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di Allan R. Hoffman, senior analyst U.S. Department of Energy
e Roberto Vigotti, senior advisor OME, chair REWP IEA
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A fine marzo l’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) ha organizzato a Parigi
un seminario, Renewable Energy & Water,
con l’obiettivo di colmare il gap esistente
nella comprensione del legame fra energia
e acqua - facendo il punto sull’entità
del problema, sulle soluzioni tecniche disponibili e allo studio - e discutere insieme
a esperti e decisori politici come accelerare soluzioni sostenibili.
In particolare, il dibattito si è focalizzato sul potenziale ruolo delle energie rinnovabili nel produrre acqua potabile e sui sistemi proponibili per la dissalazione
di acqua di mare e di acque salmastre.
Tre i principali temi toccati: technology assessment, dissemination of best practices, economic evaluation.
Il programma e le presentazioni del seminario sono disponibili sul sito dell’Agenzia all’indirizzo: www.iea.org/Textbase/work/
workshopsearch.asp alla voce Renewable energy and water. Gli autori di questo articolo hanno presentato al seminario un contributo, che in questa sede è stato ampliato.
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L’acqua è da sempre la risorsa più preziosa dell’umanità: non ci sono sostituti per l’acqua e abbiamo assistito a conflitti e pressioni per controllare le risorse idriche che hanno in buona parte influenzato la storia economica e politica mondiale.
Come dichiarato nel 2002 dal Comitato dei diritti delle Nazioni Unite, “il diritto degli uomini all’acqua è indispensabile per poter condurre una vita sana e dignitosa. È un prerequisito alla realizzazione di tutti gli altri diritti umani”.
La mancanza di sicurezza in tema di acqua ha raggiunto una dimensione critica su scala mondiale, anche se ciò non appare, proporzionalmente, all’attenzione dei media. La sicurezza di approvvigionamento può essere definita come la capacità di accedere a sufficienti quantità per mantenere adeguati standard di produzione di cibo e di beni, di igiene e di salute. Molte regioni dei Paesi in via di sviluppo sono colpite da significative carenze, con conseguenze gravi anche se non sono sotto i nostri occhi.
E nei prossimi anni il problema diverrà sempre più diffuso, estendendosi anche ai Paesi sviluppati come alcune regioni degli Stati Uniti e dell’Europa. Ciò che complica questa crisi idrica è il legame inestricabile tra acqua ed energia: per affrontare la sicurezza dell’acqua bisogna poter contare sull’energia per estrarla dagli acquiferi sotterranei, trasportarla per mezzo di canali e tubazioni, gestirla e trattare - all’occorrenza - un’acqua inadeguata per l’uso civile. Dissalando quella troppo salata (come la marina) e purificando le acque salmastre, molto abbondanti in alcuni Paesi in via di sviluppo.
Ma ci è ben noto che così come l’accesso all’acqua pulita è limitato, altrettanto è limitato l’accesso alle fonti di energia, tema molto più presente sui nostri media. L’energia gioca un ruolo chiave per la fornitura di acqua pulita: la dissalazione con impianti a fonti fossili è prevalente in un gran numero di Paesi. Tra i meriti che avrebbe la produzione di energia da fonte nucleare è indubbio che ci sarebbe la produzione di grandi quantità di acqua potabile. Infine, ed è la tesi che abbiamo esposto al seminario IEA, forme dirette e indirette di energia solare - una fonte rinnovabile e dunque inesauribile e sostenibile - hanno il potenziale di fornire significative quantità di acqua proprio dove è più necessaria. Il legame tra acqua ed energia si estende al di là del bisogno di energia per estrarre, trasportare, trattare e dissalare l’acqua nel ciclo di produzione di acqua potabile. È ben noto che molte forme di energia che usiamo dipendono dalla disponibilità di acqua: ovviamente l’energia idroelettrica, l’acqua per il raffreddamento delle torri delle centrali termoelettriche, ma anche i processi per ricavare il petrolio grezzo e per sfruttare le sabbie bituminose, la coltivazione delle biomasse, il trasporto delle miscele di carbone, la produzione di idrogeno per elettrolisi o per dissociazione termica ad alta temperatura. Il seminario IEA non ha potuto toccare questo aspetto pure interessante e critico per i futuri approvvigionamenti energetici, legati tutti all’acqua.
Altri legami, indiretti, esistono: la produzione e la conversione delle risorse energetiche e l’uso finale di energia producono rifiuti e scorie che possono contaminare le forniture di acqua superficiali e sotterranee. Infine, oggi è un dato incontrovertibile che la combustione dei fossili produce anidride carbonica e altri gas che contribuiscono in maniera determinante (per oltre il 60 per cento) al riscaldamento globale, con conseguenze significative per l’andamento delle precipitazioni globali e la loro distribuzione mondiale.
Anche questi aspetti richiederebbero un’attenzione specifica, ma per il momento ci limitiamo solo a un cenno. In conclusione, acqua ed energia sono critici nel loro legame per uno sviluppo economico sostenibile.
 Acqua ed energia sono legate ancora sotto un altro profilo. L’energia, in termini assoluti, non è scarsa nel mondo: il consumo annuale globale di energia per usi commerciali è di circa 450 quads (unità di misura utilizzata principalmente negli Usa, pari a 1015 BTU) laddove il sole invia quasi 6 milioni di quads ogni anno nell’atmosfera: mentre un 30 per cento di questa energia viene riflessa verso lo spazio, la maggior parte viene assorbita e contribuisce al bilancio energetico della Terra in molte forme dirette e indirette. Quello che manca è l’energia che noi possiamo comprare e utilizzare facilmente e in modo sostenibile.
Ugualmente per l’acqua: la Terra è un pianeta molto ricco di acqua e il consumo annuale di acqua fresca è molto meno dell’1 per cento della disponibilità totale. Quello che manca è la disponibilità economica di acqua pulita. Pertanto, politiche energetiche e politiche dell’acqua possono essere espresse in modo simile. Va riconosciuto che l’energia è un mezz e non un fine. L’energia è importante perché permette di dare quei servizi così necessari al nostro benessere (riscaldamento, raffrescamento, illuminazione, comunicazioni); ne segue che la nostra sicurezza di approvvigionamento energetico dipende in parte dall’usare la quantità minore di energia per fornire un dato servizio. Dipende poi dall’accesso a tecnologie che possano convertire un mix di fonti affidabili, sostenibili economicamente e ambientalmente.
Dunque un uso saggio ed efficiente di qualunque forma di energia sia disponibile. Stessa considerazione per l’acqua: solo dopo aver assicurato un uso saggio, efficiente, della risorsa acqua esistente possiamo focalizzarci su come raccogliere nuove fonti di acqua da utilizzare in modo sostenibile.
UNA DOMANDA CRESCENTE PER UN BENE CHE SCARSEGGIA
La disponibilità totale di acqua sulla Terra è stimata in 1.371 chilometri cubi; il problema è che 1.321 chilometri cubi ossia oltre il 96 per cento, si trova negli Oceani ed è fortemente salata (in media, 35.000 parti per milione di sali disciolti). Altri 29 chilometri cubi sono sotto forma di calotte glaciali e ghiacciai e 13 chilometri cubi si trovano dispersi in atmosfera. L’acqua presente nel terreno, nei laghi e nei fiumi, rappresenta così solo 8,3 chilometri cubi di acqua fresca. In pratica, il 99,7 per cento di tutta l’acqua del Pianeta non è disponibile per il consumo degli uomini e degli animali. Una importante caratteristica della fornitura di acqua fresca è la sua distribuzione non uniforme.
L’acqua è stata così causa di molte tensioni laddove essa è in comune tra uno o più nazioni. Ci sono oggi 215 fiumi che rappresentano il confine tra Paesi e 300 laghi o bacini su cui si affacciamo due o più Paesi. Nel Medio Oriente già oggi l’acqua è causa di forte tensione tra Israele e i suoi vicini arabi, ma lo stesso accade tra Egitto e Sudan, e tra Turchia, Siria e Iraq. Si è dimenticato che una delle cause che ha provocato la guerra del 1967, i cui effetti sono fortissimi anche oggi, è stata la disputa tra Siria e Israele per il possesso del fiume Giordano. E l’eventualità di tensioni e contrasti sul tema dell’acqua è ormai vicina alla certezza. L’aumento di richiesta di acqua globale è triplicata negli ultimi 50 anni: nel 2000 si stima che siano stati utilizzati 4,168 chilometri cubi, ossia il 30 per cento del totale di acqua fresca oggi accessibile e nel 2025 questa parte potrà essere del 70 per cento. E la produzione sarà limitata; il pompaggio odierno per usi agricoli oggi eccede la capacità delle riserve di riformarsi.
QUANTO E' SERIA LA SITUAZIONE MONDIALE?
L’Organizzazione Mondiale della Sanità stima che oggi più di 1 miliardo di persone non abbiano accesso diretto ad acqua pulita e che più di 2 miliardi manchino del minimo di acqua necessaria ad uno standard sanitario basilare. Questa scarsità ha un effetto impressionante sulla salute. Quasi 4 miliardi sono i casi di dissenteria ogni anno, con la morte di centinaia di milioni di bimbi, mentre almeno altri 60 milioni di bimbi soffrono di malattie congenite per lo stesso motivo. Inoltre, quasi 200 milioni sono soggetti a vermi intestinali, e 6 milioni sono ciechi a causa del tracoma: tutte queste malattie avrebbero un impatto molto minore se ci fosse acqua pulita a sufficienza.
C’è anche da considerare l’impatto della mancanza di acqua sulle donne; come noto, le donne sono capofamiglia di un terzo delle famiglie del mondo e spesso nei Paesi poveri sono quelle che producono il sostentamento e l’approvvigionamento di acqua. Le donne provvedono alla preparazione dal 60 all’80 per cento del cibo e per il 50 per cento anche alla produzione del cibo stesso: per produrre cibo e assicurare servizi igienici, donne e ragazze in alcuni Stati del centro Africa passano fino a 8 ore al giorno per trovare, raccogliere e purificare l’acqua necessaria. Questo impatta in modo enorme sulla loro educazione e sulla loro possibilità di collaborare in altro modo allo sviluppo della loro comunità. Nel 2003, in suo articolo su Nature, Peter Gleick calcolò che il costo per far fronte alle infrastrutture per l’acqua sia di circa 180 miliardi di dollari l’anno fino al 2025 per fornitura, purificazione, usi sanitari, trattamento di acque reflue, agricoltura e protezione ambientale.
IL RUOLO CHIAVE DELLE FONTI RINNOVABILI
L’energia usata per il settore acqua è stimata oggi in 26 quads, il 6 per cento del consumo totale, ed è usata nel modo seguente:
►Sollevamento acqua Per esempio, sollevare acqua da 30 metri ad un flusso di 75 litri al minuto, assumendo una efficienza complessiva del sistema del 50 per cento richiede 0,75 kW.
►Pompaggio nelle tubazioni Muovere l’acqua in salita per 30 metri ad un flusso di circa 1 metro cubo al secondo in una tubazione lunga 1,5 chilometri e con diametro di 5 centimetri richiede 3,6 kW.
►Energia per la dissalazione Ci sarà bisogno di un uso sempre maggiore del processo di dissalazione per soddisfare i fabbisogni della crescente popolazione. Il costo dell’energia necessaria rappresenta la barriera principale a questa applicazione. Il processo a osmosi inversa e quello di dissalazione a multistadio sono quelli più utilizzati. Nel mondo ci sono 15.000 unità di dissalazione che producono 37 milioni di metri cubi di acqua fresca ogni giorno. L’energia necessaria a produrre un metro cubo di acqua, senza tener conto del pre-trattamento e del successive trasporto, è pari a circa 5 kWh via osmosi e 25 kWh via distillazione a multistadio, con un costo tipico tra i 60-90 centesimi di dollaro per metro cubo.
Allora, per far fronte ai crescenti fabbisogni di dissalazione, quale energia dovremo poter usare in modo sostenibile? Storicamente la risposta è stata la rete elettrica nelle regioni sviluppate e il lavoro umano o animale o dei generatori diesel nelle comunità remote. Ma l’uso di generatori diesel non è né economico né ambientalmente compatibile, e prendere energia dalla rete vuol dire - per ora - continuare a usare fossili, che costituiscono oltre l’80 per cento delle fonti usate. Le fonti rinnovabili possono giocare un ruolo chiave per far fronte a questa sfida, sia nei Paesi sviluppati sia in quelli emergenti. Pompe alimentate dal sole possono sollevare l’acqua dal terreno profondo e trasportarla dove la si deve utilizzare, e questo avviene già con successo in alcune località. Infatti, in moltissime zone dei Paesi in via di sviluppo vi è una coincidenza tra forte radiazione solare e presenza di acque salmastre.
Utilizzare questa energia solare per alimentare le unità di purificazione e dissalazione può rappresentare la soluzione ideale per zone che non possono avere altre modi di alimentazione: un’applicazione molto promettente è l’accoppiamento di centrali solari termodinamiche ad alta temperatura con la generazione elettrica e la dissalazione, valorizzando così due prodotti complementari e avvicinandosi alla competitività.
Paesi come Giordania, Israele, Autorità Palestinese, Marocco, stanno studiando queste applicazioni da proporre ai finanziatori del Piano Solare Mediterraneo. Anche l’energia prodotta da una centrale eolica può essere accoppiata a un dissalatore, e in questo caso la dissalazione funziona come un vero e proprio accumulo del vento. Infine, sono allo studio sistemi che sfruttano il gradiente termico degli Oceani in località selezionate, e che possono funzionare in modo ibrido elettricità-acqua dissalata. Un sistema più adatto a località isolate consiste nell’uso del sole per disinfettare acqua salmastra o putrida, usando radiazioni ultraviolette in sistemi da 60 watt per eliminare batteri e virus grazie alla distruzione del loro Dna.
In questo caso è sufficiente un singolo pannello fotovoltaico o un piccolo aeromotore o un mini-idro per alimentare tali sistemi e ottenere oltre 15 litri di acqua al minuto. Il problema della sicurezza idrica è già piuttosto serio e cresce ogni anno. Un esempio per tutti, 6 anni di siccità in Australia hanno ridotto il raccolto di riso del 98 per cento, creando un aumento enorme del prezzo di tale bene di consumo nel mondo. Persino negli Stati Uniti il problema sta diventando acuto.
Un nuovo studio dello Scripps Institution of Oceanopgraphy conclude che la crescente domanda di acqua nell’Ovest, combinata con le minori precipitazioni dovute anche al cambiamento climatico, sta provocando un deficit grave nel sistema del fiume Colorado e che esiste il 50 per cento di probabilità che il livello del lago Meadow possa scendere a tal punto da non poter più produrre energia elettrica alla Diga Hoover entro il 2017. La lezione di fondo è che energia e cibo non possono essere separati dal tema dell’acqua, e non possiamo più essere certi che i Paesi industrializzati garantiranno la sicurezza degli approvvigionamenti idrici nei dieci anni futuri. La IEA, a seguito del workshop e delle raccomandazioni scaturite, ha deciso che includerà il tema acqua-energia nelle priorità del prossimo anno.
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