Stanford University: la strada per evitare i blackout del futuro sono le energie rinnovabili (VIDEO)
Possibile alimentare gli Usa solo con energia a rinnovabile, senza combustibili fossili, cattura del carbonio, cattura diretta dell'aria, bioenergia, idrogeno blu o energia nucleare
[24 Febbraio 2022]
Per qualcuno un futuro alimentato completamente da energia rinnovabili sembra improbabile a causa dei timori di blackout causati da forniture elettriche intermittenti. Ma secondo lo studio “Zero air pollution and zero carbon from all energy at low cost and without blackouts in variable weather throughout the U.S. with 100% wind-water-solar and storage”, pubblicato recentemente su Renewable Energy da un team di ricercatori del Department of Civil and Environmental Engineering della Stanford University, «Queste paure sono fuori luogo».
Lo studio analizza la stabilità della rete in molteplici scenari in cui le risorse di energia eolica, idrica e solare alimentano il 100% del fabbisogno energetico degli Usa e rileva che «Un sistema energetico alimentato da vento, acqua e energia solare abbinato a un sistema di accumulo evita i blackout, riduce il fabbisogno energetico e i costi dei consumatori, creando milioni di posti di lavoro, migliorando la salute delle persone e riducendo il fabbisogno di terra».
Il principale autore dello studio, Mark Jacobson, professore di ingegneria civile e ambientale alla Stanford, evidenzia che «Questo studio è il primo a esaminare la stabilità della rete in tutte le regioni della rete degli Stati Uniti e in molti singoli Stati dopo aver elettrificato tutta l’energia e fornito l’elettricità solo con energia pulita e rinnovabile. Questo significa niente combustibili fossili, cattura del carbonio, cattura diretta dell’aria, bioenergia, idrogeno blu o energia nucleare».
Lo scenario che disegnano alla Stanford è quello degli Usa dove tutte le auto e i camion sarebbero alimentati con motori elettrici o celle a combustibile a idrogeno, pompe di calore elettriche che no sostituirebbero cucine e scaldabagni a gas, mentre pale eoliche e pannelli solari sostituirebbero le centrali elettriche a carbone e gas. Lo studio prevede come saranno negli anni 2050 e 2051 queste e molte altre transizioni che sono già in atto nei settori dell’elettricità, dei trasporti, degli edifici e dell’industria. Per Jacobson e i suoi coautori, «Lo scenario non è così inverosimile come potrebbe sembrare. L’eolico, l’idroelettrico e il solare rappresentano già quasi il 20% dell’elettricità degli Stati Uniti e, tra gli altri segnali di un più ampio passaggio all’energia pulita e rinnovabile, 15 Stati e territori e più di 180 città degli Stati Uniti hanno adottato politiche che richiedono un settore dell’elettricità praticamente completamente rinnovabile».
Chi critica e si oppone a questo cambiamento c’è chi indica i blackout della rete durante gli eventi meteorologici estremi in California nell’agosto 2020 e in Texas nel febbraio 2021 come prova del fatto che non ci si può fidare dell’elettricità rinnovabile per avere un’energia costante. I ricercatori fanno notare che, «Sebbene in entrambi i casi l’energia rinnovabile non sia risultata più vulnerabile di altre fonti, il timore di un aumento dei blackout è rimasto sostanziale». Per questo hanno voluto analizzare i termini di questa contesa su scala più ampia.
Espandendo lo studio “100% clean and renewable wind, water, and sunlight (WWS) all-sector energy roadmaps for the 50 United States”, pubblicato nel 2015 su Energy & Environmental Science, ai 50 Stati Usa, i ricercatori della Stanford hanno cercato di capire come riuscire a soddisfare la domanda continua di energia ogni 30 secondi per due anni. Hanno eseguito simulazioni particolari per 6 Stati: Alaska e Hawaii, che sono staccati territorialmente dal resto degli Usa, e California, Texas, New York e Florida, grandi Stati distanti l’uno dall’altro e soggetti a diverse condizioni meteorologiche. E poi anche tutte le regioni della rete elettrica interconnesse negli Usa e gli Stati Uniti contigui nel loro insieme.
I loro scenari prevedevano una massiccia crescita di pale eoliche offshore e pannelli solari sul tetto – nessuno dei quali occupa nuovo terreno – così come turbine eoliche onshore, pannelli solari domestici e centrali solari a concentrazione. Gli scenari includono anche alcune nuovi impianti geotermiche ma nessuna nuova diga idroelettrica. Hanno così scoperto che «Nel complesso, i nuovi generatori di elettricità occuperebbero circa lo 0,84% del territorio degli Stati Uniti contro il circa 1,3% della territorio attualmente occupato dall’industria dei combustibili fossili».
Inoltre, grazie a questi scenari, i ricercatori hanno scoperto che «I costi energetici annuali pro capite delle famiglie erano inferiori di quasi il 63% rispetto a uno scenario normale. In alcuni Stati, i costi sono diminuiti fino al 79%. Il costo dell’investimento per la transizione di tutti gli Stati Uniti varia da quasi 9 a 11 trilioni di dollari, a seconda dell’interconnessione delle regioni. Tuttavia, questo si ripaga da solo attraverso la vendita di energia e con il risparmio sui costi ogni anno rispetto alla mancata transizione. Infatti, sulla base del solo risparmio sui costi energetici, il tempo di ritorno dell’investimento può essere inferiore a 5 anni».
La situazione infrastrutturale è già favorevole: «L’interconnessione di regioni geografiche sempre più grandi ha reso l’alimentazione più agevole e i costi inferiori perché ha aumentato le possibilità di disponibilità di energia eolica, solare e idroelettrica e ha ridotto la necessità di turbine eoliche, pannelli solari e batterie aggiuntivi», fanno notare i ricercatori.
Un’altra scoperta significativa dello studio è stata che le batterie a lunga durata non erano né necessarie né utili per mantenere stabile la rete: «Invece, la stabilità della griglia potrebbe essere ottenuta collegando insieme le batterie attualmente disponibili con durate di stoccaggio di quattro ore o meno. Il collegamento di batterie di breve durata può fornire una conservazione a lungo termine quando vengono utilizzate in successione. Possono anche essere scaricate contemporaneamente per far fronte a forti picchi di domanda per brevi periodi. In altre parole, le batterie di breve durata possono essere utilizzate sia per grandi picchi di domanda per brevi periodi, sia per picchi più bassi per un lungo periodo o qualsiasi altra cosa nel mezzo».
Lo studio rileva anche che «La costruzione e la gestione di una rete completamente pulita e rinnovabile può creare circa 4,7 milioni di posti di lavoro a tempo pieno a lungo termine in vari settori energetici, come l’edilizia e la produzione di componenti, nonché l’occupazione indiretta in negozi, ristoranti e altri imprese».
I ricercatori hanno scoperto che un’aria più pulita eviterebbe circa 53.200 decessi all’anno legati all’inquinamento e milioni di altri causati da malattie legate all’inquinamento, facendo risparmiare circa 700 miliardi di dollari all’anno in costi sanitari.
Dalle simulazioni realizzate dai ricercatori emerge che «Grazie a una rete pulita e rinnovabile, i blackout in California e Texas potrebbero essere evitati a basso costo. Parte del motivo è che il fabbisogno energetico viene ridotto del 60% in California e del 57% in Texas, elettrificando tutti i settori energetici e fornendo energia elettrica pulita e rinnovabile. Un secondo motivo è che, quando il vento non soffia, il sole splende spesso durante il giorno e viceversa, quindi l’utilizzo di entrambi aiuta a soddisfare la domanda con l’offerta. Terzo, dare alle persone incentivi finanziari per non usare l’elettricità in determinate ore del giorno aiuta a spostare il momento del picco della domanda di elettricità. Quarto, l’utilizzo dello stoccaggio aiuta a colmare i gap di approvvigionamento quando l’energia eolica e solare non sono disponibili. Quinto, durante le ondate di freddo, il vento è in media più forte, quindi l’aumento dell’energia eolica aiuta a soddisfare i picchi invernali nella domanda di calore degli edifici. Sesto, l’accumulo di calore stagionale sotterraneo aiuta a soddisfare la domanda di calore invernale». Questi ultimi due casi sono particolarmente utili per il Texas.
Per evitare i blackout estivi in California, lo studio suggerisce più turbine eoliche offshore perché le velocità del vento sono più elevate durante l’estate al largo della California, specialmente durante il tardo pomeriggio e la prima serata, quando i blackout sono molto probabilmente dovuti a cali della produzione di energia solare.
Una delle autrici dello studio, Anna-Katharina von Krauland, conclude: «C’è così tanto da guadagnare se riusciamo a raccogliere la forza di volontà per intraprendere la transizione a un ritmo adeguato all’urgenza di raggiungere un sistema a zero emissioni di carbonio. Sospetto che queste idee, che potrebbero sembrare radicali ora, diventeranno presto evidenti con il senno di poi».