1
Introduzione
“L’ininterrotto drenaggio di risorse naturali operato dall’uomo non è un’attività
storicamente irrilevante. Al contrario, è il più importante fattore di lungo periodo nel
determinare la sorte dell’umanità”
1
.
Nicholas Georgescu-Roegen
L’uomo, fin dalla notte dei tempi, ha sempre utilizzato le risorse naturali per soddisfare
le sue necessità senza curarsi troppo delle conseguenze (sia in termini di inquinamento
ambientale che di impoverimento di risorse) che questo comportamento avrebbe
potuto arrecare all’ambiente in cui viveva. Quando il degrado prodotto rendeva le
risorse insufficienti per la sua sopravvivenza, emigrava verso zone inesplorate.
Nonostante il cammino di evoluzione intrapreso dall’umanità nel corso dei secoli, e
nonostante la maggiore complessità propria delle sovrastrutture delle società
moderne, questo fenomeno si è ripetuto molte volte, basti pensare ai popoli delle
steppe asiatiche del primo millennio emigrati verso il continente europeo oppure alle
spedizioni dall’Europa verso il Nuovo Mondo.
Solo più recentemente, nel secolo scorso, l’uomo ha iniziato a preoccuparsi dei danni
ambientali derivanti dalle sue azioni (forse anche perché aveva esaurito le zone
inesplorate in cui insediarsi) ed ha compreso che per poter mantenere lo stesso
standard di vita erano necessari interventi radicali. Tutto questo è stato ben
sintetizzato da Miriam Aiello nel libro Una gabbia andò a cercare un uccello: “Il
crescente interesse per l’analisi e la gestione dei rapporti tra economia e società è
indice della diffusa consapevolezza che lo scenario globale sta cambiando. Dalla
percezione di tale instabilità nasce l’esigenza di un cambiamento d’impostazione; il
1
Da Georgescu-Roegen N., 1998. Energia e miti economici. Bollati Boringhieri. Pag. 31
2
passaggio da una società basata sulla crescita economica perpetua, dimostratasi non
attuabile, a una società sostenibile, si colloca come una possibile e valida alternativa”
2
.
Inoltre, con specifico riferimento alla situazione energetica attuale, Miriam Aiello
traccia un quadro altrettanto esplicativo e suggerisce una rotta da seguire per il futuro:
“La maggior parte delle persone non si è mai preoccupata di cosa accadrà quando il
petrolio si esaurirà e, nonostante ora il peak oil non sia più semplicemente una
minaccia ma un’evidenza a breve termine
3
, questo atteggiamento continua a guidare il
nostro modo di agire. È arrivato il momento di abbandonare la visione miope e
pessimista e diventare parti attive nella comunità; guidare le modifiche e adattare il
nostro stile di vita al nuovo contesto economico-sociale in costante divenire”.
Questa stessa visione è alla base del mio progetto di tesi: la consapevolezza e l’analisi
del problema energetico (l’esaurimento delle fonti fossili, i cambiamenti climatici
dovuti all’effetto serra e il conseguente riscaldamento globale) e la ricerca di una
soluzione sostenibile di lungo periodo (sfruttamento delle fonti rinnovabili, prescrizioni
del Protocollo di Kyoto e del Programma 20-20-20 dell’Unione Europea).
Sono partito dal concetto di energia, esaminandone le forme e le fonti, per mettere in
evidenza quale tipo sia necessario utilizzare; infatti come sostenuto da Nicholas
Georgescu-Roegen: “L’energia libera cui l’uomo può accedere proviene da due fonti
distinte. La prima fonte è uno stock, lo stock di energia libera dei giacimenti minerari
nelle viscere della Terra. La seconda fonte è un flusso, quello delle radiazioni solari
intercettato dalla Terra. Tra queste due fonti esistono parecchie differenze, che
occorre sottolineare con forza. L’uomo ha un controllo quasi completo sulla «dote»
terrestre; e non è impossibile immaginare che la utilizzi interamente nel giro di un solo
anno. Non ha invece, a tutti i fini pratici, alcun controllo del flusso delle radiazioni
solari. Né può usare ora il flusso del futuro. Un’altra asimmetria tra le due fonti è
legata ai loro specifici ruoli. Soltanto la fonte terrestre ci fornisce i materiali a bassa
entropia con cui fabbrichiamo le nostre attrezzature più importanti. D’altro canto, le
radiazioni solari sono la fonte prima di tutta la vita sulla Terra, che comincia con la
fotosintesi clorofilliana. Infine, lo stock terrestre è una fonte ben misera a paragone
con quella solare. Con ogni probabilità, la vita attiva del Sole – ossia il periodo durante
2
Da Canova L., 2011. Una gabbia andò a cercare un uccello. Libri Scheiwiller. Pagg. 155-157
3
Confermata anche da World Energy Outlook 2010, International Energy Agency
3
il quale la Terra riceverà un flusso di energia solare di intensità significativa – durerà
altri cinque miliardi di anni
4
. Ma, per quanto appaia difficile crederlo, l’intero stock
terrestre non potrebbe produrre più che pochi giorni di luce solare
5
“
6
.
Ciò significa che dobbiamo concentrare i nostri consumi sulle fonti di energia derivanti
dal flusso delle radiazioni solari, cioè le fonti rinnovabili, in quanto è dalla radiazione
solare che hanno origine direttamente o indirettamente: l’energia delle biomasse
prodotta attraverso la fotosintesi, l’energia idroelettrica alimentata dal ciclo
dell’acqua, l’energia eolica derivante da quella cinetica del vento che a sua volta dà
origine anche all’energia delle onde. Questo non vuol dire non utilizzare le fonti non
rinnovabili, ma come sostengono Mario Giampietro e Kozo Mayumi: “Dovremmo
imparare a usare in maniera intelligente le scorte rimanenti di energia fossile. È
fondamentale cercare alternative possibili e auspicabili all’energia fossile, ma anche
esplorare modelli alternativi di sviluppo, rendendo possibile l’espressione di modelli
metabolici basati su un livello inferiore di consumo di energia”
7
.
Nel secondo capitolo, ho proseguito con una breve panoramica dei vari usi che l’uomo
ha fatto dell’energia durante la sua storia e dei cambiamenti climatici che ne sono
derivati. Ho poi riportato informazioni sulle numerose conferenze internazionali che si
sono susseguite dagli anni settanta fino ad oggi per cercare soluzioni a questi problemi
globali, purtroppo senza raggiungere risultati significativi.
Infine, nel terzo capitolo, mi sono concentrato su un caso studio ispirandomi
all’esperienza dell’EcoMunicipalità dell’isola di Gotland (Svezia), che, nel 1996, ha
scelto di trasformarsi in una “zero-emission zone” e, in seguito, ha deciso di arrivare a
soddisfare totalmente il suo fabbisogno energetico con energia rinnovabile prodotta a
livello locale entro il 2025. In circa quindici anni l’EcoMunicipalità è riuscita a ridurre
del 50% le emissioni di anidride carbonica prodotte dalle proprie attività, a coprire con
la produzione di energia eolica il 40% dei consumi elettrici annuali dell’isola e a
4
Da Gamow G., 1958. Matter, earth, and sky. Englewood Cliff. Pag. 493
5
Quattro giorni, secondo E. Ayres, Power from the sun, in «Scientific American», CLXXXIII n°2, agosto
1950, pag. 16. Ma, anche ammettendo la possibilità che i calcoli siano sbagliati di un migliaio di volte, la
situazione non cambia.
6
Da Georgescu-Roegen N., 1998. Energia e miti economici. Bollati Boringhieri. Pagg. 34-35
7
Da Giampietro M., Mayumi K., 2009. The biofuel delusion: the fallacy of large scale agro-biofuels
production. Earthscan. Nostra traduzione.
4
soddisfare la quasi totalità del riscaldamento domestico con biocombustibili da
silvicoltura.
Ho pensato di verificare la possibilità di esportare questo modello nel territorio
italiano, ho scelto come area di riferimento quella dell’Isola d’Elba, in quanto terza
isola più grande d’Italia e prossima geograficamente, ed ho deciso di analizzare le
conseguenze della sostituzione di una quota dell’energia elettrica prodotta da fonti
fossili con energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili.
La bontà di questa scelta è stata successivamente confermata dalla scoperta, durante
la ricerca di informazioni sull’area oggetto di studio, di un progetto della Provincia di
Livorno, avviato nel marzo 2012, chiamato “Elba verso un’isola a zero emissioni” che si
pone l’obiettivo di “fare dell’Isola d’Elba la prima isola del Mediterraneo
tendenzialmente oil free”
8
.
Lo studio oggetto di questa tesi, si pone un obiettivo simile a quello del progetto della
Provincia e considera due scenari distinti. Il primo consiste nel rispetto delle
disposizioni previste dal “Programma 20-20-20” dell’Unione Europea, cioè nel
raggiungimento della copertura del 20% dei consumi energetici lordi annuali con fonti
rinnovabili locali. Il secondo, più teorico, è un’analisi delle potenzialità delle risorse
locali presenti sull’Isola d’Elba per misurare il livello massimo di consumi energetici
lordi annuali raggiungibile con fonti rinnovabili.
Per entrambi gli scenari ho analizzato le conseguenze ambientali ed economiche delle
suddette modificazioni nell’approvvigionamento energetico, prendendo in
considerazione un unico indicatore (tra i vari possibili) per ognuno dei due aspetti
previsti: le emissioni di CO
2
come proxy delle problematiche ambientali complessive e
il costo di realizzazione e gestione degli impianti come criterio economico oggettivo.
La base di partenza dell’analisi è consistita nella stima dei consumi energetici lordi
annuali relativi al territorio dell’Isola d’Elba in quanto non è stato possibile aver
accesso ai dati a livello comunale
9
. In seguito ho proceduto ad un’analisi delle risorse
rinnovabili presenti sul territorio volta a quantificare il loro potenziale energetico ed ho
8
http://www.provincia.livorno.it/new/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=751
9
Al momento attuale (luglio 2013) neanche l’Agenzia Energetica della Provincia di Livorno (EALP) – che
fornisce il supporto tecnico alla Provincia nell’ambito del progetto “Elba verso un’isola a zero emissioni”
– è in possesso dei dati sui consumi energetici a livello comunale, essendo ancora in attesa di riceverli da
Enel.
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scelto le quattro tipologie più concretizzabili: solare fotovoltaico, biomasse, onde,
eolico
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ed ho stimato il loro contributo, individuale e complessivo, al raggiungimento
degli obiettivi che mi ero posto valutandone sia i quantitativi di anidride carbonica
emessa in atmosfera, sia i costi necessari alla realizzazione dell’impianto e alla sua
gestione nel lungo periodo.
10
Al momento attuale (luglio 2013) sul territorio dell’Isola d’Elba non è prevista la realizzazione di
impianti eolici in quanto sottoposto a vincolo paesaggistico e facente parte del Parco dell’Arcipelago
Toscano, ma è stato deciso di studiarne comunque la producibilità teorica dato che è in corso un
dibattito sull’opportunità di valutare il suo utilizzo caso per caso.
7
Capitolo 1
Cos’è l’energia?
Il concetto di energia non è di facile esplicazione. Può essere definito come “la capacità
di un corpo, o di un sistema, di compiere un lavoro”
11
perciò, innanzitutto, è necessario
spiegare cosa si intende per lavoro. In termini concreti si può descrivere il lavoro come
l’utilizzo di una forza per spostare un oggetto, o qualsiasi processo che produce un
cambiamento, di temperatura, di composizione chimica, di velocità, ecc. all’interno di
un sistema. La quantità del lavoro è data dall’entità di forza utilizzata e dalla
dimensione dello spostamento. L’energia, quindi, è il parametro che quantifica la
capacità di un sistema di compiere un lavoro.
Misurando l’energia si può prevedere la quantità di lavoro che un sistema è in grado di
compiere, perché la quantità di energia presente all’interno del sistema definisce la
quantità massima di lavoro che questo può svolgere. È necessario però considerare
che non tutta l’energia contenuta nel sistema è utilizzabile, perché una quota di questa
si disperde sotto forma di calore; quindi, la quantità di energia disponibile in un
sistema, è sempre inferiore a quella totale del sistema.
Secondo il Sistema Internazionale (SI)
12
l’energia, così come il lavoro, si misurano in
joule, in onore del fisico inglese James Prescott Joule e dei suoi esperimenti
sull’equivalente meccanico del calore. Un joule rappresenta l’energia necessaria, ossia
il lavoro effettuato, per esercitare la forza di un newton (N) per la distanza di un metro.
Essendo il joule un’unità molto piccola vengono generalmente utilizzati i suoi multipli
come il Kilojoule (1.000 joule) e il Megajoule (1.000.000 di joule).
Oltre all’energia e al lavoro deve essere presa in considerazione anche la potenza che
descrive il rapporto tra l’energia utilizzata e l’unità di tempo ovvero la rapidità di
impiego dell’energia, o più semplicemente la velocità alla quale viene compiuto un
lavoro. L’unità di misura della potenza è il watt (W) che è dato dal rapporto tra joule e
secondi.
11
http://www.treccani.it/enciclopedia/energia/
12
Sistema Internazionale di unità di misura
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Altre unità di misura comunemente usate per l’energia sono:
• Kilowattora (kWh), si utilizza per l’energia elettrica ed equivale a 3.600.000
joule; rappresenta la quantità di energia necessaria per fornire una potenza di
un kilowatt per un’ora.
• Kilocaloria (kcal), si utilizza per l’energia termica ed equivale a 4.196 joule;
rappresenta la quantità di energia necessaria per elevare da 14,5 a 15,5°C la
temperatura di un kilogrammo di acqua distillata situata a livello del mare.
• Tonnellata equivalente di petrolio (tep), si utilizza per i bilanci energetici ed
equivale a circa 42 miliardi di joule (42 GJ); si tratta di un valore fissato
convenzionalmente, dato che diverse varietà di petrolio posseggono diversi
poteri calorifici. Il tep rappresenta la quantità di energia rilasciata dalla
combustione di una tonnellata di petrolio grezzo.
Forme di energia. In natura esistono sette forme di energia diverse
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:
1. Energia termica
2. Energia chimica
3. Energia elettrica
4. Energia elettromagnetica o luminosa
5. Energia cinetica
6. Energia gravitazionale
7. Energia nucleare
Ogni forma di energia può essere trasformata in un’altra forma, in alcuni casi possono
convertirsi direttamente l’una nell’altra, per esempio l’energia luminosa del Sole può
essere trasformata in energia elettrica utilizzando un pannello fotovoltaico. In altri
invece, la trasformazione può avvenire soltanto mediante il passaggio ad un’altra
forma intermedia, per esempio non si può trasformare l’energia nucleare in energia
elettrica senza passare da quella termica.
Il punto di partenza di ogni catena di trasformazione è un’energia primaria, che viene
trasformata in energia secondaria, la quale può essere nuovamente trasformata in
altre energie secondarie fino a quando è disponibile come energia utilizzata.
13
Da Armaroli N. e Balzani V., 2011. Energia per l’astronave Terra. Zanichelli
9
Fonti di energia. Si tratta delle risorse e delle materie da cui è possibile ricavare una o
più forme di energia che possono essere utilizzate per eseguire un lavoro, produrre
calore e comunque ottenere una utilità. Si può distinguere tra:
1. Fonti energetiche primarie: disponibili direttamente in natura, prima di avere
subito una qualunque trasformazione. Possono essere sfruttate come tali
oppure trasformate in fonti energetiche secondarie. Sono fonti primarie
esauribili petrolio grezzo, gas naturale, carbone e materiali fissili. Sono fonti
primarie rinnovabili energia solare, eolica, idrica, da biomasse, geotermica e da
risparmio energetico. Teoricamente qualsiasi corpo dotato di energia
potenziale può essere una fonte primaria di energia, ma per essere
effettivamente utilizzabile è necessario che abbia alcune caratteristiche:
Concentrabilità: possibilità di condensare la sorgente di energia entro un’area
limitata per consentirne la gestione, come ad esempio una centrale elettrica,
un serbatoio di benzina di un’automobile, ecc. Indirizzabilità: possibilità di
convogliare la sorgente di energia nel luogo di utilizzo, ad esempio benzina,
acqua o raggi solari in un bruciatore, una turbina, una lente o uno specchio.
Frazionabilità: possibilità di frazionare la fonte in modo da poter utilizzare
soltanto la parte necessaria al momento. Continuità: possibilità di utilizzare la
sorgente di energia per un periodo determinato senza interruzioni e senza che
si esaurisca in pochi secondi. Regolabilità: possibilità di approvvigionarsi dalla
sorgente in modo graduale a seconda delle necessità. Quanto più sono
rispettate queste cinque caratteristiche tanto più è pregiata la fonte di energia
che le possiede.
2. Fonti energetiche secondarie: non sono direttamente disponibili in natura ma
derivano da una trasformazione di una fonte di energia primaria e sono rese
utilizzabili sotto altre forme più adatte al trasporto e ai vari impieghi. Ad
esempio sono fonti secondarie la benzina, che si ottiene dal trattamento del
petrolio greggio, il metano, che viene estratto dai gas naturali, l’energia
elettrica, che deriva dalla trasformazione di energia meccanica o chimica o
fisica, l’idrogeno che può essere estratto dall’acqua o da combustibili fossili.
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