”Fonti e tecnologie energetiche, oggi e domani” Ennio Macchi

1. ”Fonti e tecnologie energetiche, oggi e domani” Ennio Macchi Dipartimento di Energia - Politecnico di Milano Congresso ATI 2009

2. Premesse • Sono convinto che le preoccupazioni relative all’aumento di concentrazione della CO2 siano giustificate • Sono convinto che chi opererà nel settore energetico nei prossimi decenni dovrà convivere con la realtà di un mondo “carbon constrained” • E’ evidente che servono misure “politiche” che modifichino drasticamente lo scenario “business as usual”: • L’elettricità generata da centrali “zero” (o quasi) emission sarà sempre più costosa di quella prodotta in centrali convenzionali • Le vetture “zero emission” saranno molto più costose rispetto alle vetture convenzionali • I carburanti a bassa o nulla emissione di CO2 saranno più costosi dei derivati petroliferi • Ecc.

3. Premesse (2) • Il mio intervento sarà concentrato sul settore elettrico, perché è quello che conosco meglio e perché ha un ruolo fondamentale (e crescente) nel quadro delle emissioni complessive • Non parlerò di misure di risparmio energetico negli usi finali,quali: • Motori elettrici efficienti • Lampade a basso consumo • Elettrodomestici classe A+ • Regolazione intelligente (inverter, ecc.) • Climatizzazione • Pompe di calore geotermiche • Ecc. • Sono le più razionali, le prime (e le più facili)da intraprendere, ma… • Non devono essere un alibi per non agire anche su gli altri fronti, da sole certamente non bastano

4. Una “rivoluzione tecnologica” nel settore elettrico italiano è avvenuta Per il gas naturale: grandi progressi, siamo prossimi all’asintoto (già raggiunto per i cicli combinati) Per il carbone: grandi margini di miglioramento!

7. ANALISI ENTROPICA Tutte le perdite sono di piccola entità, tranne le perdite di combustione Unica possibilità di fare un grande salto di qualità: Sostituire la combustione con altri processi di ossidazione

8. Benefici del passaggio a metano: significativi, ma non risolutivi Confronto delle emissioni specifiche medie nella generazione elettrica (dati 2006) • L’Italia è la più virtuosa al mondo (riferimento termoelettrico) • Fa meglio della Germania (riferimento termoelettrico e totale) • Fa enormemente peggio di Francia e Svezia

9. L’Italia nel confronto internazionale – Prezzo dell’energia elettrica per uso industriale Prezzo dell’energia elettrica per uso industriale, 1 gennaio 2007 (Euro per 100 KWh, tasse escluse) Fonte: rielaborazione The European House - Ambrosetti su dati Eurostat, 2007

10. L’Italia nel confronto internazionale – Prezzo dell’energia elettrica per uso domestico Prezzo dell’energia elettrica per uso domestico, 1 gennaio 2007 (Euro per 100 KWh, tasse escluse) Fonte: rielaborazione The European House - Ambrosetti su dati Eurostat, 2007

11. Percentuale di energia elettrica prodotta dalla somma delle centrali a carbone ed elettronucleari rispetto alla produzione complessiva E’ evidente l’anomalia italiana

12. Conclusioni (riferite all’Italia) • E’ illusorio sperare di abbattere in misura significativa le emissioni agendo sulle tecnologie di conversione termoelettrica e sul mix di combustibili fossili, ciò non toglie che è necessario migliorare le prestazioni delle centrale a carbone (da 34% si può arrivare a 45%) • Accentuare la già anomala dipendenza dal GN sembra autolesionistico

13. Quale fonte per l’energia del futuro? • Saranno certamente molte, classificabili in tre diverse tipologie: • Nucleare da fissione • Fossili (ma con il sequestro della CO2) • Rinnovabili • Non sono in concorrenza, la sfida è tanto difficile che servono tutte! • Al momento, le prospettive non sono molto brillanti per nessuna delle tre soluzioni

14. Ci sarà il rinascimento nucleare? • Allo stato attuale delle conoscenze, non c’è dubbio: • Se si penalizzano le centrali a combustibile fossile con una “carbon tax” ragionevole, le centrali nucleari sono la soluzione economicamente più competitiva • Mentre le tecnologie concorrenti “zero emission” (rinnovabili, CCS) hanno ampi margini di miglioramento, l’evoluzione dei costi dell’energia nucleare è incerto • In Italia (e in molti altri Paesi), non è facile ipotizzare un futuro per l’energia nucleare

15. Peso dell’energia nucleare nei vari paesi del mondo(% rispetto alla produzione totale)

16. Il programma francese

17. Perché l’Italia ha bisogno di energia nucleare (i) • Perché dobbiamo diversificare l’attuale mix energetico con soluzioni che non aggravino ulteriormente i costi medi di produzione • Le uniche due soluzioni (nucleare e carbone) realistiche per raggiungere questi obiettivi vanno perseguite entrambe, ma incontrano – per svariati motivi - formidabili difficoltà nel nostro Paese • Almeno una delle due soluzioni dovrebbe vedere realizzazioni in tempi certi

18. Perché l’Italia ha bisogno di energia nucleare (ii) • Perché l’energia nucleare è energia “pulita” e dobbiamo rispettare gli accordi internazionali di riduzione delle emissioni: risparmio/efficienza energetica e rinnovabili da soli non bastano • Il trend di crescita della produzione di energia elettrica netta da fonti rinnovabili non consente troppe illusioni

19. La produzione di energia elettrica in Italia da fonti rinnovabili (escluso idroelettrico) Produzione lorda totale (2006) 314 TWh Consumo lordo di e.e. (2006) 359 TWh Nel 2008 eolico 6,437 TWh, PV 0,200 TWh

20. Il valzer delle generazioni: conviene aspettare la quarta???

21. Perché l’Italia ha bisogno di energia nucleare (iii) • Perché lasciar passare 20/30 anni in attesa di una fantomatica quarta generazione non ha senso: sarebbe un’attesa troppo lunga, perché aspettare? • I temi della sicurezza, delle scorie, ecc. sono importanti, ma.. • I reattori che potremmo ordinare a breve termine non sono certamente peggiori da questi punti di vista (sicurezza, scorie) rispetto ai reattori che operano in ogni altra nazione civile. Perché dobbiamo essere l’unico Paese che rinuncia alla produzione di energia da nucleare?

22. Perché l’Italia ha bisogno di elettricità da fonti rinnovabili? • Perché è un trend virtuoso, perseguito in tutto il mondo • Perché hanno potenziali di sviluppo enormi, soprattutto l’energia solare • Perché ci siamo impegnati a livello internazionale • Perché oggi sono sostenibili solo con forti(ssimi) incentivi, ma la speranza è che possano nel lungo termine divenire competitive

23. Qual prospettive per le rinnovabili? • I maggiori contributi verranno: • da eolico • biomasse (per avere rendimenti elevati, o utilizzo cogenerativo o co-combustione) • L’Italia non è il Paese più favorito (per entrambi) • Servono nuove idee…

24. Gli incrementi percentuali fanno riflettere….

25. Gli unici aumenti significativi: eolico e biomassa (ritmo di crescita complessivo: 40 TWh/anno) Fonte:

26. Dopo questo impianto, una pausa di 20 anni

27. Novità recente: un impianto solare termodinamico in Nevada da 64 MW • Costo = 250 M$

28. Ci sono enormi spazi per migliorare le prestazioni LA SFIDA E’ NELL’ABBATTIMENTO DEI COSTI UTILIZZANDO UN MILLESIMO DELLA SUPERFICIE NORDAFRICANA SI PRODUCE TUTTA L’ELETTRICITÀ CHE SERVE AL MONDO

31. EGS = Enhanced/Engineered Geothermal Systems

34. ESISTE UNA SOLUZIONE A LUNGO TERMINE PER AZZERARE (O COMUNQUE RIDURRE DRASTICAMENTE) LE EMISSIONI DI CO2 • Il sequestro e il confinamento geologico della CO2 : • Nel mondo si cominciano a fare esperienze su larga scala • E’ un errore costruire oggi centrali a carbone che non sequestrano la CO2 ? • Lo fanno tutte le utilities del mondo …… • E’ possibile pensare a una trasformazione successiva delle centrali che introduca il sequestro della CO2 • La soluzione può essere applicata a centrali “capture ready” , ma, nell’attuale contesto normativo è fortemente penalizzante in termini economici

35. CENTRALI “ZERO EMISSIONS” (con sequestro di CO2) Impianti alimentati mediante combustibili fossili che co-producono elettricità e/o idrogeno (eventualmente anche calore) e, invece di rilasciare la CO2 generata in atmosfera, la rendono disponibile come flusso a sé stante, pronto per lo stoccaggio di lungo periodo. CARBONE IDROCARBURI RIFIUTI Aria umida tiepida idrogeno elettricità calore CO2

36. I sistemi di confinamento

37. Le grandi potenzialità degli acquiferi salini Sleipner A Sleipner T 0 500m CO Injection W ell 2 1000m CO 2 Utsir a F or mation 1500m Sleipner Øst Production and Injection W ells 2000m 0 500m 1000m 1500m 2500m Heimdal Formation Soltantol’acquiferosalinoUtsira, sotto al Mare del Nord puòospitare 600 miliardiditonn. CO2: tutte le emissioni del Nord Europadi 300 annidiproduzione dienergiaelettrica (da IEA, www.ieagreen.org.uk)

38. SITI DI INIEZIONE di CO2 in Italia Costa adriatica e Fossa Bradanica Pianura Padana e offshore adriatico settentrionale Alcune strutture offshore Alto Lazio Sardegna: in carbone profondo Sulcis (ECBM) INGV & partners studiano come potenziali siti soprattutto:

39. Le probabilità di fuga ….

40. Con le tecnologie attuali, il costo dell’energia cresce di circa il 50%

41. Idrogeno liquido da carbone “pulito”

42. Prospettiva interessante:la generazione distribuita (GD) Micro-tri-cogenerazione da GN (idrogeno) + fonti rinnovabili DISTRIBUITA

43. Le tecnologie di oggi e di domani (combustibili fossili) MICRO MINI

44. PERCHÉ TANTO ENTUSIASMO (almeno da parte mia..) PER LA MICROCOGENERAZIONE A GAS NATURALE? • Perché, se ben applicata, è imbattibile in termini di risparmio energetico • E’ facile, senza grandi sforzi tecnologici, fare molto meglio dei migliori impianti per sola generazione di energia elettrica (guadagnare un punto di rendimento con impianti convenzionali è un’impresa, guadagnarne quaranta con la microcogenerazione è facile) • Perché i risparmi energetici corrispondono a importanti benefici ambientali • in termini planetari sempre (minori emissioni di gas serra) • in termini locali, se la tecnologia è all’altezza • Perché forse è giunto il momento in cui è lecito sperare che si abbattano le barriere (normative, tecniche, tariffarie, psicologiche…) che ne hanno sempre ostacolato la diffusione • Diversamente dalle fonti rinnovabili, non servono incentivazioni che vanno a penalizzare la bolletta dei contribuenti

45. GRANDI RISPARMI, SENZA MIRACOLI TECNOLOGICI ! BASTA UNA MACCHINA CON UN RENDIMENTO DEL 32% PER RISPARMIARE IL 18.3% SE VOLESSI OTTENERE LO STESSO RISPARMIO CON UN CICLO COMBINATO PER SOLA GENERAZIONE ELETTRICA, DOVREI AVERE UN RENDIMENTO MEDIO ANNUO > 64%

47. CICLI IBRIDI (FUEL CELL + TG) RENDIMENTI oltre il 70%

48. Dai grandi impianti ai micro-impianti… • Non c’è solo la grande cogenerazione industriale • L’Italia è piena di PMI • Terziario • Residenziale

49. Ci piacerebbe che, fra dieci anni, migliaia (milioni?) di cucine italiane si presentassero così….Fra gli elettrodomestici, anche un microcogeneratore inserito nella cucina motore Stirling (o altra tecnologia) Il motore sostituisce/integra la caldaietta domestica nella generazione di calore (ogni anno, in Italia se ne vendono più di un milione) e contemporaneamente cogenera energia elettrica, interfacciandosi sulla rete BT, con cui scambia energia elettrica in modo “intelligente”, esportandola nei periodi in cui è pregiata, importandola quando è poco pregiata

50. Back-up Burner Hot Water Tank Air compressor Air PEFC Stack Compressed Air Heat Exchanger Hydrogen Reformer Heat Hot Water DC Power Hot Water City Gas AC Power Inverter PEFC System Structure