domenica 27 dicembre 2009

Energia sostenibile pedalando ? Molto meglio le rinnovabili

Chi è passato da Bologna recentemente, avrà certamente notato un albero di natale particolare in pieno centro vicino alla fontana del Nettuno: Un pino alto 14 metri con alla base una decina di biciclette (anche per bambini) con cui pedalando si potevano accendere le luci. Di fatto un albero illuminato a energia umana. Diversi amici mi hanno chiesto, se fosse dotato di batterie, quanto bisognerebbe pedalare al giorno per mantenerlo sempre acceso 24h, considerato che è dotato di ben 12 eco-cyclette corredate di altrettanti generatori dinamo a corrente elettrica continua.

Alla domanda è difficile dare una risposta, non sapendo quanto possano assorbire le luci con cui era stato addobbato (erano comunque del tipo a led, quindi a basso consumo). Ne ho approfittato però per fare una ricerca un po più generale per rispondere a una domanda solo all'apparenza diversa:

Quanto dovrebbe pedalare ogni italiano, ogni giorno della sua vita domenica inclusa, per produrre tanta energia elettrica quanta quella che gli serve mediamente per tutto il resto della giornata ?

Per rispondere a questa domanda occorre fare qualche semplice calcolo, in particolare occorre dividere il calcolo in due parti. In primo luogo bisogna calcolare se esiste l'energy payback time del sistema uomo-dinamo, che rappresenta il "tempo di ritorno energetico", ovvero il tempo necessario affinché l'energia generata dalla pedalata compensi quella necessaria per costruire l'arnese stesso su cui sto pedalando (bici + generatore). In secondo luogo occorre calcolare la quantità di energia media generata durante ogni ora di pedalata raffrontandola con il fabbisogno stimato di energia pro-capite di un italiano medio.

La risposta a entrambi i quesiti la trovate qui. Questo articolo di ASPO nasce da uno ottimo studio di Enzo Zanchini risalente al 2005, che invito tutti a leggere, perché oltre a svelare i risvolti di questa curiosità (la dinamo umana) comprende una completa ed esauriente panoramica sulla pianificazione in Italia delle varie fonti energetiche convenzionali e rinnovabili, oltre a una introduzione sul problema dei cambiamenti climatici. Questo lavoro di altissima qualità potete scaricarlo in PDF.

Ma veniamo al dunque, la dinamo umana. I dati sul fabbisogno energetico medio di un italiano (comprendendo la sola energia elettrica, non il riscaldamento o l'autotrazione) si ricava dividendo il fabbisogno nazionale per la popolazione. Nel 2003 è stato di circa 18 GigaJoule per anno, equivalenti a una energia consumata in un anno pari a circa 5000 KWh. Quindi, la domanda diventa, quanto dovremmo pedalare ogni giorno  per generare 18 GJ in un anno ?

L'energia umana sviluppabile continuativamente da un essere umano ben allenato, che pedala su una dinamo ad altissimo rendimento per un ora, può sfiorare i 100 Wh, cioè sviluppa una potenza di circa 100W. Limitandosi a 5 ore al massimo di pedalata per ogni giorno (comprese le domeniche), che è il massimo che a mio avviso si possa chiedere a un poveraccio destinato ad un siffatto lavoro, si possono ricavare circa 1.8 MegaJoule di energia al giorno (1 MegaJoule = 0,278 KWh), che in un anno fa circa 0,66 GigaJoule all'anno.

Ora, 0,66 GigaJoule riferito ai 18 GigaJoule che ogni italiano consuma mediamente direttamente o indirettamente in un anno, equivale a circa il 3,6% del suo fabbisogno! Pertanto è dimostrato come sia impossibile soddisfare il nostro fabbisogno di energia elettrica semplicemente pedalando.

Anche pedalando 5 ore ogni giorno possiamo coprire solo il 3,6% del nostro consumo di energia elettrica.

Questo ragionamento prende anche il nome di "paradosso del ciclista", che ben si presta a spiegare per quale motivo alcune fonti rinnovabili sembrano promettenti sulla carta, cioè in grado di ripagarsi da sole in breve tempo, ma al contempo essere inutili in una prospettiva su larga scala. Il succo è che occorre valutare sempre con molta attenzione le logiche di tipo "Energy payback time", ovvero il rapporto fra il costo energetico e la produzione annuale di energia (espresso in anni), che anche se positivo può essere indice di validità solamente per scopi di nicchia e non su larga scala.

Uno metodo di produzione potrebbe avere un efficienza interessante dal punto di vista puramente energetico ma, nella pratica, le aree coltivate per nutrire i ciclisti (o asini o altri animali) sarebbero talmente ampie da rendere l’idea improponibile. L’uso diretto o indiretto dei biocombustibili come fonte energetica ad esempio è interessante per molti scopi ausiliari, ma non è comparabile con l’energia fotovoltaica che è almeno due ordini di grandezza più efficiente nell’uso del territorio.

Il paradosso del ciclista vale allo stesso modo se anziché un uomo si sfrutta un animale per questo compito ingrato, potrebbe sicuramente ripagarsi da solo la biada per sopravvivere, ma non può produrre abbastanza energia per soddisfare l'esigenza di noi umani spreconi, a meno di non lasciare il 99% dello spazio di questa terra alle loro esigenze anziché alle nostre. Solo petrolio, gas naturale e carbone possono farlo (perché hanno in loro una densità di energia enormemente concentrata), peccato però che purtroppo si stiano esaurendo molto velocemente e domani potrebbero non essere più disponibili nelle quantità necessarie per sostenere i nostri consumi.

E le rinnovabili ? Apparentemente sono soggette anche esse al paradosso del ciclista, tanto è vero che la loro penetrazione nel mercato dell'energia è tuttora a livello insignificante. Tuttavia hanno un enorme vantaggio rispetto ad altre soluzioni (come la propulsione animale o i biocarburanti): la loro limitazione non è fisica ma tecnologica. Di vento e di sole ce n'è in abbondanza per tutti, il payback time è positivo, dobbiamo solamente riuscire tecnologicamente a concentrare abbastanza energia da rendere le rinnovabili "scalabili" e quindi sfruttabili su larga scala.

Oggi possiamo riuscirci in due modi, migliorando l'efficienza di generazione e migliorando l'efficienza di utilizzo, è una questione puramente tecnologica, non di costo. I miglioramenti nell'eolico e nel fotovoltaico sono continui e costanti, se la ricerca verrà sostenuta a sufficienza nel giro di 20 anni potrebbe esserci il sorpasso che renderebbe conveniente costruire questi impianti in sostituzione delle vecchie centrali in dismissione, a parità di potenza erogata. Magari per allora si saranno affacciate sul mercato altre tecnologie molto promettenti come il Kitegen o il solare a concentrazione. Sarà un mondo interessante.

Leggi l'articolo il paradosso del ciclista

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