Risorse Energetiche... per saperne di più

1. Introduzione

Risorse energetiche: Insieme delle materie prime e dei fenomeni naturali sfruttati per produrre energia. Per ciascun paese, il consumo di energia è determinato dal livello di attività produttiva (l'energia è essenziale per far funzionare industrie e trasporti) e dal livello di vita dei consumatori (per svolgere le attività quotidiane, per l'illuminazione, il riscaldamento). Il fabbisogno di energia viene generalmente espresso in termini di tonnellate di carbon fossile o di barili di petrolio – le fonti energetiche a tutt'oggi più diffuse –; un barile equivale a 158,987 litri.
La continua crescita della popolazione mondiale (si prevede che, dai circa 6 miliardi attuali, arrivi agli 8 miliardi intorno al 2020), l'aumento del livello di vita nei paesi industrializzati e il crescente fabbisogno di energia dei paesi in via di sviluppo (America latina, Asia, Africa, e in particolare India, Cina, Brasile e Indonesia) fanno prevedere che il consumo mondiale di energia continuerà a crescere a un ritmo di circa 1,5% all'anno. Questo scenario genera nei governi motivate preoccupazioni, sia perché le risorse energetiche oggi più utilizzate sono limitate, sia perché le tecniche necessarie per il loro utilizzo causano inquinamento ambientale e alterano l'equilibrio ecologico del pianeta. Ne segue che attualmente, una delle principali preoccupazioni dei governi in fatto di risorse energetiche sia la ricerca di fonti alternative a quelle tradizionali, possibilmente non inquinanti e non esauribili, e il risparmio di energia.

2. Evoluzione dei consumi di energia

Per migliaia di anni, le fonti di energia utilizzate sono state quasi esclusivamente la legna da ardere, gli scarti agricoli e lo sterco animale. Fu solo a partire dal XVII secolo, con la rivoluzione industriale e l’impiego massiccio della macchina a vapore nell’industria, che il consumo di energia subì un brusco aumento e la fonte primaria divenne il carbone. Poi, nel corso del XX secolo, il fabbisogno energetico mondiale è aumentato vertiginosamente. Per decenni il mondo intero ha attinto alle fonti naturali non rinnovabili (carbone, petrolio, gas naturale), senza preoccuparsi della loro limitatezza. Soltanto con la crisi energetica del 1973 si è presa coscienza della necessità di cercare valide fonti alternative di energia. La crisi fu scatenata dal provvedimento dei paesi produttori di petrolio (membri dell’vedi OPEC), che quadruplicarono il prezzo del barile di petrolio, riducendo nel contempo le forniture ai principali paesi importatori. Il prezzo continuò a salire fino al 1980, quando raggiunse la cifra record di 40 dollari al barile. La Comunità Europea si accordò allora per ridurre l'utilizzo di petrolio, privilegiando il carbone e l'energia nucleare, e per una politica di risparmio energetico. Furono gli anni che videro i cittadini rinunciare all'uso dell'automobile per privilegiare i trasporti pubblici, e iniziare a porre attenzione ai consumi casalinghi di elettricità e di combustibile per il riscaldamento. Oggi il prezzo del barile di petrolio (tenendo conto delle svalutazioni monetarie) è ridisceso all'incirca ai livelli da cui era partito, ma il risparmio energetico e la ricerca di risorse di energia alternative è ancora una delle primarie preoccupazioni mondiali.

3. Fonti energetiche

È diffuso l'uso di classificare le risorse di energia in fonti non rinnovabili e fonti rinnovabili.

1. Fonti non rinnovabili

Le fonti non rinnovabili includono i combustibili fossili solidi, liquidi e gassosi originatisi per lenta trasformazione di materiali organici, in strati più o meno profondi della crosta terrestre, e i combustibili fissili, fonte primaria per la produzione di energia nucleare. Ai primi appartengono carbon fossile, petrolio, gas naturale, ai secondi, l'uranio e il torio.
Petrolio e gas naturale non sono equamente ripartiti sulla superficie terrestre; il carbone invece è più abbondante e diffuso più uniformemente, tanto da poter continuare a soddisfare il bisogno energetico ancora per qualche secolo. Il problema del carbone è piuttosto di tipo ecologico: il suo utilizzo comporta il rilascio in atmosfera di grosse quantità di biossido di carbonio. A parità di peso, infatti, il carbon fossile emette una quantità maggiore di biossido di carbonio rispetto al petrolio e al gas naturale. Per ciascuno di questi tre combustibili, a seconda dei giacimenti, esistono tuttavia differenze significative di qualità: per quanto riguarda il gas naturale, ad esempio, quello estratto dal giacimento che si trova a Groninga, nei Paesi Bassi, contiene meno dell'1% di biossido di carbonio, quello del giacimento di Krahnberg, in Germania, ne contiene il 53%, quello di Catania, in Italia, il 49%.
I combustibili fossili, inoltre, non possiedono lo stesso valore energetico: 1 kg di petrolio produce per combustione 10.000 kilocalorie (kcal), mentre la stessa quantità di carbone fornisce 7000 kcal e con 1kg di gas naturale si ottengono circa 8000 kcal. È abitudine comune definire, come unità di misura di confronto fra le varie risorse di energia, la 'tonnellata equivalente di petrolio' (tep): 1 ton di petrolio equivale a 1,5 ton di carbone o a 1000 m3 di gas naturale. Una tep equivale alla produzione di circa 4500 kWh di energia elettrica.
Attualmente, l'utilizzo dei combustibili fossili nel mondo è così ripartito: il 44% del totale è rappresentato da petrolio, il 31% dal carbone e il 25% da gas naturale.
L'uranio si trova in numerose rocce, ma in quantità limitate. Il suo trattamento al fine di ottenere combustibile atto a sostenere i processi di fissione nucleare è estremamente costoso e potenzialmente pericoloso per l'ambiente e per l'uomo. Per questo motivo, dopo un breve entusiasmo dilagato intorno agli anni Settanta, l'energia nucleare non è vista come l'alternativa energetica del prossimo millennio alle risorse tradizionali.

2. Fonti rinnovabili

Le fonti di energia rinnovabili (disponibili in quantità non limitate) sono state fra le prime a essere sfruttate dall'uomo. Sono, ad esempio, la legna, o più in generale le biomasse; l'energia idraulica, già oggi utilizzata nelle centrali idroelettriche; l'energia eolica, fornita dal vento; l'energia degli oceani, che si ricava attraverso il recupero del calore immagazzinato nelle masse d'acqua; l'energia solare, trasformabile in calore o in energia elettrica, che al giorno d'oggi si configura come la fonte alternativa più promettente, grazie anche ai consistenti progressi, nell'ultimo decennio, della ricerca tecnologica del settore.
Per millenni la legna da ardere e altra biomassa hanno rappresentato, naturalmente, i combustibili principali per gli esseri umani. Negli ultimi 150 anni ne sono stati consumati circa 30 Gtep (un Gtep corrisponde a una gigatonnellata di petrolio equivalente). L'energia idrica ha rappresentato la seconda più ampia scorta di energia rinnovabile, con un consumo di circa 13 Gtep nello stesso periodo di tempo. La biomassa fornisce ancora circa il 12% dell'energia utilizzata nel mondo e più del 35% di quella impiegata nei paesi in via di sviluppo.
Le fonti di energia rinnovabile hanno, rispetto ai combustibili fossili, il grosso vantaggio di produrre solo in minima parte emissioni dannose all'uomo e all'ambiente: zolfo, particelle in sospensione, benzene e composti organici volatili, oltre ai gas (tra cui biossido di carbonio, metano e ossido di azoto) che contribuiscono all'effetto serra.
Nel corso della conferenza mondiale sul clima del 1997, tenutasi a Kyoto, in Giappone, è stato firmato un accordo storico per la riduzione delle emissioni dei gas serra, che può significare un decisivo aumento dello sfruttamento delle fonti rinnovabili (vedi Protocollo di Kyoto). Attualmente coprono ancora una percentuale ancora troppo piccola del fabbisogno totale di energia primaria, pari al 20% circa.

3. Efficienza di conversione dell'energia

Tutte le risorse di energia fin qui esaminate sono fonti di energia primaria, che, nella maggior parte dei casi, viene poi convertita in energia secondaria: da queste fonti infatti si ricava elettricità, benzina per automobili, carburante per aeroplani, cherosene e gasolio per illuminazione e per riscaldamento, carbone di legna ecc. La conversione richiede impianti e tecnologie complessi: raffinerie di petrolio, centrali termoelettriche alimentate a carbone o a gas, centrali nucleari, celle fotovoltaiche ecc. A questa fase segue la distribuzione della forma finale (dell'elettricità attraverso la rete di distribuzione, della benzina in autocisterne) e l'applicazione dell'energia a un apparecchio utilizzatore (una cucina a gas, una lampadina, un forno, un'automobile, un aeroplano) per fornire il servizio energetico richiesto (riscaldare, illuminare, muoversi ecc.). La trasformazione finale dell'energia da parte dell'apparecchio utilizzatore viene chiamata conversione in energia utile. Ciascuna fase di questo lungo percorso ha un'efficienza limitata, spesso piuttosto bassa, e provoca la perdita di una parte di energia, tanto preziosa e difficile da ottenere; aumentare l'efficienza della conversione e dell'uso dell'energia, e il livello di rendimento di apparecchi elettrici ed elettronici, equivarrebbe a 'scoprire' una nuova risorsa di energia. Secondo varie stime, l'efficienza di utilizzo dell'energia primaria sarebbe ben al di sotto del 10% e, pertanto, i potenziali miglioramenti futuri potrebbero avere un impatto significativo sulla domanda mondiale di energia. In questa direzione si stanno impegnando numerosi gruppi di scienziati francesi e statunitensi, e i maggiori produttori di apparecchi elettronici per l'informatica e di elettrodomestici.

4. Riserve energetiche

La stima delle scorte energetiche richiede conoscenze geologiche e tecnologiche, nonché la capacità di compiere previsioni economiche. La crescente incertezza sull'abbondanza delle fonti e l'incremento dei costi sono i due parametri fondamentali che determineranno, nei decenni futuri, la capacità delle nazioni di approvvigionarsi di energia. Le risorse identificate come recuperabili, tecnicamente ed economicamente, con tecnologie attuali e a prezzi correnti vengono chiamate 'riserve accertate'. Queste valutazioni vengono solitamente effettuate da parte delle compagnie energetiche, per meglio orientare i loro investimenti, e come tali non sempre sono totalmente oggettive. Talvolta si suppone che le riserve accertate siano le uniche risorse esistenti. In realtà, anche altre risorse con caratteristiche geologiche ed economiche incerte fanno parte delle risorse di base.

1. Combustibili fossili e fissili

Nel caso dei combustibili fossili, sono risorse accertate il carbon fossile e la lignite; il petrolio convenzionale e non convenzionale (greggio pesante, bitume naturale e olio di scisto); e il gas naturale (in argilliti devoniane, in formazioni di sabbia compatta, in acquifere geopressurizzate e in strati di carbone). Risorse ulteriori, di cui il totale e il recupero economico sono incerti, sono considerate 'incidentali'. Nel caso degli idrati di metano intrappolati nel permafrost o dell'uranio naturale (e dei suoi idrati) nell'acqua di mare, le quantità esistenti sono elevate, ma tutti i dati sulla capacità di sfruttamento di queste risorse sono incerti. Si può ritenere che le migliorate conoscenze geologiche, insieme ai progressi tecnologici, renderanno possibile una stima più accurata delle risorse di base.
I combustibili fossili non sono distribuiti uniformemente nel mondo: quasi il 70% delle riserve mondiali accertate di petrolio recuperabile si trova in Medio Oriente, mentre il gas naturale si trova per il 29% in Medio Oriente e per il 43% negli stati dell'ex Unione Sovietica. Le risorse a recupero totale e la maggior parte delle sabbie bituminose e del bitume mondiale si trovano, invece, nell'America settentrionale, negli stati dell'ex Unione Sovietica e in piccola parte in Cina. Questa distribuzione non uniforme causa alle diverse nazioni problemi quali la dipendenza dall'importazione, la difficoltà degli approvvigionamenti, la fluttuazione dei prezzi, che si traducono spesso in problemi politici, e la preoccupazione di diversificare le risorse, per rendersi sempre più indipendenti da altri paesi per gli approvvigionamenti.
Attualmente, in Europa occidentale il consumo annuale di combustibili fossili è di circa 3 tep per abitante, mentre arriva a 8 tep negli Stati Uniti. Il consumo mondiale di queste riserve oggi è pari a 8 miliardi di tep, e dovrebbe salire fino a 14 miliardi intorno al 2020: gran parte della domanda viene da paesi in via di sviluppo. A questi paesi certamente non si può chiedere di ridurre il consumo energetico, nè di volgersi verso fonti alternative, oggi ancora estremamente costose. A questo ritmo, le riserve mondiali di petrolio e di gas si saranno esaurite fra cinquant'anni, quelle di carbone fra un paio di secoli.
Una risorsa energetica aggiuntiva, potenzialmente importante, che non crea praticamente emissioni di gas a effetto serra, è l'energia nucleare. Nel mondo esistono circa 430 impianti nucleari attivi, con una capacità totale di generazione di circa 340 GW (1 GW, o gigawatt, corrisponde a un miliardo di watt). Più di 30 paesi hanno impianti di energia nucleare operativi o in costruzione, che forniscono circa il 18% dell'elettricità generata nel mondo (con una punta superiore al 75% in Francia).
In generale, tuttavia, lo sviluppo dell'energia nucleare si è arrestato di fronte alla preoccupazione della popolazione per la sicurezza operativa, la gestione delle scorie radioattive e la proliferazione delle armi nucleari. Questi tre aspetti costituiscono i problemi più importanti dell'industria nucleare, e per il momento, pongono al suo sviluppo un limite molto inferiore al potenziale tecnico. Mantenendo l'attuale livello di uso dell'uranio (al di sotto delle 60.000 tonnellate annue), si stima che questa risorsa possa venire estratta ancora per 64 anni con un costo di circa 130 dollari/kg. Inoltre, ritrattando e riciclando l'uranio e il plutonio, si potrebbe aumentare fino al 50% il numero di anni di disponibilità di tale combustibile. Un ulteriore incremento di disponibilità potrebbe derivare dall'uso di reattori autofertilizzanti.

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