Checchi - Economia dell'energia e gestione dei beni ambientali

Checci - Economia dell’energia e gestione dei beni ambientali

Indice

Le fonti energetiche: nozioni introduttive 3

Energia e fonti: definizioni 3

Come si misura l’energia elettrica? 4

Quanta energia consumiamo 5

Le riserve energetiche 6

Energia e clima: gas serra 8

Energia come settore strategico e la transizione energetica 11

Consumi primari e consumi secondari 11

La relazione tra energia e sviluppo 12

Energia, clima e crescita: rovesciare la relazione? 15

Come disegnare le politiche 19

Le politiche per la decarbonizzazione 24

Il concetto di esternalità 24

Gli strumenti di politica per il clima 25

Accordi internazionali sul clima 29

Il meccanismo europeo ETS 33

Come si forma il prezzo della CO2 36

Le politiche europee per l’energia 38

Mercati energetici in grado di assicurare energia a prezzi ragionevoli 38

Clean Energy for all Europeans 42

Governance 43

Strategia di lungo periodo (2050): verso la decarbonizzazione 44

L’energia nucleare 47

La prospettiva del mondo 47

Perché l’energia nucleare? 49

Aspetti tecnici e tecnologici 52

L’economia 58

La politica e l’economia 60

Introduzione al petrolio grezzo: riserve, produzione, prezzo e attori del mercato 65

Pagina 1

Il petrolio a livello mondiale 65

Shale, unconventional e conventional 69

Il prezzo 71

OPEC: Organizzazione dei Paesi esportatori di petrolio 73

Gli scenari 73

Il gas naturale 77

Il mercato dell’energia 86

Il mercato del gas naturale 116

Gli strumenti per l’efficienza energetica 125

Presentazione gruppi 131

Checci - Economia dell’energia e gestione dei beni ambientali

Pagina 2 23/02/2021

Le fonti energetiche: nozioni introduttive

Energia e fonti: definizioni

Che cos’è l’energia? Non esiste una definizione vera e propria di energia.

In generale, in fisica è la capacità di un corpo di compiere lavoro, sia come atto, cioè che produce un lavoro, sia come potenziale, ossia attraverso una o più trasformazioni.

La definizione non spiega esattamente cosa è l’energia: spiega ciò che l’energia fa o potrebbe fare, non è una definizione concreta.

Esistono molte forme di energia:

• Meccanica: energia cinetica, potenziale o elastica, che viene sviluppata da un meccanismo sottoposto a un lavoro. Energia sviluppata da un corpo.
• Termica: calore generato dal moto degli atomi e delle molecole all’interno di un corpo, innescato da una reazione chimica.
• Nucleare: è il legame che tiene uniti i neutroni ed i protoni del nucleo di un atomo. Si sprigiona attraverso variazione atomica.
• Elettrica: energia derivante dal flusso di carica elettrica.

Quindi energia significa tante cose.

Perché l’energia è importante per l’economia?

Energia è un fattore strategico per l’economia perché è:

• Un fattore produttivo, elemento di input, entra nella funzione di produzione dei settori produttivi ecc., ne determina il costo, la produttività.
• Un bene finale di consumo, detto di pubblica utilità perché ritenuto un bene essenziale per il benessere e lo sviluppo. Il consumo di energia e il benessere sono tradizionalmente collegati.
• Un settore produttivo, include tutte le attività di trasformazione di energia primaria in energia per uso finale perché la trasformazione di energia è un settore in cui ci sono aziende che operano.

Settori che utilizzano tanta energia rispetto ad altre materie prime sono detti settori energivori.

Es. acciaierie, acciaio viene da un processo che richiede molto calore, quindi serve energia termica. In generale quindi settori che richiedono molto calore, molto vapore.

Le fonti di energia primarie

1. Le fonti di energia primarie

Tutte le fonti di energia derivano dal sole, che dà tutta l’energia che c’è sul nostro pianeta. Oggi le fonti le dividiamo in due macrocategorie: esauribili e non esauribili.

a. Le fonti esauribili sono quelle che non si rigenerano nel breve periodo, quindi soggette ad esaurimento al consumo, es. carbone, gas naturale, petrolio, uranio. Hanno una quanta finita.

b. Le fonti inesauribili e in particolare rinnovabili, sono fonti che si possono rigenerare nell’arco della vita umana. Es. sole, vento, geotermia, onde marine e biomasse. In particolare fanno energia da combustione e in realtà si differenziano dalla combustione del carbone perché le biomasse si rigenerano nel corso della vita dell’uomo, mentre per il passaggio da legno a carbone ci vogliono millenni.

Queste sono fonti primarie, quindi che danno fonti di energia, soprattutto energia termica.

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Le fonti secondarie: i vettori

2. Le fonti secondarie: i vettori

Poi ci sono i vettori, ovvero fonti che servono per trasportare l’energia, detti anche fonti secondarie. Non sono presenti in natura ma sono frutto di una trasformazione. Sono mezzi per trasportare l’energia da una forma all’altra, cioè per immagazzinarla e utilizzarla in un modo diverso.

Sono tutti i derivati del petrolio ad esempio. Qual è la differenza tra metano e gas naturale? Il metano è una versione più pura, raffinata.

• La benzina si ottiene dal trattamento del petrolio greggio.
• Il metano viene estratto dai gas naturali.
• L’energia elettrica è una fonte secondaria.
• L’idrogeno è un vettore che può consentire di trasportare le fonti rinnovabili ma qui servono anche un’altra serie di trasformazioni: da fonte rinnovabile, ottengo energia elettrica e attraverso idrolisi si può fare l’idrogeno. L’idrogeno può essere estratto dall’acqua o da combustibili fossili.
• Le batterie, modo di immagazzinare energia elettrica.

Quindi l’energia si può immagazzinare e la capacità di immagazzinare energia è un elemento fondamentale della transizione energetica. Un altro aspetto di cui tener conto è che ogni trasformazione di energia comporta una perdita. Es. se brucio energia elettrica ho una perdita.

Si è passati da un problema di scarsità a un problema di emissioni.

Come si misura l’energia

Come si misura l’energia elettrica?

Ci sono diverse misure che misurano l’energia. L’unità di misura per l’energia è il joule, simbolo J.

Esercizio:

Altre unità di misura:

L’unità di misura dell’energia è il joule (J), ma a seconda dell’ambito, sono adottate anche altre unità quali: elettronvolt (eV), caloria (cal), kilowattora (kW/h). Il kilowattora viene ad esempio usato come unità di vendita dell’energia elettrica da parte delle aziende elettriche agli utenti e nel settore commerciale in generale.

• Un consumatore domestico di energia consuma 2700 kWh in anno...
• 1 kilowattora (kWh) = 3,6 × 10⁶ J.
• 1 elettronvolt (eV) = 1,602 × 10^-19 J.
• 1 caloria (cal) = 4,187 J.
• 1 british thermal unit (btu) = 1,055 J.
• Quanti joule sono?
• 2 700 KWh = 2 700 x 3,6.
• 2 700 KWh = 9 720 000 000.
• 2 700 KWh = 9 720 000.

Leggere le unità di misura:

• K = 10³, kilo = migliaia = 9 729.
• M = 10⁶, mega = milioni = 9,729.
• G = 10⁹, giga = miliardi.
• T = 10¹², tera = migliaia di miliardi.
• P = 10¹⁵, peta = milioni di miliardi.

Il potere calorifico

In riferimento alle fonti energetiche, primarie o secondarie, la misurazione può essere di altra natura, facendo riferimento al volume, barili di olio, m³ di gas, litri di benzina, o alla massa, kg di carbone, Tep tonnellate equivalenti di petrolio.

Di fronte a tali differenti misurazioni, è così definibile il potere calorifico di una fonte come l’energia che si può ricavare dalla combustione, trasformazione, di una massa o di volume di una fonte o di un vettore.

Generalmente il potere calorifico si distingue in:

• Potere calorifico superiore (PCS): misura l’energia della combustione tenuto conto dell’energia della condensazione del vapore. Ogni combustione crea vapore.
• Potere calorifico inferiore (PCI): misura l’energia della combustione al netto dell’energia della condensazione del vapore.

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Il PCI è minore del PCS.

La differenza tra i due poteri, PCS e PCI, non è da confondersi con le perdite della trasformazione che sono legate al processo chimico. Il potere calorifero talvolta alcune fonti energetiche non sono misurate in energia ma in volume e in massa.

Il watt e il watt-ora: la misura dell’energia elettrica

Il watt e il watt ora:

Il watt, simbolo W, esprime una potenza erogabile/assorbibile da un impianto nel lungo periodo, è la capacità di produrre o consumare energia. È l’unità di misura della potenza del Sistema Internazionale. Un watt equivale a 1 joule al secondo, 1 J/s.

Il watt ora, simbolo Wh, esprime la quantità di energia che viene prodotta o consumata nell’unità tempo di riferimento, 1 ora. Es. Una centrale con potenza 1MW produce 1MWh se rimane in funzione per 1 ora, 2 MWh se rimane in funzione per due ore e così via. Una lampadina che ha potenza di 100W, consuma 100 Wh se rimane accesa un’ora, 200 Wh se rimane accesa due ore e così via.

Quanta energia consumiamo

L’utilizzo delle fonti di energia: cenni storici

La fonte di energia storicamente è stata il lavoro dell’uomo attraverso lo sfruttamento degli schiavi.

Lo sviluppo dell’uomo è avvenuto quando oltre all’uomo si è iniziato a sfruttare il lavoro degli animali e poi il vento, i mulini, le barche a vela e il sole per essiccare. La svolta fondamentale si ha con la rivoluzione industriale che è soprattutto una rivoluzione nell’utilizzo delle fonti energetiche perché si inizia a usare l’energia elettrica e il vapore, utilizzo delle energie fossili.

Chi utilizza di più le energie oggi?

Aree che consumano meno sono l’Africa e il Medio Oriente, mentre l’area Asiatica oggi è quella che consuma più energia, circa il 40% di tutta l’energia introdotta in tutto il mondo, poi Nord America, 20%, e Europa, 15%.

In Italia il consumo allineato a quello degli europei, oggi simile a quello della Cina.

Se guardiamo al consumo pro capite le cose cambiano: ad esempio USA consumano tre volte tanto un cinese.

Questo ha dietro livelli di industrializzazione diversi, aree del mondo che non si sono ancora industrializzate, aree che stanno da una parte de-industrializzando e iniziando processi di efficientamento energetico importante.

Quanta energia consumiamo.

Chi consuma di più?

Evoluzione del consumo di energia per area geografica (MTep).

Evoluzione del consumo di energia per alcuni paesi, GJ per abitante.

• Il consumo mondo, ma.
• L’Asia è diventata consumo.
• I consumi per-capite sono ancora molto più elevati negli USA che nel resto del mondo e sono stabili.
• Nord America ridurre i consumi.
• Sono in contrazione in Europa, crescono.
• In aumento in Asia.

14 000, 12 000, 10 000, 8 000, 6 000, 4 000, 2 000, 0.

Nord America, Sud-Centro America, Europa, Ex-URSS, Medio-Oriente, Africa, Asia.

Fonte: BP Statistical Review.

Fonte: The Word Bank.

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Che cosa consumiamo

Cosa consumiamo? La fonte più utilizzata ancora oggi è il petrolio. La seconda è ancora il carbone. In Europa siamo ormai abituati a considerarla una fonte marginale ma in altri paesi non è così. Il gas è circa al 25% ed è uno dei pochi ancora in crescita, effetti pandemia nel 2020 potrebbero aver portato a una riduzione netta del consumo di petrolio. Le rinnovabili coprono il 14% dei consumi, prevalentemente biocombustibili.

• Olio, carbone e gas sono le principali fonti utilizzate.
• Le rinnovabili coprono il 14% dei consumi, prevalentemente biocombustibili.

Olio, carbone e gas sono le principali fonti utilizzate. Le rinnovabili coprono il 14% dei consumi, prevalentemente biocombustibili.

Che cosa consumiamo.

• Olio, carbone e gas sono le principali fonti utilizzate.
• Le rinnovabili coprono il 14% dei consumi, prevalentemente biocombustibili.

Consumo per fonte (2016).

27%, 32%, 10%, 2%, 22%, 3%, 5%.

Carbone, Gas Naturale, Nucleare, Idro, Geotermica, Biocombustibili, Olio e Derivati.

Fonte: IEA.

Consumo per fonte (2016).

27%, 32%, 10%, 222%, 22%, 3%, 5%.

Carbone, Gas Naturale, Nucleare, Idro, Geotermica, Biocombustibili, Olio e Derivati.

Fonte: IEA.

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Le riserve energetiche

Dove sono le risorse energetiche: petrolio

Dove sono le risorse energetiche: petrolio.

1. Petrolio.

• Le riserve considerate sono quelle economicamente estraibili.
• Non si esclude la presenza di altre riserve oggi non economiche.
• Le riserve sono sufficienti a coprire il consumo per diversi anni.

Le riserve energetiche.

Le riserve di petrolio sono concentrate nei paesi del Medio Oriente, quelle anche in America del Sud e meno Nord. Le riserve considerate sono quelle economicamente estraibili. Non si esclude la presenza di altre riserve oggi non economiche.

Le riserve di petrolio oggi sono considerate sufficienti per coprire la domanda per diversi anni, a differenza di anni fa quando si era nel pieno della crescita di tante parti del mondo.

Ci sono tante riserve che però sono difficilmente estraibili.

Il commercio mondiale di petrolio.

Fonte: IEA e BP.

Ad oggi, anche grazie a un miglioramento delle tecniche di estrazione, le riserve sono accessibili e sufficienti. Il motivo per cui si sta rinunciando al petrolio non è solo la scarsità, oggi il problema è legato più alle emissioni.

Fonte: IEA e BP.

Fonte: IEA e BP 25.

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Le riserve energetiche: il gas naturale

2. Gas Naturale.

• Anche le riserve provate di gas naturale sono abbondanti.
• E anche in questo caso le risorse sono concentrate in Medio Oriente.

Concentrato più nei paesi dell’area ex Unione Sovietica. Le risorse sono concentrate in Medio Oriente. Oggi Nord America ha guadagnato capacità produttiva. Anche le riserve provate di gas naturale sono abbondanti.

Fonte: IEA e BP 26.

Le riserve energetiche: il carbone

3. Carbone.

Le riserve provate di carbone sono ancora più abbondanti.

• Le riserve provate di carbone sono ancora più abbondanti.
• Le riserve asiatiche, più abbondanti, sono anche quelle più sfruttate.

Si trova prevalentemente nella zona asiatica che è anche uno dei principali consumatori di carbone, ma questa zona è abbondantemente sfruttata. Questo spiega perché i paesi asiatici sono quelli che emettono più CO2.

Fonte: IEA e BP.

Le rinnovabili

Le rinnovabili oggi coprono una frazione molto bassa del consumo energetico mondiale ma la produzione è in enorme crescita. L’Europa si è fatta portabandiera della transizione energetica.

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Fonte: IEA e BP.

Energia e clima: gas serra

Distinzione tra inquinamento ambientale in generale e problema del gas serra in particolare.

Inquinamento ambientale: la presenza in un determinato luogo di una o più sostanze estranee, capaci di alterare i componenti dell’ambiente in cui l’uomo vive, ossia aria, acqua e suolo; può essere provocato da costituenti normali dell’ambiente, ma presenti in proporzioni superiori alla media, o può essere causato dalle attività umane. Qualsiasi alterazione dell’ambiente, di un ecosistema. Qualsiasi attività umana che altera l’ecosistema.

Gas climalteranti o gas serra, green house gas: gas presenti nell’atmosfera responsabili dell’effetto serra, ossia che riescono a trattenere le radiazioni infrarosse della terra.

Il problema del gas serra è l’aumento dell’emissione di gas che viene da alcune attività umane che creano l’effetto serra, ovvero il trattenimento delle radiazioni infrarossi all’interno dell’atmosfera, quindi innalzamento delle temperature terrestri.

I gas più climalteranti sono:

• CO2, biossido di carbonio.
• CH4, metano.
• N2O, protossido d’azoto.
• Gas fluorurati: HFC, idrofluorocarburi, PFC, perfluorocarburi, e SF6, esafluoruro di zolfo.

N.B.: inquinamento ed effetto serra non sono sinonimi: alcune fonti/tecnologie a basse emissioni climalteranti possono essere considerate inquinanti per altri aspetti: ad esempio inquinamento paesaggistico per impianti eolici, inquinamento da polveri sottili e NOX per biomasse.

Es. un impianto eolico inquina o non inquina?

È chiaro che l’impianto eolico non produce CO2, produce energia elettrica senza bruciare fossile ma non vuol dire che non inquini. Si può parlare di inquinamento paesaggistico, ma anche di filiera, footprint = di cosa ci sta alle spalle.

Se produco la pala eolica in Asia la trasporto con una nave ad esempio alimentata a carbone allora nella catena produttiva della pala è stata emessa molta CO2. Il problema del contenimento di gas climalteranti è un problema molto complesso.

La CO2 è il gas che maggiormente oggi è ritenuto responsabile dell’effetto serra e che sta crescendo di più, 1,5 miliardi di tonnellate negli anni 70, oggi 35. Prima dell’800 non c’era questo problema.

Oggi si comincia a parlare un po’ di più anche di emissioni di metano. Il CH4 è molto più pesante rispetto alla CO2, ha molto più impatto.