L’energia del futuro

Il comparto dell’energia svolgerà un ruolo fondamentale nei prossimi anni su scala globale. Da una parte, si dovrà perseguire la drastica riduzione delle emissioni di anidride carbonica. Dall’altra, verrà richiesta sempre più energia a livello mondiale.
Per centrare un equilibrio sostenibile tra le due esigenze sarà necessario un grande impegno da parte di molti attori: governi, investitori, aziende e privati. L’energia influenza infatti quotidianamente molti aspetti della nostra vita. Prevedere dei cambiamenti in ambito energetico comporta cambiamenti di molte abitudini: il modo cui alimentiamo le auto, riscaldiamo le case, generiamo energia per le industrie.
Per approfondire il tema si consiglia la lettura dell’articolo dedicato all’inquinamento e al riscaldamento globale.

L’energia totale consumata in Italia

Al 2020, il totale consumo di fonte primaria dell’Italia è stato di circa 143,8 Mtep (milioni tonnellate equivalenti di petrolio). Tali consumi comprendono l’energia prodotta da fonti rinnovabili (energia solare, eolica, idroelettrica, bioenergie, geotermica…), fonti fossili (carbone, petrolio, gas metano..) e le importazioni di energia elettrica. Agricoltura, settore civile, trasporti e industria insieme ammontano a circa il 75% dei consumi totali. Di seguito una panoramica sui consumi interni lordi di energia dal 1963 al 2020 (dati in Mtep).

Come si può evincere dal grafico, dopo una rapida ascesa del consumo interno lordo registrata durante il periodo del boom economico degli anni ’60 e ’70, si è concretizzata una lenta, ma costante crescita fino alla fine del primo decennio 2000. I livelli di consumo sono piuttosto stabili, se non in decrescita, da circa 10 anni. Nel 2020 si è registrato un forte calo (-9,7%) dovuto alle restrizioni per arginare la pandemia da Covid-19.

Nel 2021, come nel 2020, i consumi energetici hanno seguito una traiettoria coerente con quella delle variabili guida della domanda di energia (in primis PIL, produzione industriale e clima). I consumi del 2021 sono rimbalzati di oltre l’8% (+12 Mtep), con un «recupero» di circa l’80% dei consumi di energia «persi» nel 2020 (15 Mtep circa). Oltre la metà di questo recupero è avvenuto nel II trimestre dell’anno. Nonostante gli aumenti senza precedenti dei prezzi dell’energia sui mercati all’ingrosso, il 2021 è stato dunque l’anno del grande rimbalzo dei consumi energetici, sia a livello globale, sia in Europa, sia in Italia.

Mix di fonti energetiche in Italia

Dall’87,5% medio del periodo 2000-2007 la quota di fossili è scesa fino al 73,3% nel 2014, poi nel successivo triennio 2015-2017 si è assistito ad una risalita fino al 76,4% sulla spinta di fattori di natura congiunturale (in primis clima, calo delle importazioni ed idroelettrico ai minimi). Nel 2021 le fonti fossili rappresentano il 73% del fabbisogno di energia primaria dell’anno.

Il peso delle FER (fonti ad energia rinnovabile) nel mix di energia primaria a fine 2021 è invece pari al 21%; il dato è in riduzione di oltre 1 punto percentuale rispetto ai livelli massimi raggiunti nel 2020 (22,8%), a causa dell’aumento dei consumi totali. Il risultato del 2021 conferma comunque per le rinnovabili un trend di crescita moderata, già rilevato nei precedenti tre anni, successivo alla frenata del triennio 2015-2017.

Le emissioni di CO₂ del sistema energetico nazionale sono stimate in aumento di oltre l’8,5% sul 2020, dunque sostanzialmente in linea con l’aumento dei consumi di energia primaria, con un recupero di circa il 70% del calo registrato nel 2020. Dato il ruolo preponderante avuto dal crollo degli spostamenti nel crollo delle emissioni nel 2020 (-12%), è stata la ripresa di questi ultimi – pur ancora parziale – a determinare la parte più importante della ripresa del 2021.

L’energia elettrica in Italia

La domanda di elettricità sulla rete è aumentata nel 2021 di quasi 17 TWh sul 2020 (+5,6%); era diminuita di 18,5 TWh dal 2020 al 2019. A trainare la ripresa è stata in primo luogo la forte ripresa della produzione industriale. Di seguito una seria storica che evidenzia la richiesta e la composizione della produzione lorda totale di energia elettrica dal 1920 al 2020 (dati in GWh).

Al 2020, circa il 60% dell’energia elettrica in Italia è prodotta da centrali termoelettriche. La maggior parte del carbone impiegato in Italia è impiegato nelle centrali termoelettriche a carbone; quest’ultime sono destinate alla chiusura entro il 2025. Il resto delle centrali usa per la maggior parte altri combustibili fossili (in primis gas), ma può anche adoperare alcuni fonti rinnovabili (ad es.: le biomasse).

In Italia, nel 2020, circa il 40% dell’energia elettrica in Italia è stata ottenuta da fonti rinnovabili (per metà da centrali idroelettriche, per metà da impianti fotovoltaici o eolici). Complessivamente l’Italia avrebbe prodotto internamente circa il 90% del fabbisogno energetico; rimane comunque dipendente dall’acquisto delle fonti fossili dai Paesi esteri, in particolare per azionare le centrali termoelettriche.

Nei prossimi anni, in vista anche del quadro bellico internazionale, l’obiettivo del Bel Paese è quello di insistere sulle rinnovabili per arrivare ad una produzione autoctona dell’intero fabbisogno. Tra le FER, rispetto al passato, la produzione idroelettrica rimane piuttosto stabile; aumenta invece costantemente la produzione fotovoltaica e in particolare l’eolica.

Uno sguardo globale: energia e cambiamenti climatici

Nel 2020, mentre le economie venivano colpite Covid-19, le fonti di energia rinnovabile come l’eolico e il solare fotovoltaico hanno continuato a crescere rapidamente e i veicoli elettrici hanno stabilito nuovi record di vendita. Al momento, però, ogni dato che mostra la velocità della transizione energetica verso fonti pulite, può essere contrastato da un altro che mostra la resistenza delle fonti fossili e dunque dello status quo.

Il settore energetico è responsabile di quasi tre quarti delle emissioni di CO₂. Quest’ultime hanno già spinto le temperature medie globali ad aumentare di 1,1 °C rispetto all’era preindustriale, con impatti visibili sul clima. Il settore energetico dovrà dunque essere al centro della soluzione al cambiamento climatico.

Nel 2019, le emissioni di gas a effetto serra hanno raggiunto un picco storico. Nel medio-lungo periodo, la domanda non diminuirà, considerando che circa 850 milioni di persone non hanno ancora accesso all’elettricità. Quest’ultime vivono soprattutto in Africa, un continente che nei prossimi anni offrirà i più importanti spunti di riflessione sul tema dell’energia.

L’energia è inseparabile dai mezzi di sostentamento e dalle aspirazioni di una popolazione globale, che è destinata a crescere di circa 2 miliardi di persone entro il 2050. Le dinamiche demografiche globali e, in parallelo, l’aumento dei redditi spingerà la domanda di servizi energetici.

Gli insufficienti sforzi istituzionali nel ridurre le fonti fossili

Alla conferenza sul clima di Parigi (COP21) del dicembre 2015, ben 195 paesi hanno adottato il primo accordo universale e giuridicamente vincolante sul clima mondiale, tra cui Cina, India e USA. Attraverso tale accordo, tra i tanti obiettivi, i Governi hanno concordato di:

contenere, come obiettivo di lungo termine, l’aumento medio della temperatura mondiale al di sotto di 2°C rispetto ai livelli preindustriali; puntano a limitare l’aumento a 1,5°C. Tale dato ridurrebbe in misura significativa i rischi e gli impatti dei cambiamenti climatici;
fare in modo che le emissioni globali raggiungano il livello massimo al più presto possibile; al contempo, riconoscono che per i Paesi in via di sviluppo occorrerà più tempo;
procedere, nel medio termine, a rapide riduzioni delle fonti fossili, a favore di soluzioni scientifiche più avanzate e sostenibili per l’ambiente.

I vertici COP25 a Madrid del Dicembre 2019 e COP26 a Glasgow del Novembre 2021 non hanno prodotto sfidanti piani di natura vincolante per la riduzione di emissioni. Nonostante alcuni segnali incoraggianti, secondo molti analisti, il mondo è su una strada insostenibile da un punto di vista ambientale. In tal senso è probabile che per ottenere un rapido e sostenuto calo delle emissioni di carbonio si dovrà ricorrere ad una serie di misure politiche straordinarie. Ritardare queste politiche potrebbe portare a notevoli costi economici e sociali.

I possibili scenari ipotizzati dall’IEA al 2100

Per la IEA (International Energy Agency), per capire cosa accadrà nel futuro, occorre valutare l’impatto della pandemia da Covid-19 e delle recenti tensioni mondiali sulle decisioni politiche che verranno prese dai più importanti Paesi nei prossimi 30 anni. La IEA ipotizza vari scenari:

Scenario ad emissioni zero entro il 2050. Più di 50 paesi, compresa l’intera Unione Europea, si sono impegnati a raggiungere obiettivi di emissioni nette pari a zero entro questa data. In questo scenario, il consumo di carbone nel 2030 è del 20% inferiore ai recenti massimi. La rapida crescita delle vendite di veicoli elettrici e i continui miglioramenti nell’efficienza del carburante porterebbero a un picco nella domanda di petrolio intorno al 2025. La domanda globale di energia si dovrebbe stabilizzare dopo il 2030. L’aumento della temperatura media globale al 2100 sarebbe pari a circa 2,1 °C rispetto ai livelli preindustriali.
Scenario realistico. Analizzando settore per settore le misure che i governi hanno effettivamente messo in atto e le iniziative politiche in fase di sviluppo, la diffusione delle fonti di energia rinnovabile sarà più lenta rispetto al primo scenario. In questo scenario, quasi tutta la crescita netta della domanda di energia fino al 2050 è soddisfatta da fonti a basse emissioni, ma le emissioni annuali rimangono ai livelli attuali. Di conseguenza, le temperature medie globali aumenteranno mediamente di circa 2,6 °C rispetto ai livelli preindustriali nel 2100.
Scenario “utopico”. Nei primi due scenari, si ipotizza che i governi continuino a eseguire le attuali politiche energetiche e climatiche, senza operare cambiamenti radicali. Di fatto, non verranno rispettati gli obiettivi climatici previsti dall’accordo di Parigi. Esiste un ipotetico terzo scenario, in cui tutte le iniziative necessarie per conseguire le riduzioni previste dall’accordo di Parigi verranno adottate. Tale scenario sembra molto poco probabile. Ad oggi, una tale coesione tra gli Stati non è stata raggiunta. Non esistere una singola strada condivisa o un modello di sviluppo chiaro da percorrere. I maggiori Paesi europei sono più attenti ai temi energetici. Al contrario, Cina e India rimangono piuttosto focalizzate sul carbone, gli Stati Uniti sul gas.

Di certo, i recenti accadimenti internazionali hanno intensificato le incertezze che le industrie petrolifera e del gas dovranno affrontare nei prossimi decenni. In tutto il settore energetico globale, la pandemia e la guerra in Ucraina hanno accelerato lo studio delle implicazioni della transizione energetica sui Paesi e sulle singole imprese.

Le previsioni di McKinsey per il 2050

McKinsey prevede che il consumo globale di energia si appiattirà nel 2030. Nonostante la rapida crescita dell’economia globale e la crescita della popolazione, il consumo di energia rispetto a quello attuale crescerà solo del 14%.

La riduzione dell’intensità energetica del PIL sarà un fattore chiave e sarà innescato da una maggiore efficienza energetica negli edifici, nei trasporti e nell’industria. L’elettrificazione green (prodotta da FER) giocherà un ruolo importante in molti segmenti, come come il riscaldamento degli ambienti e le autovetture.

Il ruolo dell’elettricità nel mix di consumo finale aumenterà dal 20% di oggi al 40% entro il 2050. Il corrispondente raddoppio del consumo di elettricità combinato con l’adozione dell’idrogeno dovrebbe compensare il consumo di combustibili fossili, che potrebbe essere del 40% più basso nel 2050 rispetto al 2020.

Nel grafico sottostante le previsioni di Mickinsey fino al 2050 in termini di mix di fonte energetiche. Nell’asse dell’ordinate il consumo di energia in milioni di TJ (terajoule). A sinistra, accanto alla fonte di energia, è indicato il CAGR (tasso di crescita annuale) per il periodo 2019-2050.

Le stategie di BloombergNEF per raggiungere zero emissioni nel 2050

BloombergNEF ha ipotizzato tre scenari energetici che potrebbero soddisfare parte degli obiettivi prefissati dall’accordo di Parigi e far raggiungere emissioni nette zero nel 2050.

Green Scenario: è lo scenario che prevede un percorso in cui il cosiddetto “idrogeno verde” integrato ad un maggiore uso dell’elettricità, un sapiente uso del riciclaggio e delle bioenergie, dovrebbe condurre ad una vera e propria transizione green.
Gray Scenario: scenario che presuppone un maggiore uso dell’elettricità e dell’energia rinnovabile integrato dalla tecnologia di cattura e stoccaggio del carbonio, che permetterà dunque di continuare a usare alcuni combustibili fossili.
Red Scenario: scenario che ipotizza l’uso di una più moderna tecnologia nucleare ad integrazione della tecnologia eolica, solare e delle batterie, con impianti nucleari dedicati alla produzione del cosiddetto “idrogeno rosso o viola”.

In basso le previsioni di BloombergNEF in termini di mix di fonti energetiche nel 2050 per i tre scenari ipotizzati.

Non solo fonti rinnovabili: CCS, idrogeno e nucleare

A prescindere dagli scenari che vivrà il nostro pianeta, è indubbio che l’elettrificazione dell’industria, dei trasporti e degli edifici e le fonti rinnovabili preposte a generarla avranno un ruolo importante; ciononostante, le rinnovabili non potranno essere l’unico strumento di produzione energetica in termini pragmatici. Le fonti rinnovabili aumenteranno la potenza installata e la loro efficienza, ma il nuovo fabbisogno di elettricità, almeno in parte, dovrà per forza essere sopperito da da gas e carbone. Sarà dunque necessario trovare altre soluzioni tecnologiche.

Una prima risposta potrà essere garantita dalle soluzioni Carbon Capture and Storage (CCS) citate da BloombergNEF nello scenario Grigio. Quest’ultime sono capaci di ridurre/assorbire le emissioni generate dalle centrali a carbone e gas, che hanno ancora davanti una durata di esercizio di vari decenni. Sono ancora in uno stato embrionale e occorrono maggiori investimenti al fine di renderle scalabili.
Altra incognita è quella offerta dall’idrogeno: leggero, immagazzinabile, reattivo, ha un alto contenuto di energia per unità di massa. Può essere prodotto da una serie di differenti sorgenti di energia “low-carbon” o FER. L’idrogeno verde è quello generato attraverso energie rinnovabili. Ad oggi, quest’ultime non sono sufficienti a coprire la domanda di energia richiesta per la produzione di idrogeno. Occorre dunque costruire reti integrate e intelligenti e aumentare drammaticamente la produzione di rinnovabile. L’idrogeno rosso o viola è quello generato dal nucleare.
L’energia nucleare è un tema molto dibattuto, in cui rischi e benefici tendono a essere sottolineati a seconda dell’inclinazione di detrattori o sostenitori. Di certo, le centrali nucleari si contraddistinguono per uno dei più bassi valori in termini di emissioni di CO2 nell’atmosfera, anche se si considera il “costo ecologico” della costruzione dell’impianto, della generazione di energia e dello smantellamento della struttura. Il nucleare ha peraltro la capacità di fornire energia in modo costante e controllabile, al contrario delle fonti rinnovabili. Rimane il problema dello smaltimento delle scorie: anche se la tecnologia disponibile oggi permette lo stoccaggio degli scarti senza porre rischi per l’ambiente, tale attività non è sempre privo di pericoli. Occorre sicuramente investire denaro per migliorare tale tecnologia e al contempo esplorare la possibilità di costruire nel futuro centrali a fusione nucleare, anziché a fissione nucleare. I reattori a fusione nucleare garantirebbero maggiore sicurezza e più efficienza, ma al momento si è lontani dall’ottenere un ambiente dove la fusione avvenga in maniera controllata e con un bilancio energetico positivo.

Il futuro del petrolio

Secondo l’Organizzazione dei Paesi esportatori di petrolio (OPEC) il picco dell’uso del petrolio verrà raggiunto nel 2040. A quella data, il contributo del petrolio al mix energetico diminuirà dall’attuale 31% al 28%. Secondo l’OPEC, gli USA continueranno ad aumentare la loro produzione e copriranno l’85% dell’incremento della domanda di petrolio entro il 2040; anche altri produttori non-OPEC, come Norvegia, Canada, Brasile e Guyana incrementeranno la loro produzione di idrocarburi. I dodici Paesi OPEC, secondo l’organizzazione, continueranno a fornire quasi la metà del fabbisogno petrolifero globale.

Entro il 2045, l’OPEC arriva a stimare 2,6 miliardi di veicoli elettrici in strada. Sembra dunque che i Paesi produttori di petrolio si stiano rendendo conto che la lotta al cambiamento climatico non può più essere ignorata e produrrà effetti strutturali sulla domanda di petrolio. Ciò avrà delle conseguenze non indifferenti in quei Paesi, come l’Arabia Saudita, dove le esportazioni di petrolio rappresentano il 70% del totaledell’export.

Il futuro dell’energia

Le predizioni di BP (British Petroleum) si allineano a quelli degli altri istituti citati (IEA, BloombergNEF, McKinsey e OPEC) con scarti di previsione che raramente differiscono di un valore maggiore di 5 anni.

Il colosso BP conferma che la struttura della domanda di energia sta cambiando, con l’importanza dei combustibili fossili che diminuisce gradualmente, sostituiti da una quota crescente di energia rinnovabile e da una crescente elettrificazione.

L’uso del gas naturale sarà sostenuto, almeno per un periodo, dall’aumento della domanda nelle economie emergenti in rapida crescita, che continuano a industrializzarsi e a ridurre la loro dipendenza dal carbone. L’energia eolica e solare si espanderanno rapidamente, rappresentando la totalità o la maggior parte dell’aumento della produzione globale di energia. I costi per tale tecnologie continueranno a diminuire e aumenterà la loro capacità di integrarsi con altre fonti. La crescita dell’energia eolica e solare richiederà dunque un aumento sostanziale del ritmo degli investimenti, sia in nuove capacità, sia in tecnologie e infrastrutture abilitanti.

Il movimento verso un sistema energetico a basse emissioni di carbonio porterà a una ristrutturazione fondamentale dei mercati energetici globali. I Paesi adopereranno un mix energetico più diversificato e aumenteranno i livelli di concorrenza.

Non si può guardare con una certo sorriso all’aumento del peso delle fonti rinnovabili sul totale. Al contempo, è chiaro che, per centrare obiettivi di sostenibilità ambientale più tangibili e immediati, sarebbe auspicabile una transazione energetica più rapida. Si consiglia la lettura dell’articolo che tratta il tema del riscaldamento globale per approfondite alcune delle difficoltà legate a questa sfida senza precedenti.

TAKE AWAY

► In Italia e nel mondo, dopo il brusco calo del 2020, i consumi di energia nel 2021 sono ritornati a crescere, facendo lievitare i costi delle fonti di approvvigionamento. In Italia le fonti fossili coprono il 73% dell’intero fabbisogno. Il rinnovabile circa il 21%.
► Nel 2019 la domanda globale di energia e le emissioni di gas a effetto serra hanno raggiunto il picco storico. La domanda di energia globale nel prossimo futuro non diminuirà, per via dei Paesi in via di sviluppo (in primis gli africani). Cina, India e in parte gli USA continuano a puntare in gran parte su combustibili fossili. In Europa l’aumento del fabbisogno sarà invece quasi interamente coperto da solare e eolico.
► A livello mondiale, le fonti rinnovabili arriveranno a produrre il 50% dell’elettricità mondiale tra il 2035 (McKinsey) e il 2040 (BloombergNEF). Il picco dell’uso del petrolio arriverà tra il 2030 (McKinsey) e il 2040 (OPEC).
► L’elettrificazione prodotta da fonti rinnovabili non potrà essere l’unico strumento di transizione energetica in termini pragmatici. In tal senso, è auspicabile che governi, aziende e privati, a livello globale, indirizzino il loro operato nel centrare almeno parte degli obiettivi contenuti negli accordi di Parigi anche tramite soluzioni tecnologiche alternative.

Fonti:

– ENEA – Analisi trimestrale del sistema energetico italiano anno 2021 – Marzo 2022
– Terna – Pubblicazioni Statistiche – Novembre 2021
– McKinsey – Global Energy Perspective 2022 – Aprile 2022
– IEA – World Energy Outlook 2021 – 2022
– BloombergNEF – New Energy Outlook 2021 – Giugno 2021
– OPEC – World Oil Outlook 2045 – Ottobre 2021
– British Petroleum – BP Energy Outlook 2022 Edition – Settembre 2021
– Commissione Europea – Cop21: Accordo di Parigi
– Nazione Unite – Cop25: la Conferenza ONU sul cambiamento climatico