Uso razionale dell'energia

13/10/2005, Caffe' Bizzeffe

Ospiti

• Giuseppe Grazzini (professore presso la Facolta' di Ingegneria di Firenze)
• Marco Carcia (Duxon, Firenze) http://www.duxon.it
• Ugo Bardi (professore presso la Facolta' di Scienze di Firenze)

Appunti per la discussione

Giuseppe Grazzini: L'energia ed il sistema

• Considerazioni su chi e perche' usa l'energia in Italia.
• Efficienza e PIL.
• La differenza tra le varie forme dell'energia e legame con l'uso razionale dell'energia, che non significa solo risparmio.
• Come i prezzi influenzano i consumi e viceversa.
• E' l'utilizzo che richiede una risorsa od il contrario?
• Passato e futuro; basta investire in ricerca, innovazione, infrastrutture. Si ma quali? Bastano i finanziamenti a risolvere i problemi o serve anche il tempo, componente spesso trascurata?

Links

• hotellink ed il domopack di Ugo Bardi, vedi anche il suo articolo su the mineral economy (pdf)
• Consigli da Beppe grillo: http://www.beppegrillo.it/archives/2005/10/davanzale_e_lav.html e anche http://www.beppegrillo.it/archives/2005/09/energia_pulita_1.html
• Consigli da Jacopo Fo: http://www.jacopofo.it/jacopofo/ecologia/ecologiasubito.html
• http://www.energoclub.it/
• International Solar Energy Society (ISES) http://www.ilsolea360gradi.it
• Federazione Italiana per l'Uso Razionale dell'Energia (FIRE) http://www.fire-italia.it
• Comitato per l'Uso Razionale dell'Energia (CURE) http://freeweb.supereva.com/cure.freeweb/

Aperitivo-scienza

Alle 17:00, appuntamento al plesso didattico di viale Morgagni per un aperitivo-scienza: discussione informale con gli studenti universitari e liceali sempre sul tema dell'uso razionale dell'energia.

Libri

Durante e dopo il Caffè-Scienza del 13 ottobre, presso il BZF, saranno (probabilmente) disponibili, in vendita, i seguenti testi:

• "L'uso razionale dell'energia: teoria e pratica del negawattora", M. Palazzetti e M. Pallante, Bollati-Boringhieri 1997.
• "La fine del petrolio", U. Bardi, Editori Riuniti 2003.
• "Corridoi infrastrutturali e trasformazioni del territorio. La pianificazione delle infrastrutture negli Stati Uniti", M. Facchinetti, Alinea 2002.
• "Il progetto possibile", G. Lotti, Edicom 1998.

Resoconto

Grazzini - L'energia è un campo in cui in Italia c'è molta ignoranza: la gente si limita a leggere la bolletta, ma non la comprende. Eppure è proprio nelle case, nell'edilizia, che si consuma il 45 % dell'energia, mentre in Europa si arriva al 40 %. L'uso indiscriminato e leggero dell'energia, in tutto il mondo, è dovuto al fatto che apparentemente non costa nulla rispetto ad altri servizi. La stessa globalizzazione, di cui tanto si parla, avviene perché costa poco il trasporto e perché si ignora il costo dell'energia.

Bardi - Presentazione dell'ASPO... La considerazione da fare è che l'energia non è infinita. Su questa base l'uso razionale dell'energia è associato alla conoscenza di questi limiti. Dall'altra parte, l'irrazionalità dei politici deriva da ragionamenti a breve termine che incontrano il favore della gente. I ragionamenti a lungo termine vengono fatti, ma non messi in pratica. Le soluzioni al problema energetico ci sono, ma il rischio è che la loro applicazione venga avviata troppo tardi. Io mostro sempre ``L'alzaia'' di Telemaco Signorini (1865) che mostra l'uso dei muscoli nelle attività più diffuse, mentre poco prima, nel 1859, veniva scavato il primo pozzo per l'estrazione di petrolio. [vedi il PDF bardi.pdf o il PPT bardi.ppt allegati]

Pecchioli - Io, lavorando per una società che vende ed installa sistemi di risparmio energetico e per la produzione di energia rinnovabile (la Duxon), mi concentrerò sugli aspetti più pratici. Mostrerò il recente decreto per il fotovoltaico. L'energia fotovoltaica è generata attraverso pannelli che hanno ancora un costo altissimo. La legge cerca di venire incontro a questo problema ... [mostra l'iter stabilito dal decreto...] Il DM 28 luglio 2005, ``Criteri per l'incentivazione della produzione di energia elettrica mediante conversione fotovoltaica della fonte solare'', emanato dal ministero delle attività produttive e dal ministero dell'ambiente e della tutela del territorio, favorisce la produzione di energia elettrica da impianti fotovoltaici, consentendone l'immissione in rete e la vendita a ``tariffe Incentivanti''. Il decreto e la successiva delibera 188/05, fissano i tempi e le modalità di presentazione delle domande. Gli impianti vengono suddivisi gli impianti in fasce di potenza differenziandone la retribuzione. Particolare interessante è (art. 5 comma 1 e 2 DM 28 Luglio 05) la possibilità di continuare a beneficiare della disciplina incentivante sancita dalla delibera n. 224/00 che regola lo scambio sul posto dell'energia prodotta con una remunerazione in conto capitale, avendo quindi un guadagno diretto derivante dalla vendita dell'energia ed un risparmio derivante dal conguaglio dell'energia non consumata. In pratica l'energia elettrica consegnata dal richiedente, viene riconsegnata l'anno successivo. [vedi il PDF pecchioli.pdf o il PPT pecchioli.ppt allegati sotto] Aspetti negativi: Si favoriscono le grandi centrali. Troppo esiguo l'obiettivo finale 300 MW nel 2012. Il referente è il GRTN, il gestore della rete.

Domanda - Io ho installato il fotovoltaico, purtroppo prima del decreto... E' chiaro che non si fa per vantaggi economici, ma per una scelta ideologica. Comunque il vecchio tipo di aiuto che forniva la legge mi pareva più utile per le utenze piccole, come quelle domestiche. Questo nuovo decreto aiuta di più a grandi installazioni e quindi sarà meno capillare. D'alta parte capisco che se si aiutano aree isolate ad essere autosufficienti con grandi installazioni si potrebbe evitare la costruzione di elettrodotti, con vantaggio di costi e ambientale.

Pecchioli - Con questo nuovo decreto occorrono due anni al massimo per iniziare a guadagnare nella produzione di energia elettrica.

Domanda - Qual è il profitto del gestore dell'energia elettrica con le installazioni realizzate attraverso questo decreto?

Pecchioli - Enel va alla pari.

Bardi - In realtà per bilanciare i costi viene usato un fondo statale, il CIP6 [???]. Si tratta di un fondo appositamente creato per le energie rinnovabili. Purtroppo, prima di ora, i soldi andavano a sovvenzioni quali il trattamento degli scarti delle raffinerie...

Grazzini - Bisogna ricordare che l'energia elettrica è il 18 % dei consumi. La gran parte del petrolio serve ai trasporti. [mostra l'andamento dei consumi energetici suddivisi per fonte energetica, in cui le energie rinnovabili sono una piccola, seppur crescente, fetta, vedi Fig 2 allegata sotto] Sono sicuro che solare ed eolico in prospettiva saranno le forme di energia che ci permetteranno di sopravvivere, ma adesso il problema non è solo la produzione dell'energia elettrica.

Bagnoli - Prima di stasera abbiamo inaugurato gli Aperitivi-Scienza. Alcuni studenti hanno chiesto, per esempio, quanta energia va nel riscaldamento...

Bardi - Si vedono molte previsioni sui consumi energetici simili a quelle mostrate da Grazini. Tutte queste previsioni sono fatte con modelli inadeguati e risultano quindi poco affidabili. In questo caso, chiaramente sovrastimano i futuri consumi: infatti il consumo di petrolio e gas scenderà per gli alti costi della loro estrazione. Concordo che bisogna, sul medio termine, agire sui trasporti.

Domanda - L'energia elettrica oggi è una frazione limitata come forma di energia consumata perché è derivata principalmente dal petrolio. Ma se fosse abbondante alla fonte potrebbe a sua volta essere convertita in combustibili per altre applicazioni, a partire, ad esempio, dalla produzione di idrogeno dall'elettrolisi dell'acqua. Non so se avete mai visto un pannello fotovoltaico in azione, un oggetto che basta esporlo al sole per avere energia elettrica nel completo silenzio, assenza di vibrazioni meccaniche. E' qualcosa di prodigioso se confrontato, per esempio, con un generatore a gasolio... Per me è chiaro che l'energia elettrica è la strada maestra. Il fatto che i pannelli fotovoltaici costino così tanto è dovuto al costo del silicio, che viene ottenuto attraverso processi industriali basati sul petrolio. Voglio ricordare che le centrali foto-termoelettriche, in cui l'energia solare è convertita in energia termica e quindi, attraverso turbine, in energia elettrica, permettono di produrre energia elettrica ad un costo tre volte inferiore rispetto al fotovoltaico. Inoltre, la produzione di energia elettrica per via eolica è già oggi economicamente competitiva. Mi domando quindi: perché questo decreto per il fotovoltaico che costa tre volte tanto? Perché non appoggiare le altre forme di produzione di energia rinnovabile, su scale non di 100 MW, ma fino a 10000 MW?

Bardi - Sì, il solare termico costa poco, ma il rendimento reale è molto più basso di quello teorico che è valutato in piena insolazione. In realtà, in Italia, abbiamo parecchie nuvole che limitano il rendimento ad eccezione, forse, di regioni come la Sicilia. Il fotovoltaico, invece, funziona anche con insolazione diffusa e questo giustifica un intervento legislativo. Le installazione eoliche purtroppo risentono dell'ostilità della gente.

Grazzini - Per valutare bene gli effetti della disponibilità o scarsità di energia vi mostro questo grafico [mostra un grafico con la crescita della popolazi one e la crescita del consumo di energia, vedi Fig. 1 allegata sotto]. La popolazione è cresciuta per ché c'era disponibilità di energia. La società si costruisce strutture ben radicate che permettono di convertire l'energia in benessere e crescita. Per cambiare queste strutture occorre tempo e capitali. Ad esempio l'Enel sta ostacolando la costruzione di una nuova centrale eolica a Montemignaio dicendo che la rete locale non può reggere alla crescita di domanda di vettoriamento. In molti casi occorre quello che si chiama, con una brutta parola, l'ingegnerizzazione dell'impianto. Questa richiede la formazione di tecnici che sappiano fare impianti innovativi e non solo la presenza sul mercato dell'impianto innovativo. Le persone che sanno fare impianti solari sono quattro gatti in Toscana. Questa preparazione tecnica è una di quelle strutture che si deve formare con il tempo.

Pecchioli - Volevo far notare che il silicio che si usa per il fotovoltaico è il prodotto di scarto dell'industria che produce i semiconduttori per i calcolatori. Il suo alto prezzo è ingiustificato. Non c'è dubbio che l'educazione e la formazione siano importanti perché le energie rinnovabili si espandano. In questo senso mostrare i vantaggi per esempio offerti dal solare termico, che offre gratis acqua calda sanitaria da aprile a ottobre, costituisce un messaggio forte.

Domanda - Ma se il silicio per il fotovoltaico è un prodotto di scarto, perché costa così tanto?

Grazzini - Nei calcolatori se ne usa pochissimo, per i pannelli ne occorre una grande quantità.

Bardi - In realtà il bilancio energetico nella tecnologia fotovoltaica è positivo: il fotovoltaico rende 10 volte, nella sua vita, la quantità di energia che è servita per farlo. Inoltre lo strato di silicio è molto sottile, si arriva oggi a 180 micron. La quantità di silicio è quindi fortemente ridotta rispetto al passato grazie alle innvazioni tecnologiche.

Domanda - Riconosco che l'eolico non ha bisogno di incentivi di legge perché si tratta già di una tecnologia matura e competitiva. Per il solare non si capisce la scarsa diffusione. Sono stato a Monaco a vedere il museo della scienza. La centrale costruita anni fa in Italia [Eurelios??] viene mostrata con orgoglio come la prima centrale solare da 1 MW del mondo, precedente anche a quelle costruite in California. Come mai da noi non se ne parla e in Germania invece viene portata ad esempio di innovazione e risparmio energetico? Un tempo si parlava di progetti di lungo respiro, come quello di costruire centrali solari in Africa e poi trasportare l'energia in Europa. Il trasporto dell'energia non è impossibile, basterebbe sfruttare i gasdotti e gli elettrodotti che già esistono. Rimane solo il problema politico: decentrare la produzione di energia, tra l'altro in paesi non sempre stabili politicamente, è rischioso.

Bardi - Questa idea di costruire le centrali in Africa risale addirittura al 1982, ma è un'idea folle al momento attuale per i costi di investimento e delle infrastrutture necessarie per portare l'energia in Europa. Occorre, per adesso, concentrarsi sul piccolo, cosa che si può fare in casa.

Domanda - L'intento del decreto sul fotovoltaico è quello di abbattere i costi del trasporto. Il trasporto dell'energia elettrica attraverso la rete e le maglie, le conversioni tra diversi livelli di potenza, ecc.. produce significativi abbassamenti della resa totale del processo di produzione di energia elettrica. Puntando sulla generazione diffusa, l'Enel risparmia in questi costi e non è costretta a potenziare la rete stendendo nuovi cavi per andare incontro alla crescita di domanda.

Pecchioli - Non dimentichiamo che il fotovoltaico può anche fare a meno della rete (impianti a isola). Inoltre il fotovoltaico spinge al risparmio energetico in generale: per esempio un'impianto fotovoltaico per reggere da solo impone l'uso di lampade a basso consumo e a realizzare accorgimenti architettonici per favorire l'illuminazione naturale.

Ruffo - Abbiamo parlato molto dei problemi legati alla scarsità di energia, ma poco dell'ambiente...

Grazzini - Infatti, come ho mostrato prima, l'energia in se' non sarà scarsa, potremo affrontare i problemi dovuti alla scarsità aumentandone il costo. Ma l'uso dell'energia deve essere tollerabile dall'ambiente e compatibile con la crescita della popolazione. Si dice che qualunque cosa accada il pianeta sarà sempre abitabile, ma a me non interessa che sia abitabile dalle piattole... L'inquinamento che produciamo minaccia la popolazione umana. Ne abbiamo numerosi esempi: la nube di ossidi di azoto che è stata vista stendersi sulla Cina e sul Sud-est asiatico provoca milioni di morti. La defore stazione è un problema globale: ogni anno sparisce una superficie di foresta paragonabile al Belgio. Personalmente non sono favorevole alla soluzione del problema attraverso grandi impianti, come quelli ipotizzati in Africa. Non solo per le perdite nel trasferimento, ma per il rischio di instaurare una nuova forma di colonialismo in questi paesi. Infatti questi progetti non li aiutano a crescere.

Bardi - Ho l'impressione che le risorse per affrontare questi problemi ci siano. Il problema è nella correlazione tra parti: ogni cambiamento della struttura che sta alla base dell'energia impone un cambiamento anche in settori tecnologici, sociali e politici distanti. La difficoltà nell'uscire dall'economia del petrolio ne è un tipico esempio.

Bagnoli - Anche con gli studenti ci eravamo posti una semplice domanda. Immaginiamo che un politico responsabile per questi problemi disponga di bilancio limitato. Cosa farebbe? Quali sarebbero le priorità? Userebbe il denaro per produrre energia o per risparmiarla? La stessa cosa per un privato nella sua casa: cosa farebbe?

Pecchioli - Nel privato e nell'uso domestico le innovazioni per investire nel risparmio energetico sono ormai consolidate. Un'esempio per tutti è il riscaldamento a bassa temperatura nel pavimento.

Grazzini - Si devono affrontare scelte individuali, un po' come decidere se andare in bicicletta. Il cittadino può però esercitare pressione anche sulle scelte politiche chiedendo, ad esempio, migliori e più razionali servizi. L'influenza sulle scelte politiche ha quindi anche aspetti culturali. Addirittura sui gusti e sugli aspetti estetici. Gli Uffizi, quando furono costruiti, erano un autentico pugno nell'occhio, erano osteggiati dai gusti dell'epoca. Oggi, in Italia, non li avrebbero mai costruiti, non si potrebbero realizzare innovazioni di quella portata. Non si vedono mai nelle città italiane edifici moderni, mentre anche in Spagna (Barcellona, Siviglia) si trovano facilmente. Di fronte ai problemi di cui si è parlato, non bisogna esitare nel buttare giù le case vecchie e costruirle più efficienti. Ai politici basterebbe chiedere di applicare una gestione razionale dei patrimoni, chiedendo pareri agli esperti (tecnici/scientifici e non solo economici e giuridici) quando emanano nuove leggi.

Bardi - Io comunque per cautela ho comprato azioni Eni, così se il petrolio aumenta sono al sicuro... Ho anche comprato un motorino elettrico così posso passare davanti al distributore di benzina e sbeffeggiarlo... Ci troviamo in un sistema industriale che ha bisogno di molta energia: questo influisce anche sul costo delle materie prime (estrazione, processamento). Ai politici gli esempi su come uscire da questi limiti non mancano: un esempio è la geotermia in Toscana.

Ruffo - Siamo quindi approdati al fattore culturale...

Domanda - Infatti io mi domando se il problema non è proprio nell'incompatibilità tra le leggi della termodinamica e quelle dell'economia e del mercato...

Bardi - I due aspetti sono correlati: la transizione all'economia basata sull'energia elettrica cambierà il sistema economico e anche il costume. Non ci sarà - se non in un futuro molto lontano - una pompa per l'idrogeno accanto a quella della benzina. Il fatto è che le scelte irrazionali, per la termodinamica, degli economisti sono basate sui costi e non sull'uso razionale (le leggi di trasformazione, i rendimenti, l'impatto ecologico, ecc..).

Grazzini - Un profondo cambiamento culturale serve. La cultura è quasi sempre vista come letteratura, filosofia, arte. Forse talvolta si arriva all'economia, appunto. Mai si parla di scienza e tecnologia come cultura.

Una riflessione

Un'applicazione di alcuni dati reperibili nel libro "L'uso razionale dell'energia" (v. sopra).

Un'automobile ottimisticamente fa 100 km con 5 l di benzina. Quindi per fare 20 km le occorre 1 l di benzina. Il contenuto energetico di 1 l di benzina è ca. 45000 kJ.

Un ciclista dissipa almeno 100 W di potenza. In un'ora (il tempo di percorrere gli stessi 20 km in pianura) consuma quindi

3600 s x 100 W = 360 kJ

Ma il ciclista si deve alimentare. Un g di cioccolata contiene ca. 24 kJ di energia. Quindi al ciclista servono solo 15 g di cioccolata, un cioccolatino.

-- anonimo 19 Oct. 2005

Secondo me il ragionamento non è corretto. Il rendimento dei muscoli umani è di circa il 25%, ovvero solo 1/4 dell'energia immessa viene convertita in lavoro. Il rendimento di un motore a benzina è del 20% (14% in città), quello di un motore diesel del 28% (21% in città, ma può arrivare al 45% nei motori sperimentali). Inoltre, per produrre un cioccolatino, un bel po' di benzina è stata impiegata in agricoltura, nell'allevamento (per il latte), nei trasporti. Anche per produrre la benzina o il gasolio c'è stato un investimento energetico, molto minore in proporzione rispetto al cibo a causa dell'elevato contenuto energetico dei combustibili fossini (per quanto riguarda l'impatto ambientale ovviamente si dovrebbero fare altri discorsi).

Il problema energetico sta nel fatto che l'automobile deve trasportare non solo il passeggero, ma anche se stessa, e se c'è un solo passeggero il rapporto tra peso "inutile" dell'automobile e peso utile è circa 1/8. Incrementando questo rapporto si ha ovviamente un minor spreco. Questo incremento si ottiene, nell'ordine:

• usando auto piccole, monoposto o riempiendo una auto normale con 4 passeggeri
• usando motorini (ovviamente ecologici)
• usando i mezzi pubblici

Senza contare il fatto che i motori normalmente usati per auto e motorini sono progettati e calibrati per le prestazioni "di punta" (sorpassi), per cui nell'uso normale il motore lavora con un rendimento molto basso. POssibili soluzioni sono motori a geometria variabile o ibridi (come la prius), che hanno un rendimento medio molto più alto, o ancora meglio le celle a combustibile (che tra l'altro non inquinano dove vengono usate -- a parte il l'ossido d'azoto -- ma che possono inquinare dove l'idrogeno/metanolo viene prodotto)

http://digilander.libero.it/digitalrino/utopie%20e%20realta%20idrogeno.htm

Ma non è solo il discorso energetico che conta. È vero che le persone consumano anche se stanno ferme, e che comunque è più salubre andare in bicicletta che in auto (inquinamento a parte), ma l'uso della bicicletta può (e deve) essere sostenuto non tanto sulla base del risparmio energetico, quanto su quello della sostenibilità urbana (inquinamento, ingorghi, posto occupato dalle automobili).

-- FrancoBagnoli - 20 Oct 2005