Sostenibilità

Ecco la ricerca che scoperchia il lato oscuro delle rinnovabili

In due articoli pubblicati su Environmental Research Letters e Joule, i ricercatori dell’Università di Harvard, evidenziano pregi e difetti di eolico e fotovoltaico

La transizione all’energia eolica o solare negli Stati Uniti potrebbe richiedere da cinque a 20 volte più consumo di territorio di quanto previsto. Se i parchi eolici o fotovoltaici fossero costruiti su larga scala, inoltre, la temperatura media superficiale negli Stati Uniti continentali si riscalderebbe di 0,24 gradi Celsius. Malgrado possa sembrare follia, è quanto sostengono in due articoli pubblicati su Environmental Research Letters e Joule, i ricercatori dell’Università di Harvard.

ANCHE LE RINNOVABILI HANNO DEGLI IMPATTI AMBIENTALI

rtrIl punto di partenza dei ricercatori è stata la volontà di comprendere tutti i pro e tutti i contro delle fonti energetiche a basse emissioni di Co2, in vista della transizione energetica, affinché siano ben compresi gli impatti ambientali rispetto a carbone e gas. “Il vento batte il carbone con qualsiasi misuratore ambientale, ma questo non significa che i suoi impatti sono trascurabili – ha ammesso David Keith, Gordon McKay Professor di Fisica applicata presso la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) e autore senior degli articoli -. Dobbiamo abbandonare rapidamente la transizione dai combustibili fossili per fermare le emissioni di carbonio. In questo modo, dobbiamo fare scelte tra varie tecnologie a basse emissioni di carbonio, che hanno tutte un certo impatto sociale e ambientale”.

ATTENZIONE ALLE INTERAZIONI TRA LE TURBINE E L’ATMOSFERA

La ricerca, naturalmente, si concentra sugli Stati Uniti ma il discorso potrebbe valere per qualunque paese. E i ricercatori sono partiti proprio dalla considerazione di quanto territorio sarebbe necessario per soddisfare il futuro fabbisogno energetico degli Stati Uniti. In ricerche precedenti, Keith e i co-autori della ricerca avevano modellato la capacità di generazione di parchi eolici su larga scala concludendo che la produzione di energia dal vento nel mondo reale era stata sovrastimata perché si era trascurato di tenere accuratamente conto delle interazioni tra le turbine e l’atmosfera. “Gli impatti diretti dell’energia eolica sul clima sono istantanei, mentre i benefici della riduzione delle emissioni si accumulano lentamente”. Nella ricerca del 2013, Keith descrisse come ogni turbina eolica fosse in grado di creare una “ombra del vento” dietro di essa, dove l’aria veniva rallentata dalle pale della turbina. Gli odierni parchi eolici realizzati su scala commerciale sono pensati per ridurre l’impatto di queste “ombre”, ma data la previsione di espansione dei parchi eolici con l’aumento della domanda di energia elettrica derivata dal vento, le interazioni e gli impatti climatici associati non possono essere evitati completamente. Ciò che mancava alla ricerca, tuttavia, erano alcune osservazioni a sostegno della modellizzazione. Poi, qualche mese fa, l’U.S. Geological Survey ha pubblicato le posizioni di 57.636 turbine eoliche intorno agli Stati Uniti. Utilizzando questo set di dati, in combinazione con diversi altri dati forniti dai database statunitensi, Keith e il collega Lee Miller sono riusciti a quantificare la densità di potenza dei 411 parchi eolici e dei 1.150 impianti solari fotovoltaici in funzione negli Stati Uniti nel 2016.

STIME SBAGLIATE, CI VOGLIONO PIÙ IMPIANTI E PIÙ CONSUMO DI SUOLO PER RAGGIUNGERE I TARGET DI POTENZA eolico

“Per quanto riguarda il vento, abbiamo scoperto che la densità media di potenza – vale a dire il tasso di generazione di energia diviso per l’area di copertura dell’impianto eolico – era fino a 100 volte inferiore alle stime di alcuni dei maggiori esperti di energia – ha detto Miller -. La maggior parte di queste stime non ha tenuto conto dell’interazione turbina-atmosfera. Per una turbina eolica isolata, le interazioni non sono affatto importanti, ma una volta che i parchi eolici sono profondi più di 5-10 chilometri, queste interazioni hanno un impatto importante sulla densità di potenza”. Per l’energia solare, la densità di potenza media (misurata in watt per metro quadrato) è 10 volte superiore all’energia eolica, ma anche molto inferiore alle stime dei principali esperti di energia. Insomma, la ricerca suggerisce che non solo i parchi eolici possono finire per richiedere più terreno per raggiungere gli obiettivi proposti per le energie rinnovabili, ma anche che, su così vasta scala, possono diventare elementi attivi nel sistema climatico.

LA TURBINE EOLICHE RISCALDANO L’ARIA

La domanda successiva, evidenziata nella rivista Joule, riguarda invece il modo in cui tali parchi eolici di grandi dimensioni possono avere un impatto sul sistema climatico. “Se la vostra prospettiva è quella dei prossimi 10 anni, l’energia eolica ha in realtà – per certi aspetti – un impatto climatico maggiore rispetto al carbone o al gas. Se la prospettiva è quella dei prossimi mille anni, allora l’energia eolica ha un impatto climatico enormemente inferiore a quello del carbone o del gas”, le conclusioni dei ricercatori. Per stimare l’impatto dell’energia eolica, Keith e Miller hanno stabilito una linea di riferimento per il clima statunitense nel periodo 2012-2014 utilizzando un modello standard di previsione del tempo. Poi hanno coperto un terzo degli Stati Uniti continentali con turbine eoliche sufficienti a soddisfare l’attuale domanda di elettricità degli Stati Uniti. I ricercatori hanno scoperto che questo scenario avrebbe riscaldato la temperatura superficiale degli Stati Uniti continentali di 0,24 gradi Celsius, con i maggiori cambiamenti la notte, quando le temperature superficiali sono aumentate fino a 1,5 gradi. Questo riscaldamento è il risultato di turbine eoliche che miscelano attivamente l’atmosfera vicino al suolo e in alto, estraendola contemporaneamente dal movimento dell’atmosfera.

IL RISCALDAMENTO DELLE TURBINE EOLICHE È IN REALTÀ PIÙ GRANDE DELL’EFFETTO DI RIDUZIONE DELLE EMISSIONI PER IL PRIMO SECOLO DI FUNZIONAMENTO

Questa ricerca supporta più di 10 altri studi che hanno osservato il riscaldamento vicino a parchi eolici statunitensi in funzione. Miller e Keith hanno confrontato le loro simulazioni con studi di osservazione satellitare nel Texas settentrionale e hanno riscontrato aumenti di temperatura più o meno costanti. La domanda successiva è quindi di capire quando i benefici crescenti della riduzione delle emissioni sono all’incirca uguali agli impatti quasi istantanei dell’energia eolica. I ricercatori di Harvard hanno scoperto che l’effetto di riscaldamento delle turbine eoliche negli Stati Uniti continentali è in realtà più grande dell’effetto di riduzione delle emissioni per il primo secolo di funzionamento. Questo perché l’effetto di riscaldamento è prevalentemente locale al parco eolico, mentre le concentrazioni di gas serra devono essere ridotte globalmente prima che i benefici siano realizzati.

rinnovabiliI RICERCATORI: NON UNA CRITICA MA UN MODO PER VALUTARE GLI IMPATTI

Miller e Keith hanno ripetuto il calcolo per l’energia solare e hanno scoperto che i suoi impatti climatici erano circa 10 volte inferiori a quelli del vento. “Gli impatti climatici diretti dell’energia eolica sono istantanei, mentre i benefici della riduzione delle emissioni si accumulano lentamente – ha detto Keith -. Se la tua prospettiva è quella dei prossimi 10 anni, l’energia eolica ha in realtà – per alcuni aspetti – un impatto climatico maggiore rispetto al carbone o al gas. Se la prospettiva è quella dei prossimi mille anni, allora l’energia eolica ha un impatto climatico enormemente inferiore a quello del carbone o del gas. “Il lavoro non deve essere visto come una critica fondamentale dell’energia eolica – hanno tenuto a precisare i ricercatori -. Alcuni degli impatti climatici del vento porteranno benefici (diversi studi globali dimostrano che l’energia eolica raffredda le regioni polari, ndr). Piuttosto, il lavoro dovrebbe essere visto come un primo passo per diventare più seri nel valutare questi impatti per tutte le energie rinnovabili. La speranza è che il nostro studio, combinato con le recenti osservazioni dirette, segni una svolta in cui gli impatti climatici dell’energia eolica cominciano a ricevere seria considerazione nelle decisioni strategiche sulla decarbonizzazione del sistema energetico”.