Le fonti energetiche rinnovabili

1. Merceologia delle Risorse Naturali Le fonti energeticherinnovabili

2. Sommario

3. Introduzione

4. Le fonti energetiche rinnovabili Fonti energetiche rinnovabili (FER): • Energia idroelettrica • Energia eolica • Energia solare • Energia da biomasse • Energia geotermica • Energie marine

5. Concetti introduttivi • Definizione • Sono considerate fonti energetiche rinnovabili (FER) tutte le fonti la cui velocità di utilizzo è inferiore alla velocità di rigenerazione • Tutte le FER derivano dal sole, ad esclusione dell'energia geotermica • Distinguiamo tra FER tradizionali: • Energia idroelettrica • Energia da biomasse • …e innovative • Energia eolica • Energia solare • Energia geotermica • Energie marine

6. I costi delle FER e delle fonti convenzionali a confronto

7. I costi degli impianti per la produzione elettrica da FER

8. Gli impatti socio-economici dell’utilizzo di FER nell’UE

9. Vantaggi e svantaggidell’utilizzo di FER • Vantaggi • Riduzione dell'inquinamento e delle emissioni di gas serra • Fonti diffuse che impediscono la creazione di cartelli e l'insorgere di conflitti per il controllo della risorsa • Minore incertezza su disponibilità futura e costi di approvvigionamento • Nuovi posti di lavoro • Nuove industrie tecnologicamente avanzate • Nuovi settori del mercato finanziario • Svantaggi • Intermittenza della fonte • Connessione alla rete (smart grids) • Soluzioni di accumulo ancora costose • Utilizzo di superconduttori ad alta temperatura • Tecnologie ancora poco mature • Efficienza ridotta • Costi elevati

10. Aspetti normativi

11. L’evoluzione normativa europea

12. L’evoluzione normativa europea

13. La strategia 20-20-20 • Nel dicembre 2008 l’UE ha approvato la comunicazione COM(2008)30 che prevede entro il 2020: • Riduzione delle emissioni di gas serra del 20% • Riduzione del consumo energetico del 20% • Energia da FER pari al 20% dei consumi • Dispone obiettivi nazionali obbligatori per la quota complessiva di energia da fonti rinnovabili sul consumo energetico e fissa al 10% la quota di energia da fonti rinnovabili nei trasporti • L’Italia deve raggiungere una quota del 17% di energia da FER • Come raggiungere gli obiettivi in materia di FER: • Promuovendol'efficienza energetica • Cooperando con altri Paesi membri nella produzione di energia da FER • Cooperando con Paesi terzi alla costruzione o al potenziamento di impianti che producano energia da FER a patto che l'energia sia consumata nel Paese membro

14. Gli strumenti di supporto • I governi promuovono le FER mediante strumenti incentivanti di vario tipo • Incentivi in conto esercizio (con tariffa o premio) • Quote obbligatorie (certificati verdi) • Sovvenzioni per gli investimenti • Esenzioni ed incentivi fiscali

15. La promozione delle FER nell’UE

16. La promozione delle FER nell’UE

17. Le direttive comunitarie • Direttiva2001/77/CE sulla promozione dell'energia elettrica prodotta da fonti energetiche rinnovabili nel mercato interno dell'elettricità • Istituisce un quadro comunitario per promuovere fonti energetiche rinnovabili nella produzione di energia elettrica • Fissa un obiettivo del 21% come contributo delle fonti energetiche rinnovabili • Prevede misure specifiche per la valutazione dell'origine dell'energia elettrica, la connessione alla rete e le procedure amministrative • Direttiva2009/28/CE sulla promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili • Stabilisce un quadro comune per l'utilizzo di fonti rinnovabili al fine di limitare le emissioni di gas ad effetto serra e di promuovere un trasporto più pulito • Definisce dei piani di azione nazionali e le modalità di utilizzo dei biocarburanti

18. Il ruolo degli strumenti di supporto

19. La diffusione delle fonti rinnovabili

20. Le fonti rinnovabili nel Mondo • L’Europa è storicamente la zona in cui le FER sono state più popolari • I Paesiemergentistannoinvestendo in misuracrescente in FER • Il mercatocineseha subitounarapidaespansione • Fortiinvestimenti in grandiimpiantiidroelettrici • Investimenti in eolico e fotovoltaico con importazionedicomponenti e know-how dall'estero • Costituzionediaziende leader a livellomondiale

21. La produzione mondiale di energia

22. Gli investimenti in FER

23. Le fonti rinnovabili in Europa

24. Le fonti rinnovabili in Europa

25. Le fonti rinnovabili in Europa

26. Le fonti rinnovabili in Italia • Nel 2008 le fonti rinnovabili di energia hanno contribuito complessivamente al consumo interno lordo italiano per una percentuale di poco superiore al 9,6% • Nel 2008 si è registrato un aumento della produzione da FER in Italia del 18% (+2860 ktep) circa rispetto a quella del 2007 (15641 ktep) • L'idroelettrico, che fornisce la quota più rilevante, è caratterizzato da una forte fluttuazione da attribuire a fattori di idricità • La geotermia mostra un contributo relativamente costante, che nel periodo 200-2008 oscilla intorno a 1,4 Mtep

27. Le fonti rinnovabili in Italia • Incremento della produzione eolica (+20%) • Forte crescita dei biocombustibili (+227%) • Meno marcati gli aumenti di biomassa legnosa (+5%) che si attesta su valori ancora lontani da quelli tipici dei Paesi europei, dei rifiuti (+3%) e dei biogas (+11%) • Buona la crescita della produzione da fonti solari quali il solare termico (+44%) e il fotovoltaico (quasi quattro volte superiore rispetto al 2007)

28. L’energia idroelettrica

29. Concetti generali Energia ricavata dallo sfruttamento dell’energia cinetica dell’acqua

30. Concetti generali Componenti: • Bacino artificiale a monte • Diga (eventuale) • Tubature • Turbine • Generatori • Bacino a valle (eventuale)

31. Concetti generali • Circa il 20% dell’energia prodotta nel Mondo deriva da impianti idroelettrici • Le più potenti centrali elettriche sono di tipo idroelettrico • Il maggiore potenziale di sviluppo risiede ormai negli impianti di piccole dimensioni • Le centrali più grandi si trovano in Cina, Sud America (Brasile e Venezuela), USA, Canada e Russia

32. I principali Paesi produttori Mondo UE-27

33. Vantaggi e svantaggi dell’utilizzodi energia idroelettrica Vantaggi Svantaggi • Costi nulli per l’approvvigionamento di combustibile • Nessuna emissione inquinante • Costi iniziali per la costruzione dell’impianto • Impatti ambientali notevoli • Alterazione degli ecosistemi fluviali • Interramento dei bacini

34. L’energia da biomasse

35. Concetti generali • Definizione: insieme delle sostanze organiche di origine vegetale o animale • È la più antica forma di energia sfruttata dall’uomo e tutt’ora la più utilizzata nei Paesi poveri • Dalle biomasse si possono ricavare: • Calore • Elettricità • Biocombustibili • La velocità con la quale le biomasse si rigenerano, se correttamente gestite, le rende una risorsa rinnovabile • Lo sfruttamento delle biomasse, diversamente da quello dei combustibilifossili,non altera l'equilibrio della CO2 • La combustione può comunque produrre particolato e gas inquinanti, seppure in quantità decrescenti al migliorare delle soluzioni tecnologiche e dell'efficienza degli impianti

36. Tipologie di biomasse Biomasse Colture energetiche Residui organici Terrestri Acquatiche Forestali Industriali Agricoli RSU Fanghi di depurazione

37. Valorizzazione energetica Processi Termochimici Biochimici Combustione Pirolisi Fermentazione anaerobica Trasformazione idrolitica

38. Combustione • Approccio più tradizionale • Richiede biomassa secca • Si possono produrre: • Calore • Elettricità • Calore ed elettricità (cogenerazione) • L’efficienza può raggiungere il 90% negli impianti di riscaldamento per utenze domestiche di piccole e medie dimensioni • Si parla di co-combustionequando si impiega biomassa (fino al 20%) insieme a carbone in centrali termoelettriche (efficienza: 45%) • Impianti per la produzione di calore ed elettricità (combined heat and power – CHP) più piccoli di quelli per co-firing e con efficienza minore (32% con biomassa secca, 22% con RSU) • Sono necessari sistemi di abbattimento per limitare le emissioni inquinanti

39. Pirolisi • Prevede il riscaldamento delle biomasse in assenza di aria e permette di ottenere prodotti liquidi, solidi e gassosi in proporzioni dipendenti dalla temperatura alla quale si opera • A temperature inferiori a 400-500°Cla pirolisi è definita carbonizzazionee produce carbone di legna, combustibili gassosi e combustibili liquidi (oli pesanti e leggeri) • Quando la temperatura raggiunge i 1000°C si ha invece la gassificazioneprevalente della biomassa. Viene così ottenuto una maggiore frazione di combustibile direttamente impiegabile nei motori termici per la produzione di energia elettrica • Il gas è impiegato per produrre elettricità e/o calore, i combustibili liquidi come biocarburanti

40. Digestione anaerobica • Nella digestione anaerobica, particolari famiglie di microbi, operando sulla biomassa in assenza di ossigeno, producono biogas, costituitoprincipalmente da metano, anidride carbonica, idrocarburi saturi e tracce di acido solfidrico • Richiede residui organici caratterizzati da un rapporto carbonio/azoto compreso tra 16 e 30 e da una percentuale di umidità superiore al 50%, quali deiezioni animali e sottoprodotti di colture vegetali • I sottoprodotti del processo sono ricchi di azoto, potassio e fosforo che li rendono ottimi fertilizzanti • Impianti di cogenerazione per produrre elettricità e calore

41. Trasformazione idrolitica • Nella trasformazione idrolitica i materiali cellulosici di scarto sono convertiti in monomeri zuccherini che, in seguito a fermentazione, diventano alcool etilico (bioetanolo) • Il bioetanolo può essere impiegato per produrre ETBE (etil-terbutil-etere), usato in miscela alle benzine come additivo ossigenato ed antidetonante in sostituzione degli idrocarburi aromatici • Il biodiesel deriva dalla transesterificazione degli oli vegetaliprovenienti da colture oleaginose (colza, soia, girasole) effettuata con alcol metilico ed etilico • Il biodiesel è impiegabile, sia puro che in miscela, tanto negli impianti di riscaldamento quanto nell’autotrazione

42. Biomassa solida e RSU Produzione lorda di elettricità da biomassa solida nell’UE-27 (TWh) Produzione lorda di elettricità da RSU nell’UE-27 (GWh)

43. Biogas Produzione primaria di biogas nell’UE-27 (ktep) Produzione lorda di elettricità da biogas nell’UE-27 (GWh)

44. Biocombustibili Consumo di biocombustibili per autotrazione nell’UE-27 (ktep)

45. Problematiche • Logistiche • Stagionalità legata al periodo in cui la risorsa può essere estratta (es.: legname più secco durante i mesi freddi) • Conservazione di sostanze "vive" • La ridotta densità energetica (J/kg) implica la necessità di trasportare e stoccare volumi importanti per ricavare una quantità d'energia ridotta • Legate alle biomassa solida e ai RSU • Gestione delle foreste • Gestione delle colture energetiche (conflitto con colture alimentari) • Sindrome NIMBY • Legate al biogas • Se prodotto in impianti non chiusi, si libera fino al 70% del metano, che è un potente gas serra • Legate ai biocombustibili • Efficienza (rapporto energia prodotta/consumata) • Sfruttamento di terreni agricoli per colture energetiche • Una possibile soluzione è rappresentata dai biocombustibili di 2° generazione, derivanti da materiale lignocellulosico (lignina, emicellulosa e cellulosa) e alghe

46. L’energia geotermica

47. Concetti generali • Si ottiene sfruttando il calore che risiede negli strati più profondi della crosta terrestre • Il calore deriva dal decadimento di elementi radioattivi • Dalla geotermia si possono ricavare: • Calore • Elettricità • È necessario individuare giacimenti geotermici, nei quali il calore è concentrato e si trova a profondità accessibili • Modalità di sfruttamento • Si sfrutta il vapore che risale naturalmente verso la superficie • Si inettano in profondità acqua o liquidi appositi per mantenere costante il flusso di vapore in risalita • Il vapore alimenta impianti di teleriscaldamento o turbine a vapore per la produzione di elettricità

48. Sfruttamento dell’energia geotermica Produzione lorda di elettricità da energia geotermica nell’UE-27 (GWh)

49. Sfruttamento dell’energia geotermica Sfruttamento dell’energia geotermica nell’UE-27 (GWh)

50. Le energie marine