Le rinnovabili battono le fossili: 5 grafici

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le rinnovabili battono le fossili

Fino a poco tempo fa i combustibili fossili dominavano la scena della produzione di energia elettrica a livello mondiale. Non è più così (finalmente).

Stiamo assistendo ad un grande cambiamento per quanto riguarda le fonti di approvvigionamento energetico.

Le fonti fossili hanno dominato la scena energetica mondiale perché fino a pochi anni fa l’elettricità prodotta era più economica di quella rinnovabile.

Nell’ultimo decennio le cose sono cambiate (in meglio) e l’energia prodotta dalle rinnovabili è diventata più economica sotto ogni punto di vista.

Sul sito web Our World in Data, Max Roser afferma che a pilotare questo cambiamento c’è lo sviluppo di nuove tecnologie al servizio delle rinnovabili, e questo sviluppo segue curve di apprendimento, dettate dalla Legge di Wright, che si può riassumere in questo modo: al raddoppio della capacità cumulativa installata il prezzo di queste tecnologie diminuisce della stessa frazione.

Il prezzo dell’energia da fonti fossili non segue invece le stesse curve e ci aspettiamo nel prossimo futuro che la differenza di prezzo aumenti ancora in favore delle rinnovabili.

L’aumento della capacità installata porta ad un abbassamento dei prezzi generali e questo attira grandi investimenti, che a loro volta permettono di sviluppare nuove tecnologie (o migliorare il rendimento di quelle esistenti) in un circolo virtuoso: il calo dei prezzi richiama investimenti, questi permettono di aumentare la capacità installata che a sua volta riduce i prezzi portando a nuovi investimenti.

C’è un altro aspetto fondamentale che non abbiamo ancora discusso. La maggiore richiesta di energia e la conseguente creazione di nuove centrali per la produzione di energia elettrica rinnovabile fa aumentare i posti di lavoro e questo, insieme alla riduzione drastica dei prezzi, fa aumentare il numero di persone che potenzialmente possono permettersi di acquistare i pannelli fotovoltaici, entrando di fatto nel circolo virtuoso già descritto.

Potremo sicuramente assistere all’aumento della domanda di energia da parte dei Paesi in via di Sviluppo (quelli del G20, per intenderci) e il fatto positivo è che, almeno in parte, l’energia di cui avranno bisogno potrà sicuramente essere fornita dalle nuove installazioni di rinnovabili.

Circolo virtuoso delle energie rinnovabili
Circolo virtuoso delle energie rinnovabili

Al primo posto per la produzione di energia troviamo il carbone con il 37% del totale, a seguire il gas con il 24%. La loro combustione per la produzione di elettricità e calore è la maggior fonte singola di emissione di gas serra a livello globale.

Nel grafico che riportiamo qui di seguito vediamo come i prezzi dell’elettricità dalle fonti convenzionali (fossili e nucleare) siano cambiati nell’ultimo decennio (secondo i dati pubblicati da Lazard).

I prezzi sono espressi in ‘costi energetici livellati’ (levelized costs of energy, LCOE) e possiamo immaginarli come il prezzo minimo che i clienti dovranno pagare affinché la nuova centrale elettrica raggiunga il pareggio nel corso della propria vita.

È importante perché chi ha intenzione di costruire una nuova centrale elettrica si basa proprio su questo tipo di  analisi.

LCOE considera al suo interno il costo della costruzione della nuova centrale, i costi vivi del carburante per alimentarla e quelli necessari al suo funzionamento e alla manutenzione.

Scegliere una fonte di energia che ha un LCOE superiore al prezzo delle alternative renderà più difficile trovare qualcuno disposto a pagare di più un servizio che si trova anche ad un prezzo inferiore.

Nel grafico vediamo come sono cambiati i prezzi negli ultimi 10 anni, e notiamo subito che il prezzo dell’energia da nucleare è aumentato di circa un quarto (1 MW prodotto con il nucleare nel 2019 costava 123 dollari, nel 2019 costava 155 dollari) mentre il prezzo dell’energia prodotta con cicli combinati gas è diminuita considerevolmente (da 83 dollari/MW fino a 56 dollari/MW).

Per quanto riguarda il carbone invece il prezzo è rimasto sostanzialmente invariato.

Prezzo energia elettrica nuova fossile e nucleare
Prezzo energia elettrica nuova fossile e nucleare

La riduzione del prezzo dell’elettricità da fonti rinnovabili

Per le rinnovabili invece non abbiamo nessun costo relativo al combustibile: l’energia della natura viene trasformata senza bisogno di combustione, si trova facilmente ed è già pronta all’uso senza bisogno di lavorazioni intermedie come purificazione o arricchimento.

Quindi gli unici costi che incidono sulla curva di apprendimento sono quelli dovuti alla tecnologia utilizzata per le rinnovabili.

Vediamo l’esempio del solare fotovoltaico nel grafico qui sotto.

Produrre energia elettrica con le rinnovabili è diventato più economico perché è diminuito il costo dei pannelli fotovoltaici e delle pale eoliche e contemporaneamente ne è stato migliorato sia il rendimento che la durata.

Nello stesso periodo preso in esame per le fonti fossili, le rinnovabili (su scala industriale) hanno battuto ogni record: se nel 2009 un MW di energia prodotta con il fotovoltaico costava 359 dollari, nel 2019 il prezzo è sceso a 40 dollari/MW. In soli 10 anni il prezzo è calato dell’89%!

Anche l’eolico onshore segue questo andamento, passando da 135 dollari/MW ad appena 41 dollari/MW con una riduzione del 70%.

Guardando questo grafico si nota subito la questione centrale: il prezzo dell’elettricità che è necessario addebitare ai clienti per raggiungere il punto di pareggio di una nuova centrale a carbone ora è molto superiore rispetto al prezzo che si può offrire ai propri clienti quando si realizza un impianto eolico o solare fotovoltaico.

Per chiarire meglio la situazione possiamo rappresentarla in un altro modo. Immaginiamo di ritrovarci nel 2009 a dover pagare l’affitto di una casa a 3590 dollari. Se il costo dell’affitto avesse subìto la stessa diminuzione avvenuta per le rinnovabili, nel 2019 avremmo pagato appena 400 dollari per la stessa identica casa.

Prezzo energia elettrica da nuovi impianti
Prezzo energia elettrica da nuovi impianti

Breve storia del fotovoltaico: dall’impiego nello spazio a fonte di energia più economica sulla Terra

Il primo impiego storico del fotovoltaico è stata una rivoluzione. Nel 1958 (63 anni fa, non lo direste) il satellite artificiale Vanguard I era dotato di 6 rudimentali (ma avanzatissimi per l’epoca) pannelli fotovoltaici che fornivano al satellite l’energia necessaria al suo funzionamento, scoprendo ad esempio che la Terra non è perfettamente sferica.

Durante tutti gli anni ‘60 l’impiego principale del fotovoltaico è nei satelliti artificiali ma negli anni ‘70 venivano già impiegati per alimentare fabbricati distanti dalla griglia energetica, come fari sulle coste, incroci ferroviari o per la refrigerazione di vaccini.

Nel grafico si analizzano i dati a partire dal 1976. Rispetto al 1956 il prezzo era già sceso del 94%, la capacità installata era solo di 0.3 MW (poteva fornire energia a circa 20 persone) ma nonostante il crollo dei prezzi era comunque troppo costosa per una diffusione di massa.

L’effetto apprendimento applicato all’energia solare è davvero notevole: mentre la capacità installata cresce esponenzialmente, il prezzo dei moduli fotovoltaici diminuisce esponenzialmente. Entrambi gli assi nel grafico sono logaritmici, per cui la curva di apprendimento risulta essere una linea retta.

La curva di apprendimento non è altro che la relazione tra l’esperienza (misurata come capacità cumulativa installata per quella tecnologia) e il prezzo di tale tecnologia.

Inizialmente, per poter innescare il meccanismo virtuoso, gli Stati hanno concesso incentivi sia per lo sviluppo di nuove tecnologie sia per l’installazione di quelle già sul mercato, favorendo così sia le installazioni su larga scala, ad esempio gli impianti su scala industriale, sia le installazioni domestiche che possono usufruire dei vantaggi legati alla diminuzione di prezzo e tecnologie all’avanguardia, più efficienti e che richiedono meno manutenzione.

Per più di 40 anni abbiamo assistito all’inesorabile declino dei prezzi dei moduli fotovoltaici e ogni volta che raddoppiava la capacità installata, il costo si riduceva alla metà.

Paragone tra prezzo moduli fotovoltaici e capacità cumulativa
Paragone tra prezzo moduli fotovoltaici e capacità cumulativa

I fattori in gioco sono tanti:

      • industrie per la produzione dei moduli fotovoltaici più grandi ed efficienti;
      • maggiori investimenti in ricerca e sviluppo;
      • miglioramento dell’efficienza dei moduli;
      • miglioramento dei processi produttivi dei wafer di silicio;
      • estrazione e lavorazione delle materie prime più economica;
      • aumento della durata dei moduli;
      • maggiore esperienza sia nei processi produttivi sia nell’installazione/manutenzione;
      • la maggiore concorrenza mantiene prezzi bassi e livellati;
      • investimenti maggiori a fronte della riduzione dei prezzi.

Il prezzo dei moduli fotovoltaici è passato da 106 dollari/watt nel 1976 ad appena 0.38 dollari/watt nel 2019, una riduzione 99,6% spalmata nell’arco di 43 anni.

Il prezzo dell’energia elettrica segue curve di apprendimento?

La risposta è no, ma è un dato positivo.

Analizziamo il grafico qui sotto per gli ultimi 10 anni. La linea continua di color arancione rappresenta il costo dei moduli fotovoltaici e ha un tasso di apprendimento del 20%.

La linea tratteggiata arancione invece rappresenta il costo dell’energia elettrica e il tasso di apprendimento è perfino maggiore: ogni volta che la capacità produttiva raddoppia, il prezzo dell’energia diventa la metà.

Per quanto riguarda l’energia eolica, possiamo notare che anch’essa segue curve di apprendimento: nell’eolico offshore la curva non è così marcata come nell’eolico onshore ma può essere dovuto alla resistenza che l’offshore incontra quando se ne discute.

Molti Paesi hanno già portato avanti esperimenti di turbine eoliche oceaniche mentre altri rifiutano l’idea di installare grosse turbine eoliche in mezzo al mare.

Il tasso di apprendimento dell’eolico onshore, con il suo rispettabile 23%, si avvicina molto a quello del fotovoltaico mentre l’offshore è ancora molto costoso: con un tasso di apprendimento del 10% il suo costo è di appena il 25% inferiore al nucleare e leggermente più costoso del carbone.

Possiamo aspettarci notevoli miglioramenti per l’offshore nei prossimi anni: turbine più grandi e materiali costruttivi più resistenti possono sopportare meglio i venti oceanici e quindi sfruttare meglio l’energia a disposizione in luoghi distanti dalle coste. E i progressi tecnologici di una possono aiutare anche l’altra.

E per quanto riguarda le fonti fossili e il nucleare? No, ma in negativo, stavolta.

Il prezzo del carbone è rimasto sostanzialmente invariato, da 111 dollari/MWh è sceso ad appena 109 dollari/MWh principalmente per via del fatto che circa il 40% dei costi totali di un impianto a carbone derivano proprio dal combustibile stesso. Con il 2% di diminuzione, il carbone non ha una curva di apprendimento e si avvicina molto al prezzo che aveva un MWh prodotto con il fotovoltaico nel 2016 e se paragonato all’86% di riduzione del prezzo del fotovoltaico ci rendiamo davvero conto di quanto sia inutile oramai investire nella costruzione o nella manutenzione di centrali alimentate da una fonte fossile come il carbone.

Non ha alcun senso, al giorno d’oggi, immaginare di migliorare l’efficienza di una centrale a carbone per costruire le nuove centrali del futuro: non è in quella direzione che dobbiamo andare.

Il rendimento di un impianto di questo tipo è di circa il 33%, ossia solo un terzo del combustibile effettivamente serve a produrre energia elettrica. Ma inquina tremendamente ed immette in atmosfera grosse quantità di gas serra. Le centrali con il rendimento più alto raggiungono il 47% circa, ovvero meno della metà del combustibile utilizzato effettivamente serve a produrre energia utile.

Anche se si riuscisse ad arrivare ad un’efficienza del 60%, questo corrisponderebbe a malapena al progresso che le centrali fotovoltaiche hanno ogni 7,5 anni.

Parliamo ora di nucleare. Perché il trend in crescita? I motivi sono tanti: se da un lato gli Stati hanno emesso leggi per aumentare i livelli di sicurezza, sono pochissime le centrali nucleari in costruzione e da questo derivano gli alti costi produttivi, nonché la difficoltà a reperire ricambi.

Ovviamente anche il costo del combustibile ha la sua incidenza: in natura non si trova pronto all’uso ed è necessario affrontare costose procedure di estrazione, trasporto, arricchimento e il suo smaltimento è da sempre materia di discussione.

Conclusioni

L’errore più comune che si commette quando si pensa al cambiamento climatico in atto è quello di immaginare che sia un problema di facile soluzione. Invece è un problema estremamente complesso.

Il fatto che in pochi anni si sia passati dal chiamarlo “cambiamento climatico” ad “emergenza climatica” dovrebbe da solo rendere l’idea della gravità della situazione in cui ci troviamo.

Le sfide tecnologiche che ci aspettano sono enormi e non riguardano solo il mondo della produzione di energia elettrica ma tutti i processi produttivi.

Ciò che abbiamo imparato è che una tecnologia inizialmente impiegata nei satelliti artificiali è ora la fonte di energia rinnovabile più economica di tutte a livello globale, e al quale tutta l’umanità può avere accesso.

La riduzione del prezzo delle energie rinnovabili è la chiave per il futuro della decarbonizzazione, ma ha anche vantaggi immediati: il reddito delle persone è la differenza tra ciò che percepiscono come stipendio e ciò che pagano per i prodotti o servizi che acquistano. La riduzione del costo dei prodotti/servizi si traduce in un risparmio da parte dei consumatori che in questo modo possono migliorare il proprio stile di vita.

L’aumento dei posti di lavoro dovuti alle nuove centrali di energia rinnovabile si traduce in riduzione della disoccupazione e della povertà sia nei Paesi Sviluppati che in quelli in via di sviluppo.

La convenienza nel creare nuove centrali di energia rinnovabile attira investimenti che vengono quindi tolti alle centrali a fonti fossili rendendole poco convenienti e tutto questo partecipa al miglioramento del circolo virtuoso delle rinnovabili.

La strada da fare è ancora lunga e stiamo affrontando una corsa contro il tempo, ma abbiamo fiducia nelle tecnologie e negli uomini che guidano il cambiamento verso un futuro ad emissioni zero.

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