Fonti pulite

Energie rinnovabili: quali sono, vantaggi e stato dell’arte in Italia (e nel mondo)

Le rinnovabili valgono in Italia quasi il 18% della domanda energetica complessiva e sono destinate a crescere ulteriormente nei prossimi anni per effetto degli obiettivi al 2030.

05 Mar 2020

Gianluigi Torchiani

Il mondo dell’energia sta cambiando rapidamente negli ultimi anni, in particolare per la necessità di ridurre il suo impatto ambientale, in tempi in cui occorre contenere i disastrosi effetti del Climate Change. Buona parte di questo cambiamento è attribuibile alla rapida diffusione delle energie rinnovabili, che da un decennio a questa parte sono uscite dalla nicchia per diventare un elemento comune del paesaggio urbano, agricolo e industriale, come dimostra la presenza di pannelli fotovoltaici sui tetti delle abitazioni o di impianti eolici nelle zone collinari.

Cosa sono le energie rinnovabili e cosa le distingue dalle non rinnovabili

Ma cosa sono esattamente le energie rinnovabili? Quali sono le diverse famiglie tecnologiche che stanno dietro a questa parola? Quali sono le loro potenzialità e in che modo possono contribuire al cambiamento del mondo dell’energia? Questi alcuni degli interrogativi più comuni relativamente alle energie rinnovabili a cui cercheremo di dare una risposta in questa speciale guida. Partiamo ovviamente dal principio, cioè dallo stabilire cosa siano esattamente le energie rinnovabili, ovvero un punto che non sempre è chiarissimo anche agli addetti ai lavori. Quello che veramente distingue le energie rinnovabili da tutte le altre è la disponibilità di un potenziale energetico capace di rinnovarsi continuamente. Al contrario tutte le fonti di origine fossile (gas, petrolio, carbone, ecc) – quelle cioè tradizionalmente utilizzate nella generazione energetica – sono legate allo sfruttamento di risorse e giacimenti e risorse destinati prima o poi a esaurirsi. Dato questo criterio, l’Enea definisce come rinnovabili “le fonti energetiche non fossili che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano almeno alla stessa velocità con cui vengono consumate, sono liberamente disponibili in natura, non soggette ad esaurirsi a causa dell’uso o sfruttamento antropico e per le quali esista una tecnologia che consente il loro utilizzo a fini energetici”.

Quali sono le energie rinnovabili

In particolare, secondo la normativa Cip n. 6/92, sono considerati in Italia, impianti alimentati da fonti rinnovabili quelli che per produrre energia elettrica utilizzano il sole, il vento, l’acqua, le risorse geotermiche, le maree, il moto ondoso e la trasformazione dei rifiuti organici e inorganici o di biomasse. È possibile poi effettuare una distinzione tra le fonti rinnovabili “classiche” (essenzialmente idroelettrico e geotermia) , che sono sfruttate su larga scala perlomeno dall’inizio del Novecento, e fonti rinnovabili “nuove” (anche dette “NFER”), tra cui vengono generalmente incluse l’energia solare, eolica e da biomassa, la cui diffusione è decisamente più recente. Nel contesto elettrico è poi possibile distinguere tra fonti programmabili e fonti intermittenti: le prime, come biomassa e idroelettrico, sono legate a una materia prima che può essere sempre disponibile, potendo dunque garantire una produttività costante, sette giorni su sette per 24 ore al giorno. Al contrario, le fonti intermittenti come eolico e fotovoltaico sono strettamente dipendenti a risorse non sempre disponibili (vento e radiazione solare), dunque non sono in grado di garantire una generazione elettrica costante. Perché le rinnovabili si stanno affermando, in Italia e nel mondo? Oltre a una ragione di carattere ambientale, ovvero alla neutralità in termini di emissioni di CO2 ed altre emissioni nocive, occorre considerare che un ricorso deciso alle fonti rinnovabili consente inoltre di aumentare la sicurezza energetica, ridurre la dipendenza dall’estero, avere una minore fluttuazione dei prezzi, ridurre il rischio geopolitico, migliorare la bilancia commerciale e sviluppare occupazione e innovazione tecnologica. Argomenti che valgono in particolare per il nostro Paese: l’Italia è infatti importatrice di energia elettrica per oltre il 13% del proprio fabbisogno e per oltre l’80% delle materie prime per la produzione di energia.

Cos’è e come funziona il fotovoltaico

La fonte rinnovabile più nota al grande pubblico è senza dubbio il fotovoltaico, che è senz’altro quella che ha conosciuto la maggiore diffusione nel nostro Paese nell’ultimo decennio. Ma come può essere definito un sistema fotovoltaico? Fondamentalmente si tratta di un impianto elettrico che sfrutta l’energia solare per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico. I raggi solari catturati dalle celle solari producono corrente continua, che poi viene trasformata in corrente alternata (quella che si utilizza comunemente), per mezzo di un inverter. Occorre sottolineare che soltanto una frazione della radiazione luminosa che colpisce la cella solare viene convertita in energia elettrica. L’efficienza di conversione per celle commerciali in silicio è in genere compresa tra il 13 % e il 20%, anche se realizzazioni speciali di laboratorio hanno raggiunto valori del 32,5%. L’energia elettrica prodotta può essere ceduta alla rete elettrica oppure essere impiegata direttamente per alimentare impianti elettrici di un’abitazione o di un’impresa. La vita media di un impianto fotovoltaico si aggira sui 20-25 anni, anche se con il passare degli anni la performance tende ad avere dei piccoli decrementi. Gli interventi di manutenzione sono di carattere ordinario (pulizia celle, rimozione polvere, ecc), a eccezione dell’inverter che di norma va sostituito ogni dieci anni. A fine vita i sistemi fotovoltaici vanno trattati e smaltiti come tutti i Raee, i rifiuti da apparecchiature elettriche ed elettroniche. Gli impianti fotovoltaici possono essere estremamente variabili in quanto a taglia: si va dalla classica soluzione da 3 kW, che comprende pochi pannelli fotovoltaici e può essere agevolmente integrata nei tetti di una abitazione, sino a installazioni da decine di MW, situate direttamente a terra in spazi vasti diversi ettari.

Cos’è e come funziona l’Eolico

La possibilità di sfruttare il vento per scopi energetici è nota all’umanità fin dall’antichità. I moderni impianti eolici sono però un qualcosa di estremamente definito: si tratta di macchine che si mettono in movimento utilizzando la forza cinetica del vento trasformandola grazie a un generatore elettrico in energia elettrica. La quantità di energia che una turbina può produrre dipende dall’intensità del vento e dalla dimensione delle pale, che hanno tutte oramai velocità di rotazione limitata per garantire un’elevatissima sicurezza. Come nel caso del fotovoltaico, gli impianti eolici possono essere distinti in base alla loro taglia e dimensione, tanto che sotto i 60 kW di potenza si parla di mini eolico e sotto i 20 kW di micro eolico. Si tratta però, di applicazioni piuttosto limitate, dal momento che la grande maggioranza degli impianti è invece di taglia piuttosto considerevole. Più senso ha la distinzione tra eolico on shore e offshore: con questo ultimo termine ci si riferisce agli impianti eolici installati in mare aperto dove, grazie alla maggiore ventosità presente in alto mare, è possibile godere di una generazione più consistente a parità di MW installati. Il nostro Paese ha prodotto nel 2018 17,3 TWh di energia eolica, in grado di coprire i fabbisogni domestici di 17 milioni di persone e di apportare benefici ambientali, con il risparmio di circa 21 milioni di barili di petrolio corrispondenti a circa 10 milioni di tonnellate di emissioni risparmiate di CO2.

Cosa sono e come funzionano le Biomasse

Dietro la parola biomassa si cela una famiglia composta da una moltitudine di fonti molto diverse tra di loro per origine e modalità di utilizzo. La definizione di base più utile è quella fornita dal DLgs 28/2011, secondo per “biomassa” si intende ‘la frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali), dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, compresa la pesca e l’acquacoltura, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani. Dietro questa definizione ci sono dunque le materie di origine legnosa (cippato, pellet) che vengono utilizzate da millenni per il riscaldamento domestico, gli scarti dei rifiuti che – opportunamente trattati – possono essere impiegati per alimentare le centrali elettriche, i biocombustibili liquidi che possono essere impiegati come carburante per i trasporti. In realtà negli scorsi anni, grazie alla presenza di un meccanismo di incentivazione apposito – oggi superato – nel nostro Paese è stata favorita soprattutto la costruzione di centrali di produzione di energia elettrica di grossa taglia, su scala industriale. Oggi, invece, la normativa tende a favorire centrali più piccole, capaci di favorire sia la produzione di calore che di elettricità. Inoltre, si sta spingendo per aumentare la penetrazione delle biomasse nel mondo dei trasporti, scommettendo su soluzioni innovative quali il biometano.

Cos’è e come funziona la geotermia

Un’altra fonte di energia rinnovabile impiegata da decenni (in Italia soprattutto in Toscana) è la geotermia. Che è circoscritta a determinate aree territoriali, dette aree geotermiche, che sono caratterizzate da particolari condizioni geologiche che permettono ad un vettore (acqua in fase liquida o vapore) di trasportare il calore da una sorgente termica verso la superficie. Quando esiste un’alta entalpia, ossia una temperatura elevata, superiore ai 150 gradi, è possibile impiegare la geotermia per la produzione elettrica (costante e non intermittente). Il fluido geotermico, composto da una miscela di gas e vapore ad alta temperatura, viene estratto da pozzi profondi e, dopo il passaggio attraverso stadi di condensazione e scambio di calore nell’impianto per la produzione di energia, viene re-iniettato nel sottosuolo attraverso pozzi di re-iniezione. Ultimamente si sta affermando anche un utilizzo termico della geotermia a bassa entalpia, che può essere impiegata per il riscaldamento e condizionamento degli edifici e varie attività industriali, agricole e di allevamento.

Cos’è e come funziona l’idroelettrico

Un’altra fonte rinnovabile classica, che gioca un ruolo importante nel mix elettrico nazionale, è rappresentata dall’idroelettrico o, meglio, dal grande idroelettrico. Le centrali idroelettriche sono in grado di trasformare l’energia idraulica di un corso d’acqua, naturale o artificiale, in energia elettrica. A questo scopo sfruttano l’energia meccanica potenziale contenuta in una massa d’acqua che si trova ad una certa quota rispetto al livello in cui sono posizionate le turbine, che vengono quindi azionate dal flusso dell’acqua. La turbina, girando, produce energia meccanica che, grazie al generatore, viene convertita in energia elettrica. Le centrali idroelettriche si dividono in due categorie: ad acqua fluente e ad accumulo. Gli impianti ad acqua fluente utilizzano il movimento naturale dell’acqua di un fiume, mentre le centrali ad accumulo sfruttano la caduta dell’acqua precedentemente raccolta in bacini artificiali. Lo stesso principio di funzionamento è alla base del mini idroelettrico che però è caratterizzato da impianti di taglia notevolmente inferiore rispetto all’idroelettrico tradizionale.

Come fare ad utilizzare energie rinnovabili per la propria casa o azienda

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L’utilizzo e l’impiego delle energie rinnovabili può essere un’ottima soluzione- quando sussistono le opportune condizioni – per rendere più autonoma la propria abitazione o impresa da un punto di vista energetico. Risparmiando così sul fabbisogno di elettricità e gas prelevato dalla rete e, spesso, potendo godere di vantaggiosi incentivi statali, sia di tipo diretto che indiretto. Facciamo qualche esempio: una parte non indifferente dei consumi energetici è legata al consumo di acqua calda sanitaria. Una tecnologia rinnovabile estremamente consolidata è costituita dal solare termico: installando i pannelli sopra il tetto è possibile catturare la radiazione solare. Successivamente, attraverso un fluido che scorre nei moduli, è possibile trasferire il calore così generato all’acqua accumulata in un apposito bollitore, rendendo così disponibile l’acqua calda, anche per scopi legati al riscaldamento degli ambienti, per 6/8 mesi l’anno (indicativamente da marzo a ottobre). L’investimento nel solare termico, tra l’altro, beneficia dell’incentivazione apposita prevista dal Conto termico. Un’altra possibilità di utilizzare le rinnovabili per coprire il fabbisogno termico è affidarsi alle biomasse di origine legnose, magari utilizzando una caldaia/stufa alimentata a pellet, ormai molto diffuse anche a livello condominiale. Oppure, nelle zone adatte, di dotarsi di una pompa di calore geotermica, in grado di assicurare il riscaldamento nei mesi invernali e il raffrescamento in quelli estivi. La fonte più utilizzata in ambito domestico e commerciale è però senza dubbio il fotovoltaico: a fronte di un investimento limitato, nell’ordine di poche migliaia di euro- e che può godere delle detrazioni fiscali del 50% e di altre tipologie di incentivi, è possibile assicurare l’indipendenza elettrica della propria abitazione per un numero consistente di ore, specialmente nei mesi estivi. A fronte di un investimento un po’ più consistente, ovvero acquisendo un impianto di storage, capace di immagazzinare l’energia prodotta in eccesso dall’impianto fotovoltaico nelle ore diurne e rilasciarla nelle ore notturne, è possibile garantirsi una autonomia elettrica quasi completa.

Stato dell’arte delle rinnovabili in Italia (e nel mondo)

A che punto è l’Italia in materia di rinnovabili? Secondo una analisi recentemente pubblicata dal GSE, tra i cinque principali Paesi UE per consumi energetici complessivi, l’Italia registra nel 2018 il valore più alto in termini di quota coperta da Fonti pulite (17,8%). Non solo: sempre nel 2018 il nostro Paese era l’unico tra i principali Paesi UE nel quale si osserva una quota FER sui Consumi finali lordi superiore all’obiettivo fissato dalla Direttiva 2009/28/CE per il 2020 (per l’Italia 17%). Più precisamente, le rinnovabili nel 2018 hanno coperto il 33,9% della produzione elettrica, il 19,2% dei consumi termici e applicando criteri di calcolo definiti dalla Direttiva 2009/28/CE, il 7,7% dei consumi nel settore dei trasporti. Tra i Paesi UE, nel 2018 l’Italia si posiziona al 3° posto per contributo ai consumi di energia da FER e al 4° posto per contributo ai consumi di energia complessivi. Il merito di questi dati è soprattutto di una avanzata notevole registrata nell’ultimo decennio, per effetto soprattutto della spinta delle nuove energie pulite, come eolico e fotovoltaico. In Italia tra il 2005 e il 2018 i consumi di energia coperti dalle rinnovabili sono raddoppiati, passando da 10,7 Mtep a 21,6 Mtep (Milioni di tonnellate equivalenti di petrolio). Allo stesso tempo si è assistito a una tendenziale diminuzione dei consumi finali lordi complessivi (CFL), legata principalmente agli effetti della crisi economica, alla diffusione di politiche di efficienza energetica e a fattori climatici.
Il boom delle rinnovabili è stato particolarmente rilevante nel settore elettrico: la quota dei consumi complessivi di energia elettrica coperta da FER (33,9%) nel 2018 risultava ampiamente superiore a quella prevista dal PAN (Piano d’azione nazionale) sia per lo stesso 2018 (24,6%) sia per il 2020 (26,4%). La fonte che nel 2018 ha fornito il contributo principale alla produzione di energia elettrica alle rinnovabili è stata quella idroelettrica, storicamente presente nel nostro Pese e sino a un decennio fa unica vera alternativa alle fonti fossili. Oggi l’idroelettrica, invece, pesa solamente per il 42% della produzione complessiva da Fer, seguito da solare fotovoltaico (20%), bioenergia (17%), eolico (16%) e geotermia (5%).

Anche per quanto riguarda il fabbisogno termico, le rinnovabili sono ben posizionate: nel 2018 in Italia la quota dei consumi complessivi di energia termica coperta da FER (19,2%) risulta superiore a quella prevista dal PAN sia per lo stesso 2018 (13,6%) che per il 2020 (17,1%). Secondo il Gse la fonte rinnovabile principale utilizzata in ambito termico è la biomassa solida (circa 7 Mtep, senza considerare la frazione biodegradabile dei rifiuti), utilizzata soprattutto nel settore domestico in forma di legna da ardere o pellet; assumono rilievo anche le pompe di calore (2,6 Mtep), mentre sono ancora relativamente contenuti i contributi delle altre fonti.

L’unico ambito in cui l’Italia è veramente in ritardo è il mondo dei trasporti, dove i combustibili classificati come rinnovabili faticano a imporsi. L’obiettivo vincolante al 2020 fissato dalla Direttiva per il settore trasporti prevede per l’Italia un valore di energia da rinnovabili pari al 10% del totale. Nel 2010 questa quota era pari a 7,7%, in crescita rispetto all’anno precedente (6,5%). Qual è invece la situazione delle rinnovabili a livello europeo? Nel 2018, in Europa, su un totale di circa 1.163 Mtep di energia consumati, il 18,0% (209 Mtep) proveniva da fonti pulite. Anche nel Vecchio Continente si è assistito a una notevole sviluppo delle fonti pulite nell’ultimo decennio, in buona parte attribuibile anche alla spinta degli incentivi e dei programmi vigenti a livello comunitario. Nell’Ue tra il 2004 e il 2018, la quota dei consumi complessivi di energia coperta da FER è aumentata dall’8,5% al 18%. La crescita della quota rinnovabile è imputabile sia alla tendenziale contrazione dei consumi complessivi (in diminuzione dello 0,3% medio annuo nel periodo) sia alla crescita progressiva dei consumi di energia da FER (+5,1% medio annuo). Nel 2018 la fonte eolica rappresentava la prima risorsa rinnovabile in Europa in termini di quantità installata (180 GW su 490 GW). Molto forte è stata la corsa del solare: in dieci anni le installazioni solari hanno più che triplicato il loro peso sul totale europeo (dal 7% del 2009 al 24% del 2018). Su un totale di 117 GW di potenza solare installata, nel 2018 114,7 GW sono impianti solari fotovoltaici e 2,3 GW solari a concentrazione. L’avanzata delle rinnovabili in Europa è destinata ad aumentare ulteriormente nei prossimi anni: il regolamento 2018/1999 ha stabilito che nel 2030, la quota dei consumi di energia coperta da fonti pulite dovrà essere pari almeno al 32%. In questo senso l’obiettivo al 2030 che si è data l’Italia nel Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima è estremamente ambizioso (quota rinnovabili pari al 30%).

A livello globale, secondo un recente rapporto dell’Unep, le rinnovabili hanno infatti fornito oltre il 26% della produzione globale di elettricità nel 2018. Nel solo 2018 sono stati aggiunti 181 gigawatt di energia e il settore ha dato lavoro (direttamente e indirettamente) a circa 11 milioni di persone in tutto il mondo. Più in ritardo sono invece le fonti pulite nel settore termico, che continua a rappresentare circa la metà della domanda totale di energia mondiale. Le moderne energie rinnovabili hanno infatti soddisfatto circa il 10% della domanda mondiale nel settore, ma la sua crescita continua a essere troppo bassa. Inoltre solo 47 paesi avevano obiettivi concreti verso il 2030, mentre il numero di nazioni con politiche di regolamentazione del settore è sceso da 21 a 20. Ulteriormente inferiore la penetrazione globale delle rinnovabili nel settore dei trasporti, nonostante sia leggermente aumentata rispetto all’anno precedente, raggiungendo il 3,3%.

Come il digitale può aiutare all’utilizzo delle energie rinnovabili

Non c’è dubbio che la crescente diffusione delle fonti rinnovabili sta cambiando in profondità il sistema energetico. In particolare, la produzione di energia elettrica a partire dalle fonti fossili era garantita da un numero tutto sommato limitato di grandi centrali di generazione. Al contrario quello delle rinnovabili è un modello di generazione distribuita, che presuppone la presenza di migliaia di impianti, grandi, medi e piccoli, sparsi sul territorio nazionale. La cui produzione – soprattutto nei momenti di picco – rappresenta una sfida non da poco per le reti elettriche. Che devono tenere conto anche dell’intermittenza produttiva delle fonti rinnovabili più popolari, ossia eolico e fotovoltaico. Per questo motivo le reti elettriche stanno evolvendosi verso le smart grid, adottando cioè tecnologie digitali che permettano di gestire in maniera ottimale la domanda di elettricità, gestendo eventuali picchi e ottimizzando le risorse. D’altro canto, per la prima volta nella storia, le fonti rinnovabili rendono possibile ai consumatori di energia di emanciparsi e diventare dei produttori di energia. Si tratta della figura sempre più diffusa del prosumer- produttore e consumatore di energia – che per realizzarsi concretamente, ha necessità costante di avere a disposizione dati digitali relativi alla produzione e ai prezzi dell’elettricità.

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Gianluigi Torchiani

Giornalista classe 1981, scrive abitualmente di tecnologia ed energia. Editor Gruppo Digital360

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