Fuori da un evidente destino

Il rendimento energetico delle tecnologie eolica e fotovoltaica è gravemente limitato dalla loro intermittenza, dovuta alle fonti, sole e vento, da cui dipendono, mentre da un punto di vista sociale, ciò che è rilevante, è l'energia disponibile per la società - energia netta - e non quella prodotta - energia restituita - che è vincolata all’efficienza della tecnologia con cui viene generata. Pertanto l'energia netta, cioè la differenza fra l'energia prodotta e il costo energetico del processo di produzione, è l'energia che la società umana può spendere per alimentare il proprio metabolismo sociale ed economico che in dimensione e obbiettivi supera di diversi ordini di grandezza quello della somma del metabolismo biologico dei suoi individui.

L’efficienza della fonte energetica consente di disporre nel lungo termine di quello che viene definito surplus energetico che è stato definito, in campi come la biologia o l'antropologia, il fattore chiave per consentire una crescente complessità ed evoluzione di piante, animali ed esseri umani.

Pertanto il bilancio energetico di una società, vista come una struttura dissipativa, viene definito dall’energia netta a disposizione e dal rapporto tra l'energia fornita e quella necessaria per ottenerla: l’EROEI (Energy Return on Energy Invested).

Per visualizzare questo concetto utilizziamo il grafico sopra che dimostra come, con il declino dell'EROEI, la società debba impegnare quantità sempre maggiori di energia per produrla. Al di sotto di un EROEI da 5 a 7:1 un numero così elevato di persone lavorerebbe per produrre energia che non ne rimarrebbero abbastanza per ricoprire tutte le altre attività richieste dalla nostra attuale società.

Se andate a fare legna in un bosco l’EROEI sarà il rapporto tra l’energia prodotta dalla legna durante la combustione e l’energia spesa per tagliarla e trasportarla: esisterà una distanza tale per cui l’energia necessaria al trasporto della legna risulterà equivalente a quella prodotta dalla sua combustione e pertanto questo rapporto diventerà uguale a 1 con ciò indicando che l’energia netta prodotta dal nostro lavoro è pari a zero cioè usiamo tanta energia per produrla quanta ne otteniamo.

Sono molteplici gli aspetti della nostra società con una stretta relazione con l'EROEI nazionale, ad esempio la media per la spesa sanitaria pro-capite. Paesi come il Mozambico con un basso EROEI sociale, 2,6:1, tendono ad avere una spesa sanitaria media pro-capite bassa $ 24,70 e, allo stesso modo, paesi, come la Norvegia con un elevato EROEI sociale, 36:1, hanno una spesa sanitaria media elevata pro-capite $ 7660 USD.

E questo è possibile solo attraverso l’energia a disposizione pro-capite: ricordiamo che durante “l’incredibile corsa senza carbone, durata 53 giorni ed oltre, nei mesi di aprile e maggio 2020, per generare elettricità nel Regno Unito” come dichiarato dal direttore dell’ESO a tenere le luci accese negli ospedali inglesi, in quei mesi di crisi pandemica, è stata l’energia importata da Germania e Francia prodotta dalle centrali a carbone e nucleari rispettivamente.

Se analizziamo il caso dell’energia fotovoltaica l’EROEI sarà il rapporto tra l’energia prodotta da un modulo nel corso della sua vita e quella necessaria a produrlo. Naturalmente è possibile, se la società ha un’altra fonte di energia con un EROEI molto alto, ma con caratteristiche poco desiderabili, scegliere di dissipare l’energia di questa fonte ad alto EROEI per ottenere l’energia nella forma voluta: è il caso delle tecnologie fotovoltaiche prodotte attraverso i combustibili fossili.

Da un punto di vista economico o speculativo questo può avere un senso: non lo ha da un punto di vista ecologico.

Uno sguardo indietro.

Se ci guardiamo indietro forse ci sarà più evidente l’importanza di un corretto bilancio energetico più che un bilancio finanziario.

Per la maggior parte della storia l'energia proveniva dal lavoro umano che era alimentato dal cibo, si stima che la domanda energetica pro-capite al tempo di Roma antica fosse di circa 16 GJ (gigajoule) all'anno che equivale a circa diecimila calorie al giorno. Il cibo ne costituiva circa un terzo mentre il foraggio per gli animali ne assorbiva circa il 20% ed il combustibile, sotto forma di legno, costituiva l'altra metà. L’EROEI era quindi di circa 5:1 con un surplus energetico praticamente inesistente. Se ci spostiamo all’inizio del XVII secolo vediamo che la domanda di energia era passata da 16 GJ a 20 GJ con un aumento di solo il 25% in 1700 anni. L'energia proveniva ancora quasi interamente dal cibo e dal legno e quindi la società dipendeva dalla terra: man mano che il villaggio cresceva richiedeva sempre di più terreno per sostenere la sua popolazione finché l'energia necessaria per portare il legno e il grano dai luoghi più lontani superava il loro contenuto energetico e la città non poteva più crescere.

Fateci caso, Roma nel primo secolo d.c. aveva circa un milione di abitanti: nel XVII secolo, la città più grande del mondo, Pechino, aveva una popolazione di poco superiore al milione.

Ma all’inizio del XVII secolo qualcosa cominciò a cambiare con velocità repentina: una società in cui la domanda di energia era cresciuta dello 0,04% all’anno per 1700 anni iniziava a vedere una crescita della domanda di energia esponenziale e, collegata a questa, una crescita del PIL, che fino ad allora era stata dello 0,06% all’anno, in maniera direttamente proporzionale. Oggi infatti, sovente, viene ritenuto il consumo di energia di per sé un'attività economica, pertanto PIL e domanda di energia rappresentano in realtà il medesimo indicatore.

Pertanto il carbone e successivamente il petrolio ed il gas naturale consentirono alla società di abbattere il limite dell’energia vegetale estraibile da un ettaro di terreno agricolo o bosco e di intraprendere una crescita che stiamo vivendo ancora oggi.

I combustibili fossili erano facilmente accessibili e richiedevano pochissima energia fisica per estrarli e raffinarli e quindi rendere più evidente il concetto di ritorno energetico sull'energia investita: EROEI.

Il carbone ha un EROEI molto più alto rispetto all'energia ottenuta dal legno, oltre 30:1, e si stima che il passaggio al carbone abbia aiutato a raddoppiare l’EROEI della società passando da 5:1 a 10:1. Con un consumo iniziale di 20 GJ a persona, per produrre l'energia erano necessari solo 2 GJ, mentre cibo e beni di prima necessità erano rimasti invariati: questo ha permesso di aumentare il surplus energetico a disposizione da 1 GJ a più di 4 GJ.

Nel 1900 la domanda di energia pro-capite era cresciuta fino a 25 GJ all'anno, ai giacimenti di carbone di alta qualità si erano aggiunti i giacimenti di petrolio e gas naturale con valori di EROEI anche superiori a 30:1, a quel punto il surplus energetico era arrivato a 10 GJ.

Oggi l'energia pro-capite, nei paesi OCSE, è di 75 GJ: tre volte superiore a quella del 1900, godiamo di un EROEI sociale di circa 15:1 e pertanto occorrono 5 GJ per soddisfare il nostro fabbisogno energetico, 4 GJ per il cibo e 10 GJ per altre necessità lasciandoci con un surplus energetico di 56 GJ.

Questo ha consentito la crescita del PIL e della popolazione in maniera esponenziale, lo sviluppo della società che oggi viviamo, dove l’EROEI ha consentito a Pechino di abbattere il muro del milione di abitanti a cui era confinata dalla povertà energetica e superare i 20 milioni di abitanti. Una società che molti, nei paesi in via di sviluppo, vogliono, legittimamente, emulare ma che comporterà una pressione sulle risorse del pianeta senza eguali i cui esiti saranno oggetto di studio per le generazioni a venire.

Quindi con un EROEI al di sotto di 5:1 l'umanità cade nella povertà energetica in cui una parte troppo grande delle risorse umane deve essere investita semplicemente per rimanere in vita a scapito dei servizi forniti dall'energia netta come l'assistenza sanitaria, l'istruzione e tutto ciò che, oggi, ci consente la nostra società.

La transizione verde.

Sembra esserci un accordo quasi universale, oggi, tra i politici occidentali sul fatto che l'energia eolica e solare creeranno nuovi posti di lavoro, rilanceranno le economie e ridurranno le emissioni di carbonio, ma energeticamente non sembra essere così.

La produzione di una tonnellata di cemento ha richiesto praticamente la stessa quantità di energia ormai da anni mentre la domanda di energia per produrre le stesse quantità di metallo sta aumentando rispetto al passato a causa del progressivo esaurimento delle riserve.

Una domanda da porsi è: perché i responsabili politici hanno scelto di concentrarsi sul costo in denaro delle energie rinnovabili anziché sul loro costo energetico? Le metriche comuni utilizzate per valutare i sistemi energetici sono il Levelized Cost of Energy, LCOE, o il ritorno sull'investimento economico, ROI, Return On Investment. L'analisi di un sistema energetico basato su questi parametri richiede di contemplare ipotesi economiche come l'inflazione e la crescita. Inoltre, alcuni prezzi delle fonti energetiche sono influenzati da sussidi, politiche e lobby.

Volendo concentrare l'attenzione solo sul bilancio energetico, l'utilizzo dell'EROEI di ciascuna tecnologia consente di rilevare aumenti della produzione energetica lorda a fronte di una diminuzione dell'energia netta fornita alla società: la cosiddetta "trappola energetica".

Se prendiamo come esempio il costo energetico di una turbina eolica di 1,5 MW di potenza scopriremo che per produrla servono circa 13 TJ (terajoule). Considerando un capacity factor medio del 25% significa che genererà 11 TJ di energia all'anno per i suoi 20 anni di vita o circa 220 TJ in totale. Questi dati implicano un EROEI lordo di 17:1 circa la metà di quello dei combustibili fossili ma il problema è la non programmabilità di queste fonti energetiche che comporta la necessità di dotarle di opportune ridondanze.

Questo implica una potenza doppia installata rispetto ad una qualsiasi centrale a combustibili fossili oltre ad una batteria di backup: se includiamo nel calcolo questi parametri l’EROI scende a circa 4:1.

Ricordate? Gli abitanti di Roma antica avevano un EROEI pari a 5:1.

Per l’energia fotovoltaica va ancora peggio: un'installazione da un MW (megawatt) genererà 105 TJ di energia nel corso della sua vita, stimata in 25 anni, una previsione a nostro avviso eccessivamente ottimistica, e comunque richiede 22 TJ per la sua costruzione.

Quindi l’EROEI lordo è solo 5:1 che una volta introdotti i parametri di ridondanza e backup si riduce a un valore netto che oscilla tra l’1,7:1 nei paesi del nord Europa e 2,6:1 nel sud del nostro continente.

Se passassimo dai combustibili fossili con il nostro EROEI sociale di 15:1 alle rinnovabili con un EROEI di solo 4:1, o forse più basso, gli effetti sarebbero drammatici: invece di spendere 5 GJ per soddisfare il nostro fabbisogno energetico, avremmo bisogno di spenderne 25 GJ che taglierebbe del 40% il nostro surplus di energia ovvero tutta l'energia che spendiamo per cose diverse dal cibo e dai beni di prima necessità. Decimerebbe anche la futura crescita globale: ricordate che per gran parte della storia ci siamo basati su una fonte di energia con un EROEI di 5:1 che comportava una crescita globale solo dello 0,04%.

Aver incluso nella tassonomia verde europea il gas e l’energia nucleare non è un favore a qualche lobby ma aver garantito agli europei di non precipitare nella povertà energetica senza esserne resi conto. Non serve nascondersi dietro a inverni rigidi o cali di vento, che per l’appunto preoccupavano i naviganti di molti secoli addietro, la transizione energetica deve necessariamente percorrere altre vie, che comunque, nel tempo, porteranno lontano anche dal gas naturale e dai combustibili fossili perché anche il loro EROEI si sta erodendo.

Come vediamo nel settore dei metalli, la stessa IEA, quando si occupava ancora di monitorare e garantire la sicurezza delle forniture di petrolio, aveva già iniziato a pubblicare nelle sue proiezioni sulla produzione di petrolio nel mondo, dati che evidenziavano il problema del declino della qualità delle risorse petrolifere.

La soluzione è davanti ai nostri occhi ma, piaccia o non piaccia, il nostro Paese potrebbe essere “fuori da un evidente destino”.