Inviato da Gail the Actuary il 9 novembre 2009 – 10:10
http://www.theoildrum.com/node/5939
Scientific American presenta “Un percorso verso l’energia sostenibile entro il 2030″ nel suo numero di novembre 2008. In generale suona bene. Ma pensiamo ai dettagli: Quale sarebbe il risultato finale? Sarebbe davvero sostenibile? Quali sarebbero i costi realmente da sostenere? C’è realmente un modo in cui potremmo permetterci di fare tutto ciò che si propone?
Gli autori dell’articolo, Mark Jacobson e Mark Delucchi, propongono la sostituzione di tutte le altre forme di energia entro il 2030, con l’energia del vento, dell’acqua e del solare (wind, water and solar: WWS), non solo per gli Stati Uniti, ma per il mondo intero. I tipi di fonti di energia che sarebbero eliminati sono i seguenti:
• Petrolio (compresa la benzina, diesel, gas propano, gasolio per riscaldamento, ecc)
• Gas naturale
• Carbone
• I biocarburanti liquidi, come l’etanolo
• Industria del legno e altre biomasse
• Nucleare
Tutto ciò che rimarrebbe sarebbe energia eolica, energia dal moto ondoso, idraulica, geotermica e solare. Dati i tempi ambiziosi, le tecniche che possono essere utilizzati sono solo quelle che oggi funzionano su larga scala, o che sono molto vicine a questo traguardo.
Con che cosa dovremmo andare avanti?
In sostanza, entro il 2030, avremmo bisogno di cambiare tutte le infrastrutture del mondo, per poter utilizzare l’elettricità o l’energia solare o l’acqua direttamente. Che cosa vorrebbe dire?
• Aeroplani. Gli autori propongono che i velivoli siano alimentati da celle a combustibile alimentate a idrogeno (con l’idrogeno prodotto tramite idrolisi, utilizzando fonti di energia WWS). Per quello che capisco io l’idrogeno è tre volte più voluminoso, rispetto alla benzina, esplode facilmente, e sfugge abbastanza rapidamente dai serbatoi, rendendo difficile conservarlo per molto tempo. Mi sembra che gli aerei e gli elicotteri somiglierebbero a dei dirigibili, dovendo contenere il carburante necessario. A meno che questi problemi non vengano risolti, la popolarità delle celle a combustibile a idrogeno sara’ probabilmente piuttosto bassa.
• Navi. Gli autori non ci dicono come sarebbero alimentate le navi. Chiaramente i velieri potrebbero soddisfare questi criteri, ma sarebbero piuttosto lenti. A causa dei lunghi tempi di spostamento (e anche delle dimensioni piu’ ridotte n.d.t.) avremmo bisogno di molte piu’ navi rispetto a quelle che usiamo adesso, perché molte di piu’ sarebbero in transito in un determinato momento. Si potrebbero usare chiatte lungo i fiumi e, quando la corrente non è abbastanza forte, queste potrebbero essere trainate in qualche modo (tramite rimorchiatori con celle a combustibile?). Le navi alimentate da celle a combustibile a idrogeno potrebbero anche funzionare, ma avrebbero gli stessi problemi esposti per gli aerei. A causa della loro lunghi viaggi, le perdite di idrogeno sarebbero ancor più un problema.
• Automobili e camion. Secondo gli autori, questi potrebbero essere alimentati da batterie o celle a combustibile a idrogeno. Ci sono diversi problemi – la tecnologia è solo all’inizio, per automobili e camion – per esempio, non sono al corrente che qualcuno stia lavorando sulle tecnologia delle batterie e dei motori per autotrasporti di lunga distanza. Le pile a combustibile sono molto costose. David Strahan in “The Last Oil Shock” dice che il costo attuale è di circa 1 milione di dollari a vettura. Egli cita l’ingegnere capo della Honda che dice che ci vorranno ancora 10 anni per poter produrre un auto ad un costo inferiore ai 100.000 dollari.
Per quanto riguarda la riconversione delle automobili e dei camion alla tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno o a batterie, e’ probabile che la carenza di minerali possa diventare un problema. L’articolo di Scientific American cita la scarsita’ dei seguenti materiali: terre rare per motori elettrici, ioni di litio per le batterie, ioni litio e platino per celle a combustibile. L’articolo cita il riciclaggio come una parziale soluzione. Analisi pubblicate su The Oil Drum ( come ad esempio: http://europe.theoildrum.com/node/5559 ) indicano che abbastanza presto avremmo scarsita’ di questi minerali, anche in uno scenario di ampia diffusione del riciclaggio.
• Macchine agricole, ruspe, betoniere ed altre attrezzature pesanti. Ci sarebbe la necessita’ di convertire tutti questi mezzi a trazione elettrica. Non è chiaro se esista la tecnologia (e i minerali rari necessari per la tecnologia) per farlo.
• Riscaldamento degli edifici, riscaldamento per la cottura e forno, riscaldamento ad acqua calda, riscaldamento commerciale. Ci sarebbe la necessita’ di convertire tutte queste forme di riscaldamento in elettrico, o in alcuni casi in solare. Questo si potrebbe fare, anche se il riscaldamento potrebbe essere fatto bruciando legna o carbone, come si fa ad esempio in Africa oppure in Cina.
• Attività estrattive e manifatturiere. Ci sarebbe bisogno di riconvertire tutti i processi in forma elettrica. Presumibilmente, il petrolio e di gas naturale continueranno ad essere utilizzati, ma a tassi più bassi forse, a causa del loro impiego per usi “non energetici”, come nelle produzioni di tessile, asfalto, plastica e lubrificazione. Le trivellazioni per il petrolio e per il gas potrebbero essere anch’esse convertite in elettrico.
Quali misure sarebbero necessarie per costruire tutte queste cose?
Avremmo bisogno di capire quale sara’ il punto di arrivo finale e poi procedere a ritroso.
Gli autori dell’articolo di Scientific American dicono che ci sarebbe bisogno di quanto segue:
• 3,8 milioni turbine eoliche di grandi dimensioni
• 90.000 grandi impianti di produzione di elettricità solare
• “numerosi impianti geotermici e fotovoltaici” di dimesioni medio-piccole
Oltre a questi, avremmo bisogno di costruire nuovi aerei, navi, auto, camion, attrezzature pesanti, e apparecchi di nuova generazione che sarebbero necessari, nel quadro del nuovo regime. I proprietari di case avrebbero bisogno per ricablare le loro case per la maggiore quantità di elettricità che userebbero, soprattutto per il riscaldamento domestico di tipo elettrico.
Una cosa di cui abbiamo bisogno e’ pianificare un notevole ampliamento e miglioramento della rete elettrica. L’articolo di Scientific American indica che le variabilità nella generazione sarebbero in gran parte appianate mediante la combinazione di produzione elettrica di diversi tipi – eolica, idroelettrica, solare, geotermica, e da moto ondoso – su vaste aree geografiche. Per fare questo sarebbe necessaria una notevole distanza di trasmissione, spesso tra paesi diversi – tra cui potrebbero anche non esserci rapporti amichevoli. La rete elettrica dovra’ essere aggiornata per essere “intelligente”, in modo che le automobili e gli altri mezzi elettrici possano attingere energia nei momenti della giornata in cui non è necessaria altrove.
Una volta che abbiamo capito come sarà il nuovo sistema, avremo bisogno di capire che tipo di fabbriche serviranno per costruire tutti i dispositivi per questo nuovo sistema, e quali materie saranno necessarie. Alcune delle materie prime potranno forse essere ottenute tramite il riciclaggio, inoltre alcune fabbriche forse potranno essere ottenute mediante la trasformazione di fabbriche di tipo precedente, ma non sarà sempre così. È probabile che dovranno essere costruite nuove fabbriche e dovranno essere aperte nuove miniere, soprattutto per i minerali rari.
Prima che inizieremo a vedere prodotti finiti in quantita’, è probabile che passeranno almeno 10 anni. In parte, questo accadra’ perché oggi stiamo ancora lavorando ai dettagli della tecnologia (per esempio, come costruire in modo efficiente un aeroplano alimentato con celle a combustibile a idrogeno). Inoltre, una volta che riusciamo a definire questi dettagli, abbiamo bisogno di costruire le miniere per estrarre le materie prime e di costruire le fabbriche per produrre i nuovi dispositivi. E ’solo quando abbiamo superato il primo step che possiamo pensare davvero di costruire ciò che vogliamo – gli aerei, le navi, le grandi turbine a vento e tutto il resto.
Per dimensionare le fabbriche, dovremo ipotizzare livelli di produzioni eccezionali per convertire in fretta l’economia all’impiego delle nuovi fonti di energia. Ad esempio, in circostanze normali, se si ipotizza che le macchine per il movimento-terra durino per 40 anni, ci sarebbe bisogno che le fabbriche producessero 1/40 del numero totale delle macchine movimento–terra del mondo in un determinato anno. Ma se abbiamo bisogno di una rampa, per la sostituzione in 10 anni, avremo bisogno di 4 volte piu’ fabbriche. (Che cosa facciamo alla fine con le fabbriche in eccesso?)
A quanto ammonterebbero tutti questi i costi?
Gli autori ci dicono che i costi dei nuovi impianti di generazione di energia WWS ammonteranno a 100.000 miliardi dollari in 20 anni. Ma questo non include il costo di tutte le nuove infrastrutture necessarie – gli aerei, le navi, le auto, i camion e soprattutto le linee di trasmissione elettrica. In totale, il costo sarà di gran lunga superiore a 100.000 miliardi dollari. Possiamo azzardare una stima di 200.000 miliardi dollari, da pagare nei prossimi 20 anni.
L’articolo di Scientific American dà l’impressione che i costi saranno “bassi”, perché si basa solo sul costo della nuova produzione di elettricità, e si presuppone che i costi di generazione scenderanno con l’aumento dei volumi e grazie allo sviluppo della ricerca. Inoltre assume implicitamente che sara’ utilizzato il finanziamento del debito per lungo periodo (ad esempio 40 anni), in modo da non dover pagare il costo del nuovo sistema prima di iniziare ad usarlo. Ma quanto è realistico tutto ciò?
Le vetture, camion, barche, aerei, centrali elettriche a carbone, ecc che stiamo attualmente utilizzando non avranno piu’ molto valore commerciale, una volta che l’energia sara’ generata dalla WWS; inoltre le nuove apparecchiature saranno probabilmente abbastanza costose. Quindi si dovranno affrontare le spese per l’acquisto di nuove attrezzature a prezzi elevati, e parallelamente si assisterà ad una rapida svalutazione del valore commerciale delle tecnologie usate in precedenza. In molti casi, le imprese non avrebbero normalmente sostituito le proprie attrezzature così presto. I debiti che erano tenute a pagare per tutte le apparecchiature attualmente utilizzate non potranno magicamente sparire, ma dovranno essere pagati.
Così come si farà a pagare per costruire i nuovi impianti e per acquistare le nuove attrezzature?
I governi del mondo andranno presto in crisi per debiti eccessivi. Le aziende non saranno in grado di affrontare progetti di tale portata, in particolare perchè già oggi sono oppresse dei loro debiti. Mi sembra che un programma di sostituzione dei combustibili con sistemi WWS possa essere finanziato solo attraverso un aumento graduale delle tasse, in modo tale da coprire le spese ogni anno.
Quindi cerchiamo di pensare quanto questo varrebbe. 200.000 miliardi dollari in 20 anni vuol dire 10.000 miliardi dollari l’anno. La quota degli Stati Uniti sarebbe di circa il 21%, sulla base del rapporto tra il PIL degli Stati Uniti e il PIL mondiale. Quindi diciamo che gli Stati Uniti avrebbero bisogno di finanziare 2.100 miliardi dollari l’anno. Confrontiamo questo con le imposte correnti. Nel 2008, le tasse federali, statali e locali sono state pari a 4.100 miliardi dollari, secondo il US Bureau of Economic Analysis. Al fine di raccogliere 2.100 miliardi dollari in più, servirebbe un aumento pari a poco più del 50% di tutte le imposte attualmente corrisposte. Se le imposte addizionali fossero raccolte in percentuale al “reddito personale” (che comprende i salari, la previdenza sociale, gli affitti, ecc), sarebbero pari al 17% del reddito personale. Appare improbabile che una tassa di questa portata, o anche solo la metà di questa portata, potrebbe essere accettata dai contribuenti USA.
Se tale tassa fosse accettata, dopo pochi anni ci sarebbero benefici che potrebbero compensare il suo costo, e si potrebbe passare ad una imposta inferiore, e forse dopo il 2030 ridurre i costi complessivi perché non sarebbe più necessario acquistare combustibili fossili. I benefici derivanti dai minori costi si evidenzierebbero anche sulla vendita di elettricità e di energia, sulla vendita o sul leasing di veicoli e altri beni. Molti dei beni che sarebbero venduti andrebbero a sostituire macchine già ammortizzate, macchinari negli che hanno superato la loro vita utile, navi e aerei che non avevano più valore per i proprietari.
Ma c’è una questione ancora aperta. Ci sarebbero un sacco di attività “tradizionali” che avrebbero comunque ancora un notevole valore nel 2030, se non fosse per le nuove restrizioni. Ad esempio, una vettura nuova con un motore a combustione interna che è stata fabbricata nel 2028 avrà ancora notevole valore, una stufa a gas di una casa possiederà ancora un valore, ciononostante andrà sostituita con una elettrica. Una centrale elettrica a carbone costruita nel 1980 potrebbe avere ancora un valore, e così tutte le autocisterne utilizzate per il trasporto del petrolio, e tutte le condutture del gas naturale. Cosa succederebbe se i proprietari di queste attività volessero essere risarciti per il valore residuo dei loro beni? Nell’imposta calcolata sopra non abbiamo ipotizzato nulla per poter fare questo.
A me sembra che questi proprietari dovrebbe essere risarciti, anche se ci vorrebbe una tassa superiore per poterlo fare. In parte, tale compensazione può venire sottoforma forma di “incentivi”, quando una nuova automobile o una stufa elettrica o un altro oggetto viene acquistato. Ma supponiamo di dover gestire la perdita di valore del patrimonio di un’impresa. Per questa non e’ cosi’ facile prevedere un rimborso a fronte dell’acquisto di un bene corrispondente – come ad es. per una centrale elettrica a carbone, o per un gasdotto di gas naturale. Direi che anche per questi sarebbe realmente necessaria la compensazione del valore residuo.
Le azioni e le obbligazioni di queste aziende avranno in genere una grande varietà di proprietari – molto spesso i fondi pensione, le compagnie di assicurazione, i fondi di investimento e i singoli investitori. Se in caso contrario il patrimonio di queste aziende fosse svalutato senza alcun indennizzo, le imprese rischierebbero essere di non riuscire a pagare i loro debiti e le azioni di queste imprese perderebbero valore. Ciò significa che alcuni fondi pensione non sarebbero in grado di pagare i loro possessori, e alcune polizze assicurative vita non pagherebbero tanto quanto promesso. Se non vi fosse alcuna compensazione a queste società, si potrebbe innescare una crisi finanziaria, e i pensionati verrebbero colpiti più duramente degli altri. Quindi, in un modo o nell’altro, ci sarebbe comunque una perdita per il sistema economico complessivo.
Come sarebbe sostenibile questo sistema?
Ci sono un certo numero di punti deboli in questo sistema:
• Non ci sono probabilmente abbastanza minerali rari (e anche minerali non rari), per fare tutti i prodotti high tech necessari. Il riciclaggio aiuterà, ma è probabile che il sistema incontrerà un collo di bottiglia entro pochi anni.
• Questo sistema necessita di un enorme numero di linee di trasmissione elettrica. Queste linee di trasmissione sono soggetti a tutti i tipi di disturbi – uragani o tempeste di vento, incendi boschivi, neve, distruzione da parte di chi non è felice per qualche motivo (forse quelli infelici per le disparità di ricchezza). La riparazione delle linee è di per se una sfida notevole. Al momento stiamo utilizzando elicotteri e attrezzature specializzate. Questi dovranno essere adeguatamente adattati ad un sistema che non fa uso di combustibili fossili.
• Quando in una zona l’energia elettrica mancherà, quasi tutte le attività in quel settore si fermeranno (tranne quelle alimentate da fotovoltaico locale), e non ci saranno generatori di back-up. I residenti non saranno in grado di ricaricare i veicoli, e questi diventeranno presto inutilizzabili. Anche i veicoli che entreranno in quella zona potranno rimanere bloccati per mancanza di capacità di ricarica. Le consegne di cibo e acqua potrebbero essere un problema. Il sistema attuale almeno ci offre alcune opzioni che ci possono togliere dai guai: generatori di back-up, auto e camion alimentati da petrolio.
• Il funzionamento del sistema richiederebbe una eccezionale cooperazione internazionale, perché le linee di trasmissione attraversano diversi paese. Se un paese non fosse più in grado di pagare la sua quota, o non riuscisse a fare le riparazioni, potrebbe essere un problema anche per gli altri.
• Tutte le produzioni di alta tecnologie richiederanno un livello considerevole di cooperazione nel commercio internazionale. Questo potrebbe essere interrotto da default sul debito di player importanti, o dall’accaparramento di materie prime da parte di alcuni paesi, o da difficoltà nella produzione di navi e aerei a sufficienza per gestire il commercio internazionale.
• Il sistema chiaramente non può continuare per sempre. Questo sistema potrebbe entrare in crisi per una mancanza di minerali rari, o per controversie internazionali, o per la mancanza di adeguati flussi di commercio internazionale. Questo sistema non garantisce un passaggio naturale ad un futuro veramente sostenibile. Per esempio, la produzione di cibo potrebbe essere fatta ancora per un po’ usando l’agricoltura industriale, con il cibo che viene prodotto in un luogo e fornito ai consumatori in altri luoghi molto distanti dal luogo di produzione. Sarà difficile gestire la transizione verso un sistema che sia veramente sostenibile nel momento in cui il sistema smetterà di funzionare.
Quale sarebbe un termine temporale ragionevole per la transizione?
Mi sembra che un tempo ragionevole per una transizione come quella discussa su Scientific American sarebbe di 50 anni, piuttosto che di 20 come anni suggerito dall’articolo. Con un tale lasso di tempo, ci sarebbe un po’ più di tempo per affinare la tecnologia, in modo da trovare soluzioni economicamente efficienti su larga scala. Avremmo anche un po più di tempo per sfruttare le fabbriche che si costruiscono, in modo da non doverne costruire più del fabbisogno medio, solo per rispettare una determinata scadenza. I costi sarebbero probabilmente molto più facili da gestire, dal momento che non ci sarebbe più il problema di sovrapposizione tra vecchia e nuova tecnologia. Inoltre, ci sarebbero molto meno problemi per rimborsare il valore residuo dei beni di vecchia tecnologia da dismettere.
Il vero problema è che non abbiamo 50 anni per compiere la transizione. Siamo già oggi nella fase discendente della capacità di estrazione del petrolio. Avremmo dovuto cominciare con un progetto come questo già negli anni 1960/1970.
Penso che tutto quello che possiamo fare è una versione molto molto ridotta di un approccio come quello descritto nell’articolo. Tenuto conto del calendario, noi non pensiamo neanche sia opportuno seguire un approccio come quello descritto in questo articolo. L’approccio descritto presuppone un elevato livello di commercio internazionale nel lungo termine. Questa e’ un’ipotesi ottimistica, date le probabili difficoltà nei trasporti via mare e via aria, che si possono innescare in una situazione di carenza di combustibili fossili.
Invece dell’approccio di alta tecnologia auspicato da Scientific American, si potrebbero trovare soluzioni che possono essere fatte a livello locale, con materiali reperiti localmente. Per esempio, si potrebbe decidere di incentivare l’agricoltura locale. Per l’industria, si potrebbero esaminare soluzioni che hanno funzionato in passato, come l’alimentazione delle fabbriche con l’energia del vento (si veda in proposito http://www.theoildrum.com/node/5913 ). Queste soluzioni potrebbero essere costruite con materiali locali, e sarebbero utilizzate direttamente dalle fabbriche senza la conversione in energia elettrica. Con tali soluzioni, la transizione verso un futuro veramente sostenibile potrebbe avere molte più possibilità.