie alle tecnologie. In assenza di
queste non sarebbe possibile sfamare gli oltre sei miliardi di persone
che vivono oggi.
Figura 12 - Energia per l’agricoltura
- criticità di questo secolo
14Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Figura 13 - Stime di scomparsa terreni
coltivabili in questo secolo
La sfida del cibo, per questo
secolo, è altrettanto difficile: sfa-
mare 9-10 miliardi di persone a
fronte di una probabile, significa-
tiva, diminuzione delle aree ara-
bili a seguito della crescita del
livello del mare che inonderà
molti milioni di km2 che oggi
sono dedicati all’agricoltura. Riprenderemo questo aspetto più avanti,
osservando gli impatti delle emissioni di CO2.
I consumi domestici
Se c’è un posto in cui ci accorgiamo di quanta energia utilizziamo
è certamente la casa. A ricordarcelo periodicamente ci sono le bollet-
te della luce e del gas, oltre alle spese per il riscaldamento.
Figura 14 - I “consumi” di energia nelle case degli italiani
15Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
In genere non abbiamo però la percezione di quanto contribuisca-
no ai consumi i vari apparati che abbiamo in casa.
L’illuminazione, cinquanta anni fa, la si otteneva da una singola
lampadina da 40 W presente in un ambiente. Quando si passava in un
altro ambiente si spegneva la luce “per non consumare”.
Oggi utilizziamo lampade alogene da 150 a 300 W, ne abbiamo più
di una per ambiente e spesso la luce è accesa in diversi ambienti.
Il televisore è in molte case diventato una specie di radio. Si entra
in casa e lo si accende, anche se non gli si sta davanti a guardarlo. E,
ovviamente, questo utilizza energia. Quanta? Dipende dai modelli di
televisore: il vecchio tubo catodico da 22” consumava 50W, un 37”
LCD vari da 150 a 200W e un bel plasma da 50” arriva a 400W.
Frigorifero, lavatrice, lavapiatti, phon, forno a microonde, forno elet-
trico o a gas, cucina, sistema antifurto. Ma anche la cornice elettroni-
ca per le foto, i computer, la play station, la pompa d’acqua per l’ac-
quario, le ventole per il ricambio dell’aria, le tapparelle elettriche...
sono ormai innumerevoli gli oggetti quotidiani che hanno bisogno di
energia. E parte di questa energia la ricavano dalle pile, alcune volte
ricaricabili come quelle del cellulare o dello spazzolino da denti.
Alcuni di questi oggetti utilizzano energia anche quando non sono
utilizzati, come ci segnala la luce rossa presente sul televisore quan-
do lo spegniamo. Gli apparecchi moderni utilizzano poca energia
quando sono posti in stand by (in attesa) ma quelli meno recenti arri-
vano a utilizzare fino a 10 Wh, cioè 1kW ogni 4 giorni (che equivale a
tenere acceso un phon per un’ora). Lo stesso vale per un PC quando
non lo si usa, o per la rete WiFi, e anche per il decoder (questo arriva
a utilizzare anche 20 W). Se mettiamo insieme tutti questi utilizzi, ini-
ziamo a capire che anche quando in casa sembra tutto spento in real-
tà viene utilizzata parecchia energia.
Riscaldamento e, più di recente, condizionamento sono ulteriori
importanti utilizzatori di energia. In genere, anche se non sembra
ovvio, costa di più raffreddare che non riscaldare. I picchi di consumo
16Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Figura 15 - I “consumi” quando pensiamo di non consumare
di energia elettrica si hanno in estate, non in inverno, proprio per l’uso
di energia per il condizionamento (questa in generale utilizza l’elettrici-
tà mentre in genere il riscaldamento usa combustibili fossili).
Vedremo nel prossimo capitolo come in futuro si potranno utilizza-
re alcune tecnologie per risparmiare energia ma è ovvio che la mag-
gior parte del risparmio ottenibile dipende dai comportamenti.
Spegnere la luce quando non si è in un certo ambiente vale di più che
l’utilizzo (comunque utile) di illuminazione a maggiore efficienza. A
questo scopo possono essere utili dei sistemi che evidenziano quanta
energia si sta utilizzando e dove la si sta utilizzando.
Figura 16 - Monitoraggio di utilizzo di energia in ambiente domestico
17Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
L’utilizzo di energia a livello domestico (incluso il trasporto privato)
non ha un effetto solo sul portafoglio: è responsabile per il 37% delle
emissioni di ozono (o che provocano la formazione di ozono), del 20%
di particolato (le famose polveri sottili per cui ogni tanto viene blocca-
ta la circolazione in città) e del 18% delle emissioni di CO2.
La rete di telecomunicazioni
Un settore che mi riguarda da vicino, e che ci riguarda tutti, è quel-
lo delle telecomunicazioni. Fino a qualche anno fa telefonare non
costava nulla ai singoli dal punto di vista della bolletta elettrica in quan-
to l’energia necessaria era fornita direttamente dalla centrale. Questo,
dal punto di vista psicologico, ha fatto sì che solo raramente si rifletta
sul costo energetico della comunicazione. Eppure il costo è notevole.
Le aziende di telecomunicazioni utilizzano un’enorme quantità di ener-
gia. Anni fa la SIP era la seconda utilizzatrice di energia elettrica in
Italia dopo l’industria siderurgica. Oggi, Telecom Italia è la seconda uti-
lizzatrice di energia elettrica dopo le ferrovie, a seguito della scompar-
sa della siderurgia in Italia e dell’elettrificazione delle ferrovie. Spostare
gli atomi richiede più energia che spostare i bit, ma anche spostare bit
richiede pur sempre un’enorme quantità di energia.
Osserviamo il grafico: le linee rappresentano l’andamento di utiliz-
zo dell’energia collegato alla rete di Telecom Italia negli ultimi trent’an-
ni. Si nota subito una salita nell’utilizzo a partire dagli anni 80. Questo
avviene perché le centrali elettromeccaniche (che utilizzavano energia
solo quando si telefonava) vengono man mano sostituite da centrali
elettroniche che hanno un consumo fisso, indipendente dal fatto che a
telefonare in un certo istante siano molti o pochi. Infatti, nel mondo del
digitale dal punto di vista dell’energia uno “0” vale quanto un “1”. Inoltre
si notano le due linee, una blu e una rossa. La prima rappresenta l’uso
di energia per il funzionamento degli apparati elettronici, la seconda
l’ulteriore utilizzo per gli impianti di condizionamento che devono assi-
18Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Figura 17 - Energia per le telecomunicazioni nella rete di Telecom Italia
curare che non venga superata una certa temperatura oltre la quale
aumenterebbero i guasti e non sarebbe più assicurato il corretto fun-
zionamento. Nelle centrali elettromeccaniche non era necessario
garantire una temperatura massima e se lo si faceva era solo per il
confort di chi lavorava in centrale. Nella seconda metà degli anni 90 si
raggiunge il massimo di utilizzo, tutte le centrali elettromeccaniche
sono ormai state rimpiazzate da centrali elettroniche, e si inizia a fare
i conti con un costo crescente dell’energia che spinge verso soluzioni
di risparmio energetico.
Dato che l’energia necessaria al funzionamento degli apparati non
può essere ridotta, si va ad agire sui sistemi di condizionamento. E i
risultati si vedono proprio dal grafico.
La linea di consumo degli apparati continua a salire leggermente
perché vengono installati ulteriori impianti (pensiamo alla crescita dei
cellulari che richiede una continua espansione della rete radiomobile e
al crescere della banda larga). In realtà la richiesta di energia sarebbe
salita molto di più, se proprio in quell’epoca non si fosse iniziato a
porre molta più attenzione alle richieste energetiche degli apparati e a
valutarli anche sotto quel profilo. Questo, ovviamente, spinse i produt-
19Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
tori ad investire in ricerca per arrivare a prodotti che richiedessero
meno energia per il loro funzionamento.
Tutto il comparto elettronico, a partire da fine anni 90 ha iniziato a
cercare sistemi che potessero funzionare con meno energia. Intel, da
parte sua, lanciò nel 2004 un progetto che l’ha portata nel giro di 5
anni, dal 2005 al 2010, a diminuire di 100 volte l’energia richiesta da
un chip a parità di funzioni svolte (le funzioni sono però aumentate
nello stesso periodo di circa 10 volte per cui il risparmio energetico
effettivo è stato di un fattore 10 e non 100.
Oggi la rete di Telecom Italia richiede oltre 2 TWh di energia elettri-
ca, di cui il 40% circa è utilizzato per il condizionamento degli impian-
ti. Da alcuni anni Telecom Italia, nel suo laboratorio di ricerca a Torino,
per diminuire e controllare i consumi ha avviato degli studi che hanno
portato alla realizzazione e installazione di sensori e alla modifica dei
sistemi di condizionamento che ottimizzano l’uso di energia.
Figura 18 - Kaleidos, sistema di sensori
per monitorare i bisogni energetici delle centrali
20Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Negli ultimi dieci anni è nata un’ulteriore richiesta di energia elettri-
ca collegata alla rete di telecomunicazioni: quella che arriva dagli
apparati nelle nostre mani e nelle nostre case. Infatti, nello scorso
secolo il telefono veniva alimentato dalla centrale e non gravava sul
nostro consumo domestico. Oggi, con telefonini, cordless, set top box,
WiFi, IPTV, … utilizziamo una grande quantità di energia. Secondo la
stima dell’Unione Europea nel 2012 l’utilizzo di energia da parte delle
abitazioni per fruire dei servizi di telecomunicazioni supererà di tre
volte l’utilizzo di energia da parte delle reti: quello che quindici anni fa
era un consumo inesistente arriverà a breve a quadruplicare i consu-
mi nel settore TLC!
Già oggi i consumi domestici in Italia di energia elettrica ammonta-
no a circa un terzo dei consumi complessivi di energia elettrica (sono
invece molto meno se teniamo conto di tutta l’energia utilizzata). In
Giappone stimano che il settore telecomunicazioni (rete e domestico)
che oggi grava già per circa 54 TWh sui consumi (dieci volte più di
quello italiano) arriverà nei prossimi 5 anni a quintuplicare i consumi e
si sono posti l’obiettivo di contenere l’aumento entro i 100 TWh (due
volte quindi rispetto ad oggi).
Il trasporto dell’energia
La trasformazione di fonti di energia in energia facilmente utilizza-
bile (ad esempio da petrolio a benzina, da cascata d’acqua a corrente
elettrica) richiede, in genere, impianti complessi e una logistica di
approvvigionamento sofisticata, per cui la trasformazione può solo
avvenire in certi punti (così come è più efficiente costruire un’auto in
una fabbrica piuttosto che nel proprio garage).
Detto questo è ovvio che occorre poi trasportare l’energia dal punto
in cui viene generata a quello in cui può essere utilizzata. Questo tra-
sporto, purtroppo, non è privo di costo. Ed è questo il motivo per cui
21Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
affrontiamo l’aspetto del trasporto dell’energia nella parte dedicata ai
“consumi”.
Nel caso di energia in forma di solido, gas o fluido (ad esempio
benzina) occorre avere dei sistemi, come ad esempio delle autocister-
ne, che effettuino il trasporto ed è intuitivo che questo richieda energia
(il camion che trasporta la benzina alla pompa ne consuma una certa
parte; anche noi che facciamo una deviazione con l’auto per andare al
distributore utilizziamo dell’energia, così come ne utilizziamo per por-
tarci dietro il serbatoio).
Nel caso della corrente elettrica la cosa sembra meno evidente. In
realtà, anche in questo caso, viene utilizzata parecchia energia per il
trasporto.
Il “consumo di energia” dai fili elettrici è la conseguenza del fatto
che la corrente scorrendo nel filo genera calore, cosa di cui talvolta ci
accorgiamo. Intuitivamente possiamo pensare che questo sia causato
dall’attrito: quanto più piccola è la dimensione del filo e quanta più cor-
rente facciamo passare tanto maggiore sarà l’attrito (che in termini fisi-
ci per l’elettricità chiamiamo resistenza).
Figura 19 - La rete elettrica di distribuzione
22Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Siccome mettere fili di maggior sezione significa maggiori costi
dovuti al rame impiegato, si cerca di diminuire la quantità di corrente;
questo è possibile aumentando la tensione a parità di energia (poten-
za) trasportata, secondo la formula “V=IR” dove “V” è la tensione, “I”
l’intensità di corrente e “R” la resistenza. Siccome la potenza è data da
“W=IV” possiamo aumentare “V” diminuendo “I”.
La potenza dissipata durante la trasmissione è “W=I2R” dove “R” è
la resistenza dei conduttori che trasportano la corrente (basta sostitui-
re “V=IR”) e quindi un aumento di 10 volte nella tensione (V) porta ad
una diminuzione di 10 volte nella corrente, quindi di 100 volte nella
potenza dissipata a causa della resistenza dei fili.
Questo è il motivo per cui il trasporto di energia elettrica su grandi
distanze viene effettuato con l’alta tensione. Il difetto dell’alta tensione,
ovviamente, è quello che può creare scariche elettriche, per cui i con-
duttori devono essere ben isolati dall’ambiente circostante. Ciò avvie-
ne sospendendoli a notevole altezza, come vediamo che accade ai
tralicci dell’alta tensione.
Per una fruizione nelle nostre case la tensione deve essere deci-
samente più bassa e tramite sottostazioni di trasformazione questa
viene portata, in Europa, a 220 V.
La tecnologia dei superconduttori (speciali drogaggi del rame o di
un altro conduttore che abbattono quasi a zero la sua resistenza) è
estremamente interessante. Ad oggi la proprietà di superconduzione
può essere realizzata raffreddando il cavo a temperature bassissime
ma questo richiede un’energia elevata che va ad annullare i vantaggi
della superconduzione. Tuttavia i ricercatori sono già riusciti ad eleva-
re la soglia di temperatura a cui si presenta il fenomeno della super-
conduzione e ci sono speranze di poterla alzare ulteriormente renden-
do quindi economicamente interessante la sua applicazione.
Uno dei problemi maggiori dell’elettricità è che a fronte di una rela-
tiva facilità di produzione e di utilizzo l’elettricità è sostanzialmente
impossibile da immagazzinare. Le batterie che utilizziamo negli appa-
23Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Figura 20 - Superconduzione
recchi portatili piuttosto che nelle
auto contengono, infatti, una quanti-
tà trascurabile di elettricità. Non
abbiamo, ad esempio, un phon che
funzioni a batteria e neppure un boi-
ler o una piastra da cucina. La quan-
tità di energia richiesta è troppo
grande per poter essere immagazzi-
nata a costi e in uno spazio ragione-
voli.
Quello che si produce, quindi, deve corrispondere a quanto si uti-
lizza in quell’istante. Se si vuole utilizzare più energia di quanta se ne
produce, la tensione scende (le lampadine fanno meno luce), altri-
menti se se ne utilizzasse meno si creerebbero dei sovraccarichi.
La rete di distribuzione assolve quindi a due funzioni: portare l’e-
nergia al punto di utilizzazione e bilanciare i carichi. Per questo scopo
le reti sono interconnesse tra loro; se in Italia viene richiesta più ener-
gia in un certo istante la prendiamo, ad esempio, dalla Germania attra-
verso la rete Svizzera; se in un istante successivo ne produciamo di
più di quanta ce ne serve, la mandiamo in Francia, e così via. Questo
meccanismo di bilanciamento è estremamente complesso e ormai
completamente computerizzato. In effetti, dobbiamo riconoscere che
funziona molto bene; infatti, l’esperienza di vedere la luce della lam-
padina che si affievolisce è ormai un ricordo del passato.
Ovviamente un sistema per bilanciare l’energia è quello di produr-
ne di più quando aumenta la richiesta e diminuire la produzione se
diminuisce la domanda. Non tutti i sistemi di produzione, però, per-
mettono di essere accesi o spenti a comando. Ad esempio, nel caso
della produzione di energia fotoelettrica (con pannelli solari) non è pos-
sibile chiedere un aumento di produzione se il sole non è nei “parag-
24Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
gi”. Lo stesso vale nel caso dell’energia nucleare; non è possibile fer-
mare il reattore o farlo ripartire in modo istantaneo. Ovviamente si pos-
sono staccare le turbine dal vapore generato dal reattore ma ciò signi-
ficherebbe sprecare l’energia.
Per questo motivo si cerca di utilizzare queste fonti o in modo con-
tinuo (energia nucleare) oppure come contributi quando presenti
(energia eolica, solare...), mentre si ricorre ad altre forme di energia
per attività di bilanciamento. Ad esempio, le turbine delle centrali idroe-
lettriche utilizzate per trasformare la caduta dell’acqua nelle condotte
in energia elettrica possono alimentare delle pompe che riportano l’ac-
qua nel bacino superiore quando vi è energia elettrica in surplus.
Questo è quanto accade di notte quando c’è una minore richiesta di
energia e quindi quella prodotta, ad esempio, dalle centrali nucleari
viene usata dalle pompe delle centrali idroelettriche per riportare al
bacino superiore l’acqua che sarà utilizzata il giorno successivo.
Questi meccanismi di compensazione sono realizzabili anche a
livello di singoli impianti di utilizzo. Ad esempio, in TILab, i laboratori di
ricerca di Telecom Italia, il sistema di condizionamento utilizza l’ener-
gia abbondantemente disponibile nelle ore notturne per trasformare in
ghiaccio delle enormi vasche. Quel ghiaccio viene poi utilizzato duran-
te il giorno per il condizionamento dell’aria senza aver più necessità di
richiedere energia alla rete durante le ore di sole in cui questa deve
rispondere ad una maggiore domanda.
Questa necessità di bilanciare domanda e offerta spiega anche le
politiche di prezzo delle aziende elettriche che abbassando il prezzo
dell’energia nei periodi di bassa richiesta sperano di spostare la
domanda di utilizzo.
Il costo della trasmissione dell’energia elettrica utilizzando linee ad
alta tensione è molto basso (dell’ordine di 1 centesimo di euro o meno
per kWh) ma rappresenta tuttavia da un 50% a un 200% del costo di
produzione di un impianto a energia fossile (ad oggi ancora i più eco-
nomici). Inoltre occorre tener conto che per vari motivi la trasmissio-
25Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
ne comporta delle perdite che sono stimate intorno al 5-10% a secon-
da della rete.
L’efficienza della rete di distribuzione è cruciale per il successo
delle energie alternative. Una mancanza di efficienza nella rete distri-
butiva, infatti, affossa la possibile convenienza di fonti alternative ren-
dendole economicamente insostenibili. L’idea di installare milioni di km
quadrati di pannelli solari nel Sahara, risolvendo così il problema ener-
getico dell’Europa, cade proprio sul problema del trasporto dell’ener-
gia dal Sahara all’Europa. L’energia elettrica si perderebbe tutta per
strada. Si pensi che oggi abbiamo una produzione di svariati MW in
Puglia grazie all’eolico ma non riusciamo ad utilizzare questa energia
al nord per il problema del trasporto. La conseguenza è che spesso le
turbine eoliche rimangono ferme perché non si saprebbe dove man-
dare l’energia prodotta.
L’approccio energetico richiede quindi una visione globale, soluzio-
ni locali sono destinate a fallire.
Emissioni di CO2
Da una decina di anni i titoli dei giornali presentano di tanto in tanto
lo slogan: “Occorre ridurre le emissioni di CO2”.
L’anidride carbonica, CO2 appunto, è un composto chimico forma-
to dall’unione di un atomo di carbonio con due atomi di ossigeno. Il car-
bonio è presente in tutti i combustibili fossili e nei loro derivati (come la
benzina). Quando il combustibile brucia (trasformando l’energia chimi-
ca) si combina con l’ossigeno formando CO2. Questa sostanza a tem-
perature sopra i -78 gradi si presenta in forma gassosa (a pressione
atmosferica), per cui possiamo tranquillamente considerarla un gas.
Nella forma di gas ha la proprietà di riflettere i raggi infrarossi, per cui
viene a creare una specie di schermo termico che diminuisce la dis-
persione del calore dalla superficie terrestre allo spazio. Si comporta
26Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Figura 21 - Crescita delle emissioni di CO2 negli ultimi 40 anni
come i vetri che vengono messi nelle serre per impedire la dispersio-
ne del calore e, proprio per questo, si dice spesso che provoca l’effet-
to serra.
L’aumento della temperatura terrestre, anche di pochissimi gradi,
ha delle conseguenze notevoli sul nostro clima e, quindi, anche sull’a-
bitabilità della Terra per gli organismi che oggi la popolano, tra cui,
ovviamente, anche noi.
Una Terra un po’ più calda o un po’ più fredda non necessariamen-
te sarebbe un posto peggiore, ma per le specie che oggi la abitano e
che si sono evolute proprio in funzione del clima odierno ogni scosta-
mento potrebbe avere effetti drammatici.
Questo lo sappiamo con certezza in quanto, analizzando i fossili,
abbiamo individuato almeno cinque grandi estinzioni di massa causa-
te da cambiamenti climatici.
Perchè si verificano questi cambiamenti al variare della temperatu-
ra? Sembrerebbe che una variazione di una decina di gradi non
dovrebbe avere alcun effetto; infatti, abbiamo delle escursioni di 30 -
40 gradi tra inverno ed estate. Il fatto è che queste escursioni sono
locali ma la temperatura della Terra complessivamente è abbastanza
costante soprattutto se considerata nell’arco di diversi anni.
Un’alterazione di questa media accentua subito il gradiente (cioè la dif-
27Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
ferenza di temperatura) tra le diverse parti della Terra e questo aumen-
ta l’intensità dei venti, cambia il ritmo e la quantità delle piogge (che a
sua volta genera siccità e alluvioni) altera la temperatura del mare
(questo provoca vari effetti, tra cui l’aumento o la diminuzione dell’e-
vaporazione da cui derivano le piogge).
Un innalzamento delle temperature medie porta ad una diminuzio-
ne complessiva dei ghiacci (in alcune zone in realtà i ghiacci possono
aumentare a seguito delle maggiori precipitazioni nevose ma le calot-
te polari diminuiscono la loro estensione). Questa diminuzione a sua
volta provoca un aumento della temperatura in quanto il bianco dei
ghiacciai riflette la luce mentre il nero delle rocce la trattiene trasfor-
mandola in calore. Teniamo inoltre presente che lo scioglimento dei
ghiacci comporta un aumento del livello degli oceani con conseguen-
te inondazione delle terre più basse. È stato calcolato che uno sciogli-
mento completo di tutti i ghiacci (e in particolare delle calotte polari)
innalzerebbe di 170 metri il livello del mare con le conseguenze
mostrate in figura.
Figura 22 - Innalzamento del livello del mare alla scomparsa
del ghiaccio dei Poli
28Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Il sistema climatico è estremamente complesso e gli scienziati non
hanno ancora compreso completamente i tutti fattori; per cui stanno
lavorando sulla base di ipotesi e non di certezze. Inoltre, il fatto asso-
dato che nel corso dei miliardi di anni della sua storia la Terra abbia
avuto notevoli variazioni di temperature, in epoche in cui l’uomo non
esisteva, dimostra che esistono fattori indipendenti dall’industrializza-
zione che portano a questi cambiamenti.
Detto questo, l’aumento delle emissioni di CO2, in un periodo geo-
logico in cui la Terra aumenti la sua temperatura aggrava il fenomeno
(e lo accelera). Siccome sappiamo bene che una variazione della
temperatura va a nostro sfavore ha senso cercare di controllare per lo
meno i fattori che la facilitano e l’emissione di CO2 è tra questi fattori.
Le emissioni di CO2 sono causate dall’utilizzo di varie fonti energe-
tiche. Nel 2008 abbiamo prodotto in Italia 430 milioni di tonnellate di
CO2, a grandi linee suddivise in produzione di energia elettrica e riscal-
damento (32%), deforestazione (25%), attività manufatturiere (16%),
trasporto (15%), trasporto aereo (2%), allevamento di bestiame (10%).
Il Brasile, pur avendo una notevole produzione di energia elettrica
attraverso centrali nucleari e biocombustibile (che sottrae CO2 all’am-
biente durante la fase di crescita delle piante) produce molto CO2 pro-
prio per i grandi allevamenti di bestiame in Mato Grosso.
In Italia ciascuna persona produce, nel corso dell’anno, 1800 chili
di CO2, ma questa produzione non è uguale: il picco è a Roma dove
ogni persona, con i suoi consumi, produce 4300 kg di CO2 ogni anno,
più del doppio della media nazionale.
La riduzione della produzione di CO2 passa attraverso un minor uti-
lizzo di combustibili fossili, il che può avvenire se sostituiamo questa
fonte di energia con energie alternative: dal nucleare all’eolico, all’i-
droelettrico. I biocombustibili basati sulla coltivazione di piante che poi
vengono bruciate sono neutri in quanto le piante crescendo catturano
il CO2 dall’atmosfera che viene poi restituito quando vengono brucia-
te. Passa però anche attraverso un minor e più efficiente utilizzo di
29Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Figura 23 - Emissioni di CO2 da combustibili fossili
energia. Nel breve-medio termine occorre utilizzare entrambe le stra-
tegie anche in presenza, come vedremo nel prossimo capitolo, di una
crescita enorme di domanda di energia.
Oltre a cercare di ridurre le emissioni di CO2 gli scienziati stanno
studiando come fare a riassorbire parte del CO2 che viene prodotto.
Figura 24 - Riassorbimento di CO2 da parte dei
polipi che lo usano per produrre il corallo
30Il Futuro dell’energia
3 Energia oggi
Per fare questo guardano cosa fa la natura. Le piante assorbono CO2
e lo “lavorano” usando l’energia solare per produrre amidi; i polipi lo
estraggono dalle acque dell’oceano per produrre il corallo. È proprio
questo secondo processo che viene oggi studiato e ha portato alla rea-
lizzazione di un prototipo in grado di estrarre il CO2 dal fumo di un cimi-
niera trasformandolo in cemento. Questo offre anche il vantaggio di
diminuire la richiesta di cemento, un prodotto che normalmente com-
porta l’emissione di CO2 durante la sua produzione. Il primo impianto
funzionante è in California, un secondo sarà attivato nel Wyoming nel
2011. Il problema è che questi sistemi “costano” energia e verranno
usati solo se vi sarà una legislazione che impone la diminuzione delle
emissioni.
Anche il mare, gli Oceani, sono degli enormi filtri che tolgono CO2
dall’atmosfera (ed è grazie a questo che i polipi trovano la loro mate-
ria prima per produrre i coralli) ma qui dobbiamo purtroppo dire che
l’aumento della temperatura dell’acqua diminuisce la sua capacità di
catturare CO2 dall’atmosfera per cui si peggiora ulteriormente la situa-
zione. La produzione di maggiori quantità di CO2 dovuta all’uomo
aumenta la temperatura e questa, a sua volta, diminuisce la capacità
di cattura e diminuzione del CO2 atmosferico da parte del mare.
Per completare il quadro, seppur solo abbozzato, dell’energia,
occorre dare uno sguardo al futuro. Le cose miglioreranno o peggio-
reranno e quali strumenti abbiamo per limitare i danni?
Copyright © Telecom Italia 2010
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