Checchi - Economia dell'energia e gestione dei beni ambientali

Checci - Economia dell’energia e gestione dei beni ambientali

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

ecc.

produttivi, ne determina il costo, la produttività,

S

ettori 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.

- 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.

1. LE FONTI DI ENERGIA PRIMARIE

Tutte le fonti di energia derivano dal sole, che da 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 il per il passaggio da legno a

carbone ci vogliono millenni.

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

Pagina 3

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 una 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

- Un consumatore stand

domestico di energia e

unità quali: elettronvolt (eV), caloria (cal), kilowattora (kW/h). Il kilowattora viene ad esempio usato

• 6

1 kilowattora (kWh) = 3,6 × 10 J consuma 2700 kWh in

• −19

1 elettronvolt (eV) = 1,602 × 10 J

come unità di vendita dell'energia elettrica da parte delle aziende elettriche agli utenti e nel settore

anno…

• 1 caloria (cal) = 4,187 J

• - Quanti joule sono?

commerciale in generale. 1 british thermal unit (btu) = 1,055 J 2 700 KWh = 2 700 x 3,6

2 700 KWh = 9 720 000 0

• 1 kilowattora (kWh) = 3,6 × 10 J

6 = 9 720 000

Leggere le unità di misura:

• 3

K = 10 kilo = migliaia = 9 729

• 1 elettronvolt (eV) = 1,602 × 10 J

−19 • 6

M = 10 mega = milioni = 9,729

• 9

G = 10 giga = miliardi

• 1 caloria (cal) = 4,187 J • 12

T = 10 tera = migliaia di miliardi

• 15

• 1 british thermal unit (btu) = 1,055 J P = 10 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, m di gas, litri di benzina) o alla massa (kg di

3

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.

Pagina 4

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’unita 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

Quanta energia consumiamo

Chi consuma di più?

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

Evoluzione del consumo di energia per alcuni paesi • Consumo d

(GJ per abitante) • Il consumo

14 000 mondo, ma

12 000 • L’asia è dive

• I consumi per-capite sono ancora

10 000 consumo

molto più levati negli USA che nel • Nord Amer

8 000 resto del mondo e sono stabili ridurre i co

•

6 000 Sono in contrazione in Europa crescono

• In aumento in Asia

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

Pagina 5 21

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

Che cosa consumiamo

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

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

consumi, prevalentemente

Che cosa consumiamo

prevalentemente biocombustibili. biocombustibili

• Olio, carbone e gas sono le principali

Consumo per fonte (2016)

fonti utilizzate 27%

32%

• Le rinnovabili coprono il 14% dei

consumi, prevalentemente

biocombustibili

10% 2% 22%

Consumo per fonte (2016)

3% 5% 27%

32%

Carbone Gas Naturale Nucleare

Idro Getoermica Biocombustibili

Fonte: IEA Olio e Derivati

10% 22

2% 22%

3%

Dove sono le risorse energetiche: Petr

5%

Carbone Gas Naturale Nucleare

Le riserve energetiche Idro Getoermica Biocombustibili

Fonte: IEA Olio e Derivati

1. Petrolio • Le riserve

22

Le riserve di petrolio sono concentrate nei paesi del Medio Oriente, quelle ec

estraibili

anche in America del Sud e meno Nord. Le riserve considerate • Non si es

di altre ri

sono quelle economicamente estraibili. Non si esclude la presenza

Dove sono le risorse energetiche: Petrolio economic

di altre riserve oggi non economiche. • Le riserve

coprire il

Le riserve di petrolio oggi sono

• Le riserve considerate sono diversi an

quelle economicamente

considerate sufficienti per coprire

estraibili

• Non si esclude la presenza

la domanda per diversi anni, a

di altre riserve oggi non

economiche

differenza di anni fa quando si era

• Le riserve sono sufficienti a

nel pieno della crescita di tante

coprire il consumo per

diversi anni

parti del mondo.

Ci sono tante riserve che però

Il commercio mondiale di petrolio

sono difficilmente estraibili.

Fonte: IEA e BP Ad oggi, anche grazie a un miglioramento delle

tecniche di estrazione, le riserve sono

Fonte: IEA e BP accessibili e sufficienti. Il motivo per cui si sta

rinunciando al petrolio non è solo la scarsità,

24

oggi il problema è legato più alle emissioni.

Fonte: IEA e BP 25

Pagina 6

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

Concentrato più nei paesi dell’area ex

Medio Oriente

Unione Sovietica. Le risorse sono

concentrate in Medio Oriente Oggi

Nord America ha guadagnato capacità

produttiva. Anche le riserve provate di

gas naturale sono

Fonte: IEA e BP abbondanti. 26

Le riserve energetiche: il carbone

3. Carbone Le riserve provate di carbone sono

• Le riserve provate di

carbone sono ancora più

ancora più abbondanti. abbondanti

• Le riserve asiatiche, più

Si trova prevalentemente nella zona

abbondanti, sono anche

quelle più sfruttate

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 28

Le rinnovabili oggi coprono una frazione molto bassa del consumo energetico mondiale ma la

Le rinnovabili

produzione è in enorme crescita. L’Europa si è fatta portabandiera della transizione energetica.

Pagina 7

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 inalteranti 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 fossili

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 inalteranti 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 c