Energia sostenibile

L’energia sostenibile è l’energia che viene consumata a ritmi insignificanti rispetto alla sua offerta e con effetti collaterali gestibili, in particolare gli effetti ambientali. Un’altra definizione comune di energia sostenibile è un sistema energetico che soddisfa i bisogni del presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di soddisfare i loro bisogni energetici. Non tutte le energie rinnovabili sono sostenibili. Mentre l’energia rinnovabile è definita come fonti di energia che sono naturalmente reintegrate in una scala temporale umana, l’energia sostenibile (spesso indicata come “pulita”) non deve compromettere il sistema in cui viene adottata al punto di non essere in grado di provvedere alle necessità future. Il principio organizzativo per la sostenibilità è lo sviluppo sostenibile, che comprende i quattro domini interconnessi: ecologia, economia, politica e cultura. La scienza della sostenibilità è lo studio dello sviluppo sostenibile e delle scienze ambientali.

Le tecnologie promuovono l’energia sostenibile, comprese le fonti di energia rinnovabile, come l’energia idroelettrica, l’energia solare, l’energia eolica, l’energia geotermica, la bioenergia, l’energia delle maree e anche le tecnologie progettate per migliorare l’efficienza energetica. I costi sono diminuiti enormemente nel corso degli anni e continuano a diminuire. Sempre più efficaci politiche governative supportano la fiducia degli investitori e questi mercati si stanno espandendo. Sono stati compiuti notevoli progressi nella transizione energetica dai combustibili fossili ai sistemi ecologicamente sostenibili, al punto che molti studi supportano il 100% di energia rinnovabile.

definizioni
L’efficienza energetica e l’energia rinnovabile sono i due pilastri dell’energia sostenibile. Nel più ampio contesto dello sviluppo sostenibile, ci sono tre pilastri, ecologia, economia e società. Alcuni modi in cui è stata definita l’energia sostenibile sono:

“Effettivamente, la fornitura di energia tale da soddisfare i bisogni del presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di soddisfare i propri bisogni … L’energia sostenibile ha due componenti chiave: energia rinnovabile ed efficienza energetica”. – Partnership per l’energia rinnovabile e l’efficienza (britannici)

“Un’armonia dinamica tra l’equa disponibilità di beni e servizi ad alta intensità energetica per tutte le persone e la conservazione della terra per le generazioni future”. E, “La soluzione sarà trovare fonti di energia sostenibili e mezzi più efficienti per convertire e utilizzare l’energia”. – Energia sostenibile di J. W. Tester, et al., Della MIT Press.

“Qualsiasi fonte di energia, efficienza e conservazione in cui: Sono disponibili risorse per consentire a un massiccio ridimensionamento di diventare una parte significativa della produzione di energia, a lungo termine, preferibilmente 100 anni ..” – Invest, un’organizzazione tecnologica senza scopo di lucro.

“Energia che è ricaricabile all’interno di una vita umana e non causa danni a lungo termine all’ambiente.” – Rete di sviluppo sostenibile della Giamaica

Ciò distingue l’energia sostenibile da altre terminologie di energia rinnovabile come l’energia alternativa, concentrandosi sulla capacità di una fonte di energia di continuare a fornire energia. L’energia sostenibile può produrre un certo inquinamento dell’ambiente, a patto che non sia sufficiente proibire un uso intensivo della fonte per un periodo di tempo indefinito. L’energia sostenibile è anche distinta dall’energia a basse emissioni di carbonio, che è sostenibile solo nel senso che non aumenta la CO2 nell’atmosfera.

L’energia verde è energia che può essere estratta, generata e / o consumata senza alcun impatto negativo significativo sull’ambiente. Il pianeta ha una capacità naturale di recuperare il che significa che l’inquinamento che non va al di là di tale capacità può ancora essere definito verde.

L’energia verde è un sottoinsieme di energie rinnovabili e rappresenta quelle risorse e tecnologie di energia rinnovabile che forniscono il massimo beneficio ambientale. L’Agenzia per la protezione dell’ambiente degli Stati Uniti definisce l’energia verde come elettricità prodotta da energia solare, eolica, geotermica, da biogas, da biomassa e da piccole fonti idroelettriche a basso impatto. I clienti spesso acquistano energia verde per evitare gli impatti ambientali e i benefici della riduzione dei gas serra.

Energia verde e potenza verde
L’energia verde include processi energetici naturali che possono essere sfruttati con poco inquinamento. L’energia verde è l’elettricità generata da fonti di energia rinnovabile.

Digestione anaerobica, energia geotermica, energia eolica, energia idroelettrica su piccola scala, energia solare, energia da biomassa, energia delle maree, energia delle onde e alcune forme di energia nucleare (in grado di “bruciare” i rifiuti nucleari attraverso un processo noto come trasmutazione nucleare , come ad esempio un Reattore Fast Integrale, e quindi appartengono alla categoria “Energia Verde”). Alcune definizioni possono anche includere il potere derivato dall’incenerimento dei rifiuti.

Alcune persone, tra cui il fondatore e primo membro di Greenpeace, Patrick Moore, George Monbiot, Bill Gates e James Lovelock, hanno specificamente classificato l’energia nucleare come energia verde. Altri, tra cui Phil Radford di Greenpeace non sono d’accordo, sostenendo che i problemi associati alle scorie radioattive e il rischio di incidenti nucleari (come il disastro di Chernobyl) rappresentano un rischio inaccettabile per l’ambiente e per l’umanità. Tuttavia, i nuovi progetti di reattori nucleari sono in grado di utilizzare ciò che è ora considerato “spreco nucleare” finché non è più (o drammaticamente meno) pericoloso e hanno caratteristiche progettuali che riducono notevolmente la possibilità di un incidente nucleare. Questi disegni devono ancora essere commercializzati. (Vedi: reattore di sale fuso)

Alcuni hanno sostenuto che sebbene l’energia verde sia uno sforzo encomiabile per risolvere l’aumento del consumo energetico mondiale, deve essere accompagnata da un cambiamento culturale che incoraggi la diminuzione dell’appetito mondiale per l’energia.

In diversi paesi con accordi di trasporto aereo comuni, le modalità di vendita al dettaglio di energia elettrica consentono ai consumatori di acquistare elettricità verde (elettricità rinnovabile) dal proprio fornitore di energia elettrica o da un fornitore di energia verde.

Quando l’energia viene acquistata dalla rete elettrica, la potenza che raggiunge il consumatore non sarà necessariamente generata da fonti di energia verde. La società di servizi locale, la società elettrica o il pool di energia statale acquistano la loro elettricità da produttori di elettricità che potrebbero generare da fonti fossili, energia nucleare o fonti energetiche rinnovabili. In molti paesi l’energia verde attualmente fornisce una quantità molto piccola di energia elettrica, che in genere contribuisce a meno del 2-5% del totale. In alcuni stati degli Stati Uniti, i governi locali hanno formato pool di acquisto di energia regionale utilizzando Community Choice Aggregation e Solar Bonds per ottenere un mix rinnovabile del 51% o superiore, come nella città di San Francisco.

Partecipando a un programma di energia verde, un consumatore potrebbe avere un effetto sulle fonti energetiche utilizzate e, in ultima analisi, potrebbe contribuire a promuovere ed espandere l’uso di energia verde. Stanno anche facendo una dichiarazione ai responsabili delle politiche che sono disposti a pagare un premio di prezzo per sostenere le energie rinnovabili. I consumatori di energia verde obbligano le società di servizi ad aumentare la quantità di energia verde che acquistano dal pool (diminuendo così la quantità di energia non verde che acquistano), o finanziano direttamente l’energia verde attraverso un fornitore di energia verde. Se sono disponibili fonti di energia verde insufficienti, l’utility deve svilupparne di nuove o stipulare un contratto con un fornitore di energia di terzi per fornire energia verde, facendo sì che ne venga costruito altro. Tuttavia, il consumatore non può in alcun modo verificare se l’elettricità acquistata sia “verde” o meno.

In alcuni paesi come i Paesi Bassi, le compagnie elettriche garantiscono di acquistare una quantità uguale di “energia verde” come viene utilizzata dai loro clienti di energia verde. Il governo olandese esenta l’energia verde dalle tasse sull’inquinamento, il che significa che l’energia verde non è affatto più costosa di altre potenze.

Un concetto più recente per migliorare la nostra rete elettrica consiste nel trasmettere le microonde dai satelliti in orbita attorno alla Terra o dalla luna direttamente quando e dove c’è domanda. Il potere verrebbe generato dall’energia solare catturata sulla superficie lunare. In questo sistema, i ricevitori sarebbero “ampie strutture traslucide simili a tende che riceverebbero microonde e convertirle in elettricità”. La NASA ha affermato nel 2000 che la tecnologia era degna di essere perseguita, ma è ancora troppo presto per dire se la tecnologia sarà economica.

Il World Wide Fund for Nature e diverse organizzazioni di etichettatura dell’elettricità verde hanno creato l'(ormai defunto) standard di energia verde di Eugene in base al quale i sistemi nazionali di certificazione dell’elettricità verde potrebbero essere accreditati per garantire che l’acquisto di energia verde porti alla fornitura di nuova energia verde aggiuntiva risorse.

Le tendenze e le soluzioni innovative per l’energia verde sono state al centro della discussione all’EXPO 2017 ad Astana, in Kazakhstan. Specialized Expo 2017 è stato dedicato a “Future Energy” e ha riunito rappresentanti di 115 paesi e 22 organizzazioni internazionali.

Sistemi di energia verde locali
Coloro che non sono soddisfatti dell’approccio alla griglia di terzi verso l’energia verde attraverso la rete elettrica possono installare il proprio sistema di energia rinnovabile localmente. In alcuni casi, i sistemi elettrici di energia rinnovabile dal solare all’eolico fino all’energia idroelettrica locale sono alcuni dei molti tipi di sistemi di energia rinnovabile disponibili localmente. Inoltre, per coloro che sono interessati a riscaldare e raffreddare la propria abitazione attraverso l’energia rinnovabile, i sistemi di pompe di calore geotermiche che sfruttano la temperatura costante della terra, che si trova a circa 7-15 gradi centigradi e aumenta drammaticamente a profondità maggiori, sono un’opzione rispetto ai metodi convenzionali per il riscaldamento di gas naturale e di petrolio. Inoltre, nelle località geografiche in cui la crosta terrestre è particolarmente sottile o vicino ai vulcani (come nel caso dell’Islanda) esiste il potenziale per generare ancora più elettricità di quanto sarebbe possibile in altri siti, grazie a un gradiente di temperatura più significativo a questi locali.

Il vantaggio di questo approccio negli Stati Uniti è che molti stati offrono incentivi per compensare il costo di installazione di un sistema di energia rinnovabile. In California, nel Massachusetts e in diversi altri stati degli Stati Uniti, un nuovo approccio all’approvvigionamento energetico comunitario chiamato Community Choice Aggregation ha fornito alle comunità i mezzi per sollecitare un fornitore di energia elettrica competitivo e utilizzare le obbligazioni municipali per finanziare lo sviluppo di risorse energetiche verdi locali. Gli individui sono generalmente certi che l’elettricità che stanno usando è effettivamente prodotta da una fonte di energia verde che controllano. Una volta pagato il sistema, il proprietario di un sistema di energia rinnovabile produrrà la propria energia elettrica rinnovabile sostanzialmente a costo zero e potrà vendere l’eccesso all’utenza locale con un profitto.

Usando energia verde
L’energia rinnovabile, dopo la sua generazione, deve essere immagazzinata in un mezzo da utilizzare con dispositivi autonomi e veicoli. Inoltre, per fornire elettricità domestica in aree remote (ovvero aree che non sono collegate alla rete elettrica di rete), è necessario l’accumulo di energia per l’utilizzo con energia rinnovabile. I sistemi di generazione e consumo di energia utilizzati in quest’ultimo caso sono solitamente sistemi di alimentazione autonomi.

Energia verde ed etichettatura per regione

Unione europea
La direttiva 2004/8 / CE del Parlamento europeo e del Consiglio, dell’11 febbraio 2004, sulla promozione della cogenerazione basata su una domanda di calore utile nel mercato interno dell’energia comprende l’articolo 5 (Garanzia di origine dell’elettricità da cogenerazione ad alto rendimento) .

Le ONG ambientali europee hanno lanciato un marchio di qualità ecologica per l’energia verde. L’ecolabel si chiama EKOenergia. Stabilisce criteri di sostenibilità, addizionalità, informazione e tracciamento dei consumatori. Solo una parte dell’elettricità prodotta da fonti rinnovabili soddisfa i criteri EKOenergia.

Nel febbraio 2010 è stato varato nel Regno Unito un programma di certificazione per la fornitura di energia verde, che attua le linee guida dell’Energy Regulator, Ofgem e stabilisce i requisiti in materia di trasparenza, corrispondenza delle vendite con le energie rinnovabili e addizionalità.

stati Uniti
Il Dipartimento per l’energia degli Stati Uniti (DOE), l’Environmental Protection Agency (EPA) e il Center for Resource Solutions (CRS) riconoscono l’acquisto volontario di elettricità da fonti energetiche rinnovabili (chiamate anche elettricità rinnovabile o elettricità verde) come energia verde.

Il modo più popolare per acquistare energia rinnovabile, come rivelato dai dati NREL, è attraverso l’acquisto di certificati energetici rinnovabili (REC). Secondo un’indagine del Natural Marketing Institute (NMI), il 55 percento dei consumatori americani vuole che le aziende aumentino il loro uso di energia rinnovabile.

DOE ha selezionato sei società per i suoi Green Power Supplier Awards 2007, tra cui Constellation NewEnergy; 3Degrees; Sterling Planet; SunEdison; Pacific Power e Rocky Mountain Power; e Silicon Valley Power. La potenza verde combinata fornita da questi sei vincitori equivale a oltre 5 miliardi di chilowattora all’anno, il che è sufficiente per alimentare circa 465.000 famiglie statunitensi medie. Nel 2014, Arcadia Power ha reso disponibile RECS a case e aziende in tutti i 50 stati, consentendo ai consumatori di utilizzare “100% di energia verde” come definito dalla partnership Green Power dell’EPA.

L’US Environmental Protection Agency (USEPA) Green Power Partnership è un programma volontario che supporta l’approvvigionamento organizzativo di elettricità rinnovabile offrendo consulenza di esperti, supporto tecnico, strumenti e risorse. Ciò può aiutare le organizzazioni a ridurre i costi di transazione dell’acquisto di energia rinnovabile, ridurre l’impronta di carbonio e comunicare la propria leadership alle principali parti interessate.

In tutto il paese, oltre la metà di tutti i clienti di elettricità degli Stati Uniti ora ha un’opzione per acquistare un certo tipo di prodotto di energia verde da un fornitore di energia elettrica al dettaglio. Circa un quarto delle utility della nazione offre programmi di energia verde ai clienti e le vendite volontarie di energia rinnovabile negli Stati Uniti hanno totalizzato oltre 12 miliardi di chilowattora nel 2006, un aumento del 40% rispetto all’anno precedente.

Negli Stati Uniti, uno dei problemi principali con l’acquisto di energia verde attraverso la rete elettrica è l’attuale infrastruttura centralizzata che fornisce l’elettricità del consumatore. Questa infrastruttura ha portato a frequenti black out e black out, elevate emissioni di CO2, maggiori costi energetici e problemi di qualità dell’alimentazione. Altri $ 450 miliardi saranno investiti per espandere questo nuovo sistema nei prossimi 20 anni per soddisfare la crescente domanda. Inoltre, questo sistema centralizzato è ora ulteriormente sovraccaricato dall’incorporazione di energie rinnovabili come l’energia eolica, solare e geotermica. Le risorse rinnovabili, a causa della quantità di spazio richiesta, si trovano spesso in aree remote dove c’è una minore domanda di energia. L’attuale infrastruttura renderebbe il trasporto di questa energia in aree ad alta domanda, come i centri urbani, altamente inefficienti e in alcuni casi impossibili. Inoltre, nonostante la quantità di energia rinnovabile prodotta o la redditività economica di tali tecnologie, solo circa il 20 percento sarà in grado di essere incorporato nella rete. Per avere un profilo energetico più sostenibile, gli Stati Uniti devono muoversi verso l’implementazione delle modifiche alla rete elettrica che ospiteranno un’economia a combustibile misto.

Diverse iniziative sono state proposte per mitigare i problemi di distribuzione. Innanzitutto, il modo più efficace per ridurre le emissioni di CO2 negli Stati Uniti e rallentare il riscaldamento globale è attraverso gli sforzi di conservazione. Gli oppositori dell’attuale rete elettrica degli Stati Uniti hanno anche chiesto il decentramento della rete. Questo sistema aumenterebbe l’efficienza riducendo la quantità di energia persa nella trasmissione. Sarebbe anche economicamente redditizio in quanto ridurrebbe la quantità di linee elettriche che dovranno essere costruite in futuro per tenere il passo con la domanda. L’unione di calore e potenza in questo sistema creerebbe ulteriori vantaggi e contribuirà ad aumentare la sua efficienza fino all’80-90%. Si tratta di un aumento significativo dagli attuali impianti di produzione di combustibili fossili che hanno un’efficienza del 34%.

Aziende come Lieef (www.Lieef.com) hanno iniziato a riportare metriche ESG per conto di aziende e fondi di investimento, nel tentativo di aumentare la trasparenza nello spazio che ad oggi è aumentato di importanza, ma non ha trovato uno strumento di misurazione unificato .

Ricerca sull’energia sostenibile
Ci sono numerose organizzazioni nei settori accademico, federale e commerciale che conducono ricerche avanzate su larga scala nel campo dell’energia sostenibile. Questa ricerca copre diverse aree di interesse attraverso lo spettro di energia sostenibile. La maggior parte della ricerca è mirata a migliorare l’efficienza e aumentare i rendimenti energetici complessivi. Negli ultimi anni diverse organizzazioni di ricerca sostenute a livello federale si sono concentrate sull’energia sostenibile. Due dei più importanti di questi laboratori sono Sandia National Laboratories e National Renewable Energy Laboratory (NREL), entrambi finanziati dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e supportati da vari partner aziendali. Sandia ha un budget totale di $ 2,4 miliardi mentre NREL ha un budget di $ 375 milioni.

La produzione scientifica verso i sistemi energetici sostenibili sta aumentando in modo esponenziale, passando da circa 500 articoli di riviste inglesi solo sulle energie rinnovabili nel 1992 a quasi 9000 documenti nel 2011.

biomassa
La biomassa è materiale biologico derivato da organismi viventi o recentemente viventi. Si riferisce più spesso a piante o materiali derivati ​​da piante che sono specificamente chiamati biomassa lignocellulosica. Come fonte di energia, la biomassa può essere utilizzata direttamente tramite combustione per produrre calore o indirettamente dopo la sua conversione in varie forme di biocarburante. La conversione della biomassa in biocarburante può essere ottenuta con diversi metodi che sono generalmente classificati in: metodi termici, chimici e biochimici. Il legno rimane la più grande fonte di energia da biomassa oggi; esempi includono residui forestali – come alberi morti, rami e ceppi d’albero -, erba tagliata, trucioli di legno e persino rifiuti solidi urbani. Nel secondo senso, la biomassa include materia vegetale o animale che può essere convertita in fibre o altre sostanze chimiche industriali, inclusi i biocarburanti. La biomassa industriale può essere coltivata da numerosi tipi di piante, tra cui miscanto, panico vergine, canapa, mais, pioppo, salice, sorgo, canna da zucchero, bambù e una varietà di specie arboree, che vanno dall’eucalipto alla palma da olio (olio di palma).

La biomassa, il biogas e i biocarburanti vengono bruciati per produrre calore / energia e così facendo danneggiano l’ambiente. In questa combustione vengono prodotti inquinanti come ossidi solforosi (SOx), ossidi nitrosi (NOx) e particolato (PM); l’Organizzazione Mondiale della Sanità stima che 7 milioni di morti premature siano causate ogni anno dall’inquinamento atmosferico. La combustione della biomassa è un importante contributo.

Biocarburanti con etanolo
Come fonte primaria di biocarburanti nel Nord America, molte organizzazioni stanno conducendo ricerche nell’area della produzione di etanolo. A livello federale, l’USDA conduce una grande quantità di ricerche sulla produzione di etanolo negli Stati Uniti. Gran parte di questa ricerca è mirata all’effetto della produzione di etanolo sui mercati alimentari nazionali. Il National Renewable Energy Laboratory ha condotto vari progetti di ricerca sull’etanolo, principalmente nell’area dell’etanolo cellulosico. L’etanolo cellulosico ha molti vantaggi rispetto al tradizionale etanolo a base di mais. Non toglie o è in conflitto diretto con la fornitura di cibo perché è prodotto da legno, erba o parti non commestibili delle piante. Inoltre, alcuni studi hanno dimostrato che l’etanolo cellulosico è più economico ed economicamente sostenibile rispetto all’etanolo a base di mais. Anche se usassimo tutto il raccolto di mais che abbiamo negli Stati Uniti e lo trasformassimo in etanolo, produrrebbe solo abbastanza carburante per servire il 13% del consumo totale di benzina negli Stati Uniti. I laboratori nazionali diandia conducono ricerche interne sull’etanolo cellulosico ed è anche membro del Joint BioEnergy Institute (JBEI), un istituto di ricerca fondato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti con l’obiettivo di sviluppare biocarburanti cellulosici.

Altri biocarburanti
Dal 1978 al 1996, il National Renewable Energy Laboratory ha sperimentato la produzione di combustibile per alghe nel “Programma delle specie acquatiche”. Un articolo auto-pubblicato da Michael Briggs, presso l’Università del New Hampshire Biofuels Group, offre stime per la sostituzione realistica di tutti i carburanti con biocarburanti utilizzando alghe che hanno un contenuto di olio naturale superiore al 50%, che Briggs suggerisce può essere coltivato su stagni di alghe negli impianti di trattamento delle acque reflue. Queste alghe ricche di olio possono quindi essere estratte dal sistema e trasformate in biocarburanti, con il residuo essiccato ulteriormente rielaborato per creare etanolo. La produzione di alghe per la raccolta di petrolio per i biocarburanti non è stata ancora effettuata su scala commerciale, ma sono stati condotti studi di fattibilità per arrivare alla stima del rendimento sopra riportata. Durante il processo di produzione di biocarburanti, le alghe consumano effettivamente l’anidride carbonica presente nell’aria e la trasformano in ossigeno attraverso la fotosintesi. Oltre al suo alto rendimento previsto, l’algacoltura – a differenza dei biocarburanti basati sulle colture alimentari – non comporta una diminuzione della produzione alimentare, poiché non richiede né terreni agricoli né acqua dolce. Molte aziende stanno perseguendo bio-reattori a base di alghe per vari scopi, tra cui il potenziamento della produzione di biocarburanti a livelli commerciali.

Diversi gruppi in vari settori stanno conducendo ricerche su Jatropha curcas, un albero velenoso che produce semi considerati da molti una valida fonte di biocarburanti. Gran parte di questa ricerca si concentra sul miglioramento della resa in olio totale per acro di Jatropha attraverso i progressi in genetica, scienze del suolo e pratiche orticole. SG Biofuels, uno sviluppatore di Jatropha con sede a San Diego, ha utilizzato l’allevamento molecolare e la biotecnologia per produrre semi ibridi di elite di Jatropha che mostrano significativi miglioramenti di resa rispetto alle varietà di prima generazione. Il Center for Sustainable Energy Farming (CfSEF) è un’organizzazione di ricerca senza scopo di lucro con base a Los Angeles dedicata alla ricerca Jatropha nelle aree di scienza delle piante, agronomia e orticoltura. Si prevede che l’esplorazione riuscita di queste discipline aumenterà il rendimento della produzione agricola Jatropha del 200-300% nei prossimi dieci anni.

Torio
Esistono potenzialmente due fonti di energia nucleare. La fissione è utilizzata in tutte le centrali nucleari attuali. La fusione è la reazione che esiste nelle stelle, incluso il sole, e rimane impraticabile per l’uso sulla Terra, poiché i reattori a fusione non sono ancora disponibili. Tuttavia, l’energia nucleare è controverso politicamente e scientificamente a causa delle preoccupazioni relative allo smaltimento dei rifiuti radioattivi, alla sicurezza, ai rischi di un grave incidente e ai problemi tecnici ed economici nello smantellamento delle vecchie centrali elettriche.

Il torio è un materiale fissile utilizzato nell’energia nucleare a base di torio. Il ciclo del combustibile torio rivendica diversi potenziali vantaggi rispetto al ciclo del combustibile dell’uranio, tra cui maggiore abbondanza, proprietà fisiche e nucleari superiori, migliore resistenza alla proliferazione delle armi nucleari e riduzione della produzione di plutonio e attinide. Pertanto, a volte viene indicato come sostenibile.

Solare
L’ostacolo principale che impedisce l’implementazione su vasta scala della generazione di energia ad energia solare è l’inefficienza dell’attuale tecnologia solare. Attualmente, i pannelli fotovoltaici (PV) hanno solo la capacità di convertire circa il 24% della luce solare che li colpisce in elettricità. A questo ritmo, l’energia solare presenta ancora molte sfide per un’implementazione diffusa, ma sono stati fatti costanti progressi nella riduzione dei costi di produzione e nell’aumento dell’efficienza del fotovoltaico. Sia i Sandia National Laboratories che il National Renewable Energy Laboratory (NREL), hanno pesantemente finanziato programmi di ricerca solare. Il programma solare NREL ha un budget di circa 75 milioni di dollari e sviluppa progetti di ricerca nei settori della tecnologia fotovoltaica (PV), dell’energia solare termica e della radiazione solare. Il budget per la divisione solare di Sandia è sconosciuto, ma rappresenta una percentuale significativa del budget di $ 2,4 miliardi del laboratorio. Diversi programmi accademici si sono concentrati sulla ricerca solare negli ultimi anni. Il Solar Energy Research Center (SERC) dell’Università della Carolina del Nord (UNC) ha l’unico scopo di sviluppare una tecnologia solare economica. Nel 2008, i ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno sviluppato un metodo per immagazzinare l’energia solare utilizzandola per produrre idrogeno dall’acqua. Tale ricerca è mirata ad affrontare l’ostacolo che lo sviluppo solare deve affrontare nello stoccaggio di energia da utilizzare durante le ore notturne quando il sole non splende. Nel febbraio del 2012, la Semprius Inc., una società di sviluppo solare sostenuta dalla società tedesca Siemens, ha annunciato di aver sviluppato il pannello solare più efficiente del mondo. La società afferma che il prototipo converte il 33,9% della luce solare che lo colpisce per l’elettricità, più del doppio del precedente tasso di conversione di fascia alta. Sono in corso importanti progetti sulla fotosintesi artificiale o sui combustibili solari in molte nazioni sviluppate.

Energia solare basata sullo spazio
I satelliti di energia solare basati sullo spazio cercano di superare i problemi dello stoccaggio e forniscono una potenza di scala di civiltà che è pulita, costante e globale. Il Giappone e la Cina hanno programmi nazionali attivi finalizzati all’energia solare basata sullo spazio su scala commerciale (SBSP), e la speranza di entrambe le nazioni di orbitare attorno alle manifestazioni negli anni ’30. La China Academy of Space Technology (CAST) ha vinto l’International SunSat Design Competition 2015 con questo video del loro design Multi-Rotary Joint. I sostenitori di SBSP affermano che l’energia solare basata sullo spazio sarebbe pulita, costante e globale e potrebbe scalare per soddisfare la domanda di energia planetaria. Una recente proposta di settore multi-agenzia (che riecheggia la raccomandazione del Pentagono del 2008) ha vinto la sfida dell’innovazione SEC3D / SECSTATE / USAID Director D3 (Diplomacy, Development, Defence) con il seguente video di presentazione e visione. Northrop Grumman sta finanziando CALTECH con 17,5 milioni di dollari per un design ultraleggero. Keith Henson ha recentemente pubblicato un video di un approccio “bootstrap”.

Vento
La ricerca sull’energia eolica risale a diversi decenni fino agli anni ’70, quando la NASA sviluppò un modello analitico per prevedere la produzione di energia eolica durante i venti forti. Oggi, sia Sandia National Laboratories che National Renewable Energy Laboratory hanno programmi dedicati alla ricerca eolica. Il laboratorio di Sandia si concentra sull’avanzamento di materiali, aerodinamica e sensori. I progetti eolici NREL sono incentrati sul miglioramento della produzione di energia da centrali eoliche, sulla riduzione dei loro costi di capitale e sull’efficacia generale del costo dell’energia eolica. Il laboratorio sul campo per l’energia eolica ottimizzata (FLOWE) di Caltech è stato istituito per la ricerca di approcci rinnovabili per le pratiche di tecnologia per l’energia eolica che hanno il potenziale per ridurre i costi, le dimensioni e l’impatto ambientale della produzione di energia eolica. Il presidente di Sky WindPower Corporation pensa che le turbine eoliche saranno in grado di produrre elettricità a un cent / kWh in media, che rispetto all’elettricità generata dal carbone è una frazione del costo.

Un parco eolico è un gruppo di turbine eoliche nello stesso luogo utilizzato per produrre energia elettrica. Un grande parco eolico può essere costituito da diverse centinaia di turbine eoliche individuali e coprire un’area estesa di centinaia di miglia quadrate, ma la terra tra le turbine può essere utilizzata per scopi agricoli o di altro genere. Un parco eolico può anche essere situato al largo.

Molti dei più grandi parchi eolici onshore operativi si trovano negli Stati Uniti e in Cina. Il parco eolico di Gansu in Cina ha oltre 5.000 MW installati con un obiettivo di 20.000 MW entro il 2020. La Cina ha diverse altre “basi eoliche” di dimensioni simili. L’Alta Wind Energy Center in California è il più grande parco eolico onshore al di fuori della Cina, con una capacità di 1020 MW di potenza. L’Europa guida l’uso di energia eolica con quasi 66 GW, circa il 66 percento del totale a livello globale, con la Danimarca in testa, secondo i paesi che hanno installato capacità pro-capite. A febbraio 2012, Walney Wind Farm nel Regno Unito è il più grande parco eolico offshore al mondo con 367 MW, seguito da Thanet Wind Farm (300 MW), anche nel Regno Unito.

Ci sono molti grandi parchi eolici in costruzione, tra cui BARD Offshore 1 (400 MW), Clyde Wind Farm (350 MW), Greater Gabbard eolico (500 MW), Lincs Wind Farm (270 MW), London Array (1000 MW) , Progetto Snake River Wind (343 MW), Macarthur Wind Farm (420 MW), Shepherds Flat Wind Farm (845 MW) e Sheringham Shoal (317 MW).

L’energia eolica si è espansa rapidamente, la sua quota di consumo mondiale di energia elettrica alla fine del 2014 era del 3,1%.

Geotermico
L’energia geotermica viene prodotta sfruttando l’energia termica creata e immagazzinata nella terra. Deriva dal decadimento radioattivo di un isotopo di potassio e di altri elementi trovati nella crosta terrestre. L’energia geotermica può essere ottenuta perforando nel terreno, molto simile all’esplorazione petrolifera, e quindi viene trasportata da un fluido termovettore (ad esempio acqua, salamoia o vapore). I sistemi geotermici che sono principalmente dominati dall’acqua hanno il potenziale di fornire maggiori benefici al sistema e generano più energia. All’interno di questi sistemi a dominanza liquida, vi sono possibili preoccupazioni di subsidenza e contaminazione delle risorse di acque sotterranee. Pertanto, la protezione delle risorse di acque sotterranee è necessaria in questi sistemi. Ciò significa che è necessaria un’attenta produzione e ingegnerizzazione del serbatoio in sistemi geotermici a prevalenza liquida. L’energia geotermica è considerata sostenibile perché l’energia termica viene costantemente reintegrata. Tuttavia, la scienza della generazione di energia geotermica è ancora giovane e sta sviluppando la redditività economica. Diverse entità, come il National Renewable Energy Laboratory e Sandia National Laboratories stanno conducendo ricerche per raggiungere l’obiettivo di stabilire una scienza comprovata sull’energia geotermica. Il Centro internazionale per la ricerca geotermica (IGC), un’organizzazione tedesca di ricerca sulle geoscienze, si occupa in gran parte della ricerca sullo sviluppo dell’energia geotermica.

Idrogeno
Oltre $ 1 miliardo di denaro federale è stato speso per la ricerca e lo sviluppo di idrogeno e un mezzo per lo stoccaggio di energia negli Stati Uniti. Sia il National Renewable Energy Laboratory che i Sandia National Laboratories hanno dipartimenti dedicati alla ricerca sull’idrogeno. L’idrogeno è utile per lo stoccaggio di energia e per l’uso su aerei e navi, ma non è pratico per l’uso dell’automobile, in quanto non è molto efficiente rispetto all’uso di una batteria – a parità di costi una persona può viaggiare tre volte di più usando un veicolo elettrico a batteria.