Energia rinnovabile per un futuro sostenibile? Purtroppo no.
Post originale su FB: https://www.facebook.com/AvvocatoAtomico/posts/109994967333369
Quando cerco (inutilmente) di spiegare perché le energie rinnovabili non possono sopperire al fabbisogno energetico umano in nessun universo conosciuto, utilizzo spesso l'espressione "capacity factor".
Il capacity factor è un concetto chiave per capire come funziona l'approvvigionamento di energia, e si collega direttamente al concetto di efficienza energetica, quindi vale la pena spiegare cosa significa.
Detto in soldoni, il capacity factor è il rapporto percentuale tra la potenza effettiva di una fonte energetica e la sua potenza nominale, o, in altre parole, la percentuale di energia che viene prodotta rispetto alla quantità massima producibile.
Questa definizione può non significare molto, quindi spingiamoci un po' più nel dettaglio.
La potenza, che si misura in Watt, è la quantità di energia che un sistema produce (o dissipa) in un secondo. La potenza nominale di una data fonte energetica è la quantità massima di potenza che può venire generata da quella fonte.
Ad esempio, un pannello solare in silicio policristallino fornisce una potenza di 0.2 kiloWatt (kW) per metro quadro. Una pala eolica può normalmente erogare una potenza massima di 6000 kW (o, se preferite, 6 MW).
Un reattore nucleare può invece arrivare a 1.6 GW di potenza nominale, il che significa che, per ottenere la stessa potenza nominale di un singolo reattore nucleare, servono circa 250 pale eoliche, o 8 chilometri quadrati di pannelli solari, e già qui sarebbe il caso che ci si facesse due domande sull'efficienza delle fonti energetiche, e ci si desse anche due risposte, ma non siamo che all'inizio.
Supponiamo infatti di avere il nostro bel pannello solare di 1 metro quadro con potenza nominale di 0.2 kW: cosa occorre perché la potenza generata sia pari a quella nominale, cioè al massimo possibile? Beh, occorre il sole - il che significa quantomeno che deve essere giorno. Poi occorre che i raggi del sole arrivino sul pannello con un angolo di incidenza più vicino possibile a 90 gradi, per massimizzare l'efficienza, e quindi devono essere le ore centrali della giornata. E ovviamente deve essere una giornata di sole, perché se è nuvoloso o piove il nostro pannello solare non potrà produrre granché.
Considerando le notti, i giorni di pioggia, il fatto che d'inverno le giornate durano di meno e il fatto che la mattina e la sera la potenza erogata non è comunque pari a quella massima, il risultato finale è che un pannello solare produce in media una quantità di energia pari al 18% della sua potenza nominale: questo è, dunque, il suo capacity factor.
Un altro modo per pensare al capacity factor è quello di immaginare che una fonte di energia possa solo produrre al massimo della sua potenza, o non produrre affatto: in questo caso il capacity factor è la percentuale di tempo in cui si produce energia. Se la vediamo in questo modo, è come se il nostro pannello solare producesse energia solamente il 18% del tempo (ovviamente 18% è un dato medio: in alcuni luoghi del
pianeta particolarmente assolati si può arrivare a valori più alti, fino al 25%).
Il capacity factor di una pala eolica dipende molto dal paese in cui ci si trova (paesi molto ventosi, come l'Irlanda, hanno capacity factor più alti) e da dove è installato l'impianto (gli impianti off-shore hanno capacity factor più alti), ma raramente supera il 30%.
Visto che invece gli atomi di Uranio si rompono bene tanto di giorno quanto di notte, i reattori nucleari hanno capacity factor superiori al 92%. Più precisamente, i reattori che richiedono di essere spenti per sostituire il combustibile hanno capacity factor leggermente più bassi, mentre modelli come i CANDU, dove si può sostituire il combustibile mantenendo il reattore in funzione a piena potenza (sì, esatto), o come AURORA, il reattore autofertilizzante sperimentale in costruzione agli Idaho National Laboratories, in cui la sostituzione del combustibile avviene una volta ogni 20 anni (sì,
esatto), hanno invece dei capacity factor superiori al 98%.
Nemmeno le centrali a combustibili fossili si avvicinano all'efficienza del nucleare: per via del fatto che il combustibile va sostituito spesso e che la manutenzione ordinaria richiesta è maggiore, il capacity factor di una centrale termoelettrica si aggira tra il 40 e il 60% (gli impianti più moderni arrivano al 70%).
Questo implica che, se si decide di smettere di produrre energia col nucleare, per ogni reattore che si spegne non basterà costruire una centrale a carbone o a gas di potenza equivalente: bisognerà costruirne due, per ovviare al fatto che la potenza massima viene mantenuta, in media, solo per la metà del tempo.
Ma con le rinnovabili non basterebbe nemmeno quello: anche costruendo cinque parchi fotovoltaici con un capacity factor del 18%, non arriveremmo al 90%, perché comunque la produzione di energia può avvenire solo in determinate ore del giorno e con condizioni meteo favorevoli. Dunque per arrivare a produrre la stessa energia di un singolo reattore nucleare non basterebbe nemmeno dotarsi di 40 chilometri quadrati di pannelli solari, o di 750 pale eoliche: servirebbe anche un ammontare spaventoso di accumulatori, per poter conservare l'energia prodotta nei giorni di sole e/o di vento e
utilizzarla di notte e quando piove. Peccato che produrre e smaltire accumulatori di tale potenza costi un sacco e inquini di più: le batterie richiedono quantità elevate di elementi ad alto impatto ambientale e/o umanitario, come il Litio, il Cobalto e le terre rare.
Le energie rinnovabili restano perfette per la produzione decentralizzata di quantità di energia medio-basse ad uso e consumo di piccoli centri abitati o di abitazioni isolate; non possono, per i motivi di cui sopra, costituire la fonte primaria di approvvigionamento energetico di un paese industrializzato. Il che ci lascia con le alternative di bruciare combustibili fossili, con tutte le conseguenze del caso in termini di inquinamento e riscaldamento globale (e comunque con un capacity factor del 40-60%) o di rompere atomi di Uranio. A voi la scelta.
-Luca