Uno studio dell’università La Sapienza valuta diversi scenari di decarbonizzazione entro metà secolo, analizzandone la fattibilità tecnica. Tutti i dettagli
Entro il 2050, il sistema energetico italiano può essere alimentato al 100% da fonti rinnovabili? Tecnicamente, sì. E a costi competitivi rispetto agli scenari che prevedono una sopravvivenza di fonti fossili. Lo sostiene uno studio dell’università La Sapienza di Roma pubblicato sull’ultimo numero della rivista Energy.
La ricerca ruota attorno all’analisi di 12 scenari di decarbonizzazione basati su combinazioni di energie rinnovabili, elettrolizzatori per idrogeno, biocombustibili e soluzioni Power-to-X.
“Questo studio dimostra la fattibilità tecnica ed economica di un sistema energetico carbon neutral in Italia, riconoscendo al contempo le sfide verso la completa decarbonizzazione e sottolineando l’importanza di una pianificazione energetica integrata”, scrivono gli autori, Lorenzo Mario Pastore e Livio de Santoli.
Elementi chiave di un sistema energetico italiano 100% rinnovabili
Come raggiungere la piena decarbonizzazione del sistema energetico italiano entro metà secolo puntando soprattutto sulle fonti rinnovabili? In estrema sintesi:
- Le tecnologie Power-to-X sono fondamentali per bilanciare la produzione rinnovabile intermittente e ridurre il consumo di biomassa.
- Il 90% della produzione elettrica può essere coperto da fotovoltaico ed eolico, sia onshore che offshore.
- Efficienza e decarbonizzazione: il risparmio energetico, il teleriscaldamento e l’elettrificazione degli edifici e del trasporto leggero (tramite pompe di calore e veicoli elettrici) sono misure chiave per la transizione.
- Ruolo strategico dei combustibili alternativi: idrogeno, biocarburanti ed elettrocarburanti influenzano significativamente l’assetto del sistema energetico, soprattutto nei trasporti pesanti e nell’industria. In scenari con elevata domanda di idrogeno, il Power-to-Gas riduce la necessità di accumulo elettrico.
- La disponibilità di biomassa è un fattore critico per la sostenibilità dell’intero sistema e ne condiziona la configurazione ottimale.
- La flessibilità della domanda offre vantaggi energetici ed economici, migliorando l’integrazione delle rinnovabili e riducendo i costi di accumulo.
Fotovoltaico ed eolico
Secondo lo studio, il fotovoltaico sarà la principale fonte di energia elettrica e potrà coprire fino al 60-70% della produzione totale in alcuni scenari. L’Italia ha un alto potenziale di produzione solare, con molte regioni che superano le 1.500-1.800 ore di pieno carico all’anno. Tuttavia, la sua variabilità stagionale e diurna richiede sistemi di accumulo per bilanciare la rete.
L’eolico, sia onshore che offshore, potrà coprire circa il 20-30% del fabbisogno elettrico. Nonostante il minore potenziale rispetto al solare, l’eolico fornisce un profilo di generazione più distribuito nell’arco della giornata e delle stagioni, riducendo la necessità di accumulo rispetto al fotovoltaico.
Aspetto importante: l’ottimizzazione mostra che tutto il potenziale installabile di eolico onshore e offshore deve essere sfruttato per minimizzare i costi e l’energia in eccesso.
Stoccaggio
Per garantire la stabilità del sistema, sono previsti diversi tipi di accumulo e strategie di gestione dell’energia:
- Batterie agli ioni di litio (EBs): essenziali per lo stoccaggio a breve termine, con capacità installata tra 20 e 50 GWh a seconda dello scenario.
- Power-to-X: l’idrogeno prodotto dall’elettrolisi funge da accumulo energetico a lungo termine e permette di integrare il surplus rinnovabile. La capacità degli elettrolizzatori è sovradimensionata di 5 volte rispetto alla domanda minima per garantire flessibilità.
- Teleriscaldamento con accumulo termico: impiegato per bilanciare la domanda di calore ed elettricità, riducendo la necessità di elettrificazione diretta.
Queste soluzioni, spiegano gli autori, dimostrano che il sistema può operare senza centrali fossili o nucleari.
Biomassa
La biomassa può svolgere un ruolo importante nella transizione energetica italiana, ma il suo utilizzo deve essere attentamente bilanciato con altre soluzioni per evitare rischi di insostenibilità. I problemi sono legati alla quantità disponibile, all’efficienza della conversione energetica e all’impatto ambientale.
Lo studio evidenzia che gli scenari che combinano biomassa e idrogeno (e-fuel) sono i più equilibrati in termini di sostenibilità ed efficienza complessiva del sistema. Riducono la pressione sulle risorse naturali, benché aumentino la necessità di elettricità pulita per alimentare gli elettrolizzatori.
E ne passa al vaglio usi e configurazioni diverse, dalla produzione di biocombustibili liquidi e gassosi (bioetanolo e biodiesel per trasporto pesante e industria, biometano per sostituire il gas fossile nei settori hard-to-abate) all’idrogenazione della biomassa (con strategie Power-to-Gas e Power-to-Liquid), al più tradizionale impiego per generare elettricità e calore.
Non tutte le configurazioni sono tecnicamente fattibili, e molte non appaiono desiderabili per gli squilibri che generano. Le stime richiamate dallo studio fissano la disponibilità sostenibile di biomassa in Italia tra 170 e 425 TWh/anno, con un valore medio stimato di 250 TWh/anno. In alcuni scenari analizzati, però, il consumo di biomassa supera ampiamente questa soglia.
Flessibilità del sistema
Nel valutare la fattibilità tecnica di un sistema energetico italiano basato totalmente sulle rinnovabili, lo studio considera due diversi scenari di flessibilità.
In un primo scenario a bassa flessibilità, il 2% della domanda elettrica può essere modulata con strategie di demand-side management, il 40% dei veicoli elettrici usa smart charging (caricandosi quando la produzione rinnovabile è elevata), il resto della domanda segue i profili di consumo attuali, senza significativi cambiamenti nei comportamenti degli utenti. È uno scenario già alla nostra portata, per cui servono pochi interventi sull’infrastruttura, ma ha bisogno di un’accelerazione sulla capacità di accumulo elettrico.
In un secondo scenario ad alta flessibilità, il 10% della domanda elettrica è flessibile grazie a processi industriali e domestici regolati dinamicamente per seguire la produzione rinnovabile. La quota di veicoli elettrici in smart charging sale dal 40 al 70% e si aggiunge una quota del 10% di veicoli elettrici che impiega Vehicle-to-Grid (V2G), restituendo energia alla rete nei momenti di picco di domanda. In questo scenario, cala la necessità di accumuli e la dipendenza dall’idrogeno per la stabilizzazione del sistema, ma sono necessari investimenti copiosi in infrastrutture digitali e un’accelerazione sul fronte del V2G.
