Energia

Con il termine “energie rinnovabili” si intendono quelle forme di energia generate da fonti che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano o non sono “esauribili” e il cui utilizzo non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future. Si tratta di forme di energia alternative alle tradizionali fonti fossili, che hanno la peculiarità di essere anche energie pulite, ovvero di non immettere in atmosfera sostanze nocive e/o climalteranti quali ad esempio la CO2. Sono quindi alla base della c.d. “economia verde”; investire nel loro sviluppo significa garantire al nostro pianeta un futuro sostenibile.

In un contesto di forte dipendenza economica dai combustibili fossili, le energie rinnovabili rappresentano lo strumento ideale per ridurre le emissioni di gas serra.

La scienza in materia si è sempre più sviluppata, e ad oggi possiamo trovare diverse tipologie di energie rinnovabili quali eolica, solare, idroelettrica, marina, geotermica, biomassa e biocarburanti.

Attualmente, la nuova Direttiva Energie Rinnovabili dell’Unione Europea (D. 2009/28/CE) ha stabilito che una quota obbligatoria del 20% del consumo energetico dell’UE debba provenire da fonti rinnovabili entro il 2020.

Inoltre, tutti gli Stati membri sono tenuti a derivare il 10% dei carburanti utilizzati per i trasporti da fonti rinnovabili entro il 2020. Prevedendo, poi, entro il 2050 una totale decarbonizzazione.

Tecnologie

Energia dal sole

L’energia solare è una fonte inesauribile che viene generata continuamente da reazioni nucleari all’interno del Sole. Questa incredibile quantità di energia raggiunge il nostro Pianeta sotto forma di radiazioni elettromagnetiche in grado di attraversare l’atmosfera terrestre e di giungere al suolo: si stima che sia pari a 15.000 volte il fabbisogno energetico mondiale.

In Italia, ad esempio, l’irraggiamento medio annuale varia dai 3.6 kWh/m2/giorno della Pianura Padana ai 5.4 kWh/m2/giorno della Sicilia: in pratica, il sole fornisce una quantità di energia pari ai consumi elettrici annuali di una famiglia media (circa 3.000 kwh).

Impianti fotovoltaici

Una parte notevole di questa energia può essere utilizzata dagli impianti fotovoltaici o solari termici per la produzione di elettricità o di acqua calda.

Gli impianti fotovoltaici consentono di trasformare le radiazioni solari in energia elettrica sfruttando le proprietà di alcuni materiali semiconduttori, come il silicio, opportunamente trattati per generare elettricità quando colpiti da radiazioni solari. L’energia prodotta può essere accumulata in batterie, che la rendono sempre disponibile, oppure può essere utilizzata subito dagli utenti grazie al collegamento diretto con la rete elettrica.

Impianti solari termici

Gli impianti solari termici utilizzano le radiazioni solari per produrre calore. Il principale settore di applicazione è quello della produzione di acqua calda a bassa temperatura (fino a 80-90 gradi) per usi sanitari e per il riscaldamento delle abitazioni private. Nei Paesi a forte irraggiamento solare è possibile anche arrivare alla produzione di energia elettrica, attraverso impianti ad alte temperature (600 gradi ed oltre) ottenute con tecnologie più sofisticate, tali da assumere la potenzialità di vere e proprie centrali termo-elettriche; in tal caso, si parla di “solare termodinamico”.

Energia eolica

L’energia del vento è una tecnologia che consiste nel trasformare l’energia sprigionata dal vento in energia meccanica attraverso degli impianti eolici, che riproducono il funzionamento dei vecchi mulini a vento. La rotazione prodotta dalla pressione esercitata dal vento sulle pale viene così utilizzata per azionare gli impianti aerogeneratori (elettrici) o aeromotori (dispositivi a pompe).

La potenza eolica installata in Europa è la maggiore a livello mondiale: Germania, Danimarca, Olanda, Spagna, Portogallo, paesi in cui la ventosità mantiene livelli costanti e continui, sono fra i più attivi nell’utilizzo di questa fonte.

Energia idraulica

Quando una massa d’acqua si sposta, trascina con sé un’enorme quantità di energia che può essere utilizzata dall’uomo: l’energia idraulica è la forza del movimento dell’acqua.

L’acqua corrente è una importantissima fonte di energia che l’uomo ha sfruttato fin dall’antichità. Insieme al mulino a vento, il mulino ad acqua è stato per l’uomo la prima fonte di energia meccanica non animale.

Tra le fonti rinnovabili, l’energia idrica è la più utilizzata, perché si basa su una tecnologia ben conosciuta e con un rendimento molto alto. Nel XIX secolo questo principio venne sfruttato anche per la produzione dell'elettricità, portando alla nascita dell'energia idroelettrica.

Le principali fonti dell’energia idraulica sono il ciclo naturale dell’acqua, delle onde e delle maree. A tal fine, esistono varie tecnologie atte a recuperare energia dall’acqua, dalle correnti fluviali, dalle correnti marine e dalle maree, nonché dalle onde.

Energia geotermica

E’ l’energia generata per mezzo di fonti geologiche di calore e può essere considerata una forma di energia rinnovabile. Si basa appunto sui principi della geotermia, ovvero sullo sfruttamento del calore naturale della Terra dovuto all’energia termica rilasciata dai processi di decadimento nucleare degli elementi radioattivi quali l’uranio, il torio ed il potassio, contenuti naturalmente all’interno della Terra.

Tale tipologia di energia fu utilizzata per la prima volta in Italia, nel 1904, ad opera del Principe Piero Ginori Conti, il quale sperimentò il primo generatore geotermico a Lardello, in Toscana.

Grazie alla peculiarità della geotermia, l’energia ricavata può essere utilizzata sia come fonte di energia elettrica che come fonte di calore. Tuttavia, ad oggi in Italia l’energia geotermica costituisce meno dell’1% della produzione mondiale di energia.

Energia dalle onde

L’energia del moto ondoso è una fonte di energia che consiste nello sfruttamento dell’energia cinetica contenuta nel moto ondoso, da cui prende il nome. Vi sono varie tecniche di sfruttamento del moto ondoso e la trasformazione dell’energia delle onde in energia elettrica è oggetto di vari studi e realizzazioni.

 

Best Practices

Le isole nel mondo che stanno puntando alle rinnovabili sono molte, dal Pacifico all’Atlantico, dai Mari del Nord all’Australia, ma anche Portogallo, Grecia, Spagna. Citiamo gli esempi più virtuosi di isole che hanno già raggiunto la totale indipendenza energetica.

El Hierro

Il record mondiale come prima isola ad aver raggiunto l’autosufficienza energetica è l’isola di El Hierro, in Spagna. Appartenente all’arcipelago delle Canarie, si tratta di un’isola di natura vulcanica di 268,71 km2, riconosciuta dall’UNESCO nel 2000 come ‘Riserva della biosfera’. Dal 2014 i 10.162 abitanti residenti usufruiscono, per la produzione di energia elettrica, di un sistema di impianti idroelettrici, composti da due bacini d’acqua con un dislivello di 682m ed una capacità di 700 mila m3 di acqua ed una stazione di pompaggio da 6 MW, e da impianti eolici con 5 turbine per totali 11,5 MW, integrati insieme.

Il funzionamento prevede il passaggio dell’acqua con il conseguente azionamento di turbine idrauliche, tali da generare elettricità, azionate grazie all’energia prodotta dalle turbine eoliche alimentate in modo continuo dai venti alisei sempre presenti sulle isole Canarie.

Isola di Kodiak

Nell’Oceano Pacifico, troviamo un’altra isola che ha raggiunto l’obiettivo 100% rinnovabili, ovvero l’isola di Kodiak, situata nel golfo dell’Alaska, che con i suoi 8.975 km2 e 15.000 abitanti residenti rappresenta l’80° isola più grande del mondo e la seconda più grande degli Stati Uniti. Dal 1985 è presente sull’isola un impianto idroelettrico da 11,5 MW; tuttavia, non era sufficiente a soddisfare il fabbisogno energetico dell’isola, cosicché venivano importati oltre 66.000 litri di combustibile diesel/anno con un costo di oltre 7mln di dollari.

Dal 2008, la Kodiak Electric Association, l’ente gestore della rete elettrica, ha scelto di diminuire la dipendenza da diesel, puntando al 95% di produzione di energia da fonti rinnovabili entro il 2020. La buona notizia è che l’obiettivo è stato raggiunto nel 2016, quattro anni in anticipo, con la domanda di fabbisogno soddisfatta al 99,7%.

Per realizzare questo obiettivo, sono stati acquistati (con finanziamenti tasso zero da parte del Governo) 6 aerogeneratori da 1,5 MW; inoltre, un aerogeneratore è stato installato in abbinamento ad una batteria da 3 MW che, qualora il vento sia basso, entra in funzione per il lasso di tempo necessario all’impianto idroelettrico ad arrivare a lavorare a pieno regime. I tempi di rientro dell’investimento sono stati calcolati in soli 9 anni.

Gli impianti diesel preesistenti non sono ancora stati smantellati, ma sono chiusi e messi in funzione solo per le fasi di manutenzione.

Isola di King

Un altro esempio di isola virtuosa viene dallo stretto di Brass, al largo della punta nord-occidentale della Tasmania, dove è presente l’isola di King. Dal 2013, l’isola garantisce il 65% del suo fabbisogno energetico grazie alle fonti rinnovabili, e nelle giornate di vento intenso raggiunge il 100%.

Si tratta di un impianto che ha permesso spesso di raggiungere oltre 33 ore di autonomia con funzionamento a gasolio pari a zero e con la fornitura di diesel completamente disattivata e sostituito da energia rinnovabile. Costato 46 mln di dollari, il progetto prevede una combinazione di tecnologie quali 6 MW di energia eolica, 12 GW di solare fotovoltaico e sistemi di accumulo a garanzia l’utilizzo dell’energia anche nelle ore notturne.

Inoltre, i sistemi di batteria utilizzano la tecnologia a piombo più avanzata, ed hanno una capacità di 34 MW/1.6 MWh: si tratta della tipologia di storage più grande mai installata in Australia, che permette di accantonare progressivamente gli impianti diesel, al momento non ancora del tutto dismessi al fine di subentrare in casi rari di maggior richiesta di energia nelle ore notturne, specialmente nel periodo di maggior turismo sull’isola.

Samso

Tornando in Europa, in Danimarca, a 150km ad ovest di Copenhagen, si trova l’isola di Samso, 112 km2 di superficie per 3.860 abitanti residenti. Il progetto realizzato è costituito da 11 turbine eoliche onshore e 10 offshore, per un totale di 34 MW.

La particolarità di questo impianto è che gli aerogeneratori sono stati acquistati da diverse realtà presenti sull’isola, ovvero dalla municipalità locale, da agricoltori e da una società di investimento. Siamo di fronte ad un approccio ‘bottom up’, dove il pieno coinvolgimento della popolazione locale è stato significativo per il successo del progetto.

Attualmente, il sistema di turbine eoliche contribuisce ad evitare l’immissione in atmosfera di circa 12 tonnellate di CO2/abitante, considerando che ogni MW copre il fabbisogno di circa 630 abitazioni. Inoltre, nel 2005 è stata realizzata una rete di teleriscaldamento, composta da quattro impianti (tre dei quali alimentati a paglia ed uno con scarti legnosi) combinati con pannelli solari.

Isola di Eigg

Un’altra realtà Europea è costituita dalla piccola isola Eigg, appartenente all’arcipelago britannico delle isole Ebridi, in Scozia, 30,49 km2 di superficie con una popolazione di 83 abitanti.

La comunità isolana ha scelto di non investire risorse in un lungo e costoso cavo sottomarino che la avrebbe collegata alla terraferma, ma piuttosto di valorizzare il potenziale energetico da fonti rinnovabili.

Pertanto, le 45 famiglie residenti sull’isola sono energeticamente autosufficienti grazie agli impianti presenti, dai quali ottengono i 5 kW quotidiani di energia elettrica autoimpostasi dagli abitanti come limite per i consumi, 10 kW per le 20 imprese industriali. Famoso il loro motto “We can only use what we make”.

La Eigg Electric è la società, di proprietà della comunità, che fornisce energia elettrica per tutti i residenti dell’isola attraverso: 3 impianti idroelettrici (il più grande da 100 kW nella zona occidentale dell’isola e due più piccoli da 5-6 kW); 4 turbine eoliche da 6 kW; 50 kW di pannelli fotovoltaici.

Smart Island è un progetto finanziato dal MIUR e realizzato da CNR IIA, Exalto - Energy&Innovation e ResNova Die che mira a trovare soluzioni che incrementino l’efficienza energetica, economica ed ambientale dell’intero sistema di produzione, gestione, distribuzione e uso dell’isola di Lampedusa.

Società promotrici