Decarbonizzazione: sì, ma a che prezzo?

La sicurezza di approvvigionamento con vettori energetici sostenibili è senz’altro possibile. Ma ha un prezzo. Quale? In Germania alcune aziende leader hanno commissionato uno studio specifico per delineare un futuro sistema energetico e scoprire i costi delle varianti di decarbonizzazione. Anche in Svizzera sono stati elaborati scenari a riguardo.

Impianto di biogas in Germania in grado di fornire energia a livello regionale e a basso costo. Fonte: iStock

La necessità di ridurre le emissioni di CO₂ è indiscutibile. Ma con quali mezzi, con quali tecnologie e, soprattutto, con quali costi, non è ancora del tutto chiaro. Occorre un cambiamento non solo dei singoli settori, ma dell’intero sistema energetico. Infatti, la sola decarbonizzazione attraverso l’elettromobilità o anche l’uso di carburanti sostenibili come il biogas, il bio-LNG e gli e-Fuel, come avviene ad esempio nel settore dei trasporti, non è sufficiente: occorre una riduzione globale delle emissioni unita a una riconsiderazione del sistema energetico nel suo complesso.

Per soddisfare in modo ottimale in termini di costi i futuri compiti di approvvigionamento, che variano notevolmente a seconda dei segmenti e delle regioni, senza ricorrere a fonti di energia fossili, è necessario ricorrere a un’ampia gamma di tecnologie e vettori energetici. Inoltre, un nuovo sistema energetico deve essere molto più efficiente di quello attuale, molto meno dipendente dalle importazioni e, grazie all’elevata diversificazione, anche più stabile di fronte ai cambiamenti delle condizioni quadro tecniche, economiche e politiche.

Quanta di quale fonte energetica vogliamo utilizzare in futuro per causare il minor numero possibile di emissioni di CO2, ma anche per mantenere i costi per la popolazione entro limiti ragionevoli. Fonte: BP

Ma come deve essere il sistema energetico del futuro? Per rispondere apertamente a queste domande, le principali imprese tedesche del settore energetico e dell’industria automobilistica hanno deciso di condurre uno studio con la società di consulenza Wecom basato su un approccio innovativo e intersettoriale. Il risultato ora disponibile fornisce per la prima volta, con una precisa portata regionale, i risultati relativi a un sistema energetico completamente ottimizzato dal punto di vista economico per la Germania. Il sistema energetico più economico, rinnovabile al 100%, realizzabile e che garantisca un approvvigionamento sicuro, è stato determinato interamente attraverso un’ottimizzazione matematica senza target di risultato da parte delle aziende partecipanti.

Come sarà il sistema energetico del futuro? Fonte: Shell

Per oltre 150 tecnologie lungo l’intera catena del valore energetico è stata calcolata la capacità ottimale per regione, senza bisogno di previsioni sul loro utilizzo o non utilizzo. I risultati consentono ora di effettuare un confronto razionale e basato sui fatti. Gli scenari ottimizzati differiscono in parte notevolmente in termini di costi per l’economia nazionale o anche in termini di esigenze concrete di capacità. La struttura di base del sistema energetico per la Germania è tuttavia simile per molti stadi della catena del valore dell’energia in tutti gli scenari e fornisce pertanto un punto di riferimento stabile per le fasi di attuazione nei prossimi anni.

Il dato interessante è che la flessibilizzazione del sistema elettrico avviene essenzialmente attraverso la rete del gas, oltre ai serbatoi dell’aria compressa e alle batterie «second life». Circa il 30-40% della corrente primaria viene impiegata nell’elettrolisi. Le centrali elettriche a gas che ricorrono ai gasometri vengono ampliate e diventano compatibili con l’H₂. Gli esperti sono certi che oltre all’idrogeno locale anche il biogas sarà prodotto su larga scala in Germania per ottenere un sistema energetico a basso costo.

Secondo lo studio, l’attenzione per il trasporto passeggeri non dovrebbe essere rivolta solo alla mobilità elettrica, ma anche a vetture come la Seat Leon con alimentazione a metano e biogas nel serbatoio. Fonte: CNG-Mobility.ch

Nel trasporto passeggeri, i veicoli a batteria e con motore a combustione, in particolare quelli alimentati a CNG e biogas o metano rinnovabile, sono sullo stesso livello sotto il profilo economico e anche sotto quello delle emissioni. È quindi possibile implementare un mix tecnologico. Nel trasporto merci, anche i veicoli alimentati a celle a combustibile a idrogeno risultano competitivi. Secondo lo studio, quindi, in uno scenario aperto alla tecnologia, il 34% delle autovetture dovrebbe essere alimentato a batteria. Il 55% delle auto dovrebbe usare metano compresso e rinnovabile. Per quanto riguarda i veicoli commerciali, il mix energetico ottimale dal punto di vista economico prevede solo il 9% di camion elettrici. L’82% dei camion invece dovrebbe essere alimentato con celle a combustibile a idrogeno, biogas, bio-LNG o metano rinnovabile.

Lo studio chiede inoltre un approccio tecnologicamente aperto alla decarbonizzazione del trasporto merci e dei mezzi pesanti. Fonte: CNG-Mobility.ch

L’ottimizzazione aperta alla tecnologia si discosta notevolmente dalle tendenze attuali, ma offre enormi potenzialità di risparmio per l’economia nazionale. Omologando motori a combustione alimentati con carburanti sostenibili si potrebbero infatti risparmiare costi complessivi fino a 11 miliardi di euro all’anno! (pd/jas, 27 ottobre 2022)

L’intero studio con tutti i dettagli di un sistema energetico sostenibile a costi minimi

Il sistema energetico svizzero: il PSI conosce i dettagli grazie a sei milioni di equazioni

Anche in Svizzera sono in corso da anni ricerche su un sistema energetico ideale e più economico possibile. Evangelos Panos ha progettato insieme a Kannan Ramachan e a un team di ricercatori del PSI il modello del sistema energetico STEM. Questo modello si compone di sei milioni di equazioni con sei milioni di variabili che descrivono i più svariati aspetti del sistema energetico svizzero. Se si modifica una variabile, ad esempio il prezzo delle emissioni di una tonnellata di CO₂ o lo sviluppo del fotovoltaico, si modificano decine di altre variabili, a volte in modo imprevisto. I ricercatori del PSI hanno calcolato tre scenari per un sistema energetico svizzero per il 2030 e il 2050: uno scenario di base (CLI), uno scenario netto zero con l’eliminazione delle importazioni di energia (SECUR) e uno che prevede lo sviluppo ritardato dell’energia rinnovabile (ANTI). Tutti i dettagli sono disponibili qui.