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Quale energia per un futuro sostenibile

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Breve storia del percorso energetico dell’epoca moderna

Cos’è l’energia

“Energia” è una delle parole più utilizzate nella società, fin da epoche antiche, e riflette un concetto empirico di vigore biologico e di forza fisica, ma, in senso scientifico, a partire dall’Ottocento, significa la capacità di un sistema (atomo, molecola, essere vivente o macchina) di compiere un lavoro, conservando il significato etimologico, dal greco en (dentro) ed érgon (lavoro).

Per esempio bruciando legna si produce calore che trasforma l’acqua liquida in vapore, che dilatandosi produce energia meccanica (un movimento di oggetti o loro parti), in grado di sostituirsi al lavoro umano o di animali.

Nell’antichità il concetto di energia era soprattutto legato all’energia liberata dai muscoli umani e animali per svolgere vari lavori o all’energia solare accumulata dalle piante, utilizzata come cibo.

 

In seguito l’energia ha assunto nuove accezioni, legate all’utilizzo di fonti come la legna che viene bruciata per ottenere calore, la caduta dell’acqua o il moto del vento che, grazie ai mulini, produce energia meccanica, o alla scoperta di nuove fonti, anche se da tempo esistenti, come il carbone. il petrolio o il metano e infine alla scoperta dell’energia che si può liberare da reazioni che coinvolgono i nuclei di alcuni atomi. Solo recentemente si è riscoperta l’energia del sole come vera fonte primaria sulla Terra.

In queste trasformazioni, l’energia conserva la sua “quantità”, ma degrada la sua “qualità”, perde cioè la capacità di compiere lavoro (perdita che i fisici chiamano “entropia”); la parte dell’energia in grado di compiere lavoro è definita “energia libera”.

L’energia è, dunque, interpretata come ciò che muove o trasforma la materia. Ma la fisica del ventesimo secolo è giunta ad integrare il concetto di energia con quello di materia, con la famosa formula di Einstein, la più conosciuta della fisica, “E=mc2”, in base alla quale ad ogni massa corrisponde un’energia, pari alla massa stessa moltiplicata per il quadrato della velocità della luce (ad esempio nella fusione di nuclei di idrogeno, come avviene nel sole, una parte della massa si trasforma in un’enorme energia).

Le trasformazioni dell’energia

Una legge spiega le trasformazioni dell’energia: è la legge della conservazione della materia, secondo la quale l’energia non può essere né creata né distrutta, ma può trasformarsi da una forma ad un’altra, anche se la somma delle diverse forme deve rimanere invariata (“In natura nulla si crea e nulla si distrugge, tutto si trasforma”).

L’energia può presentarsi e trasformarsi in forme diverse, dovute, ad esempio, al movimento (energia cinetica), alla posizione (energia potenziale, che, a seconda delle forze in gioco, può essere definita gravitazionale, elastica, elettrostatica), al passaggio di elettroni in un cavo conduttore (energia elettrica), alle forze che uniscono gli atomi di una molecola (energia di legame), all’agitazione termica (energia termica o calore), a reazioni chimiche (energia chimica), a reazioni nucleari (energia nucleare o energia atomica), a radiazioni elettromagnetiche, come la luce o le emissioni radiotelevisive (energia raggiante), al suono (energia sonora), ecc.

L’energia è responsabile di tutti i processi vitali: senza di essa ogni essere vivente cesserebbe di crescere in modo ordinato, evolversi, muoversi, produrre, consumare, pensare, comunicare. Non solo le trasformazioni materiali, ma la vita stessa e l’esistenza vitale di una società dipendono dalla disponibilità di energia.

Energia ed ecosistemi

Se si analizza il flusso di energia negli ecosistemi si può verificare che quasi tutta l’energia proviene dal sole, sotto forma di luce, che, raggiungendo le piante, attiva il processo di fotosintesi. Grazie a una serie complessa di reazioni, si formano in tal modo, a partire da molecole semplici presenti nell’ambiente come acqua e anidride carbonica (CO2), molecole organiche complesse come gli zuccheri, veri accumulatori di energia. È proprio l’energia contenuta nei legami chimici di queste molecole a garantire tutte le attività che richiedono energia, sia nelle piante che, attraverso la catena alimentare, negli animali e poi negli organismi decompositori. Le reazioni chimiche necessarie per le diverse attività biologiche sono molteplici e danno origine al complesso metabolismo di ogni essere vivente, ma, pur producendo un po’ di calore, non producono mai quelle temperature elevate, come nelle combustioni, che sarebbero incompatibili con le caratteristiche dei viventi.

Se analizziamo bene le caratteristiche della vita sul nostro pianeta, ci accorgiamo che non solo l’energia è di origine solare, ma i processi sono ciclici, cioè i materiali vengono continuamente riciclati, senza produzione di rifiuti, come nel caso della fotosintesi e della respirazione, l’altro fondamentale processo energetico dei viventi. Nella fotosintesi si utilizza l’energia solare per far reagire l’acqua e l’anidride carbonica, ottenendo zuccheri e come scarto ossigeno; nella respirazione si ottiene energia ossidando gli zuccheri con l’ossigeno, ottenendo come sottoprodotti acqua e anidride carbonica: cioè i sottoprodotti di un processo sono le materie prime dell’altro. Ciò non vale solo per fotosintesi e respirazione (cioè il ciclo del carbonio), ma anche per tutte le altre materie prime utilizzate dagli organismi viventi, nell’ambito delle catene alimentari nei diversi ecosistemi (cicli dell’azoto, del fosforo, dell’acqua).

Apparentemente questa strategia del mondo vivente sembra in contrasto con le leggi della termodinamica: si realizzerebbe un moto perpetuo (i cicli biogeochimici) e non aumenterebbe in continuazione l’entropia. Ma questo contrasto è appunto solo apparente: la Terra non è un sistema totalmente isolato perché scambia energia con l’esterno. È invece un sistema sostanzialmente chiuso, in cui vale il principio di conservazione della massa, che può solo subire processi di trasformazione e/o trasferimento da un comparto all’altro. Da quando esiste sulla Terra, l’intera massa di acqua degli oceani, per esempio, è evaporata, ha prodotto precipitazioni ed è ritornata nell’oceano attraverso i fiumi molte migliaia di volte (ciclo dell’acqua). E, come abbiamo visto, ossigeno, carbonio e azoto, attraverso specifici cicli, vengono continuamente riciclati all’interno del sistema, principalmente ad opera degli organismi viventi. L’energia necessaria per questi costanti processi di trasporto e  trasformazione di materia nei vari comparti è l’energia che la Terra riceve dal Sole.

Dunque la logica produttiva dei sistemi naturali si basa su una fonte di energia esterna al sistema Terra, il Sole, e su un continuo riciclo della materia, senza utilizzo di processi di combustione e senza produzione di rifiuti.

Energia e sistemi produttivi industriali

Nelle attività industriali l’energia viene ricavata soprattutto da reazioni di combustione, utilizzando combustibili fossili (interni al sistema Terra). Il calore prodotto o viene trasformato in energia elettrica per l’uso a distanza, o utilizzato direttamente in macchine termiche, come nel motore a scoppio. Ma gran parte dell’energia che si trasforma in calore non è più disponibile per compiere lavoro utile (aumento di entropia).

Per lungo tempo l’uomo si è limitato ad utilizzare il fuoco per scaldarsi, cucinare, tenere lontani gli animali pericolosi o per uso bellico. Solo recentemente, con la rivoluzione industriale, la combustione, soprattutto di combustibili fossili (prima il carbone, poi petrolio e metano), è diventata il principale mezzo per produrre l’energia necessaria per le più svariate attività: produzione di calore, di energia elettrica o per trazione, ad esempio nei veicoli con motore a scoppio.

La combustione è un processo complesso che inevitabilmente trasforma i combustibili in un gran numero di nuovi composti, alcuni aeriformi, alcuni solidi, che determinano rifiuti e inquinamento, cioè ulteriore entropia. Senza dubbio i combustibili fossili hanno fornito l’energia indispensabile per l’industrializzazione ed hanno dato un impulso allo sviluppo dell’economia mai visto prima. Essi, però, sono una risorsa esauribile e re-immettono nell’atmosfera il carbonio sottratto dai vegetali milioni di anni fa, insieme a varie sostanze tossiche e nocive per la salute degli esseri viventi. La loro combustione modifica la composizione dell’atmosfera. Per avere un’idea di quanto la combustione inquini basti pensare che il tabacco di una sigaretta, bruciando, produce un cocktail di oltre 3800 prodotti di combustione finora identificati, molti ad azione cancerogena, e comunque tossica. Ciò vale per tutti i combustibili, dalla biomassa al carbone, al petrolio o peggio ai rifiuti.

Non secondario rispetto a questi inquinamenti vi è poi la produzione, in eccesso rispetto ai cicli naturali, di anidride carbonica, con incremento dell’effetto serra, che trattiene il calore nella biosfera (come avviene per la luce del sole, che entrando dalla finestra, scalda una stanza, senza poter uscire, poiché il vetro non lascia uscire il calore). Si produce in tal modo un progressivo riscaldamento della terra che determina quei mutamenti climatici già in atto, come siccità, alluvioni, uragani, ecc.

Come non bastasse, per effetto dei bassi rendimenti della combustione, trasformando l’energia termica in energia elettrica si recupera solo il 30-40% dell’energia contenuta nei combustibili. Detraendo da questa l’energia consumata per l’estrazione, per la costruzione della centrale, per la gestione e per i trasporti dell’energia, questo valore si abbassa a circa il 10%. Il rischio è di rimanere senza combustibili e contemporanea- mente avere irreversibilmente alterato il Pianeta e compromesso la salute dei suoi abitanti.

In soli due secoli l’uomo ha radicalmente modificato il flusso di energia sulla Terra, bruciando combustibili fossili che si erano accumulati nel corso di molti milioni di anni e sta accumulando quantità crescenti di rifiuti e di inquinanti incompatibili con i cicli biogeochimici.  Con questo ritmo di utilizzo è inevitabile arrivare in pochi anni o decenni al punto in cui la domanda di combustibili fossili sarà maggiore rispetto all’offerta (il cosiddetto “picco del petrolio”), cioè al momento in cui non sarà possibile soddisfare tutti i consumi attuali di energia.

Quale energia?

Se l’utilizzo di combustibili fossili ha portato a questa situazione estremamente pericolosa per il futuro del Pianeta, occorre voltar pagina al più presto. Quali sono allora le fonti di energia che non richiedono combustioni e sono sostenibili per gli ecosistemi?

L’ipotesi dell’energia nucleare

Più volte negli ultimi tempi uomini politici, economisti e i soliti “scienziati filonucleari” hanno riproposto l’energia nucleare da “fissione” (cioè l’energia rilasciata dalla scissione di atomi pesanti) come soluzione per la crisi energetica dovuta alla scarsità di petrolio e per risolvere l’effetto serra. Si tratta di valutazioni molto discutibili. Infatti, se le stime pongono il picco del petrolio (cioè il momento in cui la domanda supera la possibile offerta) intorno al 2020 e quello del gas naturale tra il 2030 e il 2060, non molto migliore è la stima per l’uranio (U): con le attuali centrali si prevede il raggiungimento del picco nel 2060, ma se il numero di impianti dovesse crescere la data si sposterebbe al 2040-2050, cioè nello stesso periodo in cui si può collocare il picco combinato di petrolio e metano.

Inoltre la produzione di CO2 non dipende solo dall’impiego di combustibile in una centrale, ma da tutto il processo che va dall’estrazione del combustibile alla gestione di scorie e rifiuti. Per una centrale nucleare tipo PWR (acqua non-pesante pressurizzata, le più diffuse) da 1000 Megawatt (contenente 200 elementi di combustibile, un terzo dei quali ogni anno deve essere sostituito con materiale nuovo) occorrono ogni anno circa 162 tonnellate di uranio arricchito dell’isotopo 235, presente nell’uranio naturale (costituito soprattutto dall’isotopo 238) nella concentrazione dello 0,7%. A questo scopo occorre estrarre da una miniera con rocce ad elevato tenore in uranio almeno 1.620 tonnellate, ma queste condizioni favorevoli si trovano in pochi casi, oramai in via di esaurimento. In alternativa occorre estrarre e trattare anche milioni di tonnellate di roccia. Infatti i minerali di uranio, perché l’estrazione mineraria sia remunerativa, attualmente possono contenere una concentrazione minima di ossido di uranio che arriva anche sotto allo 0,05%.

Il minerale viene concentrato per macinazione e poi trasportato in un impianto di conversione, dove viene trasformato in esafluoruro di uranio gassoso (UF6). Il prodotto arricchito (al 3-4% di U 235) viene quindi mandato a un impianto di fabbricazione del combustibile, dove il gas di UF6 viene trasformato prima in polvere di ossido di uranio e poi nelle pastiglie di cui sono composte le barre di combustibile, che saranno trasportate al reattore, pronte per essere utilizzate.

Il combustibile usato, divenuto un rifiuto nucleare, viene conservato in un contenitore metallico pressurizzato per circa un mese e quindi immerso per almeno un anno all’interno di vasche di raffreddamento nelle vicinanze del reattore.

Spesso si parla di  “ciclo del combustibile nucleare”, una definizione entrata nel linguaggio comune, ma che non ha alcun riscontro con la realtà. Infatti non vi è nessun ciclo, perché il processo non viene chiuso, ripristinando le condizioni di partenza, come succede nei cicli biogeochimici naturali, alimentati dall’energia solare. Il mito del ciclo del combustibile nucleare nasce dall’antico sogno di poter separare negli impianti di ritrattamento il plutonio fissile generato dai reattori commerciali e di poterlo poi riutilizzare nei reattori autofertilizzanti veloci, dando così vita a un passaggio perpetuo da U-238 (uranio non fissile) a Pu-239 (plutonio), destinato a ulteriori reattori dello stesso tipo. L’idea era di creare un ciclo industriale con molti reattori autofertilizzanti veloci e dozzine d’impianti di ritrattamento, come quelli che oggi si trovano solo in Francia, a La Hague, e in Gran Bretagna, a Sellafield.  Ma la tecnologia del reattore autofertilizzante è enormemente cara, tecnicamente poco sviluppata, ancora più controversa, dal punto di vista della sicurezza, degli impianti nucleari convenzionali, e particolarmente vulnerabile agli usi militari. Per queste ragioni il più noto reattore di questa specie, il Superphenix francese (un’avventura alla quale aveva partecipato anche l’Italia) è stato spento nel 1998.

L’uranio è quindi una risorsa non rinnovabile e non vi è alcun ciclo, ma solo un processo lineare che si conclude con una grande produzione di scorie e di rifiuti, che a tutt’oggi non si sa dove mettere.

L’uranio, anche quello impoverito, può provocare danni, nonostante le particelle alfa che emette non siano in grado di attraversare la pelle. Infatti una persona può esporsi all’uranio sia inalandone le polveri nell’aria che ingerendolo con il cibo e con l’acqua. Si è visto infatti che le persone che vivono in aree vicine a poligoni nucleari o a miniere che ne lavorano i minerali possono essere esposte a livelli di radioattività più elevati per via della produzione di polveri sottili e radon che vengono trasportati dai venti nelle zone circostanti.

Anche le acque usate dalle miniere per il trattamento del minerale possono diventare veicolo di contaminazione per le aree vicine.

La contaminazione continua nelle fasi di arricchimento, tenendo anche presente che l’esafluoruro di uranio è molto corrosivo; vi sono inoltre i rischi connessi al trasporto del combustibile e poi gli impatti della centrale nucleare nel suo normale funzionamento, anche a prescindere dal rischio di incidenti gravi, come avvenne a Chernobyl. Rilasci di quantità nocive di sostanze radioattive avvengono nella routine quotidiana delle centrali di riprocessamento, come documentato dall’elevata incidenza di leucemia infantile e giovanile a Sellafield e La Hague, dove, nei campi vicino al deposito, nel 2005, sono stati riscontrati livelli medi nelle falde di 9000 Bq/l (Bequerel per litro), mentre il limite europeo è di 100 Bq/l.

Quanto alle emissioni di CO2, calcolando il ciclo completo, nella migliore delle ipotesi, sono il 30-50% rispetto all’uguale produzione di energia in una centrale termoelettrica, ma vanno rapidamente aumentando a seconda della qualità dei giacimenti. Per frazioni di uranio sotto lo 0,01% (circa il 10 % delle risorse) è maggiore l’energia che bisogna immettere nel ciclo che quella che se ne estrae con la fissione. Anche i costi diretti sono elevati, e senza reali prospettive di riduzione. Se si calcolano anche i costi di smantellamento della centrale e i costi di un deposito permanente delle scorie, la produzione di energia da fonte nucleare risulta tra le meno economiche.

D’altra parte negli ultimi vent’anni il nucleare ha mostrato un chiaro rallentamento nella sua diffusione, soprattutto dopo l’incidente di Chernobyl. Al termine della costruzione degli impianti pianificati negli anni ‘80, l’energia nucleare è stata sostanzialmente ferma ai valori degli anni ‘90.

C’è futuro per un nucleare diverso?

Si parla molto di reattori intrinsecamente sicuri e di fusione nucleare (cioè l’unione di atomi leggeri come l’idrogeno). Per i primi i costi sono ritenuti elevatissimi e i problemi tecnici non sono risolti: non c’è ancora un prototipo e comunque non potrebbero essere disponibili, anche se tutto fosse favorevole, prima del 2030. La fusione nucleare è ben più lontana da una possibile realizzazione: si sono investiti negli ultimi quarant’anni molti soldi senza avere neppure la certezza della fattibilità o della convenienza energetica (cioè ricavare più energia di quanta ne serve per la costruzione). Inoltre una centrale a fusione, a causa del bombardamento neutronico che riceverebbero i materiali di cui sarebbe costituita, mantiene il problema della produzione delle scorie, alla fine del suo ciclo di vita.

Proprio il nodo dei rifiuti da centrali a fissione, come Scanzano insegna, è oggi non risolvibile, mentre ancora da risolvere è il problema dello smantellamento delle centrali nucleari esistenti, un problema che riguarda anche l’Italia, con le centrali del Garigliano, di Latina, di Trino e di Caorso.

In sintesi, possiamo dire che:

- l’uranio non è una risorsa né rinnovabile né sostenibile e neppure lo sono i materiali per una ipotetica fusione nucleare;

- comporta seri problemi di sicurezza ed un enorme impatto ambientale legato alla produzione di scorie radioattive, che inevitabilmente si accumulano nell’ecosistema e graveranno sulle future generazioni per migliaia d’anni;

- espone il mondo al rischio di proliferazione delle armi nucleari e fornisce potenziali strumenti al terrorismo;

- non è in grado di risolvere né il problema energetico né quello del cambiamento climatico. Le risorse di uranio non sono sufficienti per sperare di aumentare la capacità installata in maniera tale da coprire una quota significativa della nuova domanda di energia, né per sostituire la quota fossile. I programmi per i reattori superveloci sono falliti e la fusione non rientra nelle prospettive praticabili;

- ha dei costi diretti ed indiretti troppo elevati, scaricati  sulla collettività.

L’inganno del “carbone pulito”

Il carbone (come riporta il volumetto “Energia. Rinnovabilità, democrazia” delle edizioni Punto Rosso) è ritenuto da molti necessario nel prossimo futuro, per via della sua maggiore disponibilità. Così, facendo credere che esista un ”carbone pulito”, si propone di impiegarlo in enormi quantità a Porto Tolle, a Brindisi, a Civitavecchia, a Vado Ligure, ecc.

Il carbone però presenta rilevanti problemi di inquinamento, non solo legati all’effetto serra.

Anche il cosiddetto “carbone pulito”, che utilizza cioè le migliori tecnologie, inquina più di qualunque altra fonte diversa dal carbone, come indicano i seguenti dati di emissione di CO2, corrispondenti alla produzione di un Kilowattora per diverse fonti (Greenpeace, 2006):

- 900 grammi da impianto tradizionale a carbone

- 800 grammi da impianti a “carbone pulito“

- 720 grammi da olio combustibile

- 370 grammi da gas da impianto a ciclo combinato.

Sono stati avviati diversi programmi per il sequestro della CO2, ma sono ancora in uno stadio preliminare ed è scorretto presentarli come soluzioni a portata di mano, pur di dare via libera ad una nuova “era del carbone”. I problemi che si presentano non sono banali. Già il sequestro di CO2, da solo, costa energia, e richiede soldi. Poi viene lo stoccaggio. Escludendo idee impraticabili come l’iniezione nelle acque profonde dell’oceano, la carbonatazione in minerali, o la reiniezione nel carbone da estrarre, restano le ipotesi più studiate e maggiormente sostenute, cioè l’iniezione in rocce porose a diversi chilometri di profondità o la reiniezione in pozzi di petrolio o di gas.

Per operare 60 anni, una centrale da 1 GW avrebbe bisogno, innanzitutto, di un enorme spazio per lo stoccaggio. Una regione di circa 250-500 Km² nel caso delle formazioni porose, o pozzi da tre miliardi di barili per la reiniezione (sei volte la dimensione minima dei cosiddetti “pozzi giganti”, di cui ne sono censiti circa 500 in tutto il globo). Poi occorre prendere in considerazione il rischio di rilascio immediato di grosse quantità di CO2, che sarebbe fatale (l’anidride carbonica in alte concentrazioni è letale), anche se è prevedibile che i pozzi di iniezione sarebbero studiati in modo tale da rendere minimo questo pericolo. Il rilascio graduale sarebbe invece altamente probabile, se non oggi, tra qualche secolo.

Inefficace anche l’ipotesi di ridurre drasticamente le polveri, dato che i filtri a manica non riducono sensibilmente le polveri di diametro minore di 1 µm, mentre la combustione del carbone emette nell’aria prevalentemente particelle fini di diametro compreso tra 0.1 – 1 µm, che poi arrivano direttamente agli alveoli polmonari e al sangue con effetti cancerogeni e cardiotossici.

Fonti rinnovabili

Varie alternative sono possibili per evitare l’esaurirsi delle fonti fossili e i cambiamenti climatici, a partire dalla riduzione dei consumi, al risparmio, all’aumento di efficienza, fino all’uso di fonti rinnovabili e sostenibili.

La via d’uscita sta nello studio e nell’utilizzo dei processi che hanno permesso agli organismi terrestri di continuare a vivere per tutto questo tempo: anzitutto utilizzare come fonte di energia il sole o comunque fonti derivate dal sole (acqua, vento, ecc.), utilizzare processi produttivi ciclici, senza produzione di rifiuti e poi evitare le combustioni.

Attualmente si può ottenere senza combustioni energia termica dal sole e da pompe di calore (caldo e freddo) ed energia elettrica dai salti di acqua (energia idroelettrica), dal sole (energia fotovoltaica), dal vento (energia eolica). Si può ottenere elettricità senza combustione anche dall’idrogeno, che non è una fonte ma un mezzo per accumulare e trasportare energia ottenuta da fonti rinnovabili, attraverso le celle a combustibile, che sono dei generatori elettrochimici in cui l’energia elettrica è prodotta dalla reazione tra l’idrogeno e l’ossigeno. Insieme all’elettricità, vengono prodotti anche calore e acqua e vi sono celle a combustibile che, per il calore prodotto, si prestano ad una cogenerazione di energia elettrica e calore.

Ai difensori del petrolio o dell’energia nucleare, i quali affermano che il sole e i suoi derivati sarebbero insufficienti a garantire gli attuali consumi di energia, va risposto che da una parte l’attuale consumo è eccessivo e basato sulla logica degli sprechi (tanto più che il rendimento finale è molto basso e le fonti sono esauribili), dall’altra che il sole, pur essendo utilizzato con una percentuale inferiore dell’1% dalle piante, garantisce una quantità e diversità di biomassa naturale (cioè l’insieme della massa di piante, animali e microrganismi), che è ben maggiore dell’insieme dei prodotti industriali umani.

Comunque, dato il loro attuale grado di sviluppo, le energie rinnovabili potranno rappresentare rapidamente una quota rilevante nel bilancio energetico globale solo se accoppiate ad un parallelo grande sviluppo dell’efficienza energetica, in grado di far diminuire i consumi grazie ad innovazioni tecnologiche.

L’utilizzo delle energie rinnovabili, dell’efficienza energetica, dell’idrogeno come combustibile e della cogenerazione costituirebbe il più efficace sistema per abbattere le emissioni di gas serra e di emissioni nocive. Ma l’Italia, paese del sole, è ultima in Europa nell’uso dell’energia solare: gli impianti solari per la produzione di acqua calda e per il riscaldamento degli ambienti ricoprono in Europa più di 12 milioni di metri quadrati, con la Germania che da sola ne conta più di 4 milioni, mentre in Italia, terra del sole, si stenta a far decollare tali impianti.

Le  “biomasse”

Il recupero di energia dalle biomasse è una possibilità solo a patto che la materia prima sia prelevata in loco e nel massimo rispetto degli equilibri ambientali (manutenzioni dei boschi, residui di segherie, ecc.) e che la produzione di energia avvenga in impianti di piccola taglia. Non è infatti convincente l’idea di un ciclo ad ‘impatto zero’ su larga scala, basato sulle biomasse. Quanto alle frazioni organiche dei rifiuti da bruciare nei cosiddetti termovalorizzatori (inceneritori), è decisamente meglio il recupero di materiali ed energia attraverso la raccolta differenziata e la produzione di compost, che restituisce all’ambiente materia organica e riduce il carbonio in atmosfera. In certi casi residui agricoli, deiezioni animali e residui organici dei rifiuti possono produrre, in digestori anaerobici (cioè in assenza di ossigeno) sia compost che biogas.

Per capire quando le biomasse possono essere considerate sostenibili e rinnovabili è bene considerare i flussi di energia in agricoltura.

Le calorie contenute nei vegetali un tempo derivavano quasi esclusivamente dall’energia solare, salvo l’energia umana e animale utilizzata per il lavoro dei campi (comunque garantita dal cibo così prodotto). Ma dopo la rivoluzione industriale, si cercò non solo di aumentare la superficie coltivata, ma anche di aumentarne la resa produttiva, impiegando altre fonti di energia oltre quella solare.

La recente Rivoluzione Verde, iniziata negli anni ’60, ha comportato, oltre ad un forte incremento di produttività, anche un notevole aumento di energia impiegata in agricoltura. Questa energia aggiuntiva non proviene da un aumento della luce solare disponibile, ma è fornita dai combustibili fossili sotto forma di fertilizzanti (petrolio e gas naturale, principale materia prima per la produzione di urea), pesticidi (industrie agrochimiche) ed energia per la lavorazione del terreno, per i trasporti, per l’irrigazione, per trasformazioni, ecc. (petrolio).  Secondo Giampietro e Pimentel la Rivoluzione Verde ha aumentato di circa 50 volte il flusso di energia, rispetto all’agricoltura tradizionale e nel sistema alimentare degli Stati Uniti sono necessarie fino a 10 calorie di energia fossile per produrre una caloria di cibo consegnato al consumatore. Ciò significa che il sistema alimentare statunitense consuma dieci volte più energia di quanta ne produca sotto forma di cibo o, se si vuole, che utilizza più energia fossile di quella che deriva dalla radiazione solare.

Considerando solo la produzione dei fertilizzanti, servono circa due tonnellate di petrolio (in energia) per produrre e spargere una tonnellata di concime azotato: gli Stati Uniti in un anno consumano quasi 11 milioni di tonnellate di fertilizzanti e ciò corrisponde a poco meno di cento milioni di barili di petrolio.

Questi dati dimostrano che la superficie destinata all’agricoltura industrializzata non solo non è in grado di assorbire la CO2, come potrebbe farlo un bosco o un prato di dimensioni equivalenti, ma anzi produce più CO2 di quanta possa assorbire.

Inoltre, dato il basso rendimento energetico delle piante (meno dell’1% dell’energia solare è trasforma-

ta in calorie nella biomassa vegetale) e i consumi di energia fossile per coltivarle, se si volesse coltivare piante come fonte di energia per gran parte dei nostri consumi, dovremmo avere a disposizione più pianeti Terra trasformati in coltivazioni energetiche (ovviamente distruggendo foreste e non producendo cibo!). A questo proposito Mario Giampietro, in un Convegno tenuto a Padova l’anno scorso, ha spiegato che per coprire il 10% dei consumi energetici italiani servirebbe una superficie tre volte superiore alla terra attualmente arabile nel nostro Paese, che non ha eccedenze di cibo prodotto, ma anzi importa cereali dall’estero.

Biocarburanti: per chi?

Da qualche tempo i biocombustibili sono sotto i riflettori in parte per l’elevato prezzo del petrolio e in parte per i presunti benefici ambientali che deriverebbero dalla sostituzione degli attuali carburanti con biodiesel e bioetanolo. I sostenitori dei biocarburanti ritengono che la loro diffusione garantisca una minore dipendenza dai paesi produttori di petrolio ed un ridotto impatto ambientale (in termini di emissioni di CO2 e di gas nocivi).

In uno studio recente, Giampietro, Ulgiati e Pimentel scrivono: “La produzione su larga scala di combustibile di provenienza biologica non costituisce un’alternativa all’uso corrente del petrolio e non è neanche una scelta consigliabile per sostituirne una porzione significativa”. Infatti il biocarburante rappresenta  una perdita di energia netta, dato che richiede fino al 50% di energia in più di quella che si può ottenere dal prodotto stesso, in base ai dati di Pimentel e Patzek.

Inoltre, per valutare i vantaggi ambientali, dovremmo capire quale impatto avrebbe la trasformazione di vaste aree agricole e la conversione di altre zone, come pascoli o foreste, in produzioni di massa vegetale per biocombustibili. La perdita di biodiversità e l’impatto negativo sul ciclo del carbonio, nonché l’eccessivo sfruttamento di terre marginali con rischio di desertificazione, annullerebbe ogni ipotetico beneficio ambientale.

In un mondo dove la fame rimane una questione prioritaria e irrisolta, non si possono destinare le risorse indispensabili per l’alimentazione alla produzione di biocarburanti: non possiamo condannare a morire di fame parte dell’umanità per alimentare i Suv dei paesi più ricchi.

Dovendo far fronte da un lato ad una popolazione mondiale in crescita, che ha bisogno di cibo, e dall’altro a disponibilità sempre minori di fonti fossili, che comunque inquinano e comportano il rischio di cambiamenti climatici, l’agricoltura può contribuire alla domanda di energia se si evolve verso sistemi più sostenibili che:

- migliorino l’efficienza energetica (ad esempio l’agricoltura biologica usa l’energia in modo molto più efficiente e riduce notevolmente le emissioni di CO2);

- utilizzino fertilizzanti di origine organica (l’agricoltura biologica ristabilisce la materia organica del suolo, aumentando la quantità di carbonio sequestrato nel terreno, quindi sottraendo significative quantità di carbonio dall’atmosfera);

- impieghino fonti energetiche rinnovabili e riducano la distanza tra produzione e consumo (filiera corta);

- eventualmente producano, oltre al cibo necessario, anche biomasse ad uso energetico, per uso locale.

Gianni Tamino

   

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