Riassunto esame Economia dell'energia e gestione dei beni ambientali, prof. Pia Saraceno, libro consigliato P. Ranci, Economia dell'energia, Il Mulino, 2011.

Introduzione

Tutto ciò che sta attorno alla vita è energia. L’energia non può essere conservata né distrutta (legge di natura), quindi ci si occupa dell’entropia, ossia la trasformazione di una forma di energia con bassa entropia in una forma di energia con entropia più alta. Nella trasformazione vi è una dispersione in forme di energia diverse da quelle per cui la trasformazione avviene. Associato alla trasformazione vi è quindi un concetto di efficienza relativa alle tecnologie di produzione energetica.

Quando parliamo di produzione e consumo di energia, in realtà significa occuparsi della trasformazione di diverse forme di energia in vettori (elettrica, termica, chimica ecc.) e di diverse fonti primarie che possono generarli, considerando la dispersione di energia in forme che non possono essere utilizzate. Consumi primari di energia è l’input trovato in natura, consumi finali è la quantità di energia utilizzabile dopo la trasformazione.

Le diverse forme di energia

• Il sole (manda sulla terra una quantità di energia 20mila volte quella consumata)
  • Energia del sole conservata nel legno, nei giacimenti di carbone, petrolio, gas
  • Energia del sole catturata/utilizzata nel momento in cui arriva sulla terra (pannelli termici, pannelli fotovoltaici)
• L’energia che è contenuta nella forza della natura
  • Acqua/energia Idroelettrica
  • Vento
  • Maree
  • Geotermia
• L’energia che viene dalla trasformazione della materia
  • Nucleare
  • Reazione chimica delle particelle: Led

L’energia esistente in natura è abbondante, ma le forme di energia che oggi siamo in grado di sfruttare sono poche. Lo sviluppo delle economie occidentali degli ultimi 200 anni è stato possibile perché si è fatto ampio ricorso alle fonti di energia derivanti dal sole ed intrappolate nelle diverse fonti di combustibile fossile: quindi di energia conservata accumulatasi in milioni di anni.

La misura secondo la fisica

Le diverse forme di energia sono misurate generalmente con unità diverse: petrolio → barili (unità di capacità); gas → metri cubi (unità di volume); carbone → tonnellate (unità di peso).

• Le misure secondo la fisica sono Joule e le calorie: esse sono legate da un valore di conversione predeterminato.
• L’esperimento del mulinello di Joule condotto nel 1850 trova la misura di quanta energia meccanica è necessaria per innalzare la temperatura dell’acqua per innalzare la temperatura di 1 grammo d’acqua distillata da 14,5°C a 15,5°C stabilisce l’equivalenza 1cal=4,184joule.
• Per convenzione si ricorre a multipli esempio 239kcal=1Mj.
• Il potere calorifico di una fonte non è sempre univoco; le misure di volume e peso sono associate di solito a valori fissati dalle convenzioni sulla base del contenuto energetico. Il contenuto energetico anche per forme eguali (es. carbone/gas) non è sempre lo stesso. Troviamo soprattutto per le fonti fossili le dizioni: basso/alto contenuto calorifico. Ciascuna fonte ha nel tempo trovato misure diverse (volume, peso, barili ecc).

Quando parliamo di energia i concetti di flussi e stock sono da intendersi sempre con un riferimento al tempo:

• Il flusso → tasso al quale il volume viene erogato/consumata energia. Energia come quantità erogata in unità di tempo (giorno, ora, anno, ...).
• Lo stock → produzione possibile in un arco temporale dalla potenza/tecnologia utilizzata nella capacità produttiva che trasforma le diverse forme di energia → volume misurato in potenza/capacità.

Le misure dell’energia richiedono dunque di poter collegare sempre le quantità all’unità di tempo.

Il watt

Il Watt è la misura che racchiude questo concetto.

• Watt=1j al secondo
• Kw =1000j al secondo

La potenza misurata dagli apparecchi che usiamo (lampadina, lavatrici ecc.) è misurata in watt, che già contengono un'unità di tempo (il secondo). C'è una forma di energia che misuriamo non in relazione al volume o alla capacità o al peso, ma direttamente in unità di energia: l'energia elettrica → chilowattora (kWh). È l'energia fornita in un'ora da un generatore di capacità pari a un kW, o assorbita in un'ora da un punto di vista di consumo di capacità pari a un kW.

• KW → potenza
• KWh → energia

L’energia fornita da un apparecchio che ha potenza di 1KW in un’ora è il kWh, quindi 1wh=3600Joulee e 1 Kwh=3,6 Mj.

Equivalenze tra misure

In pratica si usano fattori di conversione con riferimento a un tipo di carbone, petrolio o gas in modo da avere una tabella di questo genere da usare come indicazione approssimativa delle grandezze, dei rapporti tra una fonte e l'altra e un confronto dei costi.

NB. Se tra le forme esistesse perfetta sostituibilità, un GJ costerebbe sempre la stessa somma indipendentemente dalla forma di energia; ma non è così! A questa tabella devo aggiungere il prezzo di produzione e l'efficienza di questa trasformazione, che dipende a sua volta dallo sviluppo tecnologico fondamentale. Le convenzioni in termini di calorie/j/watt di diverse forme non danno luogo a eguali possibilità di utilizzo, dipende dalle tecnologie e dalla fruibilità. Una volta convertiti per rendere compatibili le diverse forme in termini di energia contenuta, non dobbiamo aspettarci equivalenza tra i prezzi.

I prezzi delle materie prime nelle diverse forme dipendono da una molteplicità di fattori:

• Costi di produzione/trasformazione/efficienza
• Abbondanza/scarsità
• Forme di mercato per gli scambi
• Politiche energetiche adottate
• Geopolitica
• Etc.

Questi influiscono sui prezzi dei combustibili e sui prezzi per i consumatori finali.

Il consumo di energia nella storia

Il consumo di energia è cresciuto, sia in termini complessivi sia in termini pro capite, nelle fasi storiche in cui è aumentato il reddito e il volume complessivo dei consumi. Evidente è l'aumento a partire dal 28° secolo con il formarsi delle economie moderne.

Lo sviluppo economico però, con il progresso tecnologico che lo accompagna, ha due diverse e simultanee tendenze nel consumo di energia:

• Aumento → il consumo aumenta perché l'impiego dell'energia commerciale sostituisce inizialmente l'energia umana e animale nella mobilità e nella produzione di beni/servizi. ↑ benessere, ↑ reddito ↑ consumo di energia.
• Diminuzione → lo sviluppo economico si accompagna a un uso sempre più attento dell'energia; ↑ i consumo in assoluto ma ↓ il consumo di energia per unità di prodotto = intensità energetica ossia il rapporto tra consumo di energia e misura del prodotto.

Generalmente lo sviluppo economico porta con sé una riduzione dell'intensità energetica. Questo è quello che intendiamo per decoupling o disaccoppiamento: aumenta il consumo assoluto, ma diminuisce l'intensità energetica.

Diamo un'occhiata alla composizione dei consumi primari: l’87% dei consumi primari continua ad essere dato da risorse non riproducibili che utilizzano energia accumulata nei secoli. L’82% da fonti fossili.

Consumi primari e consumi finali: soddisfazione dei consumi finali mix delle fonti primarie. La sommatoria delle tonnellate entranti e consumate dà l'efficienza della trasformazione → guardando il grafico, si hanno maggiori perdite nel trasferimento del petrolio e di energia elettrica. NB. L'efficienza dipende dal mix e dalle tecnologie di trasformazione.

Energia nel sistema economico

• È un settore produttivo: trasformazione di energia primaria in energia per uso finale. A seconda delle forme vi sono mercati con caratteristiche specifiche per ciascuna forma di energia che dipendono dalla struttura dell’offerta e della domanda. Le diverse forme di energia sono tra loro sostituti, quindi i prezzi delle diverse fonti si influenzano. Essendo un settore produttivo vuol dire che concorre alla formazione del PIL, soprattutto in Italia. Dato che è un input ha un prezzo e rappresenta un fattore di competitività.
• È un fattore produttivo quindi entra nella funzione di produzione dei settori economici (in pratica, nei processi produttivi dell'industria).
• È un bene finale di consumo. I paesi sono cresciuti facendo sempre maggior uso di energia per migliorare la produttività totale dei fattori → entra nel bilancio delle famiglie.

L’uso dell’energia ha effetti cumulativi. Lo sviluppo delle economie occidentali degli ultimi 200 anni è stato possibile perché si è fatto ampio ricorso alle fonti di energia derivanti dal sole ed intrappolate nelle diverse fonti di combustibile fossile: quindi di energia conservata accumulatasi in milioni di anni.

• Aumentando le possibilità di produzione e lo sviluppo tecnologico
• Migliorando il benessere delle persone che vi hanno accesso
• Migliora la produttività generale del sistema → più energia = più sviluppo

Non tutte le fonti sono uguali: lo sviluppo della civiltà si è accompagnato a un uso di forme:

• Più flessibili/versatili
• Più concentrate
• Più pulite

Quanta energia per unità di produzione

Efficienza = rapporto tra energia che arriva ai consumi finali ed energia primaria.

• Efficienza nella trasformazione delle forme di energia esistente in natura ed energia utile. Essa dipende dalle diverse forme e le diverse tecnologie produttive. Consumi finale e consumi primari sono misurabili con una unica unità di misura dopo alcune conversioni.
• Efficienza nell’utilizzo dell’energia trasformata per produrre beni e servizi, misurabile come intensità → in generale è il rapporto tra energia per usi finali e prodotto. Dobbiamo usare degli indicatori.

Maggiore efficienza nella trasformazione di energia determina anche un minor fabbisogno di energia primaria per produrre un'unità di prodotto. Quindi maggiore efficienza per il sistema per data struttura produttiva ovvero una intensità per unità di prodotto minore a livello di sistema si ottiene sia per effetto:

• Miglioramento tecnologico nella produzione e nella qualità dei prodotti che vanno al consumo finale che
• Per i miglioramenti nella trasformazione delle diverse forme di energia primaria per renderle utilizzabili per il consumo finale

Dal grafico:

• L'Italia risulta essere poco efficiente (linea blu in alto)
• La Francia invece molto più efficiente (linea viola più bassa)
• La Germania ha migliorato la sua posizione grazie all'uso di rinnovabili (linea verde)

Sull'asse verticale abbiamo il consumo di energia dei vari paesi (che si divide in bassa, media o alta efficienza), su quella orizzontale il reddito pro capite (basso, medio, alto). In questo grafico possiamo osservare la relazione tra la crescita e il consumo di energia per i paesi a reddito più elevato, ossia quelli nella parte destra del grafico. In questo grafico osserviamo la relazione tra GDP e domanda di energia per grandi paesi tra il 1971 e il 2012. Vediamo che la Cina è il paese che consuma più energia.

In realtà, questa relazione, negli ultimi anni si è interrotta perché si cerca di ridurre in assoluto i consumi da qui al 2050 del 30%, con l'obiettivo di produrre di più. In particolar modo l'Italia (linea blu) vede, a parità di reddito con il 2000, una diminuzione dei consumi; questo vuol dire che abbiamo guadagnato in efficienza. Nel grafico è presente una curva a U data dall'effetto della recessione sui consumi. NB. In genere, un'economia molto industrializzata avrà consumi maggiori rispetto a una terziariarizzata. Quanto più un paese è dipendente e non trasformatore, tanto più può apparire efficiente, ma in realtà utilizza prodotti energetici già trasformati da qualcun altro. In questo prospetto vediamo il bilancio energetico diviso per fonti del 2013:

• Petrolio → comprende greggio e trasformati
• Gas → ha perdite minori perché in gran parte finisce al consumatore finale in linea diretta
• Solidi (carbone) → in Italia usato per energia elettrica nonostante sia poco efficiente la sua trasformazione
• Rinnovabili → per definizione non hanno perdite

Accesso all’energia

• Nei paesi sviluppati in parte sì: è un diritto del cittadino
  • Vi è obbligo di servizio pubblico → soprattutto per energia e gas grazie alla generazione di politiche a sostegno dei consumi
  • Il superamento della povertà energetica è considerata un obiettivo delle politiche sociali dei vari paesi in modo più o meno esplicito
• A livello di organismi internazionali l’accesso all’energia è un obiettivo al centro dell’agenda come strumento per la lotta alla povertà.
  • A livello mondiale 1 miliardo e 300 milioni di persone non ha accesso all’elettricità (18% della popolazione mondiale pari a tutto l’Osce e 22% della popolazione dei paesi in via di sviluppo)
  • 2,7 miliardi di persone (40% della popolazione mondiale) usa ancora fonti povere altamente inquinanti (biomassa solida) per cucinare con disastrose conseguenze sulla salute. La disponibilità di energia è di supporto a molteplici possibilità per migliorare la condizione umana; la sua esclusione rende molto ampie le differenze nel livello di benessere e nelle possibilità di sviluppo autonomo delle popolazioni.
  • L’Asia in via di sviluppo conta da sola per 1 miliardo e 900 milioni, più di tutta l’Asia subsahariana.

Riepilogo

• Le diverse fonti sono in parte sostitute tra loro, ma per compararle abbiamo bisogno di unità di misura. Alla fine è il contenuto di calorie che conta, ma ciascuno ha la propria misura che deriva dalla stratificazione degli usi e delle consuetudini. Imparare le conversioni è fondamentale per confrontare le convenienze.
• Lo sviluppo tecnologico ha spostato la convenienza da fonti di bassa qualità a fonti di maggiore qualità, le due direttrici:
  • Più efficienza e flessibilità
  • Minore impatto ambientale
• Le risorse energetiche che possono essere trasformate ed utilizzate dall’uomo solo per le fonti fossili nelle disponibilità di pochi paesi.
• Vi sono quindi aree che sono molto dipendenti da altre per l’approvvigionamento. Il grado di dipendenza è legato anche al livello di domanda e della possibilità di sviluppo di fonti riproducibili.
• Il grado di dipendenza ha impatto sull’organizzazione dei mercati e sulle politiche internazionali degli stati.
• Come per ogni commodity e beni oggetto di scambio la maggior parte delle fonti per arrivare al consumatore ha bisogno di essere trasportata.
• Ciò che il consumatore acquista è energia + servizio di trasporto al consumatore finale. Per le caratteristiche di alcune forme di energia ciò avviene usando reti dedicate che hanno bisogno di grandi investimenti per essere realizzate e che hanno un lungo periodo di vita utile:
  • Sono infrastrutture di trasporto non replicabili che operano in condizioni di monopolio (essential facilities).
• La produzione ed il consumo di alcune forme di energia genera esternalità negative rilevanti.
• Tali esternalità negative nascono perché la produzione ed il consumo dell’energia da parte dei singoli sfrutta ed incide anche sulla qualità dei beni comuni.
• Le conseguenze di questo hanno via via assunto nel tempo contorni e gravità crescenti: le politiche nazionali non bastano, poiché le conseguenze ambientali assumono anche dimensione sovranazionali e necessitano di accordi tra stati.
• I fallimenti del mercato e la necessità dell’intervento pubblico sono particolarmente importanti nel settore dell’energia.
• Obiettivi dell’intervento pubblico si rivolgono ad almeno quattro ambiti specifici, di cui alcuni potenzialmente conflittuali con gli obiettivi di apertura alla concorrenza dei mercati delle fonti finali:
  • Geopolitica e sicurezza degli approvvigionamenti
  • Governo delle esternalità e politiche per contenere gli effetti del cambiamento climatico
  • Tutela dei consumatori ed accesso all’energia

Consumi energetici e sostenibilità

La cultura prevalente nelle società industriali ha sostenuto a lungo la dominanza dell'attività umana sull’ambiente naturale: ne è conseguita una scarsa attenzione al problema della riproducibilità delle risorse e ai vincoli che l'ambiente impone al sistema economico.

In effetti, però, è condiviso da tutti che solo una parte del cd "capitale ambientale" si rigenera, attraverso i cicli naturali o a seguito dell'intervento umano, parliamo di risorse quali acqua, vento, sole, onde, foreste ecc. Non tutte queste risorse però sono risorse rinnovabili e quindi non possono essere considerate inesauribili: lo stock di risorsa a disposizione può infatti contrarsi se lo sfruttamento dovesse essere superiore rispetto alla capacità di ricostituzione (naturale o artificiale) dello stock stesso. Al contrario risulta sostenibile l'uso di risorse nei limiti del flusso di ricostituzione naturale della stessa. La gestione delle risorse rinnovabili pone quindi due problemi: uno di flusso (quantità disponibile per unità di tempo, ad esempio) e uno di consistenza o stock (conservazione delle risorse a disposizione). La disponibilità non infinita di risorse naturali...