Ecologia Scientifica e Modelli di Sviluppo (Documento)

di Luciano Burderi, Professore Associato del Dipartimento di Fisica, Università di Cagliari

Una Rivoluzione epocale nel campo della produzione della Energia

Da tempo conservavamo gelosamente questo articolo che il prof. Burderi ci ha onorato di inviarci. Poichè la sua portata sfugge alla cronaca, ci eravamo proposti di pubblicarlo “alla prima occasione buona”. Essa ci viene ora offerta dal riferimento che il prof. Marcello Panzarella fa al “Progetto Desertec” nel suo recente intervento del 20 settembre: “Game Over” (https://www.qualecefalu.it/lac/node/5651).
Questo amplissimo Progetto, di iniziativa tedesca, è teso a sfruttare la energia solare, nel Sahara, secondo un metodo assolutamente semplice ma rivoluzionario, destinato a provocare mutamenti epocali nella economia e negli assetti geo-politici della Terra.

Scriveva il prof. Panzarella:

“... la colonizzazione del deserto emergerà sempre più come una opportunità, e anzi costituirà, nel corso del XXI e del XXII secolo, una autentica sfida. Ce lo fanno intuire alcune iniziative legate alle operazioni di “greening” del deserto, come quella attuata da Israele nel Negev o altre, avviate con successo nel Sahara occidentale, e ce lo conferma l’imprevisto rinverdire del Sahel, su cui – oltre all’incremento delle piogge nelle ultime tre decadi – ha notevolmente influito il miglioramento delle tecniche di conduzione agricola. In più, occorre considerare l’enorme potenziale energetico del Sahara, non solo in quanto riserva di idrocarburi – destinati comunque a esaurirsi in pochi decenni – ma soprattutto come fonte di energia solare, dato che esso costituisce il luogo a maggiore insolazione di tutto il pianeta. Di fatto, nel corso dei prossimi decenni saranno insediate nel Sahara numerose centrali di captazione dell’energia solare e più linee di convogliamento dell’elettricità prodotta, come ci suggerisce il sistematico progetto “Desertec”, di iniziativa tedesca. (da “E. Journal”, supplemento 01.1 del 20 settembre 2011, “Fuori Gioco” di Marcello Panzarella)”.

Il 23 luglio di quest’anno, all’interno del Programma estivo della Fondazione Mandralisca, si è svolta una - in questo caso sì che si può usare “eccezionale” - Conferenza del prof. Luciano Burderi (della Associazione di astronomi che annualmente organizza il Congresso internazionale qui, a Cefalù) di famiglia cefaludese per parte di madre, professore di Astrofisica alla Università di Cagliari.
“Eccezionale” perchè eccezionale era - oltre che il livello scientifico della proposta - il valore rivoluzionario della Proposta-Progetto che veniva presentato; un Progetto destinato a rivoluzionare in maniera epocale l’assetto stesso della attuali società attraverso un metodo semplicissimo ma assolutamente rivoluzionario per la produzione di energia pulita a costi bassissimi, da una fonte inesauribile quale è quella solare!

Nota: a seguire l’articolo del prof. Burderi, che si offre come una esposizione sintetica e divulgativa del Progetto, riproduciamo per esteso la “lezione” che il professore ha fatto la sera del 23 luglio presso la Terrazza del Museo Mandralisca di Cefalù, avvalendoci del corpo delle Diapositive che lo stesso professore ha usato per la sua esposizione (che troverete nel relativo allegato in pdf), aggiungendovi, di nostro soltanto, la sintesi delle parole con le quali, quella sera, le ha accompagnate (questo perchè è sicuramente una “lezione” di cui molti studiosi e studenti universitari si potranno avvalere)

- il prof. Panzarella durante il suo intervento alla fine della Conferenza
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ECOLOGIA SCIENTIFICA E MODELLI DI SVILUPPO (articolo)

(di Luciano Burderi, Professore Associato del Dipartimento di Fisica, Università di Cagliari)

Con la vittoria del SI al referendum è tramontata in Italia l'opzione nucleare per la produzione di energia. Tuttavia l' Europa ci impone di rispettare i vincoli dell' accordo del 20-20-20: 20% di riduzione dei consumi energetici e di emissioni di anidride carbonica entro il 2020 per rallentare i cambiamenti climatici indotti dall' effetto serra. Inoltre le recenti crisi politiche del mondo arabo ed il progressivo esaurimento dei giacimenti di petrolio, carbone e gas naturale, determinano la continua ascesa dei prezzi. Per l' acquisto dei combustibili fossili l' Italia spende annualmente 90 miliardi di euro, pertanto il raddoppio del prezzo del petrolio negli ultimi 5 anni ha comportato un aggravio di spesa di circa 45 miliardi di euro annui! Risolvere il problema energetico significa risolvere la crisi economica senza imporre sacrifici ed imprimendo altresì una spinta talmente significativa all'economia da proiettare l' Italia nel gruppo dei paesi che trainano la ripresa mondiale.
Le energie rinnovabili (eolico e solare) provengono dall'energia che ogni anno il sole riversa su tutta la terra che è pari a diecimila volte il consumo energetico mondiale: una disponibilità praticamente illimitata! Tuttavia a causa della rotazione terrestre e della variabilità delle condizioni meteorologiche, sole e vento sono fonti intermittenti per cui l'energia da esse prodotta va immagazzinata per essere resa disponibile al bisogno.

Una soluzione consiste nell' immagazzinamento in energia potenziale dell'acqua: quando le fonti sono disponibili l'energia viene utilizzata per pompare acqua da un bacino a valle ad uno a monte. Al bisogno si svuota il bacino superiore attraverso condotte forzate che alimentano turbine idroelettriche.
Così funziona un ambizioso progetto per produrre, in Sicilia, l' elettricità con fonti rinnovabili.

Per semplificare ci limitiamo a considerare l'uso di pannelli fotovoltaici. Il consumo di energia elettrica della Sicilia ammonta a 19 miliardi di kWh/anno. La quantità di energia che il sole deposita in un anno su un metro quadrato di superficie esposta a sud ed opportunamente inclinata di 33 gradi e' di 2060 kWh. Considerando, realisticamente, che solo il 75% di questa energia possa essere convertita e una efficienza di conversione pari al 15% per i moduli fotovoltaici commerciali, si producono 206 kWh per metro quadro all' anno. Occorrono pertanto 82 km quadri di pannelli, distribuiti su 158 km quadri di territorio (per non farsi ombra), corrispondenti ad un appezzamento di 640 metri di lato per ognuno dei 390 comuni siciliani.

Il costo dei pannelli è di 8,2 miliardi di Euro, ad un costo di produzione di 100 euro al metro quadro, che è destinato ad abbattersi (nel 2012 si prevedono 65 euro al metro quadro per 5,3 miliardi di Euro)!
La centrale fotovoltaica è accoppiata con un impianto di immagazzinamento idroelettrico.

Il volume degli invasi attuali della Sicilia è di 0.9 miliardi di metri cubi ad una altezza media di 150 metri sul livello del mare, sufficienti ad immagazzinare 364 milioni di kWh di energia che garantiscono 7 giorni di autonomia, in totale assenza di sole. Al costo di 10 centesimi di euro al kWh la popolazione spende 1,9 miliardi di euro l'anno per l' elettricità, pertanto occorrerebbero meno di 5 anni a recuperare l'investimento. La modularità del progetto consentirebbe di puntare inizialmente alla produzione del 60% dell'energia (sufficiente a rispettare i parametri imposti dal 20-20-20) riducendo il costo a 3.2 miliardi di euro.

Quanto discusso dimostra come la conversione energetica a fonti rinnovabili sia fattibile con le tecnologie attuali, in brevissimo tempo, a costi accettabili e costituisca il modo più efficace di uscire dalla attuale crisi economica innescando un circolo virtuoso foriero di un rinnovato benessere per tutti senza sacrifici e ad impatto ambientale nullo. Questa verità scientifica è, a tutti gli effetti, una proposta politica rivoluzionaria che, auspichiamo, venga presto raccolta da una nuova classe politica perspicace e lungimirante.

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La Lezione tenuta il 23 luglio presso la Terrazza del Museo Mandralisca di Cefalù
(apri allegato in pdf - è necessario la adsl, il documento "pesa" 8 mega)

NOTA: Per ragioni tecniche, legate ai font, nella conversione dello slide originale inviatoci dal prof. Burderi (tecnicamente improponibile sul blog nel formato key o ppt), in pdf, alcune scritte delle diapositive originali sono risultate, in basso, fuori immagine.
Per ciascuno di questi casi, in nota al numero della diapositiva, aggiungiamo la parte scritta non visualizzata.

Io sono uno Professore di astrofisica tuttavia, tra le mie attività, mi capita con sempre maggiore frequenza di occuparmi del problema ecologico, però - essendo un fisico - da un punto di vista scientifico.

Vedremo come, posto che le condizioni politiche lo permetteranno, il punto di vista dei fisici sul futuro dell’umanità è roseo; potenzialmente la natura ci promette veramente delle svolte interessanti che sono quelle che cercherò di illustrarvi.

Dia 2 - Questa è la Tavola riassuntiva di tutta l’energia, per tipo, che la umanità utlizza per ogni suo scopo - persino quella prodotta dalla combustione vegetale (ad esempio nella pastorizia dei paesi non industriali, o per la cottura dei cibi).

Dia 3, 4 - Le equivalenze in kWh e in volumi di tutto questo petrolio, carbone e gas

Dia 5 - Prospettive di esaurimento (rapporto della British Petroleum). Per le riserve di carbone vi è il dubbio che il calcolo sia sottostimato perciò se ne è considerata la disponibilità secondo la visione più ottimistica: il doppio.

aggiungi alla n° 5: “Tempo di esaurimento Carbone: 83 anni (170 anni?)

Dia 6 - In circa 65 anni, ottantaquattro nella ipotesi più ottimistica, ci saremo mangiati completamente le fonti da cui ricaviamo la quasi totalità dell’energia che consumiamo attualmente. Una prospettiva ancor più inquietante perché il consumo cresce di anno in anno

aggiungi alla n° 6 - “Tempo di esaurimento gas naturale: 34 anni; Tempo di esaurimento carbone: 34 anni; TEMPO DI ESAURIMENTO MEDIO 36 ANNI”

Dia 7 - Quando i consumi dei paesi non industrializzati si allineassero con quelli dei paesi già industrializzati la prospettiva si accorcerebbe ulteriormente

aggiungi alla n° 7 - “Tempo di esaurimento carbone: 28 anni;
TEMPO DI ESAURIMENTO MEDIO: 22 ANNI”

Dia 8 - Inoltre se la domanda cresce e la offerta scarseggia i prezzi salgono

Dia 9 - Il Co2 è un prodotto di scarto della combustione, un gas relativamente inerte non tossico in sé ma essendo più pesante dell’aria tende a non dare spazio all’ossigeno (in un locale chiuso ciò può perciò risultare letale)

aggiungi alla n° 9 - “...previsto per raddoppiare la quantità di CO2 in atmosfera è di 24 anni”

Dia 10 - Se ogni anno immettiamo nell’atmosfera un tale volume di CO2 modificheremo irreversibilmente la composizione chimica dell’atmosfera (dati del governo americano). Di questo passo raddoppierà la attuale presenza di anidride carbonica nell’atmosfera in soli 24 anni.

Dia 11 - L’effetto Serra. La Terra restituisce una parte del calore proveniente dal sole ma se questa restituzione nell’atmosfera intorno viene impedita dalla cappa del C02, la temperatura della terra aumenta

Dia 12- Questa formula esprime il fenomeno

Dia 13, 14, 15- Le conseguenze. L’albedo è la proprietà di riflettere la luce che ha il colore bianco ad esempio dei ghiacci. Sciogliendo i ghiacci dunque la terra assorbe ancor più luce-calore. Queste effetti secondari interagendo tra loro amplificano ancor più il fenomeno. Sono effetti che retro-agiscono sulla causa che li determina e che si chiamano effetti a retroazione o feed-back, e sono molto pericolosi perché fanno sì che equilibrio possa, per una piccolissima variazione delle condizioni, alterarsi in maniera incontrollabile.

Dia 16, 17 - Cosa succede se la temperatura superi i 4°?

aggiungi alla n° 17 - “...Antartide e Groenlandia finisce anche solo parzialmente sciolto a galleggiare sul mare!”

Dia 18, 19 - Il ghiaccio sulla terra sta fondamentalmente in tre posti. Quello principale, l’Antartide, è un enorme continente della dimensione più o meno dell’Europa, costituito da roccia su cui c’è uno strato di ghiaccio spesso tra i 2 e i 3 km; nella Groenlandia lo spessore del ghiaccio è grosso modo simile ma l’area è molto più ridotta, poi viene la parte sud del sud America (la Patagonia)

Dia 20 - L’aumento del vapore acqueo nell’atmosfera è un altro fattore di retroazione che, come il co2, produce l’ effetto serra

aggiungi alla n° 20 - “...risolvere il problema del buco dell’Ozono.”

Dia 21 - Facendo una sintesi

aggiungi alla n° 21 - “...nessuna emissione di CO2”

Dia 22, 23 - Le due sole fonti rispondenti a questi requisiti, oggi disponibili sono .... (le bio-masse etc.. sono fattori di nicchia irrilievanti e i reattori di IV generazione non sono attualmente disponibili ma si dovrebbero ancora progettare)

aggiungi alla n° 22 - “...109 anni; con le riserve teoriche estraibili dal mare (4 miliardi di ton.): 4300 anni; Nessuna emissione di CO2; La fissione dell’Uranio riscalda direttamente l’acqua che alimenta una macchina a vapore. Nessuna combustione e dunque nessuna emissione di CO2”

aggiungi alla n° 23 - “... meccanica dalle pale e successivamente in energia elettrica da una dinamo. Nessuna combustione e dunque nessuna emissione di CO2”

Dia 24, 25 - Questi i vantaggi e gli svantaggi delle due fonti ...

aggiungi alla n° 24 - “... a svariate migliaia di anni!); Danni ingentissimi in caso di incidenti: 400.000 evacuati dopo Chernobyl (1986) + 4.000 morti (stime ONU)/4 milioni (stime Greepeace); Problemi di sicurezza (potenziali bersagli di attentati terroristici)

aggiungi alla n° 25 - “Svantaggi: Fonte energetica intermittente”

Dia 26 - La non disponibilità costante implica che proprio nei periodi in cui è richiesta maggiore energia - come nei mesi invernali - essa non è disponibile. Come la immagazziniamo? Le batterie sono costose e poco efficienti, pesantissime inquinantissime e si degradano ogni due tre anni.
Una soluzione c’è, tecnicamente definita “batterie idrauliche”; è un po’ l’Uovo di Colombo: immagazzinare energia nell’energia potenziale dell’acqua

Dia 27, 28 - La energia - prodotta dalla centrale a pannelli - metà, di giorno, va alla città e metà a un sistema di pompe che, attraverso quelle condotte forzate, pompano acqua da un bacino in basso a un bacino in alto.
La notte, a campo improduttivo, si fa scendere acqua dal bacino in alto verso il bacino in basso utilizzando le stesse condotte, si usano in maniera reversibile le stesse turbine che alla fine producono energia elettrica che va alla città.
È un sistema (giorno-notte) facile economico, stupido ma soprattutto è già messo in atto.
Come?
L’Italia compra energia elettrica, prodotta dal nucleare dalla Francia. La Francia di notte, quando il consumo è basso, non sapendo che farsene di questa energia in eccesso la vende a prezzi stracciati e l’Italia la compra. Ma che ci fa di notte l’Italia con questa energia? Alza i livello del lago di Garda per poi di giorno alimentare delle turbine idroelettriche.
La tecnica dunque già stato applicata da anni, si chiama “ri-pompaggio”!

Dia 29 - Vi sono già delle ricadute, per la applicazione di questa tecnica, sul mercato della energia, e nascono già i primi conflitti con chi nel campo delle energie ha posizioni dominanti.
L’Italia spende ogni anno circa 90 miliardi di euro per la energia che vanno a finire all’estero. Le ultime finanziarie, “lacrime e sangue”, a quanto ammontano in totale? Se noi potessimo non dare all’estero 90 miliardi di euro l’anno ..?

Dia 30, 31 - “La scienza ci sta dando a portata di mano una soluzione sconvolgentemente promettente”. Non serve riempire tutto il territorio di pannelli solari, il calcolo è presto fatto, e questo è quello che si può vedere come risultato. Riempendo quell’area di pannelli saremmo in grado di soddisfare l’intero fabbisogno energetico del mondo, tutto.

Dia 32 - Un progetto pilota per la Sicilia (il prof. Burderi ne ha fatto un altro anche per la Sardegna)
C’è la possibilità in Sicilia di realizzare delle pile idrauliche? Si c’è.
Supponendo sette giorni senza sole e senza vento la Sicilia potrebbe continuare ad andare avanti per sette giorni sfruttando il volume dei suoi attuali invasi della Regione Sicilia. È anche troppo perché in Sicilia ci basta “superare” un “buco di produzione” solare per la notte o al massimo per 2 giorni.

aggiungi alla n° 32 - “Volume invasi Sicilia (dati: Regione Sicilia anno 2008, h media 150 m s.l.m.): 0,9 miliardi di mc”

Dia 33 - Bisognerebbe solo costruire le stazioni di pompaggio e soprattutto costruire pannelli “sacrificando delle aree”; in media, ogni comune un’area di 637 x 687 m.
Considerando anche il futuro abbassamento dei costi dei pannelli, in 5/6 anni si può riscattare l’investimento iniziale.

Dia 34 - Se per produrre la stessa energia, in Sicilia (68.000 barili al giorno) avessimo scoperto dell’altro petrolio, avremmo stappato bottiglie di champagne a mai finire e ciò pur sapendo che è un materiale destinato ad esaurirsi e ambientalmente dannoso.
Noi ce l’abbiamo già il nostro “petrolio”; invece che “dal basso”, “dall’alto”!

aggiungi alla n° 34 - “Percentuale di petrolio equivalente prodotto: 17% della produzione della Siria”

Dia 35, 36 - Un esempio viene dalle Canarie; con l’abbondanza di energia hanno dissalato l’acqua del mare e oggi tutta l’isola è un giardino

aggiungi alla n° 35 - “Il sistema di El Hierro rappresenterà un investimento, fino al 2009, di 54,3 milioni di euro e permetterà di evitare l’emissione di 18.700 tonnellate di anidride carbonica (CO2) all’anno altrimenti riversate dalla locale centrale termica”. - “La Spagna è tra i leader in Europa per l’energia eolica. Ieri ha registrato il suo record di produzione: i forti venti hanno consentito ai parchi eolici di soddisfare il 27% della domanda di elettricità del Paese.”

(saltare la n° 37, 38 e 39)

Dia 40, 41 - “Desertec”. Uno dei più grandi produttori di pannelli al mondo è la British Petroluem. In attesa che si esauriscono le ultime scorte di petrolio, la corsa da parte dei grandi gruppi è ad accaparrarsi queste aree, dove si sta realizzando un progetto di questo tipo destinato a produrre 340GW equivalente di 340 centrali nucleari. Un progetto da 400 miliardi di euro. Fornirà il 17% dell’energia all’Europa.

aggiungi alla n° 40 - “... elettricità entro il 2050, nonchè acqua pulita per i paesi del Nord Africa”

La domanda è perché andare sempre a rimorchio dei grandi gruppi industriali ?

Dia 42 - Le tappe per la riconversione. I bacini ci sono, mancano solo le centrali in grado di far funzionare le turbine in un senso e nell’altro.

aggiungi alla n° 42 - “... zone ad alta urbanizzazione dove la produzione diffusa in loco risulta impossibile (città, etc.)”

Nella Costituzione italiana le risorse del sotto-suolo appartengono allo Stato. L’intenzione del legislatore era ratificare che i beni energetici primari, esattamente come l’acqua, sono bene di tutti, come le coste (gli ultimi 3 m della battigia).
A quell’epoca non si pensava ad indicare anche il sopra-suolo. È assurdo pensare che le risorse del sottosuolo siano di tutti e quelle del sopra-suolo invece possano essere appannaggio di gruppi privati aggressivi, rapidissimi, che se lo stanno accaparrando tutto, per rivendercelo poi non a prezzi reali di produzione ma di mercato.
Certo è bene incentivare la produzione privata, attraverso i pannelli solari, ma per potenze inferiori al megawatt/h, e in ogni caso per il consumo privato.
Occorre costruire impianti di produzione pubblici perché il sole e il vento sono risorse di tutti e del territorio. Per le regioni del sud può essere un’occasione di riscatto storico e perciò deve essere una risorsa pubblica.

Questo progetto è così “scalabile” (applicabile a scale diverse) che abbiamo progettato, a livello sperimentale, piccoli sistemi integrati per agriturismo e ville (in posti inaccessibili) al posto dei gruppi elettrogeni. Sistemi di vasche sotterranee, con un piccolo parco di pannelli o di pale, per ottenere quantità di energia a bassissimo costo; oltre la piscina riscaldata tutto l’anno a costo zero, impatto ambientale nullo, silenziosità, invisibilità e inquinamento zero.
A scale più ampie, comuni, regioni, nazioni è lo stesso; non vi è limite alla “scalabilità” del progetto.
I dirigenti dell’Ente acquedotti Sardegna, con cui sono stato a colloquio, hanno manifestato entusiasmo, dichiarandosi pronti a “farlo domani”.
Gruppi olandesi e tedeschi, da alcuni anni, hanno fatto loro proposte del tipo: “voi avete bacini che non utilizzate, noi - a spese nostre (dicono loro) - dotiamo questi bacini di condotte forzate (ed inoltre ve paghiamo l’affitto dei bacini); noi produciamo energia con pannelli solari e pale eoliche affittando dalla Regione Sardegna enormi campi; e questa energia la immagazzinano nei bacini più alti”.
Come per l’oro, poichè il mercato dell’energia è un mercato libero (in cui prezzo varia di ora in ora, di giorno in giorno), questi vogliono “immagazzinare” l’energia per vendersela al momento più opportuno al prezzo più alto. Pura speculazione finanziaria, sfruttando il capitale territoriale altrui!

Con una tecnologia del genere, in un tempo brevissimo (direi cinque anni), si può realizzare una riconversione che muterà tutta la rete di distribuzione perché ogni paese diventerà produttore della propria energia, con conseguente risoluzione di molti conflitti. Ciò produrrà un boom economico ad impatto ambientale bassissimo, nullo. È una proposta relativamente rivoluzionaria!

Ma se fosse così facile perché non la fanno?

Più braccia, più animali più energia: all’inizio i grandi imperi si basavano sul controllo di questo tipo di energia.
Nel settecento vi fu una prima rivoluzione per opera di Newton che si chiama “fisica”. Con la termodinamica l’energia si è potuta produrre sfruttando la combustione di combustibili fossili, da cui la rivoluzione industriale. L’Inghilterra si è fatta fuori tutto il carbone per diventare il primo impero mondiale per dimensione.
Francia e Germania si sono fatti la guerra per la regione della Rhur, ricca di carbone.
Dal carbone al petrolio; per il Medioriente le grandi potenze occidentali fanno una prima guerra mondiale contro l’impero Ottomano per farlo diventare protettorato inglese cioè “la loro riserva” di petrolio. Anche i tedeschi si sono dati da fare in Africa e non riescirono a prevalere sui tedeschi in Medioriente paradossalmente proprio perché a Rommel è venuto a mancare il carburante. Buono anche il petrolio degli Urali per Hitler.
Andiamo ora alla prima e alla seconda guerra del Golfo: per il petrolio; a quella attuale in Libia: petrolio!

Russia e Stati Uniti sono rispettivamente il secondo e il terzo produttore di petrolio al mondo.
Così come i produttori di cotone degli Stati americani del Sud si sono opposti a una riconversione della produzione in chiave industriale per mantenere i propri privilegi, così oggi i grandi produttori di petrolio bloccano il percorso di una verità scientifica ovvia quale quella di cui vi ho parlato!

Dia 43 - Conclusioni

aggiungi alla n° 43 - “... Lobby Internazionali che hanno il monopolio della produzione di combustibili fossili”