Decarbonizzazione e transizione ecologica passano necessariamente da un incremento della produzione e dell’utilizzo di fonti da energie rinnovabili, ovvero pulite e ambientalmente sostenibili.
Sono considerate energie rinnovabili quelle fonti di energia il cui uso non ne compromette la disponibilità nel tempo, poiché in grado di rigenerarsi allo stesso ritmo con cui vengono utilizzate, a differenza delle fonti di energia “non rinnovabili” (combustibili fossili: petrolio, carbone e gas naturale; fonti nucleari: uranio e plutonio), le quali, invece, sono caratterizzate da lunghi periodi di formazione e la cui disponibilità risulta limitata nel lungo periodo.
Stando alla definizione dell’Enea, sono rinnovabili “le fonti energetiche non fossili che si rigenerano alla stessa velocità con cui vengono consumate, che sono liberamente disponibili in natura, non si esauriscono e per le quali esistono tecnologie che ne consentono l’utilizzo a fini energetici”.
È stata la Direttiva 2009/28/CE, recepita in Italia dal Decreto Legislativo 28 del 03/03/2011, a fare chiarezza circa le effettive fonti considerate rinnovabili: sole, vento, risorse idriche e geotermiche, maree, moto delle onde e biomasse.
Oltre a essere in grado di rigenerarsi allo stesso ritmo con cui vengono utilizzate, le energie rinnovabili presentano un’altra importante peculiarità: sono forme di energia pulita e, in quanto tali, non inquinano l’ambiente con emissioni nocive.
Le energie rinnovabili, quindi, limitano le emissioni di CO2, la principale responsabile dell’effetto serra e del cambiamento climatico dell’intero pianeta. Per questo motivo, le principali strategie di decarbonizzazione presenti in Europa e in Italia considerano l’incremento dell’utilizzo delle rinnovabili come necessario per poter raggiungere gli obiettivi di neutralità climatica al 2050.
Le fonti di energia rinnovabili sono impiegate principalmente per la produzione di energia elettrica, per il riscaldamento e raffreddamento di aria e acqua, nei trasporti e nei servizi energetici rurali.
Ma quali sono le energie rinnovabili? Vediamole, in sintesi, una per una.
L’energia solare è la fonte primaria di energia per il nostro pianeta Terra. È un tipo di energia rinnovabile inesauribile e pulita e include tutte quelle tecnologie che possono produrre calore ed elettricità a partire dalla luce solare. L’energia del sole può infatti essere incanalata e sfruttata attraverso impianti costruiti ad hoc.
I modi in cui l’energia solare viene convertita può essere di tre tipi in funzione della tecnologia utilizzata nell’impianto: solare fotovoltaico, solare termico e solare termodinamico.
L’impianto fotovoltaico permette di trasformare l’energia solare in energia elettrica in modo diretto attraverso l’utilizzo di pannelli fotovoltaici, solitamente posizionati sui tetti degli edifici. La conversione della radiazione solare in corrente elettrica avviene nella cella fotovoltaica, che è costituita da una sottile fetta di materiale semiconduttore, tipicamente il silicio.
La spinta verso il solare fotovoltaico come primaria fonte di energia alternativa pulita, necessaria per portare avanti il processo di decarbonizzazione e di transizione energetica, sta spingendo anche verso nuovi modelli di produzione e consumo, dalle comunità energetiche all’agrivoltaico.
Nell’impianto solare termico il componente fondamentale è il collettore solare, che intercetta i raggi del sole e produce direttamente calore. Il suo scopo, a differenza del pannello solare, è quello di riscaldare un fluido che scorre all’interno dei suoi tubi trasportando il calore fino ai luoghi di utilizzo. L’energia solare termica viene trasformata in energia per riscaldare o raffreddare vari tipi di dispositivi.
L’impianto solare a concentrazione o CSP (Concentrated Solar Power) rappresenta una delle tecnologie più recenti per lo sfruttamento dell’energia solare. Il processo di trasformazione dell’energia rinnovabile in energia elettrica viene definito “conversione indiretta dell’energia solare”, in contrapposizione di quella diretta realizzata attraverso i pannelli fotovoltaici. Alla base dell’impianto, il pannello solare a concentrazione viene usato soprattutto per la produzione di acqua calda negli edifici. Il suo funzionamento si basa sulla raccolta dei raggi solari che vengono accumulati sotto forma di calore e poi convertiti con una turbina in energia elettrica.
A livello di tecnologie utilizzate, l’impianto solare a concentrazione può basarsi su un sistema a parabole lineari, ossia formato da tubi a parabola, oppure su un sistema a specchi parabolici, anche chiamato a concentrazione puntiforme. In questo secondo caso, che è quello più diffuso, vengono usati degli specchi a struttura lineare attraverso cui convogliare i raggi solari.
Fra le prime a essere sfruttata dall’uomo (pensiamo alle pale dei “mulini a vento”), l’energia eolica sfrutta l’energia cinetica del vento per produrre energia elettrica.
I sistemi con cui si utilizza la forza del vento vengono oggi chiamati aerogeneratori e si compongono di una turbina eolica, una torre di sostegno e un generatore elettrico. Le pale eoliche funzionano con lo stesso principio dei mulini a vento di un tempo.
Parlando di impianti eolici, di solito si fa riferimento ai parchi eolici, ovvero a una concentrazione di più generatori in una stessa zona considerata favorevole al passaggio del vento e quindi alla produzione di energia.
Ci sono tre tipi di parchi eolici: on-shore, near-shore e off-shore.
I parchi eolici on-shore si trovano in zone pianeggianti e lontane almeno 10 km dal mare, in posizioni esposte a correnti di vento costanti e importanti.
Gli impianti eolici near-shore sono collocati sulla costa, fino a 10 km di distanza dal mare. Nascono per sfruttare al meglio i venti che provengono dal mare.
L’eolico off-shore si trova in mezzo al mare, lontano dalla costa. Si tratta di impianti più stabili ma con costi di installazione e manutenzione molto onerosi.
Le nuove frontiere dell’energia eolica vedono anche installazioni ad alta quota, oggi realizzate in via sperimentale, piuttosto che sistemi basati su energia eolico-magnetica.
Le risorse idriche rappresentano le fonti di energia pulita più diffuse a livello mondiale. Gli impianti idroelettrici possono essere di due tipi: il primo sfrutta il moto naturale di fiumi e corsi d’acqua, il secondo prevede, invece, la realizzazione di ampi bacini d’acqua da cui poter attingere.
La produzione di energia elettrica avviene all’interno delle centrali idroelettriche, il cui funzionamento poggia sull’utilizzo dell’acqua come fonte primaria. Presenti soprattutto in quelle zone particolarmente ricche di bacini idrici, il loro funzionamento si deve alla presenza di una turbina idraulica che viene azionata dal movimento dell’acqua. La spinta dell’acqua sulla turbina ne provoca la rotazione. E quest’ultima, funzionando da alternatore, genera energia elettrica.
Esistono tre tipologie di centrali idroelettriche. Quelle “ad acqua fluente” sfruttano la portata naturale di un corso d’acqua, posto su due livelli differenti. L’acqua viene prelevata e fatta confluire in un bacino di carico e, tramite un sistema di condotte, raggiunge la centrale. Dopodiché viene scaricata attraverso un canale di scarico e immessa nuovamente nel corso d’acqua.
Gli impianti idroelettrici “a bacino”, invece, funzionano grazie sull’utilizzo di un bacino idrico (serbatoio), di origine naturale – come i laghi – o artificiale, talvolta caratterizzati dalla presenza di sbarramenti (dighe). L’acqua viene convogliata dalla diga alle turbine idrauliche che, ruotando, generano energia elettrica.
Una terza tipologia di impianto idroelettrico è quello di “pompaggio”, il quale prevede l’utilizzo di un serbatoio posto a monte e di un serbatoio a valle. Attraverso un sistema di pompaggio, durante le ore in cui la richiesta di energia è minore (ad esempio, durante le ore notturne), l’acqua viene trasferita dal bacino di valle al bacino di monte, facendo così fronte in sicurezza alla maggiore richiesta di energia durante le ore diurne.
In Italia, gli impianti di energia idroelettrica esistono da moltissimi anni tanto che questo tipo di energia rinnovabile è al primo posto tra le fonti del nostro Paese.
In base agli ultimi Rapporti del GSE – Gestore Servizi Energetici (pubblicato il 30 dicembre 2019), la potenza degli impianti idroelettrici rappresenta il 35% di quella relativa a tutti gli impianti di energia rinnovabile installati in Italia.
La maggior parte degli impianti idroelettrici si trova nelle regioni settentrionali: in Piemonte, Lombardia e nelle province di Trento e Bolzano sono installati oltre il 55% degli impianti totali del Paese.
Tra le fonti rinnovabili più diffuse ci sono senza dubbio le biomasse, che possono essere sfruttate a fini energetici. Il plurale è d’obbligo, perché dietro il termine si nasconde una grande varietà di risorse, spesso molto differenti tra di loro. Secondo la definizione contenuta nel DLGS 28/11, “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”.
In buona sostanza – ad eccezione delle plastiche e dei materiali di origine fossili – può essere inteso come biomassa tutto ciò che ha matrice organica, vegetale o animale e che può essere impiegato a fini energetici. Le biomasse di origine vegetale, che sono poi quelle più utilizzate, rappresentano una forma naturale ma al tempo stesso estremamente sofisticata di accumulo dell’energia solare. Grazie al processo di fotosintesi, infatti, i vegetali sono in grado di convertire la radiazione solare in energia chimica e stoccarla sotto forma di molecole complesse, a elevato contenuto energetico.
Le biomasse sono assimilate alle fonti rinnovabili perché considerate neutrali ai fini dell’incremento delle emissioni di gas a effetto serra: durante il processo di crescita i vegetali, mediante la fotosintesi, contribuiscono alla sottrazione dell’anidride carbonica atmosferica e alla fissazione del carbonio nei tessuti. Vero è che, soprattutto in seguito al processo di combustione a fini energetici (ad esempio una stufa alimentata a pellet per il riscaldamento domestico) si genera una certa quantità di CO2, tuttavia l’assunto su cui si basano tutte le normative sulle rinnovabili (che qualche volta viene contestato), è che questa quantità sia pari a quella assorbita dalla pianta lungo il suo ciclo vitale, dando vita a un bilancio di CO2 a somma zero.
Come accennavamo in precedenza, la famiglia delle biomasse è molto variegata, ma i processi di trasformazione a fini energetici possono essere ricondotti a due sole categorie:
1) Conversione biochimica, che consente di ricavare energia rinnovabile attraverso reazioni chimiche dovute alla presenza di enzimi, funghi e altri micro-organismi che si formano nella biomassa mantenuta in particolari condizioni. Un caso classico di questo tipo è quello del biogas
2) Conversione termochimica, che impiega il calore per permettere lo sviluppo delle reazioni chimiche necessarie a trasformare la materia in energia. Un esempio di questo tipo sono le centrali elettriche alimentate a biomassa.
In Italia, sulla spinta dei sistemi di incentivazione in vigore una decina di anni fa, sono state costruite numerose centrali elettriche di media-grande taglia alimentate esclusivamente con le biomasse.
Il ruolo delle biomasse è ritenuto molto importante nel settore dei trasporti (grazie al contributo del biometano/biogas) e nel riscaldamento degli edifici.
I mari e gli oceani sono fonti di energia il cui utilizzo passa attraverso tecniche complesse. Ad essere sfruttati, il moto ondoso, il movimento dell’aria al di sopra delle onde, le maree e la differenza di temperatura tra il fondo e la superficie.
Per produrre energia oceanica ci sono infatti varie possibilità e soluzioni:
L’Italia dispone di un enorme potenziale sul fronte dell’energia marina, grazie alle migliaia di chilometri di coste presenti. Tuttavia, gli impianti in funzione sono ancora pochi.
L’energia “geotermica” fa riferimento al calore interno della Terra, utilizzabile – quale fonte di energia alternativa – sia per la produzione di energia elettrica, sia per la produzione di calore e acqua calda.
L’energia geotermica si accumula nel sottosuolo (ricordiamo che, ogni 100 metri di profondità, la temperatura aumenta di circa 3°C) e fuoriesce sulla superficie terrestre sotto forma di acqua e vapore.
Sono tre le fonti principali di energia geotermica. Le fonti idrotermiche – composte da sacche sotterranee di acqua calda o vapore, a circa 1.000/2.000 metri di profondità – sono le più utilizzate in ambito industriale.
Le fonti geopressurizzate si trovano, invece, tra i 2.500 e i 9.000 metri di profondità e sono costituite da sacche contenenti gas naturali a temperature piuttosto basse (ca. 160°), ma con pressione molto alta.
Infine, le fonti petrotermiche, costituite da banchi di rocce molto calde. Lo sfruttamento di tale fonte, però, poggia sulla possibilità di fratturare la roccia per inserirvi acqua che possa asportare l’energia termica necessaria.
Esistono tre tipologie di centrali geotermiche: a contropressione, a condensazione, a “flash“. Nelle centrali a contropressione, il vapore, dopo essere stato utilizzato per la produzione di energia elettrica, viene rilasciato nell’atmosfera.
Nelle centrali geotermiche a condensazione, invece, il vapore, dopo essere stato utilizzato, viene condensato e immesso di nuovo nel sottosuolo. Infine, le centrali geotermiche “a flash” possiedono di un “separatore” in grado di dividere il vapore che attiva le turbine dall’acqua che viene poi eliminata.
Il nostro Paese, per la sua conformazione fisica, è quello con più calore geotermico d’Europa. La prima centrale è stata realizzata in Toscana, dove tuttora si trovano la maggior parte delle centrali geotermiche italiane.
Le fonti di energia rinnovabile presentano moltissimi vantaggi.
1. Disponibilità infinita
Le fonti rinnovabili sono inesauribili e quindi sempre disponibili in natura. Questo significa che nonci sono problemi di scorte o approvvigionamento. Inoltre, sono disponibili ovunque.
2. Sostenibilità ambientale
L’energia rinnovabile è pulita e non arreca danni all’ambiente né rilascia CO2 in atmosfera. È perciò un elemento cardine del percorso verso la carbon neutrality.
3. Bassi costi
Produrre energia rinnovabile è sempre più conveniente e in molti casi è finanziata da specifiche agevolazioni e incentivi (come i vari Conto Energia)
4. Occupazione e sviluppo economico
La Green Economy collegata alla produzione di fonti rinnovabili richiede un numero crescente di professionalità con ricadute positive per l’occupazione
5. Efficienza energetica
L’innovazione tecnologica e le nuove tecnologie rendono sempre più efficiente la produzione di energia rinnovabile. Ad esempio, attività di revamping (ammodernamento) e repowering (potenziamento) di impianti fotovoltaici ed eolici già esistenti o l’inserimento degli impianti in reti intelligenti o smart grid in grado di valorizzare e ottimizzare le risorse.
6. Monitoraggio
Grazie agli strumenti digitali e a sistemi di monitoraggio digitali, è possibile effettuare un controllo costante della produzione e dell’uso di energia in tempo reale con ricadute positive sui costi e sul risparmio energetico.
7. Indipendenza energetica
L’aumento del ricorso alle rinnovabili consentirà a Paesi come l’Italia a raggiungere una maggiore indipendenza energetica e a non dipendere da altri Stati per la fornitura di gas ed energia.
Per migliorare le prestazioni di impianti e macchinari ed evitare fermi di produzione è importante poter contare su un’ottima power quality. Ecco come fare
