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Le rinnovabili al 100% nel 2050, secondo una nuova analisi condotta da ricercatori della Stanford University coordinati dal Professor Jacobson, possono alimentare il mondo, senza interruzioni della rete elettrica e con costi, compresi quelli correlati alla riduzione del fabbisogno energetico, ai danni alla salute e ai cambiamenti climatici, inferiori a quelli per l’uso di combustibili fossili.

Nel settembre 2017 aveva suscitato grande interesse la pubblicazione sulla rivista Joule dello Studio “100% Clean and Renewable Wind, Water, and Sunlight All-Sector Energy Roadmaps for 139 Countries of the World” in cui, valutando le disponibilità energetiche rinnovabili di eolico, idroelettrico e solare di 139 Paesi di varie aree geografiche, si affermava che la transizione ad un sistema rinnovabile WWS (Wind-Water-Sun) era possibile all’80% già nel 2030 e al 100% nel 2050, sulla base di apposite roadmap con le indicazioni di quale combinazione di fonti rinnovabili disponibili in ogni Paese potrebbe essere adottata, qualora si volesse raggiungere l’obiettivo di zero emissioni.

Allo Studio avevano contributo 27 ricercatori, per lo più dell’Università di Stanford, ma anche di Berkely, Berlino e AArhus, coordinati dal Prof. Mark Z. Jacobson del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell’Università californiana di Stanford e co-fondatore e Direttore del Programma Atmosfera/Energia dell’ateneo.

Oltre a fare affidamento sulle rinnovabili, lo Studio presupponeva anche la riduzione della domanda energetica del 42,5% rispetto allo scenario BAU (business-as-usual), per effetto dell’incremento del tasso di elettrificazione, del mancato consumo energetico per le attività di estrazione, trasporto e raffinazione delle fonti fossili, alla più alta efficienza negli usi finali.

La scheda della roadmap 100% rinnovabili al 2050 per l’Italia. Fonte: “The Solutions Project”, una Ong di cui Jacobson è co-fondatore che ha come obiettivo la sensibilizzazione dei cittadini ai temi della sostenibilità.

L’analisi era stata criticata per i notevoli investimenti necessari per indirizzare un Paese verso l’obiettivo desiderato, anche in relazione alla discontinuità della produzione da tali fonti.

Ora, con la pubblicazione dello Studio “Matching demand with supply at low cost in 139 countries among 20 world regions with 100% intermittent wind, water, and sunlight (WWS) for all purposes”, pubblicato in Renewable Energy, Jacobson e colleghi dimostrano che, utilizzando la produzione da tali fonti, in combinazione con tecnologie di stoccaggio e con un’adeguata rete di distribuzione e di risposta alla domanda, il mondo può essere alimentato da rinnovabili al 100% in modo affidabile, secondo le tabelle di marcia fissate nel precedente studio, con un costo inferiore rispetto allo scenario BAU dominato dai combustibili fossili.

Il principale risultato del nostro studio è che esistono diverse soluzioni al problema – ha affermato Jacobson – Questo è importante perché il più grande ostacolo all’implementazione su larga scala delle energie rinnovabili pulite è la percezione che sia troppo difficile mantenere le luci accese con l’energia non continua del vento e del sole”.

A differenza del precedente studio che allineava la fornitura di energia con la domanda media annua, il nuovo si concentra sulla fornitura e sulla domanda in incrementi di 30 secondi per 5 anni (2050-2054) per tenere conto sia della variabilità dell’energia eolica e solare come pure della domanda in base ad orari e stagionalità.

Per lo studio, i ricercatori hanno fatto affidamento su due programmi di modellazione computazionale. Il primo programma prevedeva modelli meteorologici globali dal 2050 al 2054. Da questo, hanno inoltre previsto la quantità di energia che potrebbe essere prodotta da fonti di energia legate a fattori meteorologici come turbine eoliche onshore e offshore, solare fotovoltaico sui tetti e negli impianti, il solare a concentrazione e solare termico. Queste tipologie di fonti energetiche sono variabili e non producono necessariamente energia quando la domanda è più elevata.

Il gruppo di ricercatori ha quindi combinato i dati del primo modello con un secondo modello che incorporava l’energia prodotta da fonti di elettricità più stabili, come le centrali geotermiche, i dispositivi per l’energia delle maree e del moto ondoso, le centrali idroelettriche e del calore, come le riserve geotermiche. Il secondo modello includeva anche modi di immagazzinare energia quando ce n’era in eccesso, come nel caso dello stoccaggio dell’elettricità, del calore, del freddo e dell’idrogeno. Inoltre, il modello includeva le previsioni della domanda di energia nel tempo.

Con i due modelli, il gruppo è stato in grado di prevedere sia la quantità di energia che potrebbe essere prodotta attraverso fonti di energia più variabili, sia il modo con cui le altre fonti potrebbero bilanciare l’energia intermittente per soddisfare le richieste.

Per considerare la possibilità che intervengano dei blackout in tutte le 20 regioni del mondo in cui lo Studio ha preso in considerazione l’utilizzo di rinnovabili al 100% al 2050, sono stati archiviati 3 diversi scenari per l’intervallo dei 5 anni del modello meteorologico.

Uno scenario include le pompe di calore, da utilizzare al posto di dispositivi di riscaldamento e raffreddamento, ma senza accumulo di energia calda o fredda; il secondo non aggiunge turbine idroelettriche alle dighe idroelettriche esistenti; e un altro senza accumulo a batteria.

Il fatto che non si siano verificati blackout nei tre diversi scenari suggerisce che sono possibili molte soluzioni per rendere stabile la rete con il 100% di energia eolica, idroelettrica e solare, contraddicendo le obiezioni secondo cui la rete non può rimanere stabile con una penetrazione così elevata delle sole fonti rinnovabili.

Nel complesso, i ricercatori hanno scoperto che il costo per unità di energia – compresi i costi in termini di salute, clima ed energia – in ogni scenario era di circa un quarto di quello che sarebbe se il mondo continuasse sul suo attuale percorso energetico. Ciò è dovuto in gran parte dovuto all’eliminazione dei costi sanitari e climatici dei combustibili fossili. Inoltre, riducendo il vapore acqueo in atmosfera, le turbine eoliche incluse nelle roadmap avrebbero compensato circa il 3% del riscaldamento globale ad oggi.

Sebbene il costo di produzione di un’unità di energia sia simile negli scenari della roadmap e nello scenario di non intervento, i ricercatori hanno scoperto che le tabelle di marcia riducono all’incirca della metà l’energia necessaria al sistema. Quindi, i consumatori in realtà pagherebbero di meno. La grande quantità di questi risparmi energetici deriva dall’evitare l’energia necessaria per estrarre, trasportare e raffinare i combustibili fossili, passando dalla combustione all’elettricità diretta e utilizzando le pompe di calore invece di impianti di riscaldamento e di raffrescamento dell’aria convenzionali.

Sulla base di questi risultati, posso affermare con maggiore sicurezza che non esiste alcuna barriera tecnica o economica per la transizione dell’intero mondo al 100% di energia pulita e rinnovabile con una rete elettrica stabile a basso costo – ha dichiarato Jacobson, che è anche senior fellow allo Stanford Precourt Institute for Energy e allo Stanford Woods Institute for the Environment – Questa soluzione darebbe un contributo decisivo alla riduzione del riscaldamento globale e eviterebbe tra i 4 e i 7 milioni di decessi correlati all’inquinamento atmosferico che si verificano in tutto il mondo ogni anno, fornendo anche sicurezza energetica“.

Jacobson e colleghi hanno sottolineato che la sfida nell’attuazione delle loro tabelle di marcia è costituita dalla necessità di un coordinamento che superi gli attuali confini politici.

Idealmente, occorrerebbe cooperazione nel decidere dove mettere i parchi eolici, dove posizionare i pannelli solari, dove mettere i sistemi di stoccaggio energetico – ha concluso Jacobson – L’intero sistema risulta più efficiente se pianificato in anticipo rispetto che ad un pezzo alla volta”.

Alla luce di questa complicazione geopolitica, gli scienziati del gruppo stanno lavorando su roadmap più piccole per aiutare le singole città, molte delle quali si sono già impegnate a raggiungere l’obiettivo di rinnovabili al 100%.

 

 

 

 

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