Un’Italia al 100% rinnovabile al 2050 è possibile

Circa il 90% della produzione elettrica in Italia potrebbe derivare nel 2050 da fotovoltaico ed eolico, mentre la restante parte riguarda idroelettrico, geotermico e biomassa.

Una grossa fetta di questa generazione sarà usata per alimentare un insieme di tecnologie, cosiddette “Power-to-X”, che convertono l’elettricità rinnovabile in altri vettori energetici, come idrogeno verde e carburanti sintetici, per i settori più difficili da elettrificare, come l’industria pesante.

Le tecnologie Power-to-X svolgeranno un ruolo fondamentale per bilanciare la generazione non dispacciabile eolica e solare, ridurre al minimo la necessità di grandi capacità di stoccaggio elettrico stazionario e ridurre il consumo di biomassa e biocarburanti.

È quanto emerge, dallo studio “100% Renewable Energy Italy: A vision to achieve full energy system decarbonisation by 2050“, condotto da Lorenzo Mario Pastore e Livio de Santoli del Dipartimento di Ingegneria Energetica dell’Università Sapienza di Roma e pubblicato sulla rivista Energy.

Dinamiche inaspettate

I due ricercatori hanno sviluppato 12 scenari miscelando diverse strategie: elettrificazione, risparmio energetico e soluzioni per i settori più difficili da decarbonizzare (3 per il trasporto pesante, 2 per l’industria e 2 per la flessibilità della domanda). Lo studio ha poi confrontato varie configurazioni di un sistema completamente rinnovabile in base agli impatti energetici, ambientali ed economici, cosà da ottimizzare rinnovabili e stoccaggio e minimizzare costi e sprechi energetici.

Oltre al ruolo primario delle tecnologie Power-to-X, dallo studio emergono altre dinamiche di decarbonizzazione inaspettate negli scenari più promettenti, come quella in cui il ricorso all’eolico diventa prioritario rispetto all’uso del fotovoltaico, nonostante la prevalenza attuale del solare e il suo basso costo livellato dell’elettricità.

Da notare in ogni caso che, a regime, nel sistema sarebbero comunque installati più di 200 GW di fotovoltaico, 115 GW di eolico onshore e 55 GW di eolico offshore, dunque con un peso importante di entrambe le tecnologie.

Le soluzioni di decarbonizzazione studiate dai due ricercatori includono anche, per esempio, l’elettrificazione del riscaldamento, lo sviluppo del teleriscaldamento, la mobilità elettrica, la flessibilità della domanda e l’efficienza energetica. Ne abbiamo parlato con Livio de Santoli, che è anche prorettore alla sostenibilità dell’ateneo romano.

Strategie di decarbonizzazione

“Il nostro studio dimostra la fattibilità tecnica ed economica di un sistema energetico completamente decarbonizzato in Italia entro il 2050″, hanno scritto Pastore e de Santoli. Lo studio si basa su un’analisi approfondita delle configurazioni possibili del sistema energetico, valutando le sinergie tra le diverse strategie di decarbonizzazione e gli impatti economici e ambientali di ciascuna.

Fra le misure chiave per la transizione energetica, basate soprattutto sulla generazione eolica e fotovoltaica, spiccano nello studio:

• Elettrificazione dei consumi: utilizzo diffuso di pompe di calore e veicoli elettrici per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili.
• Power-to-X: produzione di idrogeno verde, biocarburanti e carburanti sintetici per i settori difficili da elettrificare, come l’industria pesante e il trasporto a lunga distanza.
• Ottimizzazione delle fonti rinnovabili: priorità all’eolico rispetto al fotovoltaico per garantire una produzione più equilibrata nel tempo e ridurre la necessità di accumulo.
• Teleriscaldamento: possibile copertura fino al 30% del fabbisogno termico grazie a pompe di calore centralizzate e calore di scarto industriale.

Lo studio ha specificato che la produzione di elettricità nel 2050 dovrebbe essere più che doppia rispetto a quella attuale e che la quota di FV ed eolico nella generazione elettrica raggiungerà per la precisione l’89%.

La biomassa, l’energia idroelettrica e geotermica, insieme ai sistemi di stoccaggio e a misure di flessibilità della domanda, forniranno una generazione dispacciabile sufficiente a bilanciare il sistema energetico durante l’anno.

Per quanto riguarda i costi di generazione, comprendenti tutte le tecnologie rinnovabili e di accumulo previste dallo studio, “stiamo parlando di 50 €/MWh, stabili nel tempo, quando oggi il prezzo sta a 150 e domani può andare a 200 come scendere a 100, perché il prezzo attualmente è tutto influenzato dalle quotazioni marginali del gas”, ha detto a QualEnergia.it il professor  Livio de Santoli (nella foto).

Un importante evoluzione tecnologica e di mercato

Come accennato, i due autori hanno prefigurato un’importante evoluzione del mercato. “Attualmente, la maggior parte dell’elettricità generata viene consumata direttamente. Tuttavia, in futuro, circa la metà di essa sarà convertita in altri vettori (termico o idrogeno) o utilizzata per altri scopi”, hanno scritto, riferendosi al Power-to-X.

Da notare che nel nel Piano nazionale integrato energia e clima (Pniec), l’Italia prevede di destinare al 2050 una quota inferiore della generazione elettrica rinnovabile alle tecnologie Power-to-X, e cioè il 25-30% circa.

Del 50% circa dell’intera generazione elettrica che invece secondo gli autori il Power-to-X dovrebbe assorbire in questo scenario, una quota importante, pari al 20% circa dell’intera generazione rinnovabile, dovrebbe servire a produrre specificatamente idrogeno verde, utilizzato anche per l’accumulo di lungo termine o la realizzazione di carburanti sintetici, che sono cruciali per elettrificare indirettamente i settori difficili da elettrificare in via diretta.

Il resto del Power-to-X, cioè il 30% circa dell’intera produzione rinnovabile, dovrebbe essere declinato in Power-to-Heat (conversione dell’elettricità in calore) e Power-to-Vehicle (ricarica flessibile dei veicoli elettrici)”, ci ha detto de Santoli.

Va notata l’assenza dell’energia nucleare dal mix di fonti più efficaci identificate dai due studiosi per la decarbonizzazione del nostro Paese entro la metà del secolo.

Gli autori dello studio hanno rimandato valutazioni più puntuali circa un eventuale ruolo del nucleare a quando si avrà certezza dei suoi costi effettivi. De Santoli ha poi fatto presente che comunque il nucleare riguarderebbe una quota di solo il 10% circa dell’elettricità necessaria al Paese al 2050, come è scritto nel Pniec.

Il ruolo dell’eolico e del fotovoltaico

Nonostante l’Italia abbia un elevato numero di ore di pieno carico per il fotovoltaico e un basso costo livellato dell’elettricità per il solare, dallo studio emerge una preferenza per l’eolico.

Il ruolo prevalente che i due autori hanno assegnato all’eolico è motivato dalla maggiore stabilità di sistema che l’energia del vento può assicurare rispetto a quella del sole, si legge nello studio, consultabile dal link in fondo a questo articolo.

“L’obiettivo dell’ottimizzazione non è solo economico, ma anche tecnico, mirando alla minimizzazione delle criticità… Sebbene il fotovoltaico in Italia sia caratterizzato da un costo livellato dell’elettricità molto basso, l’energia eolica ha un profilo di generazione annuale più distribuito, che ne favorisce l’integrazione in un sistema 100% rinnovabile”, hanno scritto Pastore e de Santoli.

La produzione più distribuita dell’eolico durante l’anno evita cioè picchi di produzione difficili da gestire con i sistemi di accumulo attualmente disponibili.

Nel dettaglio, lo studio mostra che in scenari di decarbonizzazione con alta penetrazione di fotovoltaico, i periodi di surplus di generazione diventano eccessivamente problematici, rendendo necessario un aumento considerevole della capacità di accumulo, con un conseguente aumento dei costi.

L’eolico, invece, con la sua produzione più uniforme durante l’anno, riduce il fabbisogno di stoccaggio di elettricità. Inoltre, l’integrazione dell’eolico con le tecnologie Power-to-X permette di ridurre la necessità di batterie e sistemi di accumulo elettrochimico, che presenterebbero costi e impatti ambientali elevati nel ciclo di vita, secondo i due autori.

Altre misure e prospettive future

Per rendere il sistema energetico italiano rinnovabile al 100%, oltre agli sviluppi auspicati fin qui dai due autori, saranno comunque necessarie ulteriori misure, altrettanto essenziali:

• Maggiore flessibilità della domanda, con strategie di gestione intelligente dei consumi attraverso reti intelligenti e configurazioni che consentano l’interfaccia bidirezionale fra rete e veicoli elettrici (Vehicle-to-Grid), permettendo di ottimizzare l’uso dell’energia rinnovabile.
• Investimenti in accumulo, sia tramite batterie che idrogeno verde, per garantire la continuità della fornitura energetica nei periodi di bassa produzione da fonti rinnovabili.
• Uso strategico della biomassa, limitandola ai settori difficilmente elettrificabili come la produzione industriale ad alta temperatura e i trasporti pesanti, ed evitare problemi di sostenibilità legati all’eccessivo sfruttamento di risorse potenzialmente in concorrenza con gli usi agricoli e alimentari.

Lo studio ha evidenziato che l’uso della biomassa deve essere attentamente bilanciato per evitare un consumo eccessivo delle risorse disponibili. “Il potenziale sostenibile della biomassa in Italia è limitato e deve essere destinato ai settori dove la sostituzione dei combustibili fossili è più complessa”, hanno sottolineano.

Un altro aspetto chiave è la necessità di ridurre il consumo attraverso l’efficienza energetica. Secondo lo studio, una riduzione della domanda complessiva del 20-30% è essenziale per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione senza compromettere la sostenibilità economica. “Non dobbiamo abbassare la guardia su risparmio energetico ed efficienza energetica”, ci ha detto il prorettore.

Per quanto riguarda il trasporto pesante, secondo gli autori, l’applicazione di celle a combustibile per l’alimentazione elettrica, grazie alla loro efficienza, consente la maggiore riduzione dell’approvvigionamento di energia primaria e il mantenimento del consumo di biomassa al di sotto della disponibilità media. Tuttavia, hanno fatto notare, i costi associati a questo scenario sono notevolmente superiori a quelli delle strategie alternative.

In conclusione… si può fare

Rimane da vedere se e in che misura l’evoluzione delle realtà territoriali e autorizzative italiane consentiranno gli sviluppi prefigurati nello studio.

Così come rimane da verificare sul campo l’effettiva fattibilità economica e tecnica del ruolo massiccio che i due autori hanno prefigurato per l’idrogeno verde e le applicazioni Power-to-X, a cui hanno assegnato la parte più difficile della decarbonizzazione (Idrogeno: storia di un innamoramento, illusione e disincanto).

L’analisi condotta da Pastore e de Santoli ha confermato comunque che a metà secolo la transizione verso un sistema energetico completamente rinnovabile in Italia, in linea di principio, è tecnicamente ed economicamente fattibile.

Ciò richiederà però un’integrazione strategica delle fonti rinnovabili, con una priorità all’eolico sul fotovoltaico per garantire la stabilità del sistema, oltre all’implementazione massiccia di tecnologie Power-to-X e al rafforzamento dell’infrastruttura di accumulo.

“La decarbonizzazione del sistema energetico italiano non è solo una necessità ambientale, ma anche un’opportunità per ridurre la dipendenza dalle importazioni di energia, garantire maggiore sicurezza energetica e creare molti posti di lavoro nei nuovi settori energetici”, ci ha detto de Santoli, annunciando la prossima pubblicazione di un nuovo studio incentrato specificatamente sui costi della decarbonizzazione.

• Lo studio (pdf)