L’EROEI, l’ingegno italiano ed il futuro energetico mondiale

di Giancarlo Abbate.

Di danxoneil

La vita, per i credenti, è un dono di Dio, per tutti, credenti e non credenti, si sostiene grazie ad un continuo consumo di energia. Solo grazie al consumo di energia disponibile riusciamo a mantenerci nella nostra condizione di non equilibrio (vita); senza consumare energia finiremmo ben presto in uno stato di equilibrio (morte). Tutti gli organismi viventi sono alla continua ricerca di fonti di energia da poter consumare. Nel corso della loro storia gli uomini si sono continuativamente ingegnati  nello scoprire, e quindi sfruttare, nuove fonti di energia, in quantità crescente, anche di molto maggiore della quantità necessaria a mantenerli in vita. Ciò ha due importantissime conseguenze, la prima è l’aumento demografico, per l’ovvia ragione che una quantità maggiore di energia permette di mantenere nello stato di non equilibrio un numero maggiore di individui, la seconda è il miglioramento delle condizioni di vita, perché gli uomini, attraverso le potenzialità del loro cervello (con tutte le conseguenze: apprendimento, cultura, …), hanno potuto sfruttare il surplus di energia per attività diverse dal mero sostentamento, come costruzione di alloggi, utensili, ecc.

Di fatto, la ricerca spasmodica di nuove fonti di energia ha generato in molti casi una profonda differenziazione che ha visto popolazioni già dotate di un surplus di energia approvvigionarsi ad un livello di gran lunga superiore alle reali necessità, sovente a scapito di altre popolazioni. Cioè serve energia per avere più energia e questa energia ha a sua volta un costo che inevitabilmente va preso in considerazione. Istintivamente tutti gli esseri viventi, quando tendono ad ottimizzare la resa energetica con la minima spesa, applicano questo concetto, che da un po’ di tempo è noto con il nome di EROEI.

Cos’è l’EROEI e che vuol dire che gli animali ne tengono conto? EROEI è un acronimo in lingua inglese che sta per Energy Returned On Energy Invested, cioè il rapporto tra l’energia ricavata e l’energia spesa. Quando questo rapporto è maggiore di 1 vuol dire che nella mia ricerca ho ricavato più energia di quanta ne ho speso per ottenerla, se viceversa il rapporto è minore di 1, allora ho speso più energia nella mia ricerca di quanta ne abbia ottenuto alla fine. Il leone sa che deve azzannare la gazzella dopo pochi passi (EROEI > 1), altrimenti se fosse costretto ad una lunga rincorsa (EROEI < 1) il sospirato pasto non compenserebbe la fatica fatta; perciò la sua caccia, se non è coronata da un immediato successo, termina rapidamente. Dall’inizio della domesticazione di piante ed animali in poi (circa 12.000 anni fa) l’uomo è sempre riuscito a procurarsi energia con EROEI molto alti, cioè con una grande efficienza, ottenendo molto di più di quanto spendeva e procurandosi di conseguenza un alto surplus energetico. Una conseguenza negativa di questa straordinaria abilità dell’uomo, cioè dell’abbondante disponibilità di energia, è la tendenza allo spreco della stessa, delle risorse naturali da cui ricava energia (ad esempio il legno), l’incapacità di valutare la sostenibilità del ritmo di utilizzo delle risorse, in fin dei conti la perdita del concetto istintivo di EROEI.

Ciò nonostante, a parte alcuni casi limitati ma altamente istruttivi di collasso di società umane chiuse (vedi “Collasso” di Jared Diamond), il genio umano (o la sua fortuna, o l’aiuto di Dio) è sempre riuscito (finora) a risolvere positivamente le situazioni più critiche verificatesi nella storia umana in particolare quando ad incremento demografico ed eccessivo utilizzo delle risorse si univano sfavorevoli eventi naturali. Nel XVII secolo per evitare che l’eccessivo disboscamento potesse portare l’umanità al collasso, gli uomini iniziarono a sfruttare in maniera sistematica una nuova fonte di energia, il carbon fossile, che diventerà nell’800 la principale sorgente di energia. Questo ruolo fu poi preso nel ‘900 dal petrolio. Entrambe queste fonti godevano nei primi decenni del loro sfruttamento di un EROEI molto alto, superiore a 100. Ciò significa, mi ripeto, che l’energia ricavata da queste fonti ed utilizzabile è 100 volte superiore all’energia spesa per ottenerla, includendo in questo termine il costo energetico dell’estrazione, del trasporto, della produzione e dello smaltimento dei rifiuti.

Come detto precedentemente, qualità della vita e rapido sviluppo demografico ne sono le immediate conseguenze, come si è visto in maniera spettacolare negli ultimi 70 anni. Un’altra naturale conseguenza è però la necessità di quantità di energia disponibile sempre maggiore ed appare chiaro a tutti che i combustibili fossili (anche il gas oltre a carbone e petrolio) sono limitati e quindi destinati ad esaurirsi in un certo arco di tempo (30, 40 o 100 anni ed in ogni caso non molto di più). A ciò si aggiunge un’altra considerazione, purtroppo negativa anch’essa: l’EROEI di queste sorgenti fossili tende a scendere sempre più a causa delle difficoltà crescenti di estrazione, di lavorazione e del trattamento dei rifiuti, l’EROEI del petrolio è oggi stimato tra un minimo di 5 ed un massimo di 15, leggermente maggiori quelli di gas e carbone. La tendenza umana ad ignorare l’EROEI però continua in modo pericoloso anche se comprensibile. Gli esempi, dai più piccoli ed apparentemente insignificanti (ad esempio, sprechi domestici) ai più grandi e potenzialmente disastrosi (ad esempio, scelte sbagliate come il bioetanolo con EROEI intorno ad 1), sono continuamente sotto i nostri occhi. Tuttavia negli ultimi decenni i tecnici dell’energia hanno iniziato a valutare il concetto di EROEI ed a ritenerlo importante nel loro lavoro di pianificazione, progettazione e realizzazione di impianti di produzione di energia (in particolare per l’energia elettrica).

Questo è un fatto importante e positivo per il futuro dell’umanità. Ma le decisioni, anche in campo energetico, sono prese dai politici e non dai tecnici e questi ultimi forse non sono riusciti a trasmettere ai politici con chiarezza e semplicità il concetto di EROEI, che quindi continua a rimanere estraneo a decisioni di estrema importanza. Si deve anche chiarire nettamente che il concetto di EROEI non è una grandezza fisica misurabile in maniera oggettiva, bensì è un rapporto in cui il numeratore può essere misurato con precisione ma il denominatore è una stima che dipende fortemente da cosa si include nel conteggio del costo energetico. Questa ambiguità ha sicuramente giocato un ruolo negativo.

Molto più semplice e comprensibile, sia per i politici sia per il resto della cittadinanza, è, d’altra parte, il concetto di fonte di energia ad esaurimento contrapposta a fonte rinnovabile.

È ormai chiaro a tutti che per un futuro sostenibile, che non abbia come prospettiva il sicuro collasso della società umana così come la conosciamo oggi, dobbiamo ricavare l’energia necessaria da fonti rinnovabili. Tutte le nazioni industrializzate (ed anche organismi internazionali giocano un ruolo) si stanno attrezzando a questo scopo ma con modalità molto variabili sia per la scelta delle fonti di energia e delle tecnologie di produzione, sia per i tempi del passaggio dal fossile al rinnovabile.

L’adozione di un concetto di EROEI condiviso dalla comunità scientifica e tecnica è sicuramente importante ed urgente, ed il suo impiego come elemento fondamentale per la pianificazione delle scelte energetiche a medio e lungo periodo è il miglior criterio che i politici possano seguire se il loro scopo è, come do per scontato che sia, non solo il bene immediato del Paese ma anche quello delle generazioni future.

L’EROEI attuale delle fonti rinnovabili vede in posizione di netto vantaggio l’idroelettrico (EROEI da 50 a 200), poi l’eolico (5-80), le biomasse (5-27) ed il solare fotovoltaico (4-9). Naturalmente chi può sfrutta l’idroelettrico ma purtroppo risulta che, per limiti naturali, la quantità totale di energia disponibile è una frazione minoritaria dell’energia consumata oggi. Le sorgenti di energia rinnovabile più abbondanti, di molto superiori all’attuale fabbisogno di energia, sono l’eolico ed il solare. In particolare per il solare fotovoltaico molte speranze sono riposte nei prossimi sviluppi tecnologici che promettono un aumento dell’EROEI anche di un fattore 10 (portandolo a 25-80) in tempi relativamente brevi ma non facilmente quantificabili (5-10 anni?). L’energia da biomasse, pur avendo alcuni aspetti vantaggiosi come l’utilizzo di materiali di scarto, non mostra prospettive a media e lunga scadenza superiori al 3-4% del fabbisogno energetico in Italia. La sorgente che oggi sembra il candidato rinnovabile con maggiori possibilità di sostituire i combustibili fossili, in particolare per la produzione di energia elettrica, è l’energia eolica che si prevede possa fornire entro il 2020 il 5% del fabbisogno energetico a fronte di una produzione attuale minore del 2%.

È ancora poco, molto poco per sperare di consegnare un futuro sostenibile alle prossime generazioni, tuttavia la strada è quella giusta: investire nello sviluppo delle tecnologie che permettono di sfruttare fonti rinnovabili con EROEI che possano diventare sempre maggiori e non decadere inesorabilmente come è destino di tutte le fonti fossili. Molte risorse sono attualmente dedicate allo sviluppo di tecnologie per lo sfruttamento del solare fotovoltaico e questo è sicuramente positivo anche per l’indubbio vantaggio di questa tecnologia di produrre impianti facilmente delocalizzabili e scalabili a piccole dimensioni.

Ma qual è la situazione per l’energia eolica? Qual è il valore più attendibile per il valore di EROEI dell’attuale tecnologia eolica in Italia? Che possibilità e quali concrete speranze ci sono per miglioramenti tecnologici che possano far aumentare questo EROEI nel futuro non troppo lontano (10 anni)? Iniziamo ad esaminare i dati certi. L’eolico è la più grande fonte di energia disponibile sulla Terra: a fronte di 800 TW di potenza massima teoricamente disponibile dalla radiazione solare, il totale dei venti terrestri dispone di 3600 TW di potenza (per chiarezza ricordo che 1 TW, cioè un terawatt, equivale a 1.000.000 MW, cioè un milione di megawatt, e che la potenza equivale alla quantità di energia ottenibile in un secondo). Per dare un significato a questi numeri occorre specificare che la potenza totale utilizzata dall’umanità per sostenere l’attuale tenore di vita è di circa 14 TW. In altre parole, una piccolissima parte dell’energia dei venti terrestri, circa 3 o 4 millesimi, sarebbe sufficiente a soddisfare tutto il fabbisogno mondiale attuale.

Purtroppo però la maggior parte di questa energia è trasportata dai venti in alta quota e solo in piccola parte dai venti intercettabili dalle attuali torri eoliche di altezza massima intorno ai 100 metri. In Italia poi dobbiamo fare i conti con una ventosità piuttosto debole in media, molto variabile ed intermittente, per un totale di poco più di 1000 ore all’anno di produzione di energia (su un totale di circa 8800 ore). In base a queste considerazioni l’EROEI degli impianti di energia eolica in Italia è valutato intorno a 20. Aumentare significativamente l’efficienza delle torri eoliche attraverso miglioramenti tecnologici sembra molto difficile ed improbabile nell’immediato futuro. Gli unici progetti in questa direzione riguardano la realizzazione di megaimpianti off-shore (in alto mare) che al momento sono poco realistici.

In questo scenario si inserisce da poco più di 10 anni l’ingegno (o il genio) italiano, impersonato nell’occasione da Massimo Ippolito, un ingegnere esperto in meccatronica, titolare di un’azienda in provincia di Torino che fabbrica da molti anni sensori per il controllo del volo di aerei ultraleggeri. Partendo da queste sue competenze e dalla passione per i problemi dell’energia (sarà forse un fato connesso al nome?) Ippolito ha sviluppato l’idea di sfruttare l’energia del vento lì dove ce n’è più in abbondanza, in alta quota, a 1000 metri ed oltre: grandi ali, come quelle di enormi aquiloni, intercettano il vento e, per mezzo di funi, trasmettono l’energia al generatore posto a terra che la trasforma in elettricità. All’idea originaria sono seguiti 10 anni di ricerche scientifiche e tecnologiche, culminati con la realizzazione di alcuni prototipi industriali, funzionanti da oltre un anno, che producono effettivamente energia a piccola scala (circa 0,5-1 MW). L’EROEI ottenibile con questa tecnologia è stimato in circa 30 volte quello dell’eolico tradizionale (torri eoliche), cioè comparabile con quello del petrolio all’inizio del ‘900, ma con una fonte rinnovabile, totalmente priva di emissioni inquinanti o gas serra, e con un minimo impatto ambientale.

Insieme con l’idroelettrico ed il fotovoltaico di prossima generazione, l’eolico di alta quota potrebbe essere un elemento decisivo per completare il passaggio dalle sorgenti fossili a quelle rinnovabili entro il 2050 “before the wells run dry” (David Elliott, www.feasta.org), cioè prima che i pozzi (di petrolio) si esauriscano.

Altre aziende negli USA, in Olanda ed in altri paesi industrializzati hanno intrapreso la strada, aperta da Ippolito, dello sfruttamento dei venti in alta quota ma sono necessariamente indietro di parecchi anni rispetto all’azienda italiana che ha coperto con 22 brevetti in tutto il mondo le varie tecnologie implicate nel processo di produzione. L’azienda di Ippolito, KiteGen, ha partecipato a bandi pubblici per il sostegno ad attività industriali o precompetitive ad alto contenuto tecnologico ed in molti casi con esito positivo. I fondi erogati sulla carta durante gli ultimi anni non sono però (ancora) effettivamente arrivati, causando un ritardo nell’ultimo stadio dello sviluppo industriale della tecnologia. Questo ritardo non giova a nessuno. Gli italiani, l’Italia e tutto il resto del mondo non potrebbero che ringraziare chi si adoperasse per accelerare (e non per rallentare) lo sviluppo di nuove tecnologie energetiche ad alto EROEI e basate su fonti rinnovabili.

Tuttavia nessuna tecnologia, neanche la più perfezionata, può salvare l’umanità se manca la consapevolezza che tutte le risorse disponibili sono limitate, finite e non infinite, cioè in conclusione che una prospettiva di crescita continua demografica ed economica (qualità della vita) non può che concludersi inevitabilmente con il collasso di tutta la società.

 

NdA: In questo articolo ho volutamente omesso ogni riferimento all’energia nucleare non perché consideri l’argomento irrilevante, tutt’altro! I motivi sono due: una discussione sul nucleare, pur richiedendo molto spazio per la sua complessità,  non cambierebbe in nessun modo la sostanza e le conclusioni dell’articolo; l’attuale situazione con due referendum approvati che bandiscono le centrali nucleari dal territorio italiano rendono puramente teorica ogni discussione in merito. 

 

 

6 Commenti

  1. Terenzio Longobardi

    Ottimo articolo, condivido in pieno anche le conclusioni, con l’aggiunta che il limite principale del nucleare è la disponibilità di uranio, molto inferiore alle stime ottimistiche dei nuclearisti. A proposito di eroei, consiglio la lettura di un recente articolo di Turiel, tradotto qui http://ugobardi.blogspot.it/2012/12/il-tramonto-del-petrolio.html in italiano, che affronta l’argomento della disponibilità futura di petrolio in base a questo parametro.

  2. Renato

    “… l’EROEI degli impianti di energia eolica in Italia è valutato intorno a 20 …”
    “… L’EROEI ottenibile con questa tecnologia [Kitegen] è stimato in circa 30 volte quello dell’eolico tradizionale (torri eoliche) …”
    Quindi, EROEI 600?
    Non è male, da parte di una tecnologia che finora non ha riversato in rete nemmeno un kWh, e che non ha lavorato per più di 60 minuti consecutivi.

  3. Giancarlo Abbate

    Grazie Renato, questo è proprio il commento che mi aspettavo. Io mi prendo la responsabilità di quello che scrivo: “l’EROEI è stimato” dell’ordine di 600, se anche fosse stimato 100 non cambierebbe assolutamente nulla. Solo l’idroelettrico ha un EROEI di questo ordine. Il problema è semmai: stimato da chi? Dagli ingegneri di KiteGen. Ovvio che hanno tutto l’interesse ad esagerare sui numeri per loro positivi, tuttavia non credo che possano spingere troppo le loro esagerazioni. Ho letto alcuni dei loro documenti (articoli, tesi, piani di sviluppo) e non vi ho trovato sciocchezze. Ma andiamo oltre, tu scrivi “non ha lavorato per più di 60 minuti consecutivi” come se fosse una dimostrazione di inefficienza o addirittura di scarsa serietà della tecnologia e dei suoi sviluppatori. Io so che ha lavorato per molte ore, non so quanto tempo “consecutivamente”, evidentemente sei bene informato sull’attività di KiteGen. Dovresti allora sapere che non è una tecnologia matura presente sul mercato e quindi non può riversare neanche un kWh in rete. Stanno lavorando sullo sviluppo per poter arrivare esattamente a questo risultato. Con quali soldi? Con che tempistica? Con quale supporto pubblico? Queste sono domande per me più interessanti a cui cercherò di dare una risposta in futuro. Ho l’impressione che, finché si trattava solo di un progetto di ricerca che non dava realmente fastidio, KiteGen è riuscita ad ottenere finanziamenti europei ed anche nazionali, ma da quando è passata alla realizzazione di prototipi realmente funzionanti, cioè producendo energia (EROEI>>1), ed ha prodotto un piano industriale, da allora sono iniziate le difficoltà burocratiche, fondi stanziati ma mai erogati ed altri problemi paradossalmente creati da chi dovrebbe avere in linea di principio tutto l’interesse ad “accelerare (e non rallentare) lo sviluppo di nuove tecnologie energetiche ad alto EROEI e basate su fonti rinnovabili.”
    Grazie ancora (sinceramente, senza ironia).

  4. lauro

    Candidare Ippolito alle primarie?
    c’è un precedente illustre…

  5. Renato

    Se Lei, Giancarlo Abbate,
    si prende la responsabilità di quello che scrive, non dovrebbe aver difficoltà a sostanziare il suo “alcuni prototipi industriali, funzionanti da oltre un anno, che producono effettivamente energia a piccola scala (circa 0,5-1 MW)“.

    Può dire -in modo verificabile- dove si trovano (o si trovavano) questi prototipi, quanta energia hanno prodotto, in quanto tempo?

    Saluti.

    R

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