Alex Sorokin, Interenergy

Per conto ASA di Livorno la nostra società sta verificando le opportunità offerte dalla tecnologia dell’idrogeno per sostanzialmente 2 tipologie di interventi:

1. la fornitura di energia e servizi a piccole comunità remote, al fine di raggiungere l’autosufficienza, utilizzando l’energia eolica ed impianti di elettrolisi per la produzione di idrogeno come sistema di accumulo energetico, come appena presentato dal mio predecessore.
2. la produzione e vendita, attraverso della rete del metano, di idrogeno prodotto sfruttando l’energia eolico.

La mia presentazione potrebbe sembrare in conflitto con quello che avete appena sentito dal mio predecessore. Vedrete invece alla fine del mio intervento che le nostre presentazioni non sono affatto in conflitto.
Prima di tutto occorre chiarire un concetto fondamentale: l’idrogeno non è una fonte energetica, bensì un vettore che consente di accumulare e trasportare energia. E’ un prodotto energetico destinato al consumo finale. Pertanto l’idrogeno non sostituisce né le fonti fossili, né quelle rinnovabili, e non risolve i problemi legati all’approvvigionamento energetico nel mondo e neppure dell’effetto serra.
L’idrogeno è pulito nell’uso finale ma nello stesso modo come l’elettricità, il suo principale vettore concorrente. E come l’elettricità sposta soltanto il problema. L’idrogeno deve essere prodotto da impianti di produzione, e da materie prime energetiche che generalmente pulite non sono.
L’idrogeno è oggi prodotto tramite steam reforming dal metano, oppure attraverso l’elettrolisi dell’acqua. Sono questi i due principali processi produttivi oggi in uso. Però bisogna avere chiaro in mente che la quantità di energia consumata per produrre l’idrogeno è sempre maggiore, è di molto, rispetto a quella che si ricava al momento dell’utilizzo dello stesso idrogeno.

Il grafico colloca l’idrogeno nel contesto del mercato energetico in generale. Si divide in 3 colonne verticali: a sinistra le fonti energetiche, al centro i vettori fra cui l’idrogeno ed a destra gli usi finali dell’energia. Le fonti fossili sono il carbone, petrolio, gas metano. Segue il nucleare e le fonti rinnovabili che comprendono l’energia solare, l’eolico, l’idroelettrico, la biomassa e la geotermia.
Tutte queste fonti sono sottoposte a trasformazioni di vario tipo, nelle centrali termoelettriche, nelle raffinerie etc. I prodotti della prima trasformazione sono i vettori energetici che noi conosciamo ed acquistiamo come consumatori finali. Comprendono i prodotti petroliferi come la benzina, il gasolio, oppure lo stesso gas metano che, unico caso, è sia fonte che vettore, ed infine l’elettricità.

In mezzo vi è anche l’idrogeno, che occupa una posizione particolare: da una parte l’idrogeno compete con i suoi 2 principali concorrenti: il gas metano, e l’elettricità. Dall’altra l’idrogeno è prodotto a partire proprio da queste due materie prime suoi principali concorrenti, ovvero dall’elettricità necessaria per far funzionare l’elettrolisi dell’acqua oppure, nel caso dello steam reforming, dal gas metano.
Per questo motivo l’approvvigionamento energetico attraverso l’idrogeno comporta ulteriori trasformazioni aggiuntive rispetto alle altre due vie dirette (gas metano oppure elettricità), che penalizza non poco il ciclo dell’idrogeno.

A questo punto la domanda è: a cosa serve l’idrogeno? – E’ un vettore che consente di accumulare e trasportare energia e soprattutto, come già detto, consente di spostare l’inquinamento dai luoghi di consumo verso gli impianti di produzione dell’idrogeno. Inoltre, l’idrogeno permette di valorizzare meglio l’energia eolica e solare immagazzinando le eccedenze che altrimenti andrebbero perse.

Quali sono invece i problemi dell’idrogeno: prima di tutto la sua bassa densità energetica. L’idrogeno occupa molto spazio. Pertanto, per immagazzinare l’idrogeno si può scegliere fra tre strade diverse:

1. La compressione ad alta pressione a 200-700 atmosfere: si tratta di pressioni molto elevate. In questo caso, per portare l’idrogeno ad una pressione di 250 atmosfere occorre consumare circa il 10 % del suo contenuto energetico.
2. La seconda scelta è quella della liquefazione: avviene in impianti criogenici a meno 250°C gradi centigradi. In questo caso, per portare l’idrogeno a quelle temperature così basse (vicino allo zero assoluto) occorre consumare il 30 % del suo contenuto energetico,
3. La terza opzione sono i serbatoi ad idruri metallici, in grado di assorbire e restituire l’idrogeno come una “spugna”. Sono in corso varie ricerche per sviluppare nuovi materiali con caratteristiche simili e possibilmente migliori, ma al momento soltanto gli idruri metallici sono usati su scala commerciale ed industriale, come per esempio sui sottomarini. Per le altre tecnologie dobbiamo ancora attendere i risultati delle ricerche in corso.

La seconda tipologia di problemi dell’idrogeno deriva dal suo rendimento energetico, che purtroppo, per il ciclo complessivo dell’idrogeno, è piuttosto basso: Se partiamo da energia elettrica con l’intento di ritornare all’energia elettrica, come facciamo con una comunissima batteria da automobile, oppure per un qualsiasi elettrodomestico portatile, dobbiamo tenere presente che, nel fornire lo stesso servizio, l’idrogeno è sottoposto a tre passaggi di trasformazioni:

o Produzione tramite un elettrolizzatore, con un rendimento tipico di circa 50-60 %.
o L’accumulo criogenico di idrogeno ha invece un rendimento del 70 %, dovuto alla perdita del 30 % di energia durante il raffreddamento a meno 250°C.
o Infine la ri-trasformazione in energia elettrica attraverso una cella combustibile, la migliore tecnologia che abbiamo in questo momento, presenta rendimento del 50 %.

Fatte le dovute moltiplicazioni di questi tre rendimenti in serie si arriva ad un rendimento complessivo del ciclo di circa il 20-25 %. Purtroppo lungo la strada del ciclo ad idrogeno si perde il 70?80 % dell’energia impiegata inizialmente.

Prima abbiamo sentito delle applicazioni non energetiche dell’idrogeno ma il mio intervento si focalizza su quelle energetiche. Pertanto tenendo conto dei limiti già illustrati, oggi le migliori applicazioni energetiche dell’idrogeno sono sostanzialmente due:

1. Nei trasporti, nei veicoli su gomma, che ovviamente diventano puliti,
2. Ovunque esistono eccedenze di energia da fonti rinnovabili. L’esempio classico è quello dell’Islanda, che dispone di grandi disponibilità di energia geotermica. Pertanto l’Islanda si può permettere di disperdere energia usando un vettore non particolarmente efficiente.

A questo punto introduciamo un nuovo tema: Le Isole minori italiane – Vi presento i risultati di uno studio fatto nel ‘96 per conto dell’ENEL, e che ha raccolto le statistiche di tutti gli impianti energetici presenti sulle isole minori nel Mediterraneo compreso quelle italiane. Il grafico che vedete presenta, sull’asse verticale, la capacità dei generatori diesel installati su ogni isola, rapportata al numero di abitanti, ovvero pro capite espressa cioè in kW/abitante. L’asse orizzontale riporta invece il numero di abitanti di ogni isola, e dà la misura di quanto è grande l’isola. In fondo sulla destra vedete per confronto la media nazionale italiana. Mediamente in Italia (sul continente) il parco nazionale di centrali elettriche ha una potenza elettrica installata di circa 1,2 kW/abitante.
Vi ricorderete che, durante i black-out di quest’anno, si parlava di 70-75.000 MW di potenza elettrica installata in Italia. – Se dividiamo questo dato per la popolazione italiana di circa 60 milioni di abitanti, arriviamo allo stesso valore pro capite riportato in questo grafico. Pertanto nel confronto con la media nazionale, le potenze installate sulle isole risultano piuttosto alte. In alcuni casi, come sull’isola di Vulcano, si arriva addirittura ad una potenza di generazione elettrica 10 volte superiore alla media nazionale. E questo nonostante il fatto che non esistono industrie sulle isole. - Anzi, il grafico evidenzia una precisa correlazione fra potenza installata pro capite e dimensione dell’isola: più è piccola l’isola, più è sovradimensionato il sistema energetico.
Lo stesso fenomeno si ripresenta prendendo in esame il consumo di energia elettrica, espresso in kWh/giorno consumate mediamente da ogni abitante. Anche qui, per confronto sono riportate due linee orizzontali, che esprimono la media nazionale (sul continente). I soli usi residenziali dell’energia elettrica in Italia (continentale) ammontano mediamente a circa 2,5 kWh/abitante al giorno mentre, se prendiamo tutti i consumi elettrici nazionali, compresa industria, terziario, civile ecc. arriviamo ad un valore medio leggermente superiore a 10 kWh/abitante al giorno. Ed anche qui emerge chiaramente che molte delle isole minori italiano presentano consumi elettrici piuttosto elevati rispetto alla media nazionale.

Il seguente grafico aiuta a trovare una spiegazione per gli elevati consumi elettrici sulle isole. Presenta il bilancio energetico per Salina, un’isola siciliana nell’arcipelago delle Eolie. In particolare si tratta del bilancio energetico di Leni, uno dei Comuni sull’isola di Salina. A sinistra vedete che per Leni le importazioni di fonte primaria sull’isola ammontano a 420 tep (tonnellate equivalenti di petrolio) ogni anno. Di questi la parte prevalente pari a 374 tep è rappresentata dal gasolio consumato dalla centrale elettrica diesel, mentre il GPL (gas petrolio liquefatto) consumato a Leni per gli usi termici come riscaldamento, cucina, acqua calda ecc. ammonta a soli 46 tep l’anno. Il grafico evidenzia che, a partire da tutto il gasolio importato sull’isola per alimentare la centrale diesel, solo il 38 % viene trasformato in energia elettrica utile. Di questa energia elettrica utile, la maggior parte viene consumata nel settore residenziale, mentre quantità modeste sono consumate da qualche piccola industria locale, alberghi, bar, ristoranti, commercio ecc.

Tutto il resto dell’energia consumata dalla centrale, ovvero 238 tep pari al 57 % di tutte l’energia importata sull’isola va perso nell’ambiente, ovvero finisce per riscaldare il mare attraverso il circuito di raffreddamento dei motori diesel della centrale elettrica.
Il seguente grafico presenta il bilancio energetico nazionale italiano. Se fate il confronto fra i due bilanci, vedete che, nel caso nazionale, il nodo elettrico è di dimensioni molto più modesto, meno impattante rispetto allo stesso nodo elettrico sull’isola di Salina. Abbiamo scoperto che più o meno tutte le isole minori italiane, ed anche quelle greche, quelle jugoslave etc. presentano bilanci energetici simili. Praticamente tutte le piccole isole nel Mediterraneo, se sono elettrificate, presentano un uso sproporzionato dell’energia elettrica, che viene impiegata per qualsiasi uso, anche molto irrazionale come quello del riscaldamento ambientale, per produrre acqua calda e per qualsiasi altra cosa.

Il motivo per questo uso decisamente irrazionale dell’energia elettrica risiede nel fatto che la tariffa elettrica applicata sulle isole è la stessa che paghiamo anche noi qui sul continente. La tariffa pagata dai consumatori sulle isole non riflette il costo reale dell’energia elettrica sull’isola, bensì è sovvenzionata dalla Cassa Conguagli.

Quali sono i costi reali dell’energia elettrica sulle isole minori italiane? – Il seguente grafico riporta in verticale sulla sinistra il costo della kWh espressa in ECU/kWh (a suo tempo si ragionava in ECU, ma sbagliamo poco nel considerare il dato uguale all’attuale Euro). I costi complessivi si compongono di due componenti, ovvero dagli introiti provenienti dalle bollette elettriche pagate dai consumatori isolani (riportati in basso come una specie di “zoccolo duro”) e dal contributo della “Cassa Conguagli” che, nel coprire la differenza fra gli introiti dalle bollette ed il costo reale della kWh, costituisce la parte maggiore.
Il grafico evidenzia che i costi complessivi dell’energia elettrica sulle isole minori italiane variano fra circa 0,30 Euro/kWh sulle isole maggiori (Lipari, Pantelleria etc) e quasi 0,70 Euro/kWh sulle isole più piccole come per esempio Levanzo (Sicilia - isole Egadi).
Per quanto riguarda le isole toscane, il Giglio presenta un costo dell’energia elettrica di circa 0,37 Euro/kWh, e presumo che Capraia si troverà intorno a 0,50?0,55 Euro/kWh.

Abbiamo ipotizzato una soluzione sostenibile per il sistema energetico di una delle isole della Toscana, precisamente per Capraia. – Il trasparente illustra i dati di partenza per la nostra ipotesi di dimensionamento (da verificare). La popolazione residente a Capraia ci risulta pari a 260 abitanti ed il numero delle famiglie è 110.
I consumi elettrici sono circa 1900 MWh/anno, mentre i consumi idrici ammontano a circa 40.000 metri cubi all’anno, ovvero 400 litri/giorno per ogni abitante residente. Non conosciamo i consumi termici (per riscaldamento, acqua calda, cucina) della popolazione, ma stimiamo circa 100 tep/anno. Ipotizziamo per il minibus, che collega l’abitato con il porto, circa 20 viaggi al giorno, per mezzo km di distanza, pari ad un totale di 3500 km/anno di percorrenza.
Sulla base di questi dati abbiamo ipotizzato una soluzione per Capraia riportata sul seguente trasparente intitolato “proposta per l’autosufficienza idrica ed energetica per l’isola di Capraia”. Conclusione: Per realizzare l’autosufficienza basterebbero 3 aerogeneratori commerciali da 900 kW ciascuno, per un totale di 2700 kW di potenza.

Però non basta installare degli aerogeneratori. Occorre abbinarli ad altri interventi per assicurare la stabilità ed il corretto funzionamento della rete elettrica. Prevediamo di installare, in aggiunta alle turbine eoliche, un parco batterie elettriche per l’accumulo di breve durata (per qualche ora), un dissalatore acqua di mare ad osmosi inversa per la produzione di acqua potabile, ed una serie di elettrolizzatori per la produzione di idrogeno.

L’idrogeno, oltre a servire come accumulo energetico, potrebbe essere distribuito, attraverso una rete di tubazioni, alle utenze locali. per il riscaldamento delle case, per gli usi in cucina, per l’acqua calda etc. utilizzando normali caldaie a gas cambiando gli ugelli con quelli adatti per l’idrogeno. Infine l’idrogeno potrebbe essere usato come carburante da un minibus ad idrogeno per il trasporto persone fra l’abitato ed il porto.
Tutto questo potrebbe funzionare in modo da rendere l’isola autosufficiente dal punto di vista energetico ed idrico. La produzione dei generatori eolici ammonterebbe a circa 5.000 MWh/anno. Considerando i consumi elettrici dell’isola pari a meno di 2.000 MWh/anno, il sistema eolico cosi sovradimensionato produrrebbe un 60 % di energia eolica in eccesso. Con queste eccedenze di energia eolica Capraia potrebbe diventare autosufficiente per quanto riguarda l’energia elettrica, calore ed acqua.
In relazione al fabbisogno elettrico, il sistema coprirebbe quasi il 100 % della domanda. Non dico 100 % in quanto le punte della domanda elettrica, in estate, non potranno essere coperte completamente dal sistema proposto. Una piccola parte dell’energia dovrà comunque essere fornita, in estate, dalla centrale diesel.
Il fabbisogno di acqua potabile potrebbe essere coperto al 100 % dal dissalatore ad osmosi inversa gestito in modo da consumare preferibilmente le eccedenze di energia eolica.
Il fabbisogno di idrogeno del mini bus, ed il fabbisogno di calore dei residenti potrebbe essere coperto al 60 % circa. Ma si potrebbe migliorare questo risultato prevedendo per esempio dei recuperi termici. Ricorderete che gli elettrolizzatori hanno 50-60 % di rendimento. Né consegue che producono 40 % di perdite sotto forma di calore refluo asportato dal sistema di raffreddamento. Se si riuscissi a recuperare questo calore ed inviarlo verso qualche forma di utilizzo (per esempio riscaldamento delle case) sarebbe tutto guadagnato.

La foto che vedete l’abbiamo scattata questa estate a Macinaggio, un paese in Corsica vicino a Cap Corse, non lontano dalla stessa Capraia. In cima alla montagna si vedono 11 aerogeneratori. Nella seconda foto, sopra la montagna ci sono 9 aerogeneratori, e che danno un’idea dell’impatto visivo delle turbine eoliche installate sulla montagna in luoghi di villeggiatura al mare.
Il seguente grafico presenta una sintesi di quello che sta succedendo nel mondo dell’eolico. Attualmente la Germania copre il 5 % del proprio fabbisogno elettrico dal vento, e nel contempo il settore eolico occupa 40.000 addetti in Germania, cioè metà della FIAT in Italia. In Spagna l’eolico copre il 4 % del fabbisogno elettrico e il settore occupa 13.000 occupati. Abbiamo già sentito che in Danimarca il 20 % del fabbisogno elettrico è coperto dal vento. A livello mondiale l’elettricità generata dal vento rappresenta un giro d’affari pari a 6 miliardi di Dollari USA.

Allora qual è il problema, per quale motivo in Italia si installano così pochi impianti eolici? – Spesso si dice che i costi sono ancora elevati. - Secondo me non è vero, e soprattutto non è vero ovunque. I costi delle soluzioni qui proposte per le isole sono probabilmente meno costose dell’approvvigionamento idrico, elettrico e termico attualmente in uso. Con l’applicazione di queste nuove tecnologie, per l’economia nazionale si otterrebbe un risparmio economico. –
E’ vero - Ci sono i vincoli paesaggistici, e c’è il sistema della cassa conguagli. – Noi tutti consumatori contribuiamo a pagare i costi elevati dell’energia da diesel sulle isole. Il meccanismo di sussidio della Cassa Conguagli funziona in modo da ripianare la differenza fra costi di produzione elevati e l’ammontare delle bollette pagate dai consumatori isolani. Però, impostato in questo modo il meccanismo blocca l’innovazione tecnologica e l’introduzione di nuove tecnologie. L’operatore locale non ha interesse nell’applicare le nuove tecnologie perché lui comunque copre i suoi costi con il contributo della Cassa Conguagli.

L’altro ostacolo che abbiamo di fronte è di tipo generale: sottovalutazione dell’importanza strategica delle tecnologie ad emissioni zero. - Il potenziale di replica sulle altre isole del Mediterraneo, nell’area del Maghreb, e nei paesi in via di sviluppo è già stato già menzionato da altri relatori. Se colto questo potenziale stimolerebbe l’innovazione tecnologica, l’occupazione, e l’export per le industrie italiane. Purtroppo il mondo politico italiano tende a farsi consigliare soprattutto dagli operatori dell’energia convenzionale, ENI, ENEL ecc. e senza interpellare quelli del settore delle fonti rinnovabili e dell’uso razionale dell’energia. Traspare una diffusa incapacità di vedere oltre l’orizzonte del presente immediato, di progettare il futuro dell’economia nazionale e di sviluppare una strategia industriale a lungo termine, capace di cogliere le opportunità occupazionali, e di sviluppo sostenibile offerte dalle nuove tecnologie del sole, dell’acqua e del vento. - Vi ringrazio per l’attenzione.