La decarbonizzazione dell’energia è un obiettivo che si vuole raggiungere da più fronti. Ma sai davvero tutto sull’evoluzione di questo processo?

A cura di Paolo Vestrucci
[Co-Founder & President]

RIFLESSIONI DA CUI INIZIARE.

La decarbonizzazione dell’energia è un obiettivo strategico presente sul banco di politiche globali, nazionali, regionali e anche aziendali.

Il processo è essenziale per il nostro futuro ed è un dato di fatto, ma c’è il rischio considerevole di farne un totem a cui sacrificare la realtà. Il carbonio, un magnifico elemento che la natura ci mette a disposizione, è diventato un tabù o un qualcosa di cui “vergognarsi”. Per questo, la posizione della Unione Europea sulla tassonomia della sostenibilità (ne parliamo nell’editoriale della Newsletter NIER-YOU di gennaio) è un ottimo segnale di responsabilità, soprattutto perché tutela tutti dall’ambientalismo di facciata.

Dopo queste riflessioni, ci piace condividere con te alcune considerazioni sui risultati di un lavoro che NIER ha svolto sulla dinamica dei sistemi energetici.

Ne emerge che:

• La decarbonizzazione è una dinamica intrinseca del sistema energetico dell’epoca industriale;
• Questa dinamica può essere accelerata o rallentata dalle scelte politiche economiche e industriali, ma non ne è la conseguenza;
• Il costante processo di decarbonizzazione che perdura da circa duecento anni, negli ultimi decenni ha rallentato la sua crescita e, perché possa tornare al trend “naturale”, occorre che si affermino una o più fonti energetiche non fossili;
• Ad oggi, non è ancora evidente quale o quali possano essere.

LE PRIME ANALISI.

Il fenomeno della decarbonizzazione è osservato e analizzato nella prima metà degli anni ’80  allo IIASA, dal gruppo di ricerca guidato da Cesare Marchetti. Quest’ultimo rileva – ben prima che la decarbonizzazione del sistema energetico diventasse un obiettivo su scala globale legato al cambiamento climatico – che i 200 anni della storia della rivoluzione industriale sono caratterizzati da una progressiva sostituzione di combustibili sempre più “fluidi”, con una percentuale di carbonio costantemente in calo.

Come noto, la combustione – processo che rende disponibili enormi quantità di energia- avviene normalmente attraverso l’ossidazione di carbonio e di idrogeno nei combustibili vegetali e fossili.

LA DECARBONIZZAZIONE NEI COMBUSTIBILI FOSSILI.

Se consideriamo le energie “fossili”, la decarbonizzazione è il processo dove il combustibile è sempre più ricco di idrogeno rispetto al carbonio. Naturalmente, questo dipende dalla composizione chimica dei combustibili. La figura in basso mette in luce il rapporto idrogeno/carbonio (H/C) nei quattro combustibili protagonisti dello sviluppo industriale:

• La lignina, composto chimico base della legna, è un polimero caratterizzato da 10 atomi di carbonio ed 1 di idrogeno, cioè ha H/C=0,1;
• Il carbone “pareggia i conti”: un atomo di carbonio per ogni atomo di idrogeno, H/C=1;
• Con il petrolio, il rapporto H/C è uguale a 2: due atomi di idrogeno per ogni atomo di carbonio;
• Con il gas naturale H/C raggiunge il notevole valore di 4!

Questo elenco segue anche l’ordine temporale di entrata sul mercato energetico e di affermazione di ciascuna fonte: la legna domina l’800, il carbone la prima metà del novecento, spodestato – ma non sconfitto – dal petrolio e oggi dal gas naturale.

Dopo il gas naturale non abbiamo altre fonti energetiche fossili a disposizione, per cui il massimo di decarbonizzazione raggiungibile tramite gli idrocarburi, nel caso di abbandono totale del petrolio e dell’olio combustibile, è dell’80% (in atomi: 4 di idrogeno su 5 atomi ossidati).

A CHE PUNTO SIAMO.

Quindi, la decarbonizzazione completa richiede il passaggio a fonti energetiche non-fossili: rinnovabili, nucleare a fissione e nucleare a fusione, oltre all’idrolettrico e al geotermoletrico da tempo in uso.

In base ai dati storici di consumo per fonte energetica è possibile stimare la penetrazione P dell’energia “carbon free”, cioè il rapporto tra la quantità di energia non derivante dall’ossidazione del carbonio (idrogeno, idroeletrico, rinnovabili, ecc…) e quella derivante dalla ossidazione del carbonio (che è la restante parte). Quando si ha P=1, siamo nella situazione in cui metà dell’energia è carbon free.

Il grafico mostra l’andamento a livello mondiale: la decarbonizzazione ha raggiunto circa il 50%  (in Italia si verifica anche qualche punto percentuale in più).

Un aspetto interessante è l’estrema regolarità della curva in un periodo di tempo così lungo, in cui sono avvenuti cambiamenti enormi: in scala logaritmica, P ha un andamento decisamente lineare (segue cioè l’andamento logistico).

Tuttavia, negli ultimi anni, la curva si discosta dall’andamento lineare e tende a un asintoto orizzontale (lo stesso comportamento si verifica a livello delle diverse nazioni).

Senza addentrarci nell’analisi, questo andamento sembra imputabile a due fattori:

1. Il carbone resiste negli anni ’70 e non perde quote significative di mercato;
2. Rallenta la corsa del gas naturale (con il suo maggiore contenuto di idrogeno) e ritarda l’affermazione di una nuova fonte energetica non fossile.

Viene naturale il collegamento con il twitter di Ursola von der Leyen riportato nel nostro editoriale di gennaio: <<…We also need a stable source, nuclear, and during the transition, gas…>>