Tecnologia energetica sostenibile

L’energia sostenibile è un approvvigionamento energetico in grado di soddisfare la domanda attuale senza mettere a repentaglio l’approvvigionamento energetico delle generazioni future e senza danneggiare l’ambiente. Copre la generazione, la distribuzione e l’uso di energia. Nella produzione di energia, fa affidamento sulle energie rinnovabili e, tra le altre cose, sull’aumento dell’efficienza energetica. La transizione da un approvvigionamento energetico fossile-nucleare a uno sostenibile è chiamata la transizione energetica.

definizioni
Molte definizioni sono state date alla nozione di energia sostenibile, tra cui:

“Concretamente, la quota di energia in grado di 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 – Energia rinnovabile e Partnership per l’efficienza energetica.

“Un’armonia dinamica tra, da un lato, l’equa disponibilità di beni e servizi ad alta intensità energetica e, dall’altro, la salvaguardia della Terra per le generazioni future, oltre a:” La soluzione risiederà nella capacità di trovare fonti di energia sostenibili e modi più efficienti di convertire e utilizzare l’energia. – Energia sostenibile di JW Tester et al., Pubblicata da MIT Press.

“Qualsiasi fonte di generazione e conservazione di energia per cui le risorse siano disponibili su una scala abbastanza grande da estrarre una parte significativa dell’energia consumata a lungo termine, preferibilmente un centinaio di anni. – Invest, un’organizzazione senza scopo di lucro che promuove il verde tecnologie.

“La quantità di energia che può essere rigenerata naturalmente durante una vita umana e la cui estrazione non causa alcun pericolo a lungo termine per l’ambiente – Giamaica Sustainable Development Network.

Queste definizioni mostrano che il concetto di energia sostenibile differisce significativamente da altri concetti relativi alle energie rinnovabili come energie alternative o energie verdi: se una fonte di energia sia o meno sostenibile dipende dalla sua capacità di fornire energia. energia per molto tempo. L’energia sostenibile può generare un certo livello di inquinamento nell’ambiente, a condizione che sia abbastanza basso da non ostacolare un uso massiccio della fonte di energia per un periodo di tempo indefinito. Il concetto di energia sostenibile è anche diverso da quello di una “economia a basse emissioni di carbonio”, che è sostenibile solo in un senso molto più limitato (quello di non aggiungere CO2 di origine fossile nell’atmosfera).

Un problema complesso
Come abbiamo visto nell’introduzione, non è facile classificare una data energia in energie sostenibili o meno. Dobbiamo adottare la visione più completa possibile, tenendo conto dell’intero ciclo di produzione e consumo di energia. Non è sufficiente considerare solo l’energia primaria. È necessario considerare tutti i materiali utilizzati per la fabbricazione delle unità di produzione (in particolare dell’elettricità …) e per il loro funzionamento, rispetto alla durata di questi.

Ad esempio, le energie rinnovabili (solare, eolica …) richiedono grandi quantità di metalli. Inoltre, la natura intermittente della produzione di energia solare o eolica richiede lo sviluppo di tecniche di stoccaggio dell’elettricità. Tuttavia, le tecniche di memorizzazione più efficienti si basano sull’uso del litio, le cui riserve sono limitate.

I fautori dell’energia nucleare sottolineano che quasi zero emissioni di gas a effetto serra lo sostengono. Tuttavia, risorse di uranio per combustibile nucleare per reattori ad acqua pressurizzata e zirconio per la produzione di guaine che circondano il combustibile per questi reattori sono limitate. Per non parlare dell’impronta ecologica della costruzione di centrali nucleari e del trattamento dei rifiuti, né parlare dei rischi di un incidente nucleare o della proliferazione nucleare.

Tecnologie di energia rinnovabile
Le tecnologie di energia rinnovabile contribuiscono in modo essenziale all’energia sostenibile poiché generalmente contribuiscono alla sicurezza energetica mondiale, riducendo la dipendenza dalle risorse di combustibili fossili e offrendo opportunità per mitigare i gas serra. L’Agenzia internazionale per l’energia afferma che:

Concettualmente, si possono definire tre generazioni di tecnologie rinnovabili, che risalgono a più di 100 anni.

Le tecnologie di prima generazione sono emerse dalla rivoluzione industriale alla fine del 19 ° secolo e comprendono energia idroelettrica, combustione di biomassa, energia geotermica e calore. Alcune di queste tecnologie sono ancora ampiamente utilizzate.

Le tecnologie di seconda generazione includono il riscaldamento e il raffrescamento solare, l’energia eolica, le moderne forme di bioenergia e il solare fotovoltaico. Questi stanno ora entrando nei mercati a seguito degli investimenti in ricerca, sviluppo e dimostrazione (RD & D) sin dagli anni ’80. L’investimento iniziale è stato motivato da preoccupazioni di sicurezza energetica legate alle crisi petrolifere (1973 e 1979) degli anni ’70, ma il continuo interesse di queste energie rinnovabili è dovuto, almeno in parte, ai benefici ambientali. Molte delle tecnologie riflettono progressi significativi nei materiali.

Le tecnologie di terza generazione sono ancora in fase di sviluppo e comprendono la gassificazione avanzata della biomassa, le tecnologie di bioraffineria, la concentrazione di energia solare termica, l’energia geotermica della roccia calda e secca e l’energia oceanica. Anche i progressi delle nanotecnologie possono svolgere un ruolo importante.

– Agenzia internazionale per l’energia, FONTI RINNOVABILI IN FORNITURA ENERGETICA GLOBALE, Scheda informativa dell’AIE

Le tecnologie di prima e di seconda generazione sono entrate nei mercati e le tecnologie di terza generazione dipendono pesantemente dagli impegni di ricerca e sviluppo a lungo termine, in cui il settore pubblico ha un ruolo da svolgere.

Sono state condotte varie analisi costi-benefici di una serie eterogenea di specialisti e agenzie per determinare i percorsi più economici e veloci per decarbonizzare l’approvvigionamento energetico del mondo. Essendo l’argomento di notevole controversia, in particolare sul ruolo dell’energia nucleare.

Tecnologie di prima generazione
Le tecnologie di prima generazione sono più competitive in luoghi con abbondanti risorse. Il loro uso futuro dipende dall’esplorazione del potenziale di risorse disponibili, in particolare nei paesi in via di sviluppo, e dal superamento delle sfide relative all’ambiente e all’accettazione sociale.

– Agenzia internazionale per l’energia, FONTI RINNOVABILI IN FORNITURA ENERGETICA GLOBALE, Scheda informativa dell’AIE
Tra le fonti di energia rinnovabile, le centrali idroelettriche hanno il vantaggio di essere longevi: molti impianti esistenti hanno operato per oltre 100 anni. Inoltre, gli impianti idroelettrici sono puliti e hanno poche emissioni. Le critiche rivolte alle centrali idroelettriche su larga scala includono: dislocazione di persone che vivono dove sono programmati i bacini idrici e rilascio di quantità significative di anidride carbonica durante la costruzione e l’allagamento del bacino idrico.

Tuttavia, è stato riscontrato che le emissioni elevate sono associate solo a giacimenti poco profondi in ambienti caldi (tropicali) e le recenti innovazioni nella tecnologia delle turbine idroelettriche stanno consentendo uno sviluppo efficiente di progetti di idroelettricità di acqua di fiume a basso impatto. In generale, gli impianti idroelettrici producono emissioni del ciclo di vita molto inferiori rispetto ad altri tipi di generazione. L’energia idroelettrica, che ha subito un ampio sviluppo durante la crescita dell’elettrificazione nel XIX e nel XX secolo, sta vivendo una rinascita di sviluppo nel XXI secolo. Le aree di maggiore crescita idroelettrica sono le economie in forte espansione dell’Asia. La Cina è il leader dello sviluppo; tuttavia, altre nazioni asiatiche stanno installando energia idroelettrica a un ritmo rapido. Questa crescita è guidata da un aumento dei costi energetici, in particolare per l’energia importata, e da desideri diffusi per una produzione più interna, pulita, rinnovabile ed economica.

Le centrali geotermiche possono funzionare 24 ore al giorno, fornendo capacità di carico di base, e la capacità potenziale del mondo per la produzione di energia geotermica è stimata a 85 GW nei prossimi 30 anni. Tuttavia, l’energia geotermica è accessibile solo in aree limitate del mondo, compresi gli Stati Uniti, l’America centrale, l’Africa orientale, l’Islanda, l’Indonesia e le Filippine. I costi dell’energia geotermica sono notevolmente diminuiti rispetto ai sistemi costruiti negli anni ’70. La produzione di calore geotermico può essere competitiva in molti paesi che producono energia geotermica o in altre regioni in cui la risorsa ha una temperatura inferiore. La tecnologia Enhanced Geothermal System (EGS) non richiede risorse idrotermali naturali convettive, quindi può essere utilizzata in aree che in precedenza non erano adatte per l’energia geotermica, se la risorsa è molto grande. EGS è attualmente alla ricerca presso il Dipartimento di Energia degli Stati Uniti.

Le mattonelle di biomassa vengono sempre più utilizzate nei paesi in via di sviluppo come alternativa al carbone di legna. La tecnica prevede la conversione di quasi tutte le materie vegetali in bricchette compresse che in genere hanno circa il 70% del potere calorifico del carbone. Ci sono relativamente pochi esempi di produzione di bricchetti su larga scala. Un’eccezione è nel Nord Kivu, nella parte orientale della Repubblica Democratica del Congo, dove l’eliminazione delle foreste per la produzione di carbone è considerata la più grande minaccia per l’habitat dei gorilla di montagna. Lo staff del Parco Nazionale Virunga ha addestrato e attrezzato con successo oltre 3500 persone per produrre mattonelle di biomassa, sostituendo in tal modo il carbone prodotto illegalmente all’interno del parco nazionale e creando un impiego significativo per le persone che vivono in estrema povertà nelle aree colpite dal conflitto.

In Europa nel 19 ° secolo, c’erano circa 200.000 mulini a vento, un po ‘più delle moderne turbine eoliche del 21 ° secolo. Erano principalmente utilizzati per macinare il grano e pompare acqua. L’era delle macchine a vapore alimentate a carbone ha sostituito questo uso precoce di energia eolica.

Tecnologie di seconda generazione
I mercati per le tecnologie di seconda generazione sono forti e in crescita, ma solo in alcuni paesi. La sfida è ampliare la base del mercato per una crescita continua a livello mondiale. L’implementazione strategica in un paese non solo riduce i costi tecnologici per gli utenti, ma anche per quelli di altri paesi, contribuendo alla riduzione dei costi complessivi e al miglioramento delle prestazioni.

– Agenzia internazionale per l’energia, FONTI RINNOVABILI IN FORNITURA ENERGETICA GLOBALE, Scheda informativa dell’AIE
I sistemi di riscaldamento solare sono una tecnologia di seconda generazione ben nota e generalmente sono costituiti da collettori solari termici, un sistema di fluidi per spostare il calore dal collettore al suo punto di utilizzo e un serbatoio o serbatoio per lo stoccaggio di calore e il successivo utilizzo. I sistemi possono essere utilizzati per riscaldare l’acqua calda sanitaria, l’acqua della piscina o per il riscaldamento degli ambienti. Il calore può anche essere utilizzato per applicazioni industriali o come input di energia per altri usi come le apparecchiature di raffreddamento. In molti climi, un sistema di riscaldamento solare può fornire una percentuale molto elevata (dal 20 all’80%) di energia per l’acqua calda domestica. L’energia ricevuta dal sole dalla terra è quella della radiazione elettromagnetica. Gamme di luce visibile, infrarossa, ultravioletta, raggi X e onde radio ricevute dalla Terra attraverso l’energia solare. La massima potenza delle radiazioni proviene dalla luce visibile. L’energia solare è complicata a causa dei cambiamenti nelle stagioni e dal giorno alla notte. La copertura nuvolosa può anche aggiungere alle complicazioni dell’energia solare, e non tutte le radiazioni dal sole raggiungono la terra perché sono assorbite e disperse a causa di nuvole e gas all’interno delle atmosfere terrestri.

Negli anni ’80 e nei primi anni ’90, la maggior parte dei moduli fotovoltaici forniva energia elettrica da remoto, ma dal 1995 gli sforzi dell’industria si sono concentrati sempre più sullo sviluppo di impianti fotovoltaici integrati e di centrali elettriche per applicazioni connesse alla rete (per maggiori dettagli consultare l’articolo sulle centrali fotovoltaiche). Attualmente il più grande impianto fotovoltaico del Nord America è il Nellis Solar Power Plant (15 MW). C’è una proposta per costruire una centrale elettrica solare a Victoria, in Australia, che sarebbe la più grande centrale fotovoltaica del mondo, a 154 MW. Altre grandi centrali fotovoltaiche comprendono l’impianto solare di Girassol (62 MW) e il Waldpolenz Solar Park (40 MW).

Alcune delle rinnovabili di seconda generazione, come l’energia eolica, hanno un alto potenziale e hanno già realizzato costi di produzione relativamente bassi. Alla fine del 2008, la capacità del parco eolico mondiale era di 120.791 megawatt (MW), con un aumento del 28,8 per cento nel corso dell’anno e l’energia eolica ha prodotto circa l’1,3% del consumo globale di elettricità. L’energia eolica rappresenta circa il 20% dell’uso di elettricità in Danimarca, il 9% in Spagna e il 7% in Germania. Tuttavia, potrebbe essere difficile collocare le turbine eoliche in alcune aree per ragioni estetiche o ambientali, e in alcuni casi potrebbe essere difficile integrare l’energia eolica nelle reti elettriche.

Le centrali termiche solari hanno operato con successo in California commercialmente dalla fine degli anni ’80, tra cui il più grande impianto solare di qualsiasi tipo, i 350 MW Solar Energy Generating Systems. Nevada Solar One è un altro impianto da 64 MW che ha recentemente aperto. Altre centrali elettriche paraboliche proposte sono due impianti da 50 MW in Spagna e un impianto da 100 MW in Israele.

Solare ed eolico sono fonti energetiche intermittenti che forniscono energia elettrica il 10-40% delle volte. Per compensare questa caratteristica, è comune abbinare la produzione con l’energia idroelettrica già esistente o la generazione di gas naturale. Nelle regioni in cui questo non è disponibile, l’energia eolica e solare possono essere accoppiati con un’energia idroelettrica di stoccaggio pompata significativamente più costosa.

Il Brasile ha uno dei più grandi programmi di energia rinnovabile al mondo, che comporta la produzione di etanolo dalla canna da zucchero, e l’etanolo ora fornisce il 18 percento del carburante automobilistico del paese. Di conseguenza, insieme allo sfruttamento delle fonti petrolifere domestiche di acque profonde, il Brasile, che anni fa ha dovuto importare una grande quota del petrolio necessario per il consumo interno, ha recentemente raggiunto la completa autosufficienza del petrolio.

La maggior parte delle auto oggi in circolazione negli Stati Uniti può funzionare con miscele di etanolo fino al 10% e le case automobilistiche producono già veicoli progettati per funzionare con miscele di etanolo molto più elevate. Ford, DaimlerChrysler e GM sono tra le società automobilistiche che vendono auto, camion e minivan “a combustibile flessibile” che possono utilizzare miscele di benzina ed etanolo che vanno dalla benzina pura fino all’85% di etanolo (E85). A metà del 2006, c’erano circa sei milioni di veicoli compatibili con E85 sulle strade degli Stati Uniti.

Tecnologie di terza generazione
Le tecnologie di terza generazione non sono ancora ampiamente dimostrate o commercializzate. Sono all’orizzonte e potrebbero avere un potenziale paragonabile ad altre tecnologie di energia rinnovabile, ma dipendono ancora dall’attirare un’attenzione sufficiente e finanziamenti RD & D. Queste ultime tecnologie comprendono la gassificazione avanzata della biomassa, le tecnologie di bioraffineria, le centrali termiche solari, l’energia geotermica della roccia calda e secca e l’energia oceanica.

– Agenzia internazionale per l’energia, FONTI RINNOVABILI IN FORNITURA ENERGETICA GLOBALE, Scheda informativa dell’AIE
I biocarburanti possono essere definiti come “rinnovabili”, ma potrebbero non essere “sostenibili”, a causa del degrado del suolo. A partire dal 2012, il 40% della produzione di mais americano va verso l’etanolo. L’etanolo occupa una grande percentuale di “consumo di energia pulita” quando in realtà è ancora discutibile se l’etanolo debba essere considerato come “energia pulita”.

Secondo l’Agenzia internazionale dell’energia, le nuove tecnologie bioenergetiche (biocarburanti) attualmente in fase di sviluppo, in particolare le bioraffinerie di etanolo cellulosico, potrebbero consentire ai biocarburanti di svolgere un ruolo molto più importante nel futuro di quanto si pensasse in precedenza. L’etanolo cellulosico può essere ottenuto da materie vegetali composte principalmente da fibre cellulosiche non commestibili che formano gli steli e i rami della maggior parte delle piante. Residui colturali (come stocchi di mais, paglia di grano e paglia di riso), scarti di legno e rifiuti solidi urbani sono potenziali fonti di biomassa cellulosica. Le colture energetiche dedicate, come il panico vergognoso, sono anche promettenti fonti di cellulosa che possono essere prodotte in modo sostenibile in molte regioni degli Stati Uniti.

In termini di energia oceanica, un’altra tecnologia di terza generazione, il Portogallo ha la prima fattoria al mondo ad onde commerciali, l’Aguçadora Wave Park, in costruzione nel 2007. L’azienda inizialmente utilizzerà tre macchine Pelamis P-750 generando 2,25 MW. e i costi sono messi a 8,5 milioni di euro. Con riserva di successo, ulteriori 70 milioni di euro saranno investiti prima del 2009 su altre 28 macchine per generare 525 MW. Il finanziamento per una fattoria a onde in Scozia è stato annunciato a febbraio 2007 dal governo scozzese, con un costo di oltre 4 milioni di sterline, come parte di un pacchetto di finanziamento da 13 milioni di sterline per l’energia oceanica in Scozia. La fattoria sarà la più grande del mondo con una capacità di 3 MW generata da quattro macchine Pelamis. (vedi anche Wave farm).

Nel 2007, la prima turbina al mondo a creare quantità commerciali di energia utilizzando l’energia delle maree è stata installata negli stretti di Strangford Lough in Irlanda. Il generatore di energia mareomotrice da 1,2 MW sfrutta il flusso di marea veloce nel lago che può raggiungere i 4 m / s. Sebbene il generatore sia abbastanza potente da alimentare fino a mille case, la turbina ha un impatto ambientale minimo, in quanto è quasi interamente sommersa, ei rotori girano abbastanza lentamente da non rappresentare un pericolo per la fauna selvatica.

I pannelli di energia solare che utilizzano la nanotecnologia, che può creare circuiti da singole molecole di silicio, possono costare la metà rispetto alle celle fotovoltaiche tradizionali, secondo i dirigenti e gli investitori coinvolti nello sviluppo dei prodotti. Nanosolar ha ottenuto oltre 100 milioni di dollari dagli investitori per costruire una fabbrica di pannelli solari a film sottile di nanotecnologia. L’impianto della compagnia ha una capacità produttiva prevista di 430 megawatt di potenza massima di celle solari all’anno. La produzione commerciale è iniziata ei primi pannelli sono stati spediti ai clienti alla fine del 2007.

Grandi progetti di ricerca nazionali e regionali sulla fotosintesi artificiale stanno progettando sistemi basati sulle nanotecnologie che utilizzano l’energia solare per suddividere l’acqua in combustibile a idrogeno. e una proposta è stata presentata per un progetto globale di fotosintesi artificiale Nel 2011, i ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno sviluppato quella che chiamano una “foglia artificiale”, che è in grado di dividere l’acqua in idrogeno e ossigeno direttamente dall’energia solare quando caduto in un bicchiere d’acqua. Un lato della “foglia artificiale” produce bolle di idrogeno, mentre l’altro lato produce bolle di ossigeno.

La maggior parte degli attuali impianti di energia solare sono costituiti da una serie di unità simili in cui ogni unità viene regolata continuamente, ad esempio con alcuni motori passo-passo, in modo che il convertitore di luce rimanga a fuoco della luce solare. Il costo della messa a fuoco della luce su convertitori come pannelli solari ad alta potenza, motore Stirling, ecc. Può essere drasticamente ridotto con una meccanica della corda semplice ed efficiente. In questa tecnica molte unità sono collegate con una rete di corde in modo tale che tirare due o tre corde è sufficiente per mettere a fuoco tutti i convertitori di luce contemporaneamente mentre la direzione del sole cambia.

Il Giappone e la Cina hanno programmi nazionali per l’energia solare basata sullo spazio su scala commerciale (SBSP). 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 del SEC3 / USA / SECONDO Direttore D3 (Diplomazia, Sviluppo, Difesa).

Tecnologie abilitanti per l’energia rinnovabile
Le pompe di calore e lo stoccaggio di energia termica sono classi di tecnologie che possono consentire l’utilizzo di fonti di energia rinnovabile che altrimenti sarebbero inaccessibili a causa di una temperatura troppo bassa per l’utilizzo o di un intervallo di tempo tra quando l’energia è disponibile e quando è necessaria. Mentre aumentano la temperatura dell’energia termica rinnovabile disponibile, le pompe di calore hanno la proprietà aggiuntiva di sfruttare l’energia elettrica (o in alcuni casi la potenza meccanica o termica) utilizzandola per estrarre energia aggiuntiva da una fonte di bassa qualità (come acqua di mare, acqua di lago, il terreno, l’aria o il calore disperso da un processo).

Le tecnologie di accumulo termico consentono di conservare il calore o il freddo per periodi di tempo che vanno dalle ore o durante la notte all’intradimensionale e possono comportare lo stoccaggio di energia sensibile (ossia modificando la temperatura di un mezzo) o dell’energia latente (ossia attraverso i cambi di fase di un mezzo , tale tra acqua e fanghiglia o ghiaccio). Gli accumuli termici a breve termine possono essere utilizzati per la rasatura dei picchi nel teleriscaldamento o nei sistemi di distribuzione elettrica. Tipi di fonti energetiche rinnovabili o alternative che possono essere attivate includono energia naturale (ad esempio raccolta tramite collettori solari termici, o torri di raffreddamento a secco utilizzate per raccogliere il freddo invernale), energia di scarto (ad esempio da apparecchiature HVAC, processi industriali o centrali elettriche), o eccedenza di energia (ad esempio stagionalmente da progetti idroelettrici o intermittenza da parchi eolici). La Drake Landing Solar Community (Alberta, Canada) è illustrativa. l’accumulo di energia termica del pozzo consente alla comunità di ottenere il 97% del suo calore durante tutto l’anno dai collettori solari sui tetti del garage, che la maggior parte del calore raccolto in estate. I tipi di stoccaggio per l’energia sensibile includono serbatoi isolati, cluster di pozzi trivellati in substrati che vanno dalla ghiaia alla roccia fresca, le falde acquifere profonde o le cavità allineate poco profonde che sono isolate sulla parte superiore. Alcuni tipi di stoccaggio sono in grado di immagazzinare calore o freddo tra stagioni opposte (in particolare se molto grandi), e alcune applicazioni di stoccaggio richiedono l’inclusione di una pompa di calore. Il calore latente è solitamente immagazzinato in serbatoi di ghiaccio o cosiddetti materiali a cambiamento di fase (PCM).

Efficienza energetica
Passare alla sostenibilità energetica richiederà cambiamenti non solo nel modo in cui l’energia viene fornita, ma nel modo in cui viene utilizzata, e la riduzione della quantità di energia richiesta per fornire vari beni o servizi è essenziale. Le opportunità di miglioramento sul versante della domanda dell’equazione energetica sono altrettanto ricche e diversificate rispetto a quelle sul lato dell’offerta e spesso offrono vantaggi economici significativi.

A volte si dice che le energie rinnovabili e l’efficienza energetica siano i “due pilastri” della politica energetica sostenibile. Entrambe le risorse devono essere sviluppate al fine di stabilizzare e ridurre le emissioni di biossido di carbonio. L’efficienza rallenta la crescita della domanda di energia in modo che l’aumento dell’approvvigionamento di energia pulita possa ridurre drasticamente l’uso di combustibili fossili. Se l’uso di energia cresce troppo velocemente, lo sviluppo delle energie rinnovabili inseguirà un obiettivo che si allontana. Una recente analisi storica ha dimostrato che il tasso di miglioramento dell’efficienza energetica è generalmente superato dal tasso di crescita della domanda di energia, dovuto al perdurare della crescita economica e demografica. Di conseguenza, nonostante i guadagni in termini di efficienza energetica, il consumo totale di energia e le relative emissioni di carbonio hanno continuato ad aumentare. Pertanto, dati i limiti termodinamici e pratici dei miglioramenti dell’efficienza energetica, è essenziale rallentare la crescita della domanda di energia. Tuttavia, a meno che le forniture di energia pulita non siano online rapidamente, il rallentamento della crescita della domanda comincerà solo a ridurre le emissioni totali; è anche necessario ridurre il contenuto di carbonio delle fonti energetiche. Qualsiasi visione seria di un’economia energetica sostenibile richiede quindi impegni sia per le energie rinnovabili che per l’efficienza.

Le energie rinnovabili (e l’efficienza energetica) non sono più settori di nicchia che vengono promossi solo da governi e ambientalisti. Gli aumentati livelli di investimento e il fatto che gran parte del capitale proviene da più attori finanziari convenzionali suggeriscono che le opzioni energetiche sostenibili stanno diventando ormai mainstream. Un esempio di questo sarebbe L’Alleanza per salvare il progetto energetico con Stahl Consolidated Manufacturing, (Huntsville, Alabama, USA) (StahlCon 7), un albero generatore brevettato progettato per ridurre le emissioni all’interno dei sistemi di generazione di energia esistenti, concesso i diritti di pubblicazione all’Alleanza in del 2007.

Le preoccupazioni relative ai cambiamenti climatici, unitamente agli elevati prezzi del petrolio e all’aumento del sostegno del governo, stanno guidando crescenti tassi di investimento nelle industrie energetiche sostenibili, secondo un’analisi di tendenza del Programma delle Nazioni Unite per l’ambiente. Secondo l’UNEP, l’investimento globale nel settore dell’energia sostenibile nel 2007 è stato superiore rispetto ai livelli precedenti, con $ 148 miliardi di nuovi fondi raccolti nel 2007, con un aumento del 60% rispetto al 2006. Le transazioni finanziarie complessive in energia sostenibile, compresa l’attività di acquisizione, ammontavano a $ 204 miliardi.

I flussi di investimento nel 2007 si sono ampliati e diversificati, facendo del quadro generale uno dei maggiori livelli di utilizzo sostenibile dell’energia. I mercati dei capitali tradizionali sono “ora pienamente ricettivi alle società di energia sostenibile, supportate da un’impennata dei fondi destinati agli investimenti nell’energia pulita”.

Tecnologia Smart-grid
La rete intelligente si riferisce a una classe di tecnologia utilizzata dalle persone per portare i sistemi di consegna dell’elettricità nel 21 ° secolo, utilizzando il controllo remoto e l’automazione basati su computer. Questi sistemi sono resi possibili dalla tecnologia di comunicazione a due vie e dall’elaborazione del computer che è stata utilizzata per decenni in altri settori. Stanno cominciando ad essere usati sulle reti elettriche, dalle centrali elettriche e dai parchi eolici fino ai consumatori di elettricità nelle case e nelle imprese. Offrono molti vantaggi a società di servizi e consumatori, in gran parte visti in grandi miglioramenti nell’efficienza energetica nella rete elettrica e nelle case e negli uffici degli utenti di energia.

Investimenti energetici puliti
Il 2010 è stato un anno record per gli investimenti in energia verde. Secondo un rapporto di Bloomberg New Energy Finance, quasi 243 miliardi di dollari USA sono stati investiti in parchi eolici, energia solare, auto elettriche e altre tecnologie alternative in tutto il mondo, con un aumento del 30% rispetto al 2009 e quasi cinque volte il denaro investito nel 2004. Cina Nel 2010 ha investito $ 51,1 miliardi in progetti di energia pulita, di gran lunga la cifra più grande per qualsiasi paese.

All’interno delle economie emergenti, il Brasile arriva secondo in Cina in termini di investimenti in energia pulita. Sostenuto da forti politiche energetiche, il Brasile ha una delle più alte capacità al mondo di biomassa e di energia idroelettrica, ed è pronta per una crescita significativa degli investimenti nell’energia eolica. Il potenziale di investimento cumulativo in Brasile dal 2010 al 2020 è stimato in $ 67 miliardi.

L’India è un altro leader emergente dell’energia pulita. Mentre l’India si è classificata al 10 ° posto negli investimenti privati ​​nel settore dell’energia pulita tra i membri del G-20 nel 2009, nei prossimi 10 anni si prevede che salirà al terzo posto, con gli investimenti annuali di energia pulita previsti dalle attuali politiche di crescita del 369% tra il 2010 e il 2020.

È chiaro che il centro di crescita ha iniziato a spostarsi verso le economie in via di sviluppo e potrebbe portare il mondo nella nuova ondata di investimenti in energia pulita.

In tutto il mondo molti governi subnazionali – regioni, stati e province – hanno perseguito aggressivamente investimenti energetici sostenibili. Negli Stati Uniti, la leadership della California nelle energie rinnovabili è stata riconosciuta da The Climate Group quando ha assegnato all’ex governatore Arnold Schwarzenegger il premio inaugurale per la leadership climatica internazionale a Copenaghen nel 2009. In Australia, lo stato del South Australia – sotto la guida dell’ex Premier Mike Rann – ha aperto la strada con l’energia eolica che comprende il 26% della sua produzione di energia elettrica entro la fine del 2011, eliminando per la prima volta la generazione a carbone. Anche l’Australia meridionale ha registrato il più alto assorbimento pro-capite di pannelli solari domestici in Australia in seguito all’introduzione da parte del governo di Rann di leggi sull’alimentazione solare e una campagna educativa che prevede l’installazione di impianti solari fotovoltaici sui tetti di edifici pubblici di rilievo, incluso il parlamento , museo, aeroporto e padiglione e scuole di Adelaide Showgrounds. Rann, il primo ministro australiano per i cambiamenti climatici, nel 2006 ha approvato una legge che stabilisce obiettivi per le energie rinnovabili e le riduzioni delle emissioni, la prima legislazione in Australia a farlo.

Inoltre, nell’Unione europea vi è una chiara tendenza a promuovere politiche che incoraggino investimenti e finanziamenti per l’energia sostenibile in termini di efficienza energetica, innovazione nello sfruttamento dell’energia e sviluppo di risorse rinnovabili, con una maggiore considerazione degli aspetti ambientali e della sostenibilità.

Esempi:

vettori energetici come idrogeno, azoto liquido, aria compressa, ossidrogeno, batterie, per alimentare i veicoli.
accumulo di energia del volano, idroelettricità con accumulo di pompaggio è più utilizzabile in applicazioni stazionarie (ad esempio per alimentare case e uffici). Nei sistemi di energia domestica, la conversione di energia può anche essere fatta per ridurre l’odore. Ad esempio, la materia organica come sterco di vacca e materiale organico deteriorabile può essere convertita in biochar. Per eliminare le emissioni, viene quindi utilizzata la cattura e lo stoccaggio del carbonio.
Di solito, tuttavia, l’energia rinnovabile deriva dalla rete elettrica di rete. Ciò significa che l’accumulo di energia non è in gran parte utilizzato, poiché la rete elettrica di rete è organizzata per produrre l’esatta quantità di energia consumata in quel particolare momento. La produzione di energia sulla rete elettrica di rete è sempre impostata come una combinazione di (grandi) impianti di energia rinnovabile, così come altre centrali elettriche come centrali elettriche a combustibili fossili e energia nucleare. Questa combinazione, tuttavia, che è essenziale per questo tipo di approvvigionamento energetico (come ad esempio turbine eoliche, centrali solari, ecc.) Può produrre solo quando il vento soffia e il sole splende. Questo è anche uno dei principali inconvenienti del sistema dato che le centrali elettriche a combustibili fossili sono inquinanti e sono la causa principale del riscaldamento globale (l’energia nucleare è un’eccezione). Sebbene anche le centrali elettriche a combustibili fossili possano essere rese prive di emissioni (attraverso la cattura e lo stoccaggio del carbonio), nonché rinnovabili (se le centrali vengono convertite ad esempio in biomassa), la soluzione migliore è comunque quella di eliminare gradualmente le ultime centrali elettriche nel tempo. Anche le centrali nucleari possono essere più o meno eliminate dal loro problema delle scorie nucleari attraverso l’uso del ritrattamento nucleare e di nuovi impianti come allevatori veloci e impianti di fusione nucleare.

Le centrali elettriche a energia rinnovabile forniscono un flusso costante di energia. Ad esempio, le centrali idroelettriche, le centrali termiche oceaniche, le centrali osmotiche forniscono energia a un ritmo regolato e sono quindi disponibili fonti di energia in qualsiasi momento (anche di notte, momenti di vento, ecc.). Attualmente, tuttavia, il numero di impianti a energia rinnovabile a flusso costante da solo è ancora troppo piccolo per soddisfare la domanda di energia nei momenti della giornata in cui gli impianti di produzione di energia rinnovabile irregolare non possono produrre energia.

Oltre a rendere più ecologici i combustibili fossili e le centrali nucleari, un’altra opzione è la distribuzione e l’uso immediato di energia da sole fonti rinnovabili. In questo set-up l’accumulo di energia non è ancora necessario. Ad esempio, TREC ha proposto di distribuire energia solare dal Sahara all’Europa. L’Europa può distribuire energia eolica e oceanica al Sahara e ad altri paesi. In questo modo, la potenza viene prodotta in un dato momento come in qualsiasi punto del pianeta quando il sole o il vento si alza o le onde dell’oceano e le correnti si agitano. Questa opzione tuttavia non è probabilmente possibile a breve termine, poiché i combustibili fossili e l’energia nucleare sono ancora le principali fonti di energia sulla rete elettrica di rete e la loro sostituzione non sarà possibile da un giorno all’altro.

Sono stati fatti diversi suggerimenti di stoccaggio di energia su larga scala per la rete. In tutto il mondo vi sono oltre 100 GW di idroelettricità con accumulo di pompaggio. Ciò migliora l’efficienza e diminuisce le perdite di energia, ma una conversione in una rete elettrica che immagazzina energia è una soluzione molto costosa. Some costs could potentially be reduced by making use of energy storage equipment the consumer buys and not the state. An example is batteries in electric cars that would double as an energy buffer for the electricity grid. However besides the cost, setting-up such a system would still be a very complicated and difficult procedure. Also, energy storage apparatus’ as car batteries are also built with materials that pose a threat to the environment (e.g. Lithium). The combined production of batteries for such a large part of the population would still have environmental concerns. Besides car batteries however, other Grid energy storage projects make use of less polluting energy carriers (e.g. compressed air tanks and flywheel energy storage).