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Sviluppo sostenibile. Il problema dei problemi

Vincenzo Balzani, Professore emerito di chimica presso l’Università di Bologna

17 marzo 2012

La Terra è come un'astronave nello spazio che non potrà mai fermarsi per fare rifornimento.

Per ora stiamo consumando il carburante trovato nella stiva. Ma è già iniziata una transizione energetica verso un futuro diverso.

Italo Calvino diceva che per capire bene un problema importante prima di tutto bisogna «guardarlo da lontano». Poi si potrà passare ad esaminare i suoi aspetti specifici e, infine, proporre soluzioni. Non c’è dubbio che quello dell’energia sia un problema importante perché usiamo energia in ogni azione della nostra vita e perché c’è energia “nascosta” in ogni prodotto della nostra attività.

L’energia è più importante del cibo, perché il cibo si può ottenere in grandi quantità solo a prezzo di un’alta spesa energetica: ad esempio, per far giungere sulla nostra tavola 1 chilogrammo di carne è necessaria una spesa energetica equivalente a 7 litri di petrolio. L’energia è più importante dell’acqua potabile, perché quando questa scarseggia se ne può produrre a volontà dissalando l’acqua di mare, ma al prezzo energetico di 3 litri di petrolio per ogni metro cubo d’acqua.

L’energia è la linfa vitale dell’industria, perché per produrre qualsiasi materiale (come mostra la tabella nelle prossime pagine) e qualsiasi oggetto ci vuole energia. Ad esempio, per fabbricare un computer occorre utilizzare una quantità di energia pari a quella generata da circa 250 kg di petrolio, per cui si può stimare che, prima ancora di essere acceso, un computer abbia già consumato circa i tre quarti dell’energia totale che consumerà nel suo intero ciclo di vita. 

L’ASTRONAVE TERRA

Per considerare il “problema energia” nella sua complessità, per “guardarlo da lontano”, è utile osservare la fotografia scattata dalla sonda Cassini-Juygens il 15 settembre 2006 mentre era in viaggio nei pressi degli anelli di Saturno. Da questa foto appare chiaro che la Terra, quel puntino appena visibile, è un’astronave che viaggia nell’infinità dell’universo.

Essere consapevoli di vivere su una astronave è il punto di partenza per affrontare in modo corretto il “problema energia”. Bisogna subito aggiungere che si tratta di un’astronave del tutto speciale: come tutte le astronavi, infatti, ha nella stiva risorse limitate, ma, a differenza dalle comuni astronavi, non potrà mai atterrare in nessun luogo per fare rifornimento e non potrà mai ricevere pezzi di ricambio o altri aiuti materiali dall’esterno.

Il suo unico punto di forza, che ne fa il luogo dove è possibile vivere, è l’essere accompagnata nel suo viaggio, alla giusta distanza, da un’altra astronave molto particolare: il Sole. Pur muovendosi alla velocità di 29 km al secondo nella sua orbita attorno al sole, l’astronave Terra non consuma energia per viaggiare.

Ha però bisogno di tanta energia per i suoi passeggeri: 7 miliardi, che aumentano al ritmo di circa 75 milioni all’anno. Tutti i passeggeri vogliono più energia: molti per continuare a sprecarla, come sono abituati a fare, molti di più per cercare di migliorare il loro basso tenore di vita.

I COMBUSTIBILI FOSSILI: LA RISORSA NELLA STIVA

Oggi l’energia è fornita in massima parte dai combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale), un tesoro che abbiamo scovato nella stiva dell’astronave; si tratta di una risorsa energetica molto potente e molto facile da utilizzare, ma non rinnovabile. Al mondo, ogni secondo, si consumano circa 1.000 barili di petrolio, 96.000 metri cubi di gas e 222 tonnellate di carbone. È ovvio che a questo ritmo i combustibili fossili presto finiranno.

Anche se le stime sulle riserve sono molto contraddittorie, secondo molti analisti il picco di produzione del petrolio è già stato superato. L’uso massiccio e prolungato dei combustibili fossili reca (e in parte, ha già recato) gravi danni all’ambiente e alla salute dell’uomo.

L’aumento nell’atmosfera della concentrazione di anidride carbonica (CO2) prodotta dall’uso dei combustibili fossili sta causando cambiamenti climatici con conseguenze gravi, che potrebbero addirittura diventare catastrofiche. D’altra parte, le molte sostanze inquinanti generate sempre dall’uso dei combustibili fossili (polveri sottili, idrocarburi aromatici, ossidi di azoto, ecc.) provocano l’insorgere di malattie che nelle zone più inquinate del pianeta, ad esempio la valle Padana, riducono sensibilmente l’aspettativa di vita delle persone.

Bisogna anche ricordare che la distribuzione molto eterogenea dei combustibili fossili sul pianeta è la causa principale delle guerre più recenti (Iraq, Afghanistan, Libia), provoca tensioni fra diversi Stati per quanto riguarda il trasporto di petrolio e metano via terra con condutture e via mare attraverso gli stretti di Hormuz, Malacca, Suez e altri, crea forti distorsioni nell’economia mondiale e genera insostenibili disuguaglianze. Per tutti questi motivi è necessario sostituire i combustibili fossili con altre fonti di energia.

Una simile transizione energetica, però, non sarà né semplice né rapida: non solo per ragioni tecniche ed economiche ma, ancor più, per problemi culturali, sociali e politici poiché essa riguarda, direttamente o indirettamente, tutti gli abitanti della Terra.

Un piccolo villaggio bavarese in Germania con i tetti attrezzati con pannelli fotovoltaici. Foto: Volker Müther/Photos.com

Un piccolo villaggio bavarese in Germania con i tetti attrezzati con pannelli fotovoltaici. Foto: Volker Müther/Photos.com

RISPARMIO ED EFFICIENZA 

Proprio perché la transizione energetica richiederà molto tempo, è necessario mettere in atto provvedimenti mirati a consumare di meno, cioè a risparmiare i combustibili fossili e ad usarli con maggiore efficienza. La riduzione nei consumi energetici è importante per due motivi: i combustibili fossili dureranno più a lungo, permettendoci così di avere più tempo per sviluppare fonti alternative e, consumando meno combustibili fossili, causeremo minori danni all’ambiente e alla salute.

Nei paesi sottosviluppati i consumi energetici sono molto bassi e il livello di benessere aumenta sensibilmente se aumenta la quantità di energia disponibile. Nei paesi sviluppati, invece, circa il 50% dell’energia primaria viene sprecata e ogni ulteriore aumento nella disponibilità di energia non accresce il benessere delle persone, ma causa problemi; ad esempio, ingorghi e incidenti stradali, inquinamento dell’aria, occupazione di territorio. Ridurre i consumi energetici in modo sostanziale è un obiettivo prioritario in tutti i paesi sviluppati.

L’Unione Europea, in particolare, ha piani ben definiti in tal senso, accanto a quelli per lo sviluppo di fonti alternative. La riduzione del consumo di energia si ottiene in molti modi: ad esempio, con la riqualificazione energetica degli edifici, il potenziamento del trasporto pubblico, lo spostamento del traffico merci su rotaia e via mare, l’uso di apparecchiature elettriche più efficienti, l’ottimizzazione degli usi energetici finali e la rinuncia a produrre cose inutili.

LE FONTI ALTERNATIVE, TRA PACE E UGUAGLIANZA 

Per permettere a tutti gli abitanti della Terra di vivere con un sufficiente grado di benessere è necessario affrontare un periodo di transizione durante il quale la diminuzione progressiva nell’uso dei combustibili fossili dovrà essere accompagnata dallo sviluppo di energie alternative, anche con lo scopo di giungere ad una più equa distribuzione delle risorse energetiche.

A questi obiettivi bisogna aggiungere quello di custodire il pianeta, affinché in esso possano vivere bene non solo i nostri figli ma anche le future generazioni. Per tutti questi motivi è necessario sviluppare fonti energetiche alternative che siano, per quanto possibile, abbondanti, inesauribili, ben distribuite su tutto il pianeta, non pericolose per l’uomo e per l’ambiente, capaci di sostenere lo sviluppo economico, di colmare le disuguaglianze e di favorire la pace.

Allo stato attuale, le possibili fonti di energia alternative ai combustibili fossili sono l’energia nucleare e le energie rinnovabili. Circa mezzo secolo fa, l’uso dell’energia nucleare per scopi pacifici aveva fatto sorgere la speranza di poter dare a tutto il mondo energia elettrica abbondante e a basso prezzo. Dopo una crescita durata una ventina d’anni, però, verso l’inizio degli anni Novanta lo sviluppo del nucleare si è arrestato e attualmente il nucleare fornisce solo il 13% circa dell’energia elettrica mondiale, che a sua volta rappresenta il 25 % del consumo di energia finale.

Il motivo principale che negli ultimi due decenni ha fermato lo sviluppo del nucleare è dovuto al fatto che la costruzione di centrali nucleari non è economicamente conveniente in un regime di libero mercato. Oggi si costruiscono nuove centrali principalmente nei paesi ad economia pianificata e a più basso livello di democrazia, come Cina, Russia, ed Iran, dove lo stato si fa direttamente carico dei costi e dei rischi dell’impresa e dove c’è un forte collegamento col nucleare militare.

Anche se il nucleare fosse economicamente conveniente, ci sono però molti altri buoni motivi per rinunciare a svilupparlo. Le centrali più recenti hanno standard di sicurezza elevati, ma in impianti e strutture così complesse e così pericolose non si può mai escludere che avvenga un incidente catastrofico, sfiorato nel 1979 a Three Mile Island a causa di difetti tecnici e poi accaduto nel 1986 a Chernobyl per errori umani e nel 2011 a Fukushima come conseguenza di un disastro ambientale.

Quanto è avvenuto a Fukushima dimostra che un incidente nucleare, a differenza di qualsiasi altro tipo di incidente, è fuori controllo persino in un Paese ben organizzato e tecnologicamente avanzato come il Giappone. Le conseguenze di un incidente nucleare non sono delimitabili né nello spazio né nel tempo: la radioattività si propaga attraverso l’atmosfera con i movimenti incontrollabili delle masse d’aria e i luoghi fortemente contaminati non possono essere bonificati e rimangono quindi inagibili fino a quando la radioattività non è sufficientemente diminuita, cosa che può richiedere decine, centinaia o migliaia di anni.

Il problema della collocazione in sicurezza delle scorie radioattive prodotte dalle centrali, in particolare del combustibile esausto che rimane pericoloso per decine di migliaia di anni, non è stato risolto neppure negli Usa, che pure dispongono di un immenso territorio e delle tecnologie più avanzate. Lo smantellamento delle centrali a fine ciclo viene rimandata per molti decenni (100 anni in Gran Bretagna) a causa della forte radioattività.

A tutto ciò si deve aggiungere che l’espansione del nucleare a livello mondiale non è auspicabile per la stretta sinergia che c’è, sia sul piano tecnico che su quello economico, fra nucleare civile e nucleare militare. È infine evidente che, per il suo altissimo contenuto tecnologico, il nucleare aumenta la disuguaglianza fra le nazioni e può portare a nuove forme di colonialismo. Il nucleare, quindi, non soddisfa, se non in minima parte, i requisiti necessari per la fonte energetica di cui l’umanità ha bisogno. Esso genera, inoltre, molti problemi di natura ecologica, politica e sociale che rendono ancor più fragile l’astronave su cui viaggiamo e lascia pesanti fardelli sulle spalle delle prossime generazioni.

Lo sviluppo della tecnologia eolica ha portato alla nascita di diversi tipi di impianti: quelli definiti offshore vengono installati in mare, di solito in acque poco profonde. Il primo parco eolico offshore è nato nel 1991 in Danimarca, dove è stata scattata questa foto. Foto: Svetlana Tebenkova/Photos.com

Lo sviluppo della tecnologia eolica ha portato alla nascita di diversi tipi di impianti: quelli definiti offshore vengono installati in mare, di solito in acque poco profonde. Il primo parco eolico offshore è nato nel 1991 in Danimarca, dove è stata scattata questa foto. Foto: Svetlana Tebenkova/Photos.com

PRODURRE, DISTRIBUIRE, IMMAGAZZINARE 

Sono energie rinnovabili quelle fornite, direttamente o indirettamente dal Sole (energia solare, eolica, idroelettrica, biomasse), dalla Terra (energia geotermica) e dai movimenti del mare (maree, onde). Le energie rinnovabili nel loro insieme soddisfano sostanzialmente i requisiti richiesti per una fonte energetica ideale. Sono inesauribili e, alcune, anche molto abbondanti e ben distribuite; quindi possono colmare le disuguaglianze e favorire la pace.

Il loro uso, con qualche eccezione, non fa danni all’uomo e all’ambiente e può contribuire ad uno sviluppo ecologicamente ed economicamente sostenibile. Cercare la soluzione della crisi energetica e climatica nelle energie rinnovabili non è, come si pensava fino a qualche decennio fa, il capriccio di uno sparuto gruppo di intellettuali, ma una necessità oggettiva ed anche una grande opportunità, come molte nazioni e la stessa Unione Europea hanno ormai ben capito. Anche la strada delle energie rinnovabili non è, però, priva di ostacoli.

Consideriamo ad esempio l’energia solare. Il Sole in un’ora fa giungere sulla Terra l’energia che l’umanità consuma in un anno; l’energia solare è anche inesauribile e ben distribuita. Con essa è possibile ottenere tutte le forme di energia utili: calore (ad esempio, con i pannelli termici), elettricità (con pannelli fotovoltaici o sistemi a concentrazione) e combustibili (oggi con le biomasse, domani con la fotosintesi artificiale). Il flusso dell’energia solare è però molto diluito ed intermittente su scala locale, per cui bisogna sviluppare processi e strutture capaci di ovviare a questi difetti.

La maggior parte delle energie rinnovabili (in particolare: fotovoltaico, solare a concentrazione, eolico, idroelettrico e geotermico) producono direttamente elettricità, alcune in modo fluttuante. Per facilitare la transizione energetica è quindi necessario sviluppare un’efficiente rete di distribuzione e raccolta dell’energia elettrica (smart grid) e sistemi capaci di immagazzinarla sotto altre forme, specialmente come energia chimica (ad esempio, con batterie di varie dimensioni e con apparecchiature per l’elettrolisi dell’acqua per generare idrogeno).

L’energia accumulata dovrà poi essere in parte riconvertita in energia elettrica, ad esempio mediante pile a combustibile. Pannelli fotovoltaici, pale eoliche, batterie, pile a combustibile, rete elettrica intelligente e tutti gli altri dispositivi necessari per convertire le energie rinnovabili e permetterne un uso proficuo richiedono l’utilizzo di elementi chimici che spesso sono presenti in quantità molto limitate sul nostro pianeta (ad esempio, litio, platino, rodio, iridio e quasi tutti gli elementi delle terre rare).

L’utilizzo delle abbondanti, inesauribili e ben distribuite energie rinnovabili troverà quindi un ostacolo nella limitata disponibilità, sull’astronave in cui viviamo, dei materiali necessari per la loro conversione. Pertanto sarà sempre più necessario da un lato sviluppare la ricerca scientifica per riuscire ad utilizzare materiali più abbondanti e meno costosi e, dall’altro, riciclare i materiali più rari.

Soprattutto ci dovremo convincere che risparmio ed efficienza, non solo con riferimento all’energia, ma a tutto ciò che usiamo, sono le due risorse principali da potenziare sempre e comunque, anche quando saremo usciti dalla crisi energetica. È appena iniziata una transizione energetica che ci sta portando gradualmente dall’uso dei combustibili fossili (carbone, petrolio e metano) a quello delle energie rinnovabili (solare, eolica, idroelettrica e geotermica).

È una grande sfida, che siamo costretti ad affrontare per custodire l’astronave su cui viviamo ed i suoi passeggeri, presenti e futuri. È una sfida, ma anche una grande opportunità perché il ricorso a fonti energetiche meno potenti, ma accessibili a tutti, potrà ridurre le disuguaglianze e favorire la pace.

 

Approfondimenti
I biocarburanti: cosa sono e quali prospettive.

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Sono una fonte alternativa di energia molto interessante, esistono, però, alcune problematiche relative ai costi, ai rendimenti e alla disponibilità di terreni per la coltivazione. Ecco perché la messa a punto di biocarburanti migliori da utilizzare e delle tecniche più efficienti per produrli è uno degli argomenti più caldi della ricerca odierna.

Ce ne parla in questi video Ferruccio Trifirò dell’Università di Bologna.

Ferruccio Trifirò è stato preside della Facoltà di Chimica industriale dell’Università di Bologna. Ingegnere, laureato al Politecnico di Milano, dal 1996 è direttore della rivista della società chimica italiana La Chimica e l’Industria. Collabora con l’Unido, l’Organizzazione delle Nazioni Unite per lo Sviluppo Industriale, negli studi sull’utilizzo di biomasse come materie prime per la chimica e l’energia in progetti di collaborazione con i Paesi in via di sviluppo.

Per approfondire
  • Energia per l’astronave Terra, di Nicola Armaroli e Vincenzo Balzani, Nuova edizione, Zanichelli, 2011
  • ASPO-Italia, Associazione per lo studio del picco del petrolio, del gas e delle materie prime

 

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