Energia elettrica pulita e continua - Seconda parte

Seconda parte di quanto pubblicato in precedenza. Nella prima parte è stato analizzato il cosa, ovvero quanto di disponibile esiste nell'ambito delle tecnologie di generazione pulita di energia elettrica, suddiviso in tre argomenti principali (cosa, perché e come). A seguire qui il perché. Come premesso non sarà trattato l'ultimo gruppo.

Perché Clean Firm: potenziali vantaggi
Rimando alla prima parte per la definizione di Clean Firm.
I sistemi energetici dovranno affrontare sfide significative. Le infrastrutture esistenti sono obsolete e necessitano di essere sostituite. La crescita del carico, sebbene incerta, è tornata in molte regioni a un ritmo mai registrato da decenni. Laddove gli obiettivi di decarbonizzazione siano su larga scala o addirittura totali, si prevede che la futura crescita del carico derivante dall'elettrificazione sarà altrettanto rapida. Nel frattempo, l'approvvigionamento energetico pulito dovrà non solo soddisfare il nuovo carico, ma anche sostituire la generazione fossile finché continuerà ad essere presente, con impianti che invecchieranno rapidamente e diverranno troppo costosi da mantenere. Questa tendenza è testimoniata dal fatto che, ad oggi, la stragrande maggioranza della produzione di energia da fonti alternative, è servita a coprire nuovi fabbisogni, e non a sostituire l’esistente.

La commercializzazione di tecnologie di generazione di energia pulita a costi ragionevoli porterà tre ampie categorie di benefici:

• Vantaggio 1 - ridurre la realizzazione delle infrastrutture necessarie per decarbonizzare il settore energetico, soddisfacendo al contempo la crescita della domanda
• Vantaggio 2 - riduzione dei costi di decarbonizzazione del settore energetico
• Vantaggio 3 - gestione dei rischi associati a un insieme limitato di opzioni di decarbonizzazione del settore energetico

Vantaggio 1: riduzione delle esigenze di sviluppo delle infrastrutture

• Le tecnologie di produzione l’impatto economico necessario a realizzare le infrastrutture per decarbonizzare il sistema energetico, rispetto ai percorsi che invece non le prevedono.
• L'impatto della Clean Firm sulle esigenze totali di sviluppo riduce direttamente i requisiti di suolo, materiali e minerali critici necessari alla decarbonizzazione.

L'inclusione di tecnologie di generazione di energia pulita nei sistemi energetici riduce sostanzialmente la portata della realizzazione delle infrastrutture necessarie per soddisfare la crescita del carico e raggiungere la decarbonizzazione dell'elettricità, tutelando al contempo l'affidabilità della rete.

Le analisi dell'Agenzia Internazionale per l'Energia (IEA) suggeriscono che la domanda globale di elettricità è destinata ad aumentare drasticamente entro il 2050 in tutti gli scenari futuri, con l'aumento più rapido dopo il 2030. Negli Stati Uniti e in Europa, la maggior parte delle analisi sull'evoluzione dell'elettricità presuppone aumenti significativi, spesso del 200%-400%, della domanda e dell'offerta di elettricità nello stesso periodo. Anche prima di considerare la decarbonizzazione, soddisfare in modo affidabile la crescita del carico e sostituire al contempo le infrastrutture obsolete richiederà un notevole sviluppo di nuove infrastrutture. Ad esempio per l'Europa è previsto che avrà bisogno di oltre 100 GW di nuova capacità dispacciabile entro il 2035 per mantenere l'affidabilità e gestire i costi.

I requisiti di sviluppo infrastrutturale diventano ancora più sostanziali quando si persegue la decarbonizzazione. Prendendo ad esempio un paese energivoro come gli Stati Uniti, in uno scenario che modella un percorso ad alto contenuto di energie rinnovabili verso un'economia statunitense decarbonizzata nel 2050, uno studio dell’Università di Princeton ha rilevato che il paese dovrebbe installare quattro volte più energia eolica e solare di quanta ne abbia mai installata in un solo anno, ogni anno per i prossimi due decenni, per raggiungere questo obiettivo. La capacità totale di trasmissione dell'elettricità dovrebbe aumentare di oltre il 400%!

Un vantaggio chiave delle tecnologie di produzione di energia pulita è il loro impatto significativo sulla realizzazione complessiva delle infrastrutture necessarie per soddisfare la crescita del carico e raggiungere la decarbonizzazione. La presenza di capacità di produzione di energia pulita riduce sostanzialmente la capacità totale di generazione, stoccaggio e trasmissione necessaria per raggiungere gli obiettivi di energia pulita mantenendo al contempo l'affidabilità. Questa riduzione del fabbisogno totale di realizzazione riduce direttamente i requisiti di suolo, materiali e minerali critici per la decarbonizzazione. Inoltre, poiché alcune tecnologie di produzione di energia pulita possono fornire calore oltre all'elettricità, potrebbero anche contribuire direttamente a soddisfare il fabbisogno di riscaldamento da fonti decarbonizzate e a ridurre la domanda di elettricità per il riscaldamento.

Un settore energetico dotato di una solida gamma di tecnologie di produzione di energia pulita e continua, consente la decarbonizzazione con minori requisiti infrastrutturali per diverse ragioni. In primo luogo, le risorse di energia pulita e continua operano generalmente a tassi di utilizzo più elevati (50-100%) rispetto alle fonti rinnovabili variabili (20-50%), richiedendo una minore capacità di generazione totale per produrre la stessa quantità di energia e una minore capacità di trasmissione per trasportarla. In secondo luogo, fornendo una produzione pulita costantemente disponibile per periodi indefiniti e indipendentemente dalle condizioni meteorologiche, le risorse di energia pulita e continua riducono la necessità di sovraccaricare altre risorse per garantire l'affidabilità in condizioni estreme. In assenza di opzioni di energia pulita e continua disponibili, una rete che mira alla decarbonizzazione deve invece essere dotata di una capacità eolica, solare, di accumulo e di trasmissione sufficiente a soddisfare la domanda anche durante i rari periodi di produzione eolica e solare estremamente bassa, molto più di quanto sia necessario per soddisfare la domanda in condizioni meteorologiche tipiche.  

La produzione di energia pulita può avere un impatto notevole nel ridurre il fabbisogno infrastrutturale totale di una rete decarbonizzata: 1 GW di capacità di energia pulita compensa circa 5-8 GW di fabbisogno variabile di capacità rinnovabile e di accumulo. Inoltre, il fabbisogno totale di energia per la trasmissione è più che dimezzato. Uno studio europeo di modellazione energetica, che ha riassunto numerosi studi di settore, ha prodotto risultati simili, dove le tecnologie di energia pulita riducono lo sviluppo infrastrutturale totale necessario per decarbonizzare l'intera Europa e in specifici stati membri.

Nelle figure seguenti sono illustrati i vantaggi dell’affiancare sistemi di produzione di energia elettrica del tipo Clean Firm a rinnovabili tradizionali. Complessivamente, allo scopo di soddisfare la domanda in crescita, risulta evidente come la capacità totale installata, realizzata con un portafoglio di soluzioni diverse, sia decisamente più bassa che non senza.

Capacità totale del sistema (magenta) e capacità di risorse pulite (blu) per gli scenari E+ (colore più scuro) ed E+RE- (colore più chiaro) nello studio statunitense. Entrambi gli scenari presuppongono un'elettrificazione aggressiva degli usi finali, ma lo scenario E+RE- consente tassi di utilizzo di energia eolica e solare inferiori e maggiori quantità di stoccaggio di CO₂ rispetto a E+.

Capacità media installata di energia pulita, energie rinnovabili variabili e stoccaggio necessaria per fornire elettricità pulita al 100% in California nel 2024 per scenari con e senza nuove opzioni di energia pulita disponibili, come analizzato da tre diversi modelli di sistema elettrico.

Risultati della modellazione del sistema energetico per realizzare un sistema energetico tedesco decarbonizzato entro il 2050 con (sinistra) e senza (destra) energia nucleare. 

Vantaggio 2: riduzione dei costi di decarbonizzazione

Nonostante i costi livellati dell'elettricità (LCOE - Levelized Cost of Electricity, è il costo medio unitario, in $ o € per MWh, per la produzione di elettricità durante l'intero ciclo di vita di un impianto) siano più elevati rispetto all'eolico e al solare, gli impatti complessivi delle tecnologie di produzione di energia pulita possono ridurre significativamente i costi a carico dei contribuenti per la decarbonizzazione del settore energetico rispetto agli scenari in cui non sono disponibili. Le tecnologie di produzione di energia pulita sono convenienti anche in base a ipotesi ottimistiche di continui cali dei costi di produzione, accumulo e trasmissione da fonti rinnovabili tradizionali. 

Le tecnologie di produzione di energia pulita e continua possono ridurre significativamente i costi della decarbonizzazione per i contribuenti rispetto a scenari in cui non sono disponibili, riducendo quanto necessario a garantire il bilanciamento stagionale tra domanda e offerta e la resilienza alle condizioni meteorologiche estreme. L'elevata quantità di capacità di accumulo e di energia rinnovabile necessaria per garantire l'affidabilità senza tecnologie di produzione di energia pulita e continua significa che gran parte di questa capacità rimane di fatto inutilizzata durante le normali condizioni meteorologiche, aumentando significativamente il costo complessivo dei sistemi decarbonizzati.

Anche nell’ipotesi, utopistica più che ottimistica, che i costi complessivi di adozione di fonti rinnovabili siano in continuo calo, la conclusione resta valida. Sebbene la disponibilità di tecnologie di accumulo di energia a lunga durata e a costi estremamente bassi potrebbe ridurre la necessità di opzioni di energia pulita continua consentendo una distribuzione stagionale più conveniente delle energie rinnovabili, la ricerca indica che i costi di accumulo dovrebbero scendere a un decimo o meno degli attuali costi delle batterie agli ioni di litio affinché questa opzione possa fungere da sostituto economicamente competitivo dell'energia pulita continua. In alcuni casi in cui un mezzo di accumulo assume la forma di un combustibile e può essere trasportato, come l'idrogeno derivato dall'elettrolisi o il metanolo, il confine tra energia pulita continua e accumulo di energia a lunghissima durata diventa indistinto. In entrambi i casi, l'uso dell'accumulo di energia a lunga durata per raggiungere una profonda decarbonizzazione richiederebbe comunque un'enorme quantità di energia rinnovabile e pertanto non risolverebbe le sfide di sviluppo infrastrutturale.

La modellazione dei sistemi energetici europei ha mostrato risultati simili. Esaminando sedici studi di modellazione con regioni e approcci diversi si è concluso che, eccezioni a parte (paesi con una percentuale molto elevata di risorse idroelettriche flessibili, come ad esempio la Danimarca) la maggior parte degli studi esaminati mostra che i sistemi con produzione continua pulita presentano costi inferiori e una minore volatilità dei prezzi dell'energia rispetto a scenari senza produzione continua pulita.

Nel Sud-est asiatico, le tecnologie di produzione di energia pulita possono far fronte alla crescita della domanda di energia, alla dismissione degli impianti a combustibili fossili e al calo della produzione idroelettrica. Ad oggi, la maggior parte della crescita della domanda di energia in questa regione è stata alimentata da carbone e gas naturale. Le tecnologie di produzione di energia pulita potrebbero fornire alternative a basse emissioni di carbonio e meno inquinanti, soprattutto nelle regioni con vincoli di disponibilità di suolo o risorse rinnovabili di bassa qualità. Analogamente, in Africa, dove si prevede un rapido aumento della domanda di energia nei prossimi decenni, le risorse di energia pulita potrebbero svolgere un ruolo chiave nella simultanea espansione e decarbonizzazione dell'approvvigionamento elettrico.

Ovviamente ci sono delle carenze nella modellazione, che però si traducono in ulteriori vantaggi a favore dell’adozione delle tecnologie Clean Firm. In primo luogo sottostimano il valore complessivo delle risorse di energia pulita, semplificando o omettendo vincoli reali come quelli legati alla trasmissione, agli eventi meteorologici estremi e altri vincoli di affidabilità operativa, tutti ambiti in cui le risorse di energia pulita offrono ulteriori risparmi sui costi e vantaggi in termini di affidabilità. I significativi benefici finanziari identificati negli studi di cui sopra possono quindi essere considerati un limite inferiore del valore dell'energia pulita. Tuttavia, è anche opportuno notare che questi modelli spesso ignorano anche le sfide legate alla realizzazione o all'esercizio di un'energia pulita, come la disponibilità di acqua di raffreddamento per il funzionamento delle centrali elettriche.

Vantaggio 3: aumentare la velocità di decarbonizzazione e la resilienza attraverso la diversità tecnologica

• I tassi di diffusione dell'energia pulita restano ben al di sotto di quanto sarebbe necessario per raggiungere reti a zero emissioni entro il 2050.
• L'impatto delle tecnologie di produzione di energia pulita sui sistemi energetici può ridurre la portata complessiva della sfida della decarbonizzazione, rendendo gli obiettivi più raggiungibili.
• Le tecnologie di produzione pulita integrano le energie rinnovabili e lo stoccaggio, attenuando i rischi che colpiscono in modo asimmetrico le tecnologie e che potrebbero ostacolare la decarbonizzazione.

La decarbonizzazione del settore elettrico si scontra con notevoli incertezze e rischi che potrebbero comprometterne il successo. Tra questi vanno citati innanzi tutto gli ostacoli logistici e normativi alla diffusione su larga scala di energia pulita, i blocchi nella catena di approvvigionamento, i conflitti geopolitici e le incertezze nell'evoluzione a lungo termine dei costi tecnologici e della domanda di energia. Le tecnologie di produzione di energia pulita offrono ai decisori politici opzioni per ridurre l'incertezza e mitigare i rischi per il raggiungimento della decarbonizzazione del settore elettrico.

Negli Stati Uniti e in Europa, numerosi sono gli ostacoli che continuano a limitare il ritmo di crescita dell'offerta di energia pulita, nonostante la crescente domanda e le politiche volte ad accelerarne la diffusione, non ultimi le dozzine di impianti che attendono ancora di essere allacciati alla rete elettrica e gli ostacoli burocratici ed amministrativi, se non addirittura quelli dei comitati locali di tipo NIMBY. Sebbene le risorse pulite rappresentino ancora la grande maggioranza delle nuove aggiunte di capacità di produzione, i tassi di diffusione (in particolare dell'energia eolica) rimangono ben al di sotto di quanto sarebbe necessario per raggiungere reti a zero emissioni entro il 2050. Queste barriere sono tutte tecnicamente superabili e i responsabili politici stanno facendo progressi nell'affrontarle (ad esempio, gli sforzi di riforma delle pratiche di allaccio volti a ridurre i tempi di sviluppo dei progetti). Tuttavia, le sfide che limitano la crescita dell'energia pulita potrebbero persistere e potrebbero emergere nuove sfide legate alla capacità della catena di approvvigionamento o ai conflitti commerciali.

Attese di interconnessione alla rete negli Stati Uniti e in Europa (BNEF, 2023)

Numero di sentenze locali (USA) contro l'attuazione di impianti di energia rinnovabile (Sabin Center of Climate Change Law, 2024)

Di seguito è riportato un elenco non esaustivo degli ostacoli pratici e procedurali che devono essere superati per accelerare la diffusione dell'energia pulita:

• Riformare i processi di pianificazione della trasmissione per consentire la trasmissione regionale e interregionale su larga scala e nuove tecnologie di trasmissione (ad esempio, tecnologie di potenziamento della rete).
• Migliorare i processi di allaccio alla rete per connettere più velocemente le risorse energetiche pulite.
• Superare le barriere di localizzazione e di autorizzazione mantenendo al contempo la salvaguardia dell'ambiente e degli interessi della comunità.
• Aggiornare i modelli di mercato per incentivare meglio la risposta alla domanda e consentire una più facile integrazione delle energie rinnovabili variabili nei sistemi energetici, e per incentivare adeguatamente le risorse a lungo termine e di lunga durata come le risorse pulite delle aziende.
• Includere gli impatti del cambiamento climatico e delle condizioni meteorologiche estreme nella pianificazione dell’affidabilità e della resilienza per migliorare la valutazione delle risorse pulite e garantire soluzioni complementari adeguate.
• Migliorare i processi di pianificazione dei servizi di pubblica utilità per renderli più proattivi, a lungo termine, trasparenti e sofisticati.
• Adottare nuovi modelli di business per le utility che incentivino le prestazioni (ad esempio, l'efficienza dei costi), non solo le spese in conto capitale, per consentire alle utility di implementare soluzioni più innovative dal lato della domanda e dell'offerta.
• Miglioramento della progettazione delle tariffe per includere tariffe variabili nel tempo e prezzi in tempo reale per i grandi clienti.
• Coinvolgere le comunità locali e i proprietari terrieri per identificare e risolvere in modo proattivo le future sfide di ubicazione.
• Ampliare rapidamente le catene di approvvigionamento per consentire l’impiego di energia pulita nella scala necessaria di fronte a varie incertezze.
• Gestire i risultati economici e occupazionali per garantire una transizione giusta per i lavoratori e le comunità.

Superare queste sfide richiederà a molti soggetti interessati a diversi livelli di governo di riformare rapidamente le strutture di incentivazione, le analisi di valutazione dei bisogni, i processi di pianificazione e la governance. Se una singola sfida importante – come la resistenza alla localizzazione, i colli di bottiglia nella catena di approvvigionamento o i ritardi nelle autorizzazioni – non viene completamente superata, la decarbonizzazione potrebbe bloccarsi. In questo scenario, il fallimento delle giurisdizioni nel raggiungere gli obiettivi di crescita non sarebbe dovuto al fatto che l'energia pulita non fosse sufficientemente economica, ma piuttosto all'affrontare barriere non legate ai costi. I decisori politici a qualsiasi livello di governo, in particolare gli enti locali, spesso non dispongono dell'autorità legale o degli strumenti per affrontare direttamente tutti i potenziali rischi, e le difficoltà di coordinamento tra e all'interno dei governi abbondano.

Promuovere l'uso di tecnologie diversificate, comprese le opzioni di produzione di energia pulita, può contribuire a ridurre la portata di queste barriere non economiche che limitano la decarbonizzazione. Come discusso in precedenza, l'impiego di risorse pulite può ridurre sostanzialmente la quantità di capacità di produzione, stoccaggio e trasmissione necessaria per decarbonizzare il settore elettrico. In tal modo, le tecnologie pulite possono ridurre al minimo l'impatto delle barriere non economiche che rallentano il ritmo di implementazione.

Oltre a ridurre la gravità complessiva dei potenziali ostacoli alla realizzazione di infrastrutture, l'inclusione di più soluzioni tecnologiche significa che i rischi che influenzano le tecnologie in modo asimmetrico hanno meno probabilità di trasformarsi in gravi colli di bottiglia per la decarbonizzazione. Se un percorso tecnologico incontra vincoli specifici in un dato momento o in una determinata regione, un portafoglio tecnologico diversificato garantisce la disponibilità di altre opzioni per colmare il divario. Grazie alle loro caratteristiche uniche, le tecnologie di produzione di energia pulita possono ridurre l'esposizione al rischio del settore elettrico nei seguenti modi:  

• Le esigenze diversificate di risorse e di produzione possono mitigare l'esposizione ai rischi a cui è esposta la catena di fornitura di ogni singola tecnologia.
• Un minore utilizzo del suolo da parte di risorse aziendali pulite per unità di energia e capacità può ridurre l'impatto complessivo di un sistema decarbonizzato e, a sua volta, ridurre le sfide legate all'ubicazione e all'opposizione pubblica.
• Una localizzazione più flessibile del progetto e un maggiore utilizzo della trasmissione richiedono una minore costruzione di reti di trasmissione greenfield.
• I requisiti minimi di minerali critici per alcune tecnologie di produzione di energia pulita possono mitigare le incertezze della catena di approvvigionamento e/o del commercio.
• Una minore esposizione ai mercati globali delle materie prime attenua l'esposizione agli shock dei conflitti globali.
• Una maggiore concentrazione dei benefici economici locali, compresi i posti di lavoro, se ben comunicata e associata a un significativo coinvolgimento della comunità, potrebbe ridurre i rischi di accettazione da parte del pubblico.
• Le applicazioni di coproduzione di calore ed energia possono contribuire a soddisfare direttamente le esigenze di riscaldamento, riducendo la dipendenza da altri approcci al riscaldamento decarbonizzato.

Energia elettrica pulita e continua - Prima parte

Entro il 2050, il mondo dovrà generare quasi tre volte più elettricità di quella che consumiamo oggi. E dobbiamo generarla in modo pulito. È una sfida enorme.

Le tecnologie principali che guidano questo cambiamento sono quelle legate soprattutto a nuovi approcci alla geotermia, all'energia da fusione e all'idrogeno geologico - alcuni più vicini alla commercializzazione di quanto la maggior parte delle persone pensi, altri che potrebbero ancora essere lontani decenni. 

La buona notizia è che, a quanto pare, per la prima volta nell'UE l'energia eolica e solare stanno generando più elettricità dei combustibili fossili. Stiamo assistendo a un chiaro cambiamento, poiché il sistema elettrico mondiale sta diventando più diversificato, innovativo e dinamico che mai.

Non è troppo tardi? Non ci stiamo dirigendo verso un mondo più caldo di 5 o 6 °C?  Premesso che, a scala planetaria, ogni decimo di grado conta non c'è un momento in cui sia troppo tardi per limitare il riscaldamento e ridurre i danni causati dai cambiamenti climatici. I risultati saranno diversi pur avendo superato da tempo alcuni punti di non ritorno.

Sappiamo, in tutta onestà, che l'obiettivo di 1,5 °C è morto, ma ciò non deve far desistere dal proseguire sulla strada tracciata. Occorre smettere di ossessionarci con obiettivi arbitrari e invece concentrarsi su come contribuire a ridurre le nostre emissioni di carbonio il più rapidamente possibile. E diffidate sui titoloni basati sugli scenari peggiori. Conoscere l'impatto di questi casi estremi è utile per gli scienziati, ma non per i politici o per il pubblico, che tendono a considerare tutto ciò come esito più probabile.

Uno dei motivi per cui probabilmente non ci stiamo dirigendo verso uno scenario peggiore è che la transizione energetica sta procedendo a una velocità sorprendente in molti settori. L'energia da solare ed eolico si sta diffondendo più rapidamente di qualsiasi altra fonte energetica nella storia. In un solo anno, ad esempio, la Cina ha costruito una capacità di energia solare ed eolica sufficiente ad alimentare l'intero Regno Unito, e metà delle auto vendute in quel paese sono ormai elettriche.

Questi sono motivi per essere ottimisti, ma non scuse per adagiarsi sugli allori. Dobbiamo diffondere le energie rinnovabili ancora più rapidamente e continuare a lavorare su nuove scoperte, come l'acciaio, il cemento e il carburante per l'aviazione a basse emissioni. Queste innovazioni sarebbero necessarie anche se non ci fosse la possibilità che il clima raggiunga un punto di non ritorno e inizi a riscaldarsi più velocemente di quanto previsto dagli scienziati. 

Il raggiungimento di un futuro energetico privo delle emissioni di gas serra di natura antropica, unica responsabile della crisi climatica e delle sue conseguenze, dipende dalla decarbonizzazione rapida degli attuali impianti di produzione di energia elettrica, alimentati soprattutto a carbone e gas, accompagnati da una loro crescita, viste le proiezioni di fabbisogno energetico in vista e delle possibili conseguenze del cosiddetto picco del petrolio, argomenti ampiamente trattati nel recente libro di Fred Vargas “Un nuovo modo di vivere”.

Potenza installata di energia elettrica (dati per fonte - 2024)

Recentemente le rinnovabili hanno raggiunto circa 3,4 TW nel 2024, con proiezioni a 5 TW entro fine 2025 e 11,2 TW nel 2035. La crescita è trainata da solare (+33% nel 2024) ed eolico, mentre il totale mondiale cresce di ~300-500 GW/anno. Dati precisi variano per agenzie (IEA, IRENA, Ember), ma il totale è coerente intorno agli 8 TW.

Le analisi dell'Agenzia Internazionale per l'Energia (IEA) suggeriscono che la domanda globale di elettricità è destinata ad aumentare drasticamente entro il 2050 in tutti gli scenari futuri, con l'aumento più rapido dopo il 2030. Negli Stati Uniti e in Europa, la maggior parte delle analisi sull'evoluzione dell'elettricità presuppone aumenti significativi, spesso del 200%-400%, della domanda e dell'offerta di elettricità nello stesso periodo. Anche prima di considerare la decarbonizzazione, soddisfare in modo affidabile la crescita del carico e sostituire al contempo le infrastrutture obsolete richiederà un notevole sviluppo di nuove infrastrutture. Una delle previsioni più affidabili prevede che l'Europa avrà bisogno di oltre 100 GW di nuova capacità entro il 2035 per mantenere l'affidabilità attuale. Sempre che questi scenari di crescita continua siano davvero sostenibili, appare evidente che la produzione energetica futura dovrà sempre più spostarsi nella direzione di nuove tecnologie.

Nota. In questo post, in linea di massima e salvo diversa specificazione, ogni qual volta che ci si riferirà a energia pulita, alla produzione continua (continua è la parola chiave) di elettricità, sarà fatto in riferimento alle tecnologie illustrate di seguito, e non alle rinnovabili tradizionali come solare ed eolico che, come noto, sono intermittenti e proprio per questo hanno bisogno di accumulo e stoccaggio della produzione.

La realizzazione di un sistema energetico affidabile e al minimo costo dipenderà non solo dall'espansione delle energie rinnovabili, dello stoccaggio e delle soluzioni imposte dalla domanda, ma anche dall'implementazione di tecnologie per l'elettricità pulite e con capacità complementari. Una sorta di portafoglio di investimenti ben bilanciato, un mix tecnologico diversificato che offra vantaggi su orizzonti temporali di lungo periodo.

Una categoria di tecnologie per l'energia pulita con un potenziale significativo inutilizzato, consiste quindi in fonti di generazione di energia elettrica programmabili e a basse emissioni e che non dipendono dalle condizioni meteorologiche. Questo gruppo include la fissione nucleare, la fusione nucleare, la geotermia, la generazione da combustibili fossili con elevati livelli di cattura del carbonio e mitigazione del metano a monte, e la combustione o gassificazione di biomassa da fonti sostenibili o combustibili sintetici a basse emissioni di carbonio. Sebbene ciascuna di queste tecnologie presenti caratteristiche uniche, il loro valore comune risiede nella capacità di fornire in modo affidabile energia elettrica pulita quando e per tutto il tempo necessario. Alcune di queste tecnologie presentano anche ulteriori caratteristiche vantaggiose, tra cui il ridotto utilizzo del suolo, la flessibilità di ubicazione, la riduzione dei requisiti infrastrutturali di trasmissione e il basso fabbisogno di minerali critici.

Sul potenziale energetico della biomassa (metanizzatori, legno e biocarburanti), e sui carburanti alternativi, va detto che presentano numerosi limiti, pratici ed economici.

La necessità di promuovere opzioni tecnologiche pulite è oggi più urgente che mai. L'aumento dei costi dell'elettricità, le preoccupazioni relative all'affidabilità, la crescita del carico prevista ma incerta e il rallentamento dei progressi in ambito climatico stanno esercitando una maggiore pressione sulle strategie di energia pulita per raggiungere la decarbonizzazione a costi inferiori. Se si vuole soddisfare la crescente domanda di elettricità e raggiungere la decarbonizzazione dell'intera economia nei prossimi decenni, le tecnologie di generazione di energia pulita potrebbero essere elementi essenziali della soluzione, a condizione che siano disponibili e implementabili in commercio.

Per sfruttare i vantaggi delle tecnologie di generazione di energia pulita, tuttavia, è necessario affrontare le sfide che ne caratterizzano la commercializzazione o l'implementazione. Un ostacolo iniziale è l'esclusione delle tecnologie di generazione di energia pulita dalla politica sull'elettricità pulita: alcuni obiettivi governativi per l'energia pulita attualmente escludono le tecnologie di generazione di energia pulita dall'idoneità a determinati incentivi e addirittura alcune giurisdizioni vietano del tutto l'implementazione di alcune loro forme di energia pulita. Pochi governi hanno intrapreso iniziative per accelerare la commercializzazione delle tecnologie di generazione di energia pulita.

Oltre all'esclusione dai quadri politici esistenti, le sfide che la commercializzazione e l'implementazione della generazione di energia pulita includono, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, i costi e i rischi dei progetti in fase iniziale, le lacune o l'incertezza delle politiche e le carenze nella pianificazione del sistema elettrico. Per le tecnologie comprovate, come le tecnologie nucleari esistenti, la geotermia di nuova generazione e la cattura del carbonio, queste barriere ne hanno ostacolato l'implementazione. Per le tecnologie emergenti più recenti, queste sfide hanno finora portato a una persistente mancanza di finanziamenti per le imprese pulite nella fase iniziale di commercializzazione e, di conseguenza, alla loro implementazione e al progresso tecnologico. Ciò crea un circolo vizioso in cui le carenze nell'implementazione a breve termine si traducono in un progresso tecnologico stagnante e in una percezione continua di rischio finanziario, ostacolando ulteriormente l'implementazione.

Come spesso accade inoltre, la mancanza di un quadro d’insieme e di un’azione comune aggrava lo stato di fatto che vede enormemente in ritardo l’attuazione di piani strategici ambientali e climatici.

Per superare gli ostacoli a breve termine e sfruttare i benefici a lungo termine dell'energia pulita, sono disponibili leve politiche a tutti i livelli di governo. Per raggiungere il successo, i decisori politici dovrebbero lavorare lungo due percorsi paralleli: in primo luogo, consentire l'implementazione a breve termine di tecnologie di generazione di energia pulita per supportare la commercializzazione della tecnologia e la riduzione dei costi, e in secondo luogo, attuare una pianificazione e politiche a lungo termine che consentano l'integrazione ottimale delle tecnologie di generazione di energia pulita nel settore elettrico.

La commercializzazione di tecnologie di generazione di energia pulita e continua deve fungere da complemento, non da sostituto, di riforme ambiziose che affrontino direttamente gli ostacoli all'implementazione a breve termine delle tecnologie pulite attualmente in commercio, come il solare, l'eolico e l'accumulo. La maggior parte delle tecnologie di generazione di energia pulita e continua non sarà ampiamente implementabile nei prossimi cinque anni per soddisfare la crescita del carico a breve termine. Inoltre, anche con tecnologie di generazione di energia pulita e continua economicamente convenienti e disponibili, sarà necessario un significativo sviluppo di energie rinnovabili, accumulo, trasmissione e gestione della domanda nel lungo termine. Tuttavia, se la commercializzazione di tecnologie di generazione di energia pulita e continua può essere accelerata nel breve termine, la loro futura disponibilità aiuterà il sistema elettrico a decarbonizzare più rapidamente, in modo più conveniente e resiliente.

Clean Firm Generation
La cosiddetta produzione (generazione in tal senso) pulita, da impianti green consiste in generazione elettrica a basse emissioni e dispacciabile  (in inglese dispatchable, traducibile anche con programmabile), e che non dipende dal clima (abbiamo incontrato qui questo aspetto). In altre parole queste, a differenza di eolico e solare intermittenti, garantiscono la stabilità della rete, riducendo le necessità di accumulo a lungo termine e di espansione infrastrutturale. Si distinguono per la loro capacità di generare energia pulita su richiesta per un periodo di tempo praticamente indefinito. Nel seguito verranno prese in considerazione le tecnologie di questo tipo considerate concrete, per la loro capacità di fornire energia di questo tipo. 

Tecnologie chiave di Clean Firm Generation

• Nucleare avanzato - Reattori di nuova generazione e reattori modulari piccoli (SMR).
• Geotermia avanzata (EGS) - Sfruttamento del calore terrestre continuo.
• Gas con cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) - Impianti a gas naturale dotati di tecnologie per catturare e stoccare le emissioni di CO₂.
• Idrogeno a basse emissioni - Turbine alimentate da idrogeno, indipendentemente da come questo sia prodotto.
• Biomassa con CCS (BECCS) - Produzione di energia da biomasse con cattura del CO₂.
• Stoccaggio di energia a lunga durata (LDES) - Sistemi capaci di fornire energia per giorni o settimane. 

Perché è fondamentale

• Affidabilità - Risolve la "volatilità" delle rinnovabili variabili, assicurando energia h24.
• Efficienza infrastrutturale - Riduce la necessità di costruire un numero eccessivo di parchi eolici/solari e nuove linee di trasmissione, abbattendo i costi totali di decarbonizzazione.
• Supporto ai carichi pesanti - Essenziale per le utenze che richiedono energia 24/7, come i grandi data center. 

Sebbene alcune tecnologie siano ancora costose o in fase di sviluppo, la clean firm generation è considerata un pilastro fondamentale per le reti elettriche a zero emissioni entro il 2050.

Le tecnologie di generazione pulita di energia elettrica, che non sia ovviamente il cosiddetto idroelettrico, includono geotermia, fissione e fusione nucleare, combustibili fossili ma associati ad alti livelli di cattura di carbonio e mitigazione del metano a monte, e combustione a biomassa o combustibili sintetici puliti con fonti sostenibili a basse emissioni (ad esempio, idrogeno a basso contenuto di carbonio). La disponibilità commerciale di queste tecnologie varia molto. Per alcune di queste è stato già dimostrato che possiedono le capacità tecniche per essere implementate su scala commerciale o per impianti prossimi ai luoghi di fruizione, ma ancora oggi devono confrontarsi con costi eccessivi, catene di approvvigionamento lacunose o mancanti o l’assenza di altre infrastrutture, nonché nella mancanza di finanziamenti. Altre tecnologie sono ancora oggi sono ancora agli inizi, richiedendo ulteriori ricerche, sviluppo e dimostrazioni per raggiungere la commerciabilità.

Tre sono le tematiche da analizzare in questo ambito.

• Cosa: ovvero le opzioni tecnologiche per la generazione di clean firm e loro stato attuale.
• Perché: potenziale delle tecnologie di generazione di energia pulita per ridurre i costi di sistema della decarbonizzazione e gestire i rischi di velocità e scala della decarbonizzazione, garantendo al contempo affidabilità.
• Come: azioni politiche in grado di superare gli ostacoli e accelerare la commercializzazione delle tecnologie di generazione di energia pulita. Quest'ultima parte non sarà oggetto di analisi.

 Il cosa sarà il tema di questo primo post.

Geotermico

Schema di impianto geotermico a roccia supercalda

Le centrali geotermiche sfruttano il calore naturale proveniente dalle profondità del sottosuolo per produrre energia. Utilizzando l'acqua (o un altro fluido), il calore della Terra viene portato in superficie, dove viene utilizzato per far girare una turbina e produrre elettricità.

L'energia geotermica convenzionale (talvolta nota come idrotermale) consiste in tecnologie consolidate che producono energia da sacche sotterranee naturali di acqua calda o vapore. L'energia idrotermale è utilizzata da oltre cento anni. Tuttavia, i bacini idrotermali sono rari e geograficamente concentrati, il che limita la quantità di energia che questa tecnologia può produrre e le località in cui può essere utilizzata.

Le recenti innovazioni nelle tecnologie geotermiche di nuova generazione hanno reso possibile l'utilizzo dell'energia geotermica in più luoghi, ampliandone notevolmente il potenziale. Anziché dipendere da sacche preesistenti di acqua calda, la geotermia di nuova generazione sfrutta la roccia asciutta, facendo circolare l'acqua al suo interno per estrarre calore. Esistono molteplici meccanismi per produrre energia geotermica di nuova generazione: i sistemi geotermici avanzati (EGS) creano serbatoi artificiali fratturando la roccia calda, i sistemi geotermici a circuito chiuso (CLGS) fanno circolare i fluidi attraverso pozzi sigillati senza interagire con la roccia circostante e vari sistemi ibridi combinano elementi di EGS e CLGS. Indipendentemente dall'approccio, ciò che i sistemi geotermici di nuova generazione hanno in comune è che consentono lo sviluppo geotermico su un'area geografica molto più ampia di quanto fosse possibile in precedenza.

Lo sviluppo dell'energia geotermica ha tradizionalmente puntato su risorse a temperature moderatamente superiori al punto di ebollizione dell'acqua. La geotermia a roccia supercalda (Superhot Rock Energy - SHR), vista nel post citato prima, è una nuova frontiera dell'energia geotermica che punta a temperature ancora più elevate, presenti nelle profondità della crosta terrestre, dove l'acqua può trasformarsi in un fluido supercritico, una fase della materia che trasferisce il calore in modo più efficiente rispetto al vapore o all'acqua liquida. Questo apre la possibilità di estrarre molta più energia per pozzo rispetto ai sistemi tradizionali o agli attuali sistemi di nuova generazione, ampliando l'intervallo geografico di disponibilità e riducendo drasticamente i costi.

Nel settore energetico, la geotermia ha il potenziale per fornire elettricità pulita su larga scala, 24 ore su 24, grazie alla sua indipendenza dalle condizioni meteorologiche e alla complessità meccanica relativamente bassa. I sistemi geotermici raggiungono comunemente fattori di disponibilità compresi tra il 90% e il 96%, paragonabili a quelli dell'energia nucleare. Richiedono inoltre relativamente poco terreno rispetto ad altre fonti di energia pulita e potrebbero essere implementati in molte regioni utilizzando le infrastrutture petrolifere e del gas esistenti e le competenze della forza lavoro (ne scrissi anche a novembre 2024, raccontando della Quaise Energy).

Infine, questa tecnologia ha la capacità di scalare per soddisfare la crescente domanda. I primi modelli e la mappatura di Clean Air Task Force (CATF) suggeriscono che l'SHR potrebbe fornire oltre 4 TW di capacità potenziale solo per gli USA, supportando fino a 8 volte il consumo di elettricità degli USA nel 2021 , e che solo l'1% del calore disponibile in Europa potrebbe alimentare l'equivalente di 1400 Berlino.

Recentemente le rinnovabili hanno raggiunto circa 3,4 TW nel 2024, con proiezioni a 5 TW entro fine 2025 e 11,2 TW nel 2035. La crescita è trainata da solare (+33% nel 2024) ed eolico, mentre il totale mondiale cresce di ~300-500 GW/anno. Dati precisi variano per agenzie (IEA, IRENA, Ember), ma il totale è coerente intorno agli 8 TW.

Tuttavia, le tecnologie geotermiche di nuova generazione devono affrontare sfide cruciali prima di raggiungere la scala commerciale. Per i sistemi di nuova generazione che operano alle temperature accessibili odierne, le esigenze principali sono la dimostrazione tecnologica su larga scala e a lungo termine, una migliore condivisione dei dati e uno sviluppo esteso in una gamma più ampia di contesti geologici. Per i sistemi SHR, è necessaria ulteriore innovazione negli strumenti di perforazione ad alta temperatura, nei materiali e nei metodi di creazione di giacimenti. Saranno essenziali siti dimostrativi che consentano test controllati in condizioni di altissima temperatura. Sebbene tale innovazione sia a portata di mano , il supporto governativo alla ricerca e sviluppo e il sostegno politico – simili a quelli che hanno contribuito a catalizzare il boom dello shale gas – saranno fondamentali per accelerare e potenziare la ricerca, oltre che realizzare il pieno potenziale della geotermia di nuova generazione.

Fissione nucleare

Sia per l’energia nucleare da fissione che per quella da fusione non entro nel merito tecnico, in rete sono disponibili enormi quantità di materiale che spiegano, anche a livello divulgativo, la scienza e la tecnologia che sono alla base di queste fonti energetiche.

Oggi, circa 400 GW di capacità di fissione nucleare sono installati in tutto il mondo, fornendo poco meno del 10% dell'elettricità mondiale. È un pilastro di diverse economie sviluppate: negli Stati Uniti, rappresenta circa il 20% della produzione di elettricità e metà delle fonti ad emissioni nulle di carbonio. In quest’analisi non verranno prese in considerazione le polemiche sterili riguardo la pericolosità delle centrali, dei loro prodotti di scarto, né tanto meno vere e proprie fake news quali quella dei 22.000 morti del 2015 in Giappone, direttamente causati dall’incidente della centrale di Fukushima. Analogamente, in tutta l'UE, la fissione nucleare ha generato il 24% dell'elettricità consumata nel 2024, diventando il singolo maggiore contributore alla produzione di elettricità pulita. La tecnologia svolge un ruolo fondamentale nel garantire la sicurezza energetica, guidare lo sviluppo economico e raggiungere gli obiettivi di riduzione delle emissioni. Oltre a fornire energia pulita e costante per integrare le crescenti fonti rinnovabili, con l'aumento della domanda di elettricità in molte giurisdizioni, i nuovi progetti nucleari emergenti possono anche essere progettati per fornire calore diretto di qualità medio-alta, contribuendo potenzialmente alla decarbonizzazione di altri settori, i cosiddetti hard-to-abate (duri da abbattere, ovvero che presentano necessità specifiche non copribili con l’elettrificazione). Avevamo incontrato il tema in questo mio post.

Nonostante il suo potenziale, l'implementazione di nuovi reattori nucleari si scontra con ostacoli significativi. La maggior parte della flotta di reattori attualmente operativa in tutto il mondo è stata costruita decenni fa e le industrie che supportano questi grandi progetti ad alta intensità di capitale si sono da allora atrofizzate a causa della carenza di nuove costruzioni nucleari. La mancanza di una base industriale e di una forza lavoro consolidate può portare a ritardi nei progetti e sforamenti dei costi, che sono stati una caratteristica di progetti nucleari una tantum nel corso del XXI secolo). Un po’ dappertutto è venuta a mancare una strategia completa per la commercializzazione e l'implementazione di nuovi impianti/reattori nucleari su larga scala. In Europa numerosi stati membri dell'UE hanno espresso intenzioni ambiziose in merito all'implementazione del nucleare, ma restano lacune politiche, finanziarie e normative che devono essere affrontate prima che il potenziale della prossima ondata di implementazione nucleare possa essere pienamente realizzato. Senza considerare gli ostacoli che derivano da una parte consistente dell’opinione pubblica che, a torto o a ragione, contrasta fin dalla fase progettuale, l’installazione di centrali a fissione.

Fusione nucleare

Densità energetica del combustibile per fusione a confronto con altre fonti (IAEA)

Come noto questa tecnologia promette di produrre energia con un impatto ambientale minimo, generando solo scorie di bassa attività e utilizzando abbondanti fonti di combustibile reperibili sulla Terra.

Nonostante i significativi progressi compiuti nell'ultimo decennio e le importanti scoperte scientifiche e ingegneristiche, l'energia da fusione non è ancora disponibile commercialmente. Le aziende del settore privato stimano che nel prossimo decennio saranno disponibili macchine commercialmente valide, ma questo è diventato una sorta di ritornello che ogni dieci anni viene ripetuto. La tecnologia disponibile è ancora in gran parte sperimentale. Mancando inoltre i quadri normativi e le politiche specifiche per la tecnologia questi saranno fattori critici per la riuscita integrazione dell'energia da fusione nel settore elettrico. A parte Regno Unito e Stati Uniti negli altri paesi tutto tace.

Le sfide economiche che i progetti di fusione devono affrontare sono considerevoli e molteplici. Uno dei problemi principali è l'elevato investimento di capitale iniziale richiesto per la ricerca e lo sviluppo, nonché per la costruzione di macchine sperimentali e dimostrative. Il rischio tecnologico e i lunghi tempi di commercializzazione possono scoraggiare gli investimenti privati, poiché gli investitori spesso cercano rendimenti più rapidi e a basso rischio sul loro capitale.

Energia fossile con cattura e stoccaggio del carbonio

In passato ho avuto modo di trattare l’argomento relativo alla rimozione del biossido di carbonio dall’atmosfera.

Le tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) separano il biossido di carbonio (CO₂) emesso da fonti puntuali e lo iniettano in formazioni geologiche profonde per uno stoccaggio permanente, impedendone così il rilascio in atmosfera. Nel sistema elettrico, la CCS può essere installata a posteriori su centrali elettriche a gas o a carbone esistenti o integrata in nuovi progetti di centrali elettriche. Nella maggior parte delle proposte attuali, il CO₂ viene separato dai gas di scarico delle centrali elettriche standard, ma altri approcci comprovati includono la combustione del combustibile in ossigeno e CO₂ o la separazione della CO₂ dal gas di sintesi (syngas) prodotto dalla gassificazione del carbone. Il CO₂ catturato viene in genere purificato, compresso e quindi trasportato in luoghi idonei per uno stoccaggio sotterraneo sicuro.

La tecnologia CCS ad alti tassi di cattura e abbinata a controlli del metano a monte può fornire energia distribuibile durante la transizione del sistema elettrico. Le centrali elettriche abilitate alla CCS possono svolgere diversi ruoli operativi, sia come risorse di generazione di base che con incrementi e riduzioni flessibili per integrare le fonti rinnovabili variabili. Dopo un decennio di progressi tecnici e un significativo supporto politico in alcune regioni, le prime centrali elettriche ad alto potenziale e alimentate a gas prodotto grazie alla CCS, sono in fase di implementazione negli Stati Uniti e nel Regno Unito. Per ampliare ulteriormente la CCS, saranno necessari maggiori incentivi, lo sviluppo di infrastrutture di trasporto e stoccaggio, e soprattutto un coinvolgimento proattivo di tutti i soggetti, pubblici e privati. 

Bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS)

Flusso di risorse di biomasse o materie prime per bioenergie con CCS

I sistemi di bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS) combinano processi per convertire le risorse di biomassa o materie prime in forme di energia utilizzabili con tecnologie per la cattura e lo stoccaggio permanente delle emissioni di CO₂. Questi sistemi offrono il potenziale per rimuovere il CO₂ dall’atmosfera fornendo energia a zero o a basse emissioni di carbonio lungo tutto il ciclo di vita.

I sistemi BECCS termochimici, come la combustione e la gassificazione, possono generare elettricità per il settore energetico, sequestrando al contempo il carbonio atmosferico in depositi geologici. Questi processi termochimici sono generalmente flessibili in termini di risorse di biomassa utilizzate, ma sono in genere più pratici con materie prime a bassa umidità e ad alto contenuto di lignina, come i diradamenti forestali (il diradamento è l'atto di rimuovere selettivamente gli alberi in un bosco per ridurre la competizione complessiva; permettendo agli alberi lasciati di crescere più grandi e sani grazie al maggiore accesso alla luce solare, all'acqua e ai nutrienti presenti nel terreno) o colture energetiche dedicate come il pioppo. Il BECCS per l'energia elettrica tramite gassificazione (per produrre gas di sintesi che può essere bruciato in una turbina a gas o in un sistema a ciclo combinato) offre vantaggi rispetto alla combustione diretta, tra cui una maggiore efficienza e un flusso di CO₂ più concentrato per la cattura e lo stoccaggio; tuttavia, è tecnicamente complesso e meno maturo su larga scala.

Si prevede che la BECCS nel settore energetico sarà limitata a circa il 5% della produzione di energia a livello globale, e sarà utilizzata come complemento alle fonti rinnovabili variabili, immettendo l'elettricità nella rete quando la loro produzione è limitata. In generale, l'uso della biomassa per l'energia elettrica è considerato un percorso meno efficiente, proprio perché l’utilizzo delle risorse di biomassa nei settori difficili da decarbonizzare è scarsamente produttivo . Tuttavia, la BECCS ha il potenziale per produrre energia e rimuovere centinaia di milioni di tonnellate di CO₂ l’anno.

Nonostante il potenziale di generare emissioni di gas serra negative, il BECCS per l'energia deve affrontare diverse sfide significative, tra cui l'approvvigionamento sostenibile di risorse di biomassa, la creazione di catene di approvvigionamento per materie prime benefiche per il clima, l'ampliamento delle infrastrutture di cattura e stoccaggio del carbonio, gli elevati costi di capitale e i progressi tecnologici nella bioconversione.

Idrogeno pulito

Catena di fornitura dell'elettrolisi e della combustione dell'idrogeno

La combustione dell'idrogeno nelle centrali elettriche genera vapore acqueo come unico sottoprodotto diretto e può, in teoria, ridurre a zero le emissioni di gas serra (GHG, Greenhouse Gases). Pertanto, è tecnicamente possibile utilizzarlo con emissioni a monte minime, allo scopo di generare elettricità a basse emissioni, sia in impianti a gas riqualificati che in nuove turbine a idrogeno.

Tuttavia, è improbabile che l'idrogeno svolga un ruolo importante nella decarbonizzazione dei sistemi energetici. L'idrogeno a basse emissioni di carbonio può essere prodotto dal gas naturale tramite reforming del metano con vapore e cattura e stoccaggio del carbonio, ma questa opzione soffre di perdite di metano a monte che limitano il potenziale di riduzione dei gas serra e comportano elevati costi di abbattimento delle emissioni di carbonio. Nel frattempo, l'idrogeno verde prodotto tramite elettrolisi dell'acqua utilizzando elettricità pulita e successivamente bruciato per la produzione di energia ha un'efficienza di andata e ritorno di appena il 24%; tre quarti dell'elettricità pulita utilizzata viene persa nel processo. Pertanto, l'uso dell'idrogeno verde come fonte di combustibile nel settore elettrico ha senso solo quando esiste una differenza di valore molto elevata tra l'elettricità utilizzata per produrre l'idrogeno e l'elettricità che l'idrogeno viene utilizzato per generare, e quando altri approcci di stoccaggio più efficienti non sono economici a causa dei limiti di durata.

Nonostante la sua bassa efficienza, l'idrogeno potrebbe trovare un suo spazio di nicchia nel ruolo di accumulo di energia elettrica a lunghissima durata, grazie al costo estremamente basso dello stoccaggio sotterraneo. L'idrogeno potrebbe anche essere prodotto in un luogo con input di energia elettrica a basso costo e trasportato in un altro luogo per essere utilizzato come combustibile. Tuttavia, questa opzione deve essere valutata nel contesto di un'analisi completa dei costi di sistema, considerando altre opzioni di generazione e stoccaggio pulite, incluso un resoconto completo dei requisiti infrastrutturali necessari per lo stoccaggio dell'idrogeno (ad esempio, trasporto e stoccaggio dell'idrogeno).

La nuova era del clima: tra cicli naturali, squilibri antropogenici e miti climascettici

Ovvero, come i dati sul carbonio e il calore oceanico ridefiniscono la narrazione del riscaldamento globale.

Premessa
Diverse volte su queste pagine abbiamo fatto notare che scienza non è sinonimo di certezza, ma che è innanzi tutto mettere in discussione continuamente quanto finora appreso. Ecco servito sul famoso piatto d’argento uno di quei casi che genera una moltiplicazione di domande a cui andrà data risposta.

E più discussione di quanto sta accadendo a pochi giorni dalla pubblicazione, è difficile trovarne.

Allan Hills - Antartide

Uno studio appena pubblicato su Nature, rivista scientifica peer-reviewed tra le più prestigiose al mondo, ha portato un po’ di scompiglio ed anche qualche disagio ai sostenitori del cosiddetto “Net Zero”, ovvero la decarbonizzazione totale, zero emissioni di gas serra di origine antropica. La causa dello scompiglio proviene dai risultati delle analisi della cosiddetta aria fossile contenuta nelle carote di ghiaccio (il cosiddetto blue ice, ghiaccio estremamente denso e antico, caratterizzato da una colorazione azzurra o bluastra) estratte nella regione delle Allan Hills in Antartide, in grado di fornire indicazioni su alcuni parametri climatici fondamentali e che risalgono fino a circa tre milioni di anni fa. Il cuore operativo è l’impianto del COLDEX, Center for Oldest Ice Exploration, appartenente alla National Science Foundation, che a sua volta è una costola dello US Geological Service.

Carote di ghiaccio conservate al Coldex

Il principio è semplice: un ghiacciaio è il prodotto di alcuni semplici ingredienti – acqua, temperatura, pressione e tempo – che però lavorando insieme hanno la capacità di ricordare dettagli di una precisione straordinaria. Il ghiaccio nasce come fiocco esagonale che cadendo si fonde con altri esagoni, compattandosi poi con il peso di ogni successiva nevicata e stabilendosi in strati annuali simili agli anelli di un albero. Gli strati più in alto contengono tra gli esagoni depositi di aria ma, scendendo in profondità, quasi tutta l’aria viene espulsa a mano a mano che la neve si trasforma dapprima in firn, neve allo stato granulare, e alla fine in ghiaccio solido. La pressione costringe i fiocchi esagonali a ricristallizzarsi, intrappolando piccole quantità di aria in bolle, che sembrano una fascia di latte che attraversa il ghiaccio e possono servire per farsi un’idea di com’era il mondo durante la formazione di ogni singolo strato.

L’aria intrappolata in bolle di ghiaccio fornisce informazioni sulla composizione e concentrazione dell’atmosfera terrestre nel momento in cui cadde la neve, e le tracce chimiche e altre proprietà fisiche del ghiaccio rivelano informazioni su temperatura, vento e nevicate che possono essere ricondotte a particolari fluttuazioni stagionali di migliaia di anni fa. Il ghiaccio può rivelarci quali fossero la frequenza degli incendi forestali e l’estensione di zone umide e desertiche tanto tempo fa e in luoghi lontani. Le carote di ghiaccio possono servire a datare specifiche eruzioni vulcaniche e contribuiscono addirittura a tracciare il passato percorso della Terra attraverso il sistema solare. L’informazione è altamente condensata; nel corso di un centinaio di anni circa, un metro di neve può comprimersi, riducendosi a trenta centimetri di ghiaccio. Si ritiene che la calotta di ghiaccio della Groenlandia abbia circa 3 milioni di anni; quella molto più vasta che copre l’Antartide è oltre dieci volte più vecchia, ma c’è un limite all’età dell’archivio. Il ghiaccio alla base del ghiacciaio, a volte a parecchi chilometri di profondità, viene deformato dalla pressione e sciolto dal calore del substrato roccioso, cancellando gran parte delle informazioni e scombussolando il resto come se qualcuno avesse fatto a pezzi l’archivio con un paio di forbici.

È dal 1964 che si fa estrazione (carotaggio) di ghiaccio dalle calotte della Groenlandia prima e dell’Antartide dopo. E non mancano perforazioni nei ghiacciai continentali, persino sul nostro Adamello.

Un archivio storico prezioso ed unico.

Punti di attenzione
Innanzitutto, è importante sottolineare che entrambi gli studi che vedremo utilizzano dati provenienti da una tecnica di analisi del ghiaccio sviluppata di recente. Le carote di ghiaccio antartiche convenzionali, che offrono un'elevata risoluzione temporale, risalgono solo a circa 800.000 anni fa. Esiste ghiaccio più antico, ma affiora in superficie, e come accennato, è fortemente deformato e pieno di difetti strutturali che spesso lo rendono difficoltoso da leggere o del tutto inutile. Non è possibile tracciare i singoli strati al suo interno, anche se le nuove tecniche possono ricavare dati da ghiaccio danneggiato risalente addirittura a circa 4 milioni di anni fa. Questi dati forniscono informazioni sul biossido di carbonio e persino sul contenuto di calore oceanico, per mezzo di un'altra tecnica innovativa che si basa sull'assorbimento di gas nobili atmosferici da parte degli oceani, che a sua volta dipende dalla temperatura. Insomma dati di qualità da ghiaccio di pessima qualità. La comunità scientifica che conduce questo progetto ha svolto un lavoro accurato ed è composta da persone di grande talento, ma si tratta di un campo nuovo e, con le nuove tecniche, c'è sempre spazio per le sorprese man mano che si approfondisce la loro conoscenza.

I critici che cercano di minimizzare le prove che si ottengano dall’analisi dell’aria fossile nelle carote di ghiaccio spesso suggeriscono che siano troppo imprecise per fornire un resoconto completamente accurato dei livelli dei gas atmosferici e della temperatura dell’aria. Ma indiscutibilmente sono accurate al punto di offrire un'ampia visione ciclica. Rimangono la fonte di alcuni dei migliori dati che abbiamo sul clima passato. Essendo dati misurati direttamente sono indubbiamente più accurati della maggior parte degli altri dati proxy. 

Ricostruzione della temperatura media globale e della concentrazione di CO2 in atmosfera per gli ultimi 68 milioni di anni. Nel grafico è riportata  per confronto la proiezione per i futuri 100 anni nel caso di diversi scenari di emissione di gas serra in futuro. Sull’asse di sinistra la differenza con la media termodinamica del pianeta pari a 15 °C. Si notino i cambi di scala nell’asse dei tempi. (fonte)

Lo studio

Finora le carote di ghiaccio provenienti dall'Antartide documentano con precisione le variazioni continue dei gas serra atmosferici negli ultimi 800.000 anni, delineando i cicli glaciali-interglaciali che caratterizzano il medio e tardo Pleistocene. A gennaio 2025 fu estratto un campione che portava a circa 1,2 milioni di anni fa la data dei campioni più antichi. Nonostante sullo stesso sito COLDEX si affermi che, nell’area del blue ice delle Allan Hills, l’età massima raggiunta è di 1,5 milioni di anni (da aggiornare?), lo studio dichiara di aver esteso la ricerca con registrazioni ancora più antiche. Sono stati utilizzati i dati di carote di ghiaccio che coprono un intervallo che va da 3,1 a 0,5 milioni di anni fa, e pur trattandosi di istantanee con un certo grado di discontinuità, fatte le debite correzioni e normalizzazioni, quel che è emerso è che in quel periodo non si registra nessuna variazione significativa nella media del metano (CH₄), e oscillazioni di circa 20 ppm per il biossido di carbonio (CO₂). Dati che non si discostano significativamente da altre misure e modellazioni operate con i dati di altri campionamenti, anche in aree diverse del pianeta e relative soprattutto agli ultimi 800.000 anni.

In altre parole la ricerca rileva che i livelli di biossido di CO₂ e CH₄ sono rimasti sostanzialmente stabili negli ultimi tre milioni di anni mentre, e qui sta il punto, le temperature globali, nello stesso periodo, hanno subito cambiamenti significativi, inclusi quelli che alternavano grandi ere glaciali e cicli di riscaldamento. Oscillazioni di temperatura indipendenti dai livelli di CO₂? Qualcosa di completamente diverso dalla narrazione climatica tradizionale, e che negazionisti e climascettici non hanno tardato a far propria.

L'autrice principale dello studio, Julia Marks-Peterson, ha riconosciuto che i risultati erano inaspettati: «Siamo rimasti sicuramente un po' sorpresi». E ha aggiunto con cautela che i risultati «potrebbero suggerire che anche piccoli cambiamenti nei livelli di gas serra potrebbero innescare grandi cambiamenti climatici». Cautela, certamente, ma i dati rilevati dalle analisi dei carotaggi suggeriscono che un ruolo più importante dei gas serra potrebbero averlo avuto i cambiamenti nella circolazione oceanica o altri fattori, più determinanti di altri.  Forse la chiave di lettura migliore è che se anche il CO₂ non fosse la causa principale o una delle principali del riscaldamento, l’introduzione di gas serra di origine antropica non può che peggiorare lo scenario. La correlazione tra aumento della temperatura e tenore in CO₂  è provata fin dalla metà del XIX secolo, a cominciare dagli studi di Eunice Newton-Foote.

Stesso ghiaccio, altro studio
Sempre su Nature, a fare il paio con il primo studio ce n’è un altro, di poco successivo e realizzato con le stesse carote di ghiaccio del precedente che ci racconta qualcosa di analogo.

L'epoca del Pleistocene è stata caratterizzata da un raffreddamento globale e da un aumento dell'intensità e della durata dei cicli glaciali. Le registrazioni regionali della temperatura oceanica superficiale e subsuperficiale mostrano andamenti distinti in questo intervallo, suggerendo cambiamenti dinamici nel trasporto di calore e nella circolazione oceanica, rendendo ancor più complicato determinare l'evoluzione del contenuto totale di calore oceanico. A partire da misurazioni del contenuto di gas nobili (Xe/Kr) nelle carote di ghiaccio, sempre dopo aver normalizzato parecchie complicazioni, gli autori riscontrano un raffreddamento pronunciato che coincide approssimativamente con la transizione tra Pliocene e Pleistocene (circa 2,7 milioni di anni fa) e temperature stabili durante la transizione del Pleistocene medio (da 1,2 a 0,8 milioni di anni fa). I confronti con una recente raccolta di dati globali sulla temperatura superficiale del mare mostrano un'ampia coerenza nel raffreddamento a lungo termine, ma anche importanti differenze nelle transizioni Plio-Pleistocene e Medio-Pleistocene. Secondo gli autori le diverse tendenze nella temperatura superficiale e nella temperatura media dell'oceano durante questi intervalli sono correlate a una ridistribuzione del calore tra la superficie e le parti più profonde per mezzo di fenomeni di risalita (upwelling) e cambiamenti nella formazione di acque profonde. Unendo questi con altri dati proxy si confermano i grandi cambiamenti climatici nonostante si sia evidenziata la stabilità del tenore dei due principali gas serra. Ovvero, causa principale un raffreddamento oceanico a lungo termine piuttosto che un grande cambiamento nel CO₂.

Negazionismo in agguato

L’aspetto che sembra emergere soprattutto dal primo studio, non certamente rigorosamente scientifico, è che ci sia una sorta di doppiopesismo nell’interpretazione di questi dati. Ora, se le oscillazioni in tenore di biossido di carbonio sono rimaste più o meno intorno a 250 ± 20 ppm per praticamente tutto il Pleistocene, mentre il pianeta viveva diversi periodi glaciali e relativi interglaciali, soprattutto a partire da circa 2,7 milioni di anni fa, perché uno degli autori afferma che i risultati suggeriscono una sensibilità climatica maggiore dell'effetto riscaldante del CO₂? In breve, se per un’epoca si applicano fisica e chimica con rigore, ciò non sembra estendersi ad un’altra. Ovvero, se i gas serra non erano così fondamentali allora, perché dovrebbero esserlo oggi?

Argomento appetitoso per i negazionisti.

Innanzi tutto si noti che, entrambi gli articoli, non stanno riscrivendo il ruolo del CO₂ , ma più semplicemente sottolineano quanto sia sensibile il sistema climatico, ecco perché l'andamento delle emissioni a partire dall’era industriale deve continuare ad essere considerato allarmante.

Inoltre confondere quanto dovuto agli innegabili cicli orbitali con il forcing radiativo è un errore fisico fondamentale. I dati di Allan Hills confermano infatti che allora, privi della componente antropogenica, il ciclo del carbonio era stabile, e modulava le oscillazioni naturali della temperatura all'interno di un sistema ciclico, per intere ere geologiche. Le emissioni antropiche hanno ora aumentato il tenore in CO₂ a 430 ppm – oltre il 50% sopra quella linea di stabilità del ciclo naturale e con un’accelerazione evidente negli ultimi decenni - creando un enorme squilibrio termico. La fisica ignora i passati cambiamenti della circolazione oceanica e oggi reagisce solo all'energia intrappolata dal carbonio in eccesso. Dire che il CO₂ non è la manopola di controllo è come dire che i freni non funzionano perché un'auto una volta ha rallentato in salita.

Questi studi, ancora una volta, dimostrano che siamo usciti dal confine stabile del Pleistocene in un nuovo regime energetico planetario. La Terra saprà ritrovare l’equilibrio, con o senza l’umanità.

Abbaimo l'opportunità, rara, di osservare le transizioni climatiche degli ultimi 3 milioni di anni grazie all'utilizzo di ghiaccio antartico eccezionalmente antico. I dati sono interessanti, ma il ghiaccio è molto compresso e discontinuo, il che significa che le registrazioni riflettono principalmente le tendenze a lungo termine piuttosto che le ampie oscillazioni di CO₂ tra periodi glaciali e interglaciali che sappiamo essersi verificate.

Il messaggio chiave è che variazioni relativamente piccole nella forzante climatica possono spingere il sistema terrestre oltre determinate soglie, alterando il volume dei ghiacci, la circolazione oceanica e l'immagazzinamento di calore negli oceani. Questo concetto non è nuovo, ma le ricostruzioni della temperatura a partire dai tenori in gas nobili del secondo studio contribuiscono a rafforzarlo, dimostrando che la transizione climatica Plio-Pleistocene è stata accompagnata da un raffreddamento oceanico a lungo termine piuttosto che da un grande cambiamento nella CO₂.

Inoltre le transizioni climatiche sono sempre associate a un cambiamento nel contenuto di calore oceanico, ma è importante notare che nessuno, tanto meno gli autori, propongono questa come una connessione causale. Il contenuto di calore oceanico è di per sé una misura del cambiamento climatico generale, e il massimo che si può affermare da questi dati è che la tendenza generale al raffreddamento dal Pliocene (con un emisfero settentrionale non interessato dalle glaciazioni) all'era dei cicli glaciali-interglaciali del Pleistocene è correlata al contenuto di calore oceanico.

Un altro mondo

Misurazioni e tecniche più avanzate dimostrano che le variazioni dei gas serra non sono state il fattore principale dell’antico raffreddamento globale. È certamente un risultato importante, ma non del tutto inaspettato, dato che in questo sistema climatico passato il Nord e il Sud America si erano appena uniti con la formazione dell’istmo di Panama, alterando in maniera radicale la circolazione oceanica: i modelli meteorologici e le circolazioni oceaniche funzionavano in modo molto diverso. Una volta che il mondo ha dato il via alla presenza di ghiaccio nell'Artico e nei continenti settentrionali, le bolle di aria fossilizzata intrappolate in altre carote di ghiaccio più profonde dimostrano che i gas serra hanno invece svolto un ruolo di primo piano nell'amplificare le più recenti oscillazioni climatiche naturali, guidate dai cambiamenti periodici dell'orbita terrestre attorno al sole nell'arco di decine o centinaia di migliaia di anni.

Ma il contenuto di CO₂ attuale, e la velocità con cui si è concentrato, è enormemente superiore ai livelli osservati nei cicli glaciali naturali degli ultimi milioni di anni e, come ampiamente trattato su questo blog, molteplici prove dimostrano che è un fatto indiscutibile che l'aumento dei gas serra stia attualmente riscaldando il nostro clima.

Attenzione massima quindi alla nuova corrente climascettica in arrivo. Studi come questi, se rilanciati con veemenza a partire dai loro titoli (Broadly stable atmospheric CO₂ and CH₄ levels over the past 3 million years e Global ocean heat content over the past 3 million years) sono ghiottonerie per affermare quella del riscaldamento globale causato dall’attività umana è una storiella politica, che la Panda della nonna è la causa e l’auto elettrica la panacea di tutti i mali. O peggio, che i ricercatori cavalcano l’onda del catastrofismo per ottenere continui finanziamenti e, per finire, che la decarbonizzazione è di sinistra, estrema sinistra. Roba che Giorgio Gaber ci avrebbe riscritto una canzone.

Le cose stanno come le ho raccontate tante volte su queste pagine. Basta leggere.