Introduzione alle energie rinnovabili. Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto cambia
di Davide Benedetto
Prima di poterci – finalmente – occupare di energie rinnovabili, dobbiamo tornare a parlare di energia tout court, ed in particolare dobbiamo chiarire un ulteriore, frequente equivoco: l’energia non si crea mai (ok Albert, quasi mai), si conserva con qualche difficoltà (controllate sempre la data di scadenza sulla confezione …) e si trasforma sempre. Ma andiamo per ordine.
L’energia non si crea. È quasi sempre vero nel nostro mondo macroscopico, ma non lo è nel mondo atomico e nucleare, dove invece si applica la celebre equazione E = mc2, a dimostrare che la materia può trasformarsi in energia – come avvenuto ad Hiroshima – e viceversa, come invece accade nel nostro Sole.
Quindi una centrale elettrica non crea energia, ma trasforma in energia elettrica altre fonti “primarie”: energia chimica (dei combustibili), energia (cinetica) eolica, energia (elettromagnetica) solare etc.
Introduzione alle energie rinnovabili: la trasformazione dell’energia
Quindi l’energia si può trasformare, da un “tipo” all’altro, e di fatto la tendenza è quella: ad esempio gli oggetti pesanti tendono a cadere, i corpi in movimento disperdono calore (che è un’altra forma di energia, la meno ‘nobile’) per attrito etc.
In generale queste trasformazioni avvengono con perdite, ad esempio per attrito e quindi sotto forma di calore: nessun processo di trasformazione reale avviene con piena efficienza. Ad esempio il rendimento di una centrale termoelettrica a gas, a “ciclo combinato” (tra le più ‘pulite’ ed efficienti) supera di poco il 55%: ciò vuol dire che quasi la metà dell’energia che “entra”, sotto forma di potere calorifico del gas, è “sprecata” sotto forma di ‘perdite’ di calore, soprattutto nei fumi al camino, mentre poco più della metà viene trasformato in elettricità (kWh, anzi in questo caso MWh).
Per esser chiari: neppure gli impianti eolici e fotovoltaici riescono a convertire tutta l’energia in ingresso in elettricità. Un campo eolico (wind farm) ben progettato può raggiungere rendimenti massimi nell’ordine del 50%, un pannello fotovoltaico di ultima generazione (bifacciale e con tracker, cioè in grado di “seguire” il sole ri-orientandosi continuamente) probabilmente non supera il 20-22%. Il resto? Calore, in questo caso per effetto degli ‘attriti’ interni, principalmente resistenza elettrica dei conduttori.
Da ultimo, l’accumulo: l’energia si conserva con difficoltà, in genere con perdite pesanti, quella elettrica in particolare. Solo recentemente e proprio per il grande impulso avuto dalle rinnovabili, i sistemi di accumulo elettrochimici (= batterie) su larga scala si stanno diffondendo a livello internazionale, e poi vedremo le ragioni strutturali di questo.
Da notare che l’elettricità, non essendo facilmente accumulabile, richiede un bilanciamento continuo, istantaneo e affidabile tra domanda, il cosiddetto fabbisogno, e offerta, quindi produzione o generazione. Altrimenti si rischia anche un bel blackout, come testimoniato dal rapporto ufficiale della Commissione di Indagine sul blackout della notte del 28 Settembre 2003.
I più vecchi sistemi industriali di accumulo, a servizio della rete elettrica, erano le centrali idroelettriche di pompaggio. Spieghiamo.
In un impianto idroelettrico, la forza del ‘getto’ d’acqua creata dal salto di quota – solitamente entro condotte forzate – fa girare le turbine idrauliche che, accoppiate ad un alternatore parente della vecchia dinamo da bicicletta, generano elettricità.
In una centrale di pompaggio il progetto dell’impianto e delle turbine è realizzato in modo da renderlo reversibile: notte tempo (vedremo perché, di notte, quando parleremo del mercato elettrico) le turbine possono lavorare come pompe elettriche, riportando l’acqua dal bacino inferiore a quello superiore, cioè di fatto accumulando energia (potenziale).
Nel caso di perdite pesanti, tra andare e tornare si perde circa il 30% dell’energia. I sistemi più moderni, come le batterie industriali, hanno tutt’altre prestazioni, ma anche loro hanno i propri limiti.
Basta, adesso siamo pronti, abbiamo chiarito e in parte esemplificato i concetti fondamentali: energia e potenza, trasformazioni dell’energia, rendimento e perdite, conservazione. Grazie per la pazienza, avevamo bisogno di questa “toolbox” concettuale, prima di partire.
Di qui in avanti parleremo in concreto, anche molto in concreto delle energie rinnovabili: cosa sono, che impatto hanno nei vari ambiti ambientale, sociale, industriale, economico, quali sono le ragioni del loro enorme successo recente, e quali sono, se ci sono, le loro criticità e debolezze. Allacciate le cinture, si parte.
