Energia cosa possiamo fare cosa NON possiamo fare

Energia cosa possiamo fare; cosa NON possiamo fare; cosa dovremmo fare Angelo Tartaglia Dipartimento di Fisica Politecnico di Torino 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 1

Energia • La capacità o possibilità di estrarre un lavoro da un dato sistema fisico • L’energia in un sistema isolato rimane assolutamente costante nel tempo 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 2

L’energia si trasforma • L’energia non si crea né si consuma • L’energia si trasforma Da una trasformazione energetica si può ottenere lavoro, ma necessariamente una parte dell’energia in gioco viene convertita in disordine. Secondo principio della termodinamica 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 3

Fabbisogno energetico annuo mondiale Energia “di mercato” al 2010 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 4

Flusso energetico annuo in entrata nell’ambiente umano dal sole ~1/3 viene riflesso 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 5

Dall’interno della terra 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 6

Energia gravitazionale del sistema luna-terra-sole 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 7

“Serbatoi” di energia • Combustibili fossili – Tempo di ricostituzione ~107 anni • Biomasse – Tempo di ricostituzione ~1÷ 10 anni • Fissione nucleare – Tempo di ricostituzione ~ infinito 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 8

Consumo di petrolio USA Italia 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 9

Fabbisogno energetico crescente + 1, 95% all’anno in 25 anni 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 10

La curva di Hubbard 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 11

La crescita esponenziale + 1, 95% l’anno: in ~ 500 anni si raggiunge Ws 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 12

La crescita economica fa crescere anche le differenze 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 13

Gli obiettivi 2008 -2020 -20% consumi di energia • -20% emissione di CO 2 • 20% sostituzione di fonti ad alto impatto con fonti a basso impatto • 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 14

Riduzione del consumo - 20% in 12 anni Ip: crescita del PIL - 1, 9% all’anno Esempio: +1% all’anno Riduzione dei consumi per unità di PIL necessaria - 2, 9% all’anno 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 15

Ipotesi andamento PIL Obiettivo per il risparmio 12 - 1 - 2009 Effetto combinato Pianeta Terra: come salvarlo? 16

Limiti dell’efficienza Efficienza energetica: Andamento nel tempo 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 17

Andamento complessivo del consumo di energia 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 18

Tasso di riduzione del consumo per unità di PIL - 15 % all’anno (con un margine del 34%) Il consumo all’inizio diminuisce ma poi inesorabilmente ricomincia a crescere 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 19

Vincolo generale Se il prodotto interno lordo è fatto di cose e di attività materiali e deve crescere, allora anche il fabbisogno energetico deve necessariamente aumentare …ma il fabbisogno energetico non può continuare ad aumentare 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 20

La triade dei consumi • Industriali 33% 12 - 1 - 2009 • Civili 33% • Trasporto 33% Pianeta Terra: come salvarlo? 21

Industria Attività manifatturiere: efficienza tramite mercato Edilizia: efficienza difficilmente incrementabile 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 22

Usi civili È possibile ridurre da 3 a 5 volte i consumi domestici progettando e costruendo meglio le case 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 23

Finanziare gli investimenti retribuendo e commercializzando il risparmio (formula nota) Energy Service Companies ESCO 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 24

Intervento pubblico a sostegno Vincolare nuove edificazioni e interventi su edifici esistenti al rispetto di requisiti di efficienza; • Intervenire sugli edifici pubblici; • Contribuire (moderatamente) a fondo perduto all’investimento dei privati e fornire garanzie per mutui a tassi agevolati. • 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 25

Piani territoriali e PRG • I piani regolatori prevedono normalmente espansioni dell’edificato residenziale con un tasso di crescita anche di 20 volte superiore a quello della popolazione • In provincia di Torino l’espansione residenziale da PRG era (nel 1997) del 10, 26% a fronte di un calo della popolazione dello 0, 75% 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 26

Crescita in atto superiore all’ 1% all’anno 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 27

Consideriamo un margine dell’ 80% nell’efficienza in presenza di un tasso di crescita annuo del 1% nelle volumetrie L’obiettivo viene raggiunto con un tasso di miglioramento dei rendimenti del 4% all’anno La domanda di energia ricomincia a crescere dopo 60 anni 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 28

Margine del 50% e tasso di crescita del 2% annuo Obiettivo raggiunto se l’efficienza cresce dell’ 11% all’anno Non basta intervenire solo sulle nuove edificazioni Subito dopo (2022) il fabbisogno ricomincia a crescere 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 29

Andamento temporale 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 30

Intervento solo sulle nuove case Se le nuove case sono ogni anno il 2% di quelle che già ci sono e ognuna consuma solo il 20% di una casa esistente …il consumo complessivo cresce dello 0, 4% all’anno 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 31

Sostituzione delle case esistenti Se ogni anno il 2% del patrimonio edilizio viene sostituito con case che consumano solo il 20% delle precedenti allora… …il consumo complessivo diminuisce dell’ 1, 6% all’anno 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 32

Con l’edilizia in crescita l’obiettivo del – 20% in 12 anni non può essere mantenuto 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 33

Trasporti 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 34

Efficienza dei motori delle auto Italia = verde, UE = blu Dati in litri/100 km 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 35

Margini offerti dal recupero di efficienza: poco significativi 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 36

L’uso dell’auto in Piemonte 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 37

Per centrare l’obiettivo occorre ridurre dell’ 1, 9 % all’anno i km percorsi/persona La crescita dell’edificato sparso implica una crescita dei km da percorrere a un tasso superiore a quello dell’abitato 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 38

Per ridurre i km/persona occorre: Piani territoriali (contenimento della dispersione) 12 - 1 - 2009 Trasporto di massa Pianeta Terra: come salvarlo? 39

Motori alternativi al motore a scoppio Con prospettive industriali e commerciali entro i prossimi 15 anni hanno tutti rendimenti globali inferiori a quello di un motore a scoppio L’uso dell’idrogeno come carburante implica un aumento dei consumi energetici 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 40

Sostituzione energetica • • 12 - 1 - 2009 Solare Idrico Eolico Biomasse Pianeta Terra: come salvarlo? 41

Solare fotovoltaico e/o a concentrazione Rendimento globale pratico ~ 10% 100 W/m 2 1000 ore (convenzionali) all’anno Costo: alcune volte superiore a quello delle fonti convenzionali 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 42

Integrazione nelle coperture degli edifici Consumo annuo di una casa: ~ 100 k. Wh/m 2 di calpestio 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 43

Recupero energetico: energia tramite copertura fotovoltaica/energia consumata; stessa cubatura ~ ~ l a 12 - 1 - 2009 l a Pianeta Terra: come salvarlo? 44

Pannelli fotovoltaici per rivestimenti Rendimento < 3% 25 -26 W/m 2 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 45

Eolico Convenzionale: scarse possibilità per il Piemonte 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 46

Alta quota: Kitegen Da sviluppare e testare a scala industriale 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 47

Idroelettrico • Disponibilità di acque libere in calo • Conflitto con altri usi dell’acqua in aree montane • Potenzialità di sviluppo marginali 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 48

Biomasse • Conflitto con altre colture • Monocultura estensiva • Pesticidi specifici ~ 100 MWht/anno ettaro 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 49

Per raggiungere gli obiettivi europei: • • • Evitare l’espansione dell’edificato Ridurre il volume degli spostamenti Riqualificare il patrimonio edilizio esistente Integrare negli edifici elementi fotovoltaici Agevolare il trasferimento tecnologico in ambito di aumento di efficienza e sostituzione di fonti 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 50

Ce la faremo? Dovremmo cambiare vita… Il pianeta terra comunque se la caverà benissimo: il problema è nostro 12 - 1 - 2009 Pianeta Terra: come salvarlo? 51