L’energia del futuro
La produzione di energia è stata da sempre cruciale per la vita dell’uomo, dal fuoco nelle caverne ai più moderni reattori. Oggigiorno viviamo in una società sempre più esigente in termini di energia, dunque è lecito chiedersi se riusciremo a soddisfare la sempre crescente domanda, o se saremo costretti a cambiare drasticamente il nostro stile di vita nei prossimi decenni.
L’opinione pubblica indica l’energie rinnovabili (in particolare l’energia solare e l’energia eolica) come la soluzione a questo problema. Tuttavia, il quadro scientifico attuale non sembra molto confortante. Ad esempio, un pannello solare di silicio policristallino fornisce una potenza di 0.2 kiloWatt (kW) per metro quadro. Una pala, invece, eolica può normalmente erogare una potenza massima di 6000 kW (o, se preferite, 6 Megawatt).
Questi numeri fanno riflettere, soprattutto se comparati all’energia che ancora oggi produciamo grazie al nucleare. Un reattore nucleare può arrivare a 1.6 GW di potenza massima, 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.
Bisogna considerare, inoltre, quando un pannello solare o una pala eolica riescono a raggiungere la loro potenza massima (anche detta potenza nominale).
Nel caso del primo, occorre ovviamente 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, che è riscontrabile solo nelle ore centrali della giornata.
Inoltre, ovviamente, deve essere una giornata di sole, perché se fosso nuvoloso o piovesse il nostro pannello solare non potrebbe produrre granché. Considerando le notti, i giorni di pioggia, il fatto che d’inverno le giornate durino di meno e il fatto che la mattina e la sera la potenza erogata non sarà 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.
Per una pala eolica questo dipende molto dal paese in cui ci si trova e da dove è installato l’impianto, 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 efficienze superiori al 92%. Più precisamente, i reattori che richiedono di essere spenti per sostituire il combustibile hanno capacity factor leggermente più bassi, mentre modelli dove si può sostituire il combustibile mantenendo il reattore in funzione a piena potenza hanno, invece, efficienze superiori al 98%.
Nemmeno le centrali a combustibili fossili si avvicinano all’efficienza del nucleare: per via del fatto che il combustibile debba essere sostituito spesso e che la manutenzione ordinaria richiesta sia maggiore, l’efficienza di una centrale termoelettrica si aggira tra il 40 e il 60% (gli impianti più moderni arrivano al 70%). Questo implica che, se si decidesse di smettere di produrre energia col nucleare, per ogni reattore che si spegne non basterebbe costruire una centrale a carbone o a gas di potenza equivalente. Bisognerebbe, perciò, costruirne due per ovviare al fatto che la potenza massima venga mantenuta, in media, solo per la metà del tempo.
Ma con le energie rinnovabili non basterebbe nemmeno quello. Anche costruendo cinque parchi fotovoltaici con una efficienza del 18%, non arriveremmo al 90%, perché comunque la produzione di energia, come è stato detto, dipende fortemente dalle condizioni atmosferiche. 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. Inoltre, 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.
In aggiunta, produrre e smaltire accumulatori di tale potenza ha un costo considerevole e produce un elevato livello di inquinamento: 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 a uso e consumo di piccoli centri abitati o di abitazioni isolate; però, 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 una efficienza del 40-60%) o di rompere atomi di Uranio e produrre scorie difficili da smaltire. Tuttavia, a mio modo di vedere, investire sulla ricerca, scientifica e tecnologica, su questo tipo di tecnologia sembra essere l’unica soluzione per ottenere una fonte di energia efficiente e sostenibile.
Sono un dottorando in fisica delle astroparticelle presso il Gran Sasso Science Institute. Spesso con la testa fra le nuvole, affascinato dai misteri dell’universo, ho sviluppato un interesse verso gli aspetti più umani della nostra esistenza. Credo che la divulgazione debba essere un momento educativo in cui ci si diverta imparando
