Todos habrán oído hablar del objetivo de "cero neto" que, de aquí a 2050, la UE quiere imponer a todos los estados miembros. ¿Qué significa "cero neto" ? Según la definición dada por las Naciones Unidas, el término "cero neto" indica la reducción a cero de todas las emisiones de gases de efecto invernadero derivadas de actividades antrópicas, es decir, producidas por el hombre. Nuevamente, según las Naciones Unidas, alcanzar el "cero neto" para 2050 significaría limitar el aumento del calentamiento global a +1,5 °C, un límite más allá del cual el cambio climático amenazaría con hacer inhabitables algunas partes del planeta.
Saltémonos la discusión sobre la utilidad real de esta intención y sobre la veracidad de las declaraciones de las Naciones Unidas; nos limitamos únicamente a recordar que gran parte de la comunidad científica no está en absoluto de acuerdo con esas conclusiones, digan lo que digan los llamados "comunicadores científicos" y "fact-checkers" all'amatriciana de Noantri .
Por el contrario, aceptemos el guantelete y veamos qué significaría en la práctica para Italia implementar rigurosamente las políticas de "cero neto" haciendo los cálculos del sirviente sobre los cambios que deberíamos hacer en la configuración de nuestro sistema tecnológico, con el mismo estándar actual de viviendo, para poner también nuestra parte en esta huida loca , como diría el Ulises de Dante.
cuanto consumimos hoy
Antes de comenzar, es bueno establecer ideas sobre el consumo promedio anual actual de electricidad en Italia : de hecho, es necesario saber que en 2022 fue igual a 317 TWh que, para aquellos que no están muy familiarizados con las conversiones entre unidades de medida de energía, corresponden a 317 mil millones de kWh . Pero, te preguntarás, ¿por qué partimos del consumo eléctrico? ¡Lo entenderás muy pronto!
Evidentemente, la condición sine qua non para alcanzar el objetivo de "cero neto" es abandonar por completo el consumo de combustibles fósiles e hidrocarburos en general, lo que, sin embargo, es una condición necesaria pero no suficiente. Además de eso, de hecho deberíamos analizar también, por ejemplo, la eliminación de granjas, la eliminación del uso de fertilizantes químicos, la eliminación de la producción de plásticos (también todos derivados de hidrocarburos), etc.
Sin embargo, por sencillez expositiva, centramos nuestra atención únicamente en la profunda transformación del sistema de producción y consumo de energía que se haría necesaria tras el abandono de los combustibles fósiles y la transición al uso de energías derivadas íntegramente de fuentes renovables .
En espera del posible nacimiento y afirmación de tecnologías innovadoras de las que, sin embargo, hoy no hay rastro , la energía debe provenir necesariamente de tecnologías consolidadas -hidroeléctrica, eólica, fotovoltaica y biomasa- o, en el límite, a través de su intermediación a través de vectores energéticos, en primer lugar, el llamado "hidrógeno verde", pero también, por ejemplo, el llamado "combustible electrónico", también conocido como "gasolina sintética".
Cambios estructurales por parte de los usuarios
Claramente, por tanto, los usuarios finales tendrán que adaptarse a consumir única y exclusivamente energías renovables. Entonces, comencemos nuestro análisis desde este último y examinemos los tres tipos principales de consumo para calcular una estimación de la necesidad futura de electricidad y materias primas críticas.
(1) Movilidad . Sin perjuicio de soluciones de nicho vinculadas al uso de combustibles renovables -hidrógeno verde, e-fuel- de una entidad aún completamente insignificante, para que toda la flota autopropulsada italiana (coches, camiones, autobuses, motos, etc.) se mueva en la dirección del consumo de energías renovables, sería necesario que se reconvirtiera en su totalidad a tracción eléctrica . Bajo este supuesto, se necesitarían aproximadamente otros 175 TWh/año de electricidad para reemplazar los combustibles fósiles. Esta cifra se puede deducir de forma bastante sencilla a través de las siguientes consideraciones energéticas (ref. Datos de consumo de Istat 2021):
- En Italia se consumen anualmente aproximadamente 7 millones de toneladas de gasolina y 23 millones de toneladas de diésel para vehículos de motor.
- Sabiendo que la gasolina tiene un valor calorífico de 12,2 kWh/kg y el gasóleo de 12,7 kWh/kg y teniendo en cuenta que el ciclo de los motores de gasolina (ciclo Otto) tiene una eficiencia del orden del 35 por ciento mientras que el de los motores turbodiésel de un 40 por ciento aproximadamente. por ciento, significa que en Italia la necesidad de energía mecánica para los ejes de las ruedas de automóviles asciende a aproximadamente: 0,35 x 7.000.000.000 [kg] x 12,2 [kWh/kg] + 0,40 x 23.000.000.000 [kg] x 12,7 [kWh/kg] = 146.730.000.000 kWh , es decir 146,73 TWh .
- Sabiendo que la eficiencia de un vehículo eléctrico es optimistamente alrededor del 93 por ciento, la misma necesidad de energía mecánica en el eje de la rueda se obtendría alimentando las baterías con electricidad igual a: 146,73 / 0,93 = 157,77 TWh .
- Por último, sabiendo que las pérdidas de red para transportar la electricidad desde los puntos de generación ( parques eólicos , solares , centrales de biomasa, centrales hidroeléctricas y puntos de almacenamiento) hasta las estaciones de carga rondan el 10 por ciento, con el fin de suministrar la energía de 157,77 TWh a las baterías habrá que generar 157,77 / 0,9 = 175,3 TWh, redondeado a 175 TWh/año .
Por otro lado, en cuanto a la necesidad de materias primas críticas , en un vehículo eléctrico se concentran casi esencialmente en la batería. Considerando por simplicidad solo los autos en circulación (40 millones), y asumiendo que los autos eléctricos equivalentes están todos equipados con una batería de 50 kWh, tendríamos el siguiente requerimiento de materias primas críticas:
- Aluminio : 1,00 [kg/kWh] x 50 [kWh] x 40.000.000 = 2 millones de toneladas.
- Grafito : 1,00 [kg/kWh] x 50 [kWh] x 40.000.000 = 2 millones de toneladas .
- Cobre : 0,50 [kg/kWh] x 50 [kWh] x 40.000.000 = 1 millón de toneladas .
- Tierras raras (Cerio, Lantano y Neodimio) : 0,50 [kg/kWh] x 50 [kWh] x 40.000.000 = 1 millón de toneladas.
- Níquel : 0,40 [kg/kWh] x 50 [kWh] x 40.000.000 = 800.000 toneladas .
- Manganeso : 0,35 [kg/kWh] x 50 [kWh] x 40.000.000 = 700.000 toneladas .
- Cobalto : 0,30 [kg/kWh] x 50 [kWh] x 40.000.000 = 600.000 toneladas .
- Litio : 0,25 [kg/kWh] x 50 [kWh] x 40.000.000 = 500.000 toneladas .
(2) metano . El consumo de gas natural en 2022 en Italia ascendió a 68.500 millones de m 3 . Dado que el metano tiene un poder calorífico de 9,94 kWh/m 3 y considerando que se utiliza casi en su totalidad para usos térmicos (calefacción, hornos industriales, etc.), esto significa que para su sustitución se necesitarían otros 68.500.000.000 x 9,94 = 680.890.000.000 kWh /año, es decir, aproximadamente 681 TWh/año adicionales de electricidad. Esto se debe a que, en virtud del llamado "efecto Joule", la energía eléctrica puede transformarse al 100 por ciento en calor, lo que, dicho sea de paso, es una muy mala manera de utilizar la forma de energía más valiosa pero aún así es factible.
La sustitución del metano por electricidad supondría, como consecuencia, la reconversión de todos los quemadores de gas con sistemas eléctricos similares.
(3) Acerías . En Italia se producen anualmente aproximadamente 21,5 millones de toneladas de acero, de las cuales el 30 por ciento, equivalente a aproximadamente 6,5 millones de toneladas, en hornos eléctricos cuyo consumo ya se calcula en los 320 TWh/año de energía eléctrica consumidos actualmente en Italia. El 70 por ciento restante, equivalente a unos 15 millones de toneladas, se produce utilizando coque en altos hornos.
El requerimiento de coque en una acería es de alrededor de 0,4 toneladas por cada tonelada de arrabio producida. Por tanto, el requerimiento anual será: 0,4 x 15.000.000 = 6 millones de toneladas. Sabiendo que el valor calorífico del coque es de 8,22 kWh/kg, su sustitución requeriría 6.000.000.000 x 8,22 = 49,32 TWh/año, redondeado a la baja para facilitar el cálculo a 49 TWh/año de electricidad adicional .
Incluso en el caso de las acerías, la sustitución del coque por electricidad implicaría la sustitución de los altos hornos y la adopción de hornos de arco eléctrico, cuando sea posible.
Requisito general
En resumen, a partir de 2050 la necesidad total de electricidad renovable será igual a la electricidad consumida actualmente (317 TWh/año) más, además, 175 TWh/año para la sustitución de combustibles fósiles para vehículos, 681 TWh/año para la sustitución de metano y 49 TWh/año para la sustitución de coque. En última instancia, se necesitarán aproximadamente 1.222 TWh/año . Restando la energía que ya hoy proviene de fuentes renovables (unos 100 TWh/año), habrá que producir otros 1.122 TWh/año, es decir , más de 11 veces la producción actual .
Producción de energía renovable
Dado que la capacidad de las centrales hidroeléctricas está casi saturada (salvo que se realicen pequeñas mejoras que quizás se puedan obtener en función de aumentar los rendimientos de las centrales existentes), para obtener los 1.122 TWh/año adicionales de electricidad renovable será necesario, por tanto, será necesario aumentar en varios órdenes de magnitud el número de plantas eólicas, fotovoltaicas y de biomasa .
Para el cálculo de las plantas adicionales , supongamos que queremos mantener el ratio de producción actual entre estas tres tecnologías sin cambios (38 por ciento de eólica, 52 de fotovoltaica y 10 de biomasa). Partiendo proporcionalmente los 1.122 TWh/año en base a estos porcentajes, deberíamos producir 426 TWh/año más con energía eólica, 583 TWh/año con fotovoltaica y 113 TWh/año con biomasa. Finalmente, para nuestras cuentas de utilidad consideraremos un factor de disponibilidad del 95 por ciento de las plantas, factor que indica el porcentaje de horas del año en que las plantas están disponibles para generar energía (8.320 horas), que es lo que se considera en las buenas prácticas industriales.
(1) Viento . Para alcanzar el objetivo de 426 TWh/año de energía eólica , se necesitarán otros 60.000 aerogeneradores de 2 MW nominales (el tamaño más extendido y fiable universalmente: diámetro del rotor 80 m, altura de la torre 100 m, peso 310 toneladas + 800 toneladas de hormigón para los cimientos), cada uno capaz de generar aproximadamente 7,5 GWh/año en sitios adecuados, para un total de poco menos de 19 millones de toneladas de materiales y 48 millones de toneladas de hormigón .
Es decir, tendríamos que instalar 2.222 nuevas turbinas cada año (700.000 toneladas de materiales + 1.800.000 toneladas de hormigón – 10 por ciento de la producción anual de Italia) hasta 2050 en áreas italianas adecuadas que ocupan alrededor del 15 por ciento de la superficie del país y se concentran principalmente en el sur de Italia y las islas. En esencia, esto significaría tener una gran turbina eólica nueva por cada 0,75 km2 de terreno adecuado: una densa matriz de turbinas en todas las direcciones espaciadas a 900 metros entre sí en favor (o en desventaja, según el punto de vista), una red perversa .
Ya sé lo que estáis pensando: en lugar de arrasar los 45.000 km 2 de áreas geográficas rentables para la energía eólica, dado que Italia tiene 7.000 km de costa, ¿por qué no instalar las turbinas fuera de la vista y ponerlas en alta mar ( "offshore" ) más allá del línea del horizonte como se hace en el norte de Europa?
Tengo que darte una mala noticia: para que las instalaciones en alta mar sean económicamente convenientes, los cimientos de las turbinas deben poder descansar directamente sobre el fondo marino y, para que esto suceda, la profundidad no debe superar los 70 metros:
- Para profundidades que no superen los 15 metros se utilizan grandes pilotes denominados “monopilotes” , como es el caso, por ejemplo, en el Mar Báltico.
- Para profundidades de 15 a 40 metros se utilizan sistemas más complejos llamados "trípodes" .
- Para profundidades de 40 a 70 metros, se deben instalar pilones submarinos reales llamados "chaquetas" .
Más allá de los 70 metros, las turbinas deben instalarse sobre plataformas flotantes ancladas al fondo marino mediante cuatro líneas de cadenas, una para cada vértice de la plataforma, pero esto aumenta drásticamente los costes de instalación y mantenimiento y, en consecuencia, el denominado LCOE ( Costo Nivelado de Energía ).
Pues por desgracia (¡o por suerte!), en la línea del horizonte (unos 5 km) los fondos marinos italianos son todos muy profundos y por tanto, salvo la instalación de los aerogeneradores en la orilla (que se hizo en el puerto de carga de Tarento, por ejemplo: un verdadero oprobio), la solución offshore está económicamente excluida para nosotros.
Finalmente, en cuanto a la necesidad de materias primas:
- Concreto : 800 [ton/unidad] x 60,000 = 48,000,000 toneladas.
- Acero : 279 [ton/unidad] x 60,000 = 16,740,000 toneladas.
- Fibra de vidrio : 25 [ton/unidad] x 60.000 = 1.500.000 toneladas .
- Cobre : 3,5 [ton/unidad] x 60.000 = 210.000 toneladas .
- Aluminio : 2,3 [ton/unidad] x 60.000 = 138.000 toneladas.
- Zinc : 0,20 [ton/unidad] x 60.000 = 12.000 toneladas .
(2) fotovoltaica . Sabiendo que 1 m 2 de panel fotovoltaico de silicio monocristalino produce una media de 200 kWh/año en Italia, para alcanzar el objetivo de 583 TWh/año de fuentes fotovoltaicas será necesario instalar otros 3.068 km 2 de paneles , correspondientes a sólo menos de 31 millones de toneladas de materiales, es decir, 114 km 2 (1.140.000 toneladas) de paneles nuevos cada año hasta 2050. Es decir, cada región deberá cubrir el 1 por ciento de su superficie con paneles nuevos más allá de la cobertura actual que, recordemos, son alrededor de 300 km 2 en total.
En este sentido, es necesario subrayar un efecto colateral asociado a la difusión masiva de paneles fotovoltaicos que nunca ha sido suficientemente señalado y divulgado. De hecho, cubrir el territorio con paneles negros aumenta la fracción de la radiación solar captada en el suelo que, dado que el 80-85 por ciento no se convertirá en electricidad, se transforma en un exceso de calor que, en consecuencia, provoca aumentos significativos de las temperaturas locales, con una red Empeoramiento del microclima: un verdadero efecto invernadero a escala local .
Naturalmente, el objetivo de cubrir el 1 por ciento de la superficie italiana con paneles fotovoltaicos solo amplificará este efecto a mayor escala. ¿Puedes captar la paradoja? Para combatir el hipotético efecto invernadero global por el aumento de la concentración de CO 2 en la atmósfera, provocamos un efecto invernadero seguro a escala local debido a la presencia masiva de paneles fotovoltaicos en la zona.
Finalmente, en cuanto a la necesidad de materias primas:
- Vidrio : 80,1% = 24.831.000 toneladas.
- Aluminio : 9,8% = 3.038.000 toneladas.
- Silicio : 4,7% = 1.457.000 toneladas .
- Tedlar: 4,3% = 1.333.000 toneladas .
- Otros materiales : 0,8% = 248.000 toneladas.
- Cobre : 0,3% = 93.000 toneladas .
(3) Biomasa . Sabiendo que hoy en día 764 MW de instalaciones producen 5,5 TWh/año quemando 11 millones de toneladas de astillas de madera, para alcanzar el objetivo de 113 TWh/año a partir de fuentes de biomasa será necesario instalar otros 15.700 MW de plantas, es decir, 1.570 nuevos 10 MW (el tamaño más eficiente), para alimentar los cuales se necesitarían entonces 226 millones de toneladas más al año de astillas de madera, 6 veces nuestra producción anual.
compensación de intermitencia
Para superar la intermitencia de la generación a partir de fuentes renovables será necesario dotar de acumuladores distribuidos por todo el territorio. El criterio de dimensionamiento empírico sigue la regla: C = E/365, donde C es la energía almacenada y E es la energía total producida.
En nuestro caso será: C = 1.222/365 = 3.48 TWh, equivalente a 33 millones de m3 (75 millones de toneladas) de baterías de plomo-ácido (¡el litio es más preciado y necesario para los autos eléctricos!) a distribuir en los 302 mil km2 de superficie italiana. De media 109 m3 (250 toneladas) de baterías por cada km2: 302.000 edificios de 5x7x3 metros repartidos por todo el territorio abarrotados de baterías a sustituir de media cada 1.500 ciclos de carga/descarga (24 horas), es decir, cada 4 años .
Ajuste de red
Nuestra red de distribución actual gestiona, como se ha visto, 317 TWh/año de electricidad con un flujo medio de potencia de aproximadamente 30 GW y picos de hasta 50 GW . De los datos de Terna deducimos que:
- La red de transmisión de Alta Tensión (HV – 220 y 330 kV) se extiende por 60.000 km y está soportada por 200.000 torres de 30 toneladas cada una. Los conductores, de 50 mm 2 de sección cada uno, están dispuestos en los vértices de un triángulo equilátero de 400 mm de lado (cobre utilizado: 1,35 t/km, acero: 100 t/km).
- La red de distribución de Media Tensión (MT – 10-20 kV) se extiende por 350.000 km y normalmente utiliza cables de MT 3×120 mm2 (cobre utilizado: 3,23 ton/km) generalmente pero no necesariamente soportados por postes de hormigón armado de 5 metros de altura.
- La red de distribución de Baja Tensión (BT – 380 V) se extiende por 780.000 km y normalmente utiliza cables de BT de 3×120 mm 2 (cobre: 3,23 ton/km) generalmente pero no necesariamente soportados por postes de hormigón armado de 5-6 metros de altura.
Sin embargo, al tener que gestionar 1.222 TWh/año , es decir, poco menos del cuádruple del consumo energético actual, es razonable esperar que también la potencia media y pico en el escenario "net zero" sea el cuádruple de las actuales, es decir, 120 GW medios. con picos de 200 GW .
Teniendo en cuenta la reserva de capacidad de la red actual e imaginando "roerla" toda en el nuevo escenario, esto llevaría por lo tanto a la necesidad de al menos triplicar toda la red eléctrica . Para ello, se necesitarían 180.000 km más de líneas eléctricas de AT, 600.000 torres de alta tensión, 1.050.000 km más de red de distribución de MT y 2.340.000 km más de red de distribución de BT.
Esto conduciría al siguiente requisito de cobre y acero :
- Cobre : 1,35 x 180.000 + 3,23 x 1.050.000 + 3,23 x 2.340.000 = 11.192.700
- Acero (solo para trusses AT): 100 x 180 000 = 18 000 000
Por lo tanto, para 2050 sería necesario adquirir alrededor de 12 millones de toneladas de cobre (450.000 toneladas anuales hasta 2050) y 18 millones de toneladas de acero (670.000 toneladas anuales hasta 2050), además de un número desconocido de postes de hormigón armado para Líneas MT y BT.
Teniendo en cuenta que la producción mundial anual de cobre es de 21 millones de toneladas mientras que la de acero es de 140 millones de toneladas, solo por la expansión de la infraestructura de la red Italia debería obtener, por cada año desde ahora hasta 2050, el 21 por ciento del cobre mundial. producción y el 0,5 por ciento de la producción mundial de acero.
Conclusiones
Mirando las cuentas simples del servidor puestas en papel arriba, habrás entendido que el objetivo de "cero neto" no es del todo alcanzable de manera realista en 2050 y, probablemente, ni siquiera lo será en 2150, tantos y tantos. son las transformaciones necesarias y las necesidades críticas de materia prima.
Siempre que el objetivo real no sea, en cambio , tener un fuerte impacto en la calidad de vida de los ciudadanos de la UE y, en lugar de hacer que la Unión crezca cada vez más como el "jardín de Europa", como el actual grupo de gestión encabezado por Ursula von der Leyen , en cambio, la hacen retroceder hacia un desierto desindustrializado en el que la vida fluye en una nueva Edad Media postecnológica como el futuro distópico que vislumbran muchas películas de ciencia ficción.
El artículo ¿Cero emisiones? Otro sueño verde que solo puede hacerse realidad como pesadilla viene de Nicola Porro .
Esta es una traducción automática de una publicación publicada en Atlantico Quotidiano en la URL https://www.nicolaporro.it/atlanticoquotidiano/quotidiano/aq-economia/emissioni-zero-un-altro-sogno-green-che-puo-avverarsi-solo-come-incubo/ el Wed, 19 Jul 2023 03:58:00 +0000.