Energia Solare: è l’Africa una risorsa inesauribile?

Il deserto del Sahara, così come tutto il Nord Africa, rappresentano il maggiore potenziale energetico mondiale non sfruttato. L’energia solare che irradia il Sahara e il Nord Africa potrebbe alimentare il mondo intero. Basti pensare che un solo pannello solare in Algeria genera tre volte più elettricità dello stesso pannello nel centro Europa, ad esempio in Germania.

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Immagine da GLOBAL SOLAR ATLAS

Queste terre sono state per secoli svantaggiate proprio a causa della forte radiazione solare mentre ora potrebbero essere il generatore di energia per il pianeta.

Un pannello di un metro quadrato, in questi luoghi, genera in media da 5 a 7 kWh ogni giorno. Moltiplicando per un km quadrato ricaviamo da 5 a 7 GWh (Gigawattora giornalieri. Dato che in questi luoghi si può disporre di spazi di dimensioni notevoli, un parco di pannelli solari di mille km quadrati è in grado di fornire da 5 a 7 TWh (Terawattora) di energia al giorno, ovvero quanto basta per il fabbisogno energetico di tutta Europa. Ma di terra con queste caratteristiche qui ne abbiamo molta di più a disposizione, pertanto, diecimila km quadrati genererebbero da 50 a 70 TWh rendendo possibile coprire il fabbisogno mondiale giornaliero di energia.

Questi sono puri calcoli che dimostrano come ciò sia possibile, già, ma possibile nella realtà?

Questo piano energetico è già stato studiato da scienziati, governi, ingegneri, imprese energetiche etc. e non ha dato i risultati attesi.

Con buona pace dei soliti incompetenti che mettono bocca su tutto, complottisti e gente di tale specie, il fallimento di questo programma energetico non è dovuto a una cospirazione dei super potenti per controllare le nostre vite e affamarci. Si dia il caso, invece, che, più praticamente, nel nostro mondo il sistema di produzione in uso impone che ogni investimento, lavoro e commercio siano in grado di generare profitti, altrimenti si va in bancarotta. Cambiare il modo di produzione? Beh, questo è un altro programma e non affrontiamo certamente qui il problema.

Trasportare l’energia.

Il primo scoglio riguarda trasportare l’energia prodotta in Nord Africa verso il resto del pianeta.

Allo stato attuale abbiamo solo due interconnessioni che collegano il Nord Africa all’Europa per il trasporto di energia prodotta da sistemi solari. Entrambe si trovano tra il Marocco e la Spagna.

Ognuna di esse è da 700 MW (Megawatt), la prima completata nel 1998 e la seconda nel 2006. Un terzo collegamento dovrebbe essere completato entro il 2030, per un totale di 2100 MW.

Gli ingegneri stimano che se volessimo trasportare abbastanza energia per alimentare l’Europa, sebbene ignorassimo le perdite di energia lungo la linea e i problemi relativi allo stoccaggio, avremmo bisogno di altre connessioni; ovvero ulteriori connessioni da un minimo di 592 fino a 831.

È necessario considerare che questi collegamenti non si realizzano passando dei semplici cavi, bisogna infatti costruire delle infrastrutture complesse e molto costose.

Si stima che la terza interconnessione che unisce le reti del Marocco e della Spagna costerà 150 milioni di euro. Un investimento enorme che sarà pagato da entrambi i paesi alla pari. La Spagna vuole energia rinnovabile al 100% entro il 2050 come parte della sua politica sui cambiamenti climatici, il suo status di esportatore di energia potrebbe dunque cambiare.

Se il costo di questo terzo collegamento in costruzione è pari a 150 milioni di euro, significa che ulteriori 592 collegamenti costerebbero circa 89 miliardi di euro (592 x 150.000.000 = 88.800.000.000). Ovviamente questa stima è destinata ad aumentare per una serie di motivi.

Inoltre, questo è il costo per collegare la parte più vicina, Marocco e Spagna, ma sarebbero necessarie linee molto più lunghe per collegare il resto d’Europa e del mondo, quindi costi molto più alti. Sarebbero necessari collegamenti tra Tunisia e Sicilia, Algeria e Sardegna e da lì poi verso il Centro e il Nord Italia. Ancora, Libia con Creta e quindi Grecia e Turchia e creare una rete per collegare il Medio Oriente. Queste reti devono poi essere interconnesse a livello interno per portare energia dappertutto e infine raggiungere anche gli altri continenti.

Un piano da miliardi di dollari.

Tuttavia, politici ed aziende europee del settore hanno elaborato piani per collegare il Nord Africa e il Medio Oriente all’Europa, poiché, secondo i loro calcoli, ritengono che i costi possano essere recuperati.

La Germania inaugurò nel 2009 un’iniziativa chiamata Desertec – sotto forma di fondazione – investendo mezzo trilione di dollari in queste infrastrutture atte a generare e trasmettere energia per tutto il Nord Africa e il Medio Oriente. Ulteriori 55 miliardi di dollari sono stati stanziati per aumentare le capacità di trasmissione attraverso il Mediterraneo.

Questo investimento andrebbe sia nella trasmissione di corrente alternata ad alta tensione su distanze più brevi, come quelle dal Marocco alla Spagna, sia nella corrente continua ad alta tensione su distanze più lunghe.

Infatti, esiste una distanza critica in cui la trasmissione di corrente alternata ad alta tensione non è attuabile.

Nel prosieguo usiamo la nomenclatura internazionale (inglese) e chiamiamo AC la corrente alternata e DC la corrente continua. Esattamente, AC/DC!!

Le perdite lungo la linea nella trasmissione per km di AC sono maggiori rispetto a quelle di DC. Per fare ciò, bisogna convertire le reti elettriche locali a AC in DC; per le lunghe distanze, quindi, abbiamo bisogno di trasformatori e convertitori di corrente che rendono chiaramente l’infrastruttura ancora più costosa.

Il punto di pareggio in cui la DC è più conveniente della AC si ha per distanze superiori ai 600 km e diventa molto più conveniente dagli 800 km stimando una serie di parametri qui sotto riassunti superficialmente.

In generale, un sistema HVDCT (trasmissione alta tensione corrente continua) è economicamente conveniente per linee aeree di trasmissione di potenza con una lunghezza di 600 km o più e una potenza di circa 1.000 MW. Questo punto di pareggio è derivato dai seguenti parametri delle diverse tecnologie di trasmissione:

  • Tecnologia HVDCT: basse perdite di trasmissione, bassi costi di linea ma alti costi di base per il sistema di conversione di potenza.
  • Tecnologia a corrente alternata (AC): maggiori perdite di trasmissione, maggiori costi di linea, ma bassi costi di base all’inizio e alla fine della linea di trasmissione.
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Fonte: Siemens

Pertanto, le linee che collegano il Marocco direttamente alla Spagna, di lunghezza intorno ai 28 km, vanno bene anche in corrente alternata (AC) non c’è bisogno di costruirle in corrente continua ad alta tensione (HVDC). Mentre le linee più lunghe che collegheranno la Tunisia all’Italia saranno quasi certamente linee in corrente continua ad alta tensione.

Le perdite di trasmissione per l’alta tensione DC sono di circa il 3% ogni 1000 chilometri. Se si pensa che Berlino si trova a 1.800 km dalla Tunisia, la trasmissione in tal caso avverrebbe in alta tensione corrente continua (HVDC).

Il piano Desertec in merito alla produzione di energia.

Il programma Desertec è stato formulato pensando all’energia solare concentrata, il cui funzionamento è abbastanza diverso dai pannelli solari fotovoltaici. Gli impianti di energia solare concentrata sarebbero distribuiti lungo i confini del Sahara e dei deserti arabi.

Una di queste strutture esiste già in Marocco ed è la più grande centrale solare a concentrazione del mondo.

Si tratta di un’infrastruttura gigantesca con 3 sezioni separate, Noor 1, 2 e 3, ciascuna delle quali utilizza variazioni leggermente diverse di energia solare concentrata, combinandosi per fornire 510 MW (Megawatt).

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Noor 1 – Copyright Masen

L’impianto Noor si trova a Ouarzazate, Marocco centrale, nella valle del Dadès, a ridosso del Sahara.

L’intero complesso della centrale sorge su 2.500 ettari, produce 2635 kWh/m2/yr (2635 kilowattora per metro quadrato all’anno) ed è costato 2,5 miliardi di dollari.

Noor 1 e 2 sono entrambi sistemi costruiti su trogoli che utilizzano specchi parabolici con un tubo situato nel punto focale dello specchio. Il tubo contiene un olio sintetico che raccoglie il calore dei 500.000 specchi parabolici distribuiti su 308.000 mq. Questo olio diventa estremamente caldo, fino a 400 °C, il che gli consente di far bollire l’acqua in uno scambiatore di calore per azionare una turbina a vapore che fornisce elettricità alla rete. L’olio a 400 °C è anche abbastanza caldo da sciogliere il sale in un sistema di accumulo di calore a sale fuso. Il sistema di accumulo di calore a sale fuso di Noor 1 può immagazzinare calore sufficiente per mantenere l’impianto operativo per 3 ore. I sali fusi sono utilizzati in questo tipo di impianti come fluido termovettore.

Noor 2 ha una capacità di immagazzinamento di calore fino a 7 ore. Tuttavia, il sale si solidifica a 110 °C e se ciò accade, l’impianto non funziona nelle ore notturne e nelle prime ore del mattino; pertanto, Noor 1 e 2 hanno bisogno di un sistema di combustione che usa combustibili fossili per mantenere tutti i fluidi necessari al sistema alle temperature di esercizio minime durante la notte e per mantenere il sistema di pompaggio dell’olio. Questo sistema di combustione a combustibili fossili può anche mantenere il funzionamento dell’impianto come fonte di energia di base affidabile senza che sia necessario ricorrere ad impianti separati di gas naturale.

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Noor 2 – Copyright Masen

Noor 3 non utilizza questi specchi parabolici ma invece un sistema a torre. È composta da una struttura circolare a nord dell’impianto. Questa forma – specchi disposti in cerchi concentrici attorno ad una torre centrale – permette a Noor 3 di fare a meno dell’olio, dell’impianto idraulico e delle pompe di Noor 1 e 2.

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Noor 3 – Copyright Masen

Gli specchi vengono sono orientati in modo da focalizzare la luce su un unico punto della torre così da riscaldare direttamente il sale fuso, il quale funziona appunto da fluido facendo a meno dell’olio fossile. La concentrazione solare qui è molto più alta e, a sua volta, le temperature raggiunte sono molto più elevate. L’acqua raggiunge infatti i 550 °C rispetto ai 400 °C di Noor 1 e 2.

Ciò consente al sistema a torre di utilizzare turbine a vapore più efficienti e di sfruttare il sale fuso come solo fluido di lavoro eliminando la necessità di uno scambiatore di calore da olio a sale fuso. Noor 3 è rimasto l’unico sistema al mondo di energia solare concentrata a torre con deposito di sale fuso, dopo la chiusura del Crescent Dunes Solar Energy Project in Nevada negli Stati Uniti nel 2019, il quale era costato 975 milioni di dollari.

L’impianto di Crescent Dunes ha cessato l’attività nel 2019, dopo meno di 4 anni.

I primi tre mesi del 2019 diedero ottimi risultati superando tutti i precedenti mensili. Tuttavia, ad aprile dello stesso anno l’impianto fu dismesso perché la NV Energy, azienda acquirente del progetto, decise di risolvere il contratto poiché l’impianto non soddisfaceva i requisiti di prestazione, ossia di profitto. L’energia generata costava alla NV Energy circa 135 dollari per MWh (megawattora), rispetto ai circa 30 dollari per MWh prodotti da un nuovo parco solare fotovoltaico del Nevada. Inoltre, l’impianto aveva subito un fermo di otto mesi a causa di una perdita nel serbatoio del sale fuso.

Quindi, è bastato che un impianto costruito nelle vicinanze fosse più efficiente in termini di costi, ovvero potesse proporre l’energia ad un costo inferiore di oltre 100 dollari per MWh che un investimento di quasi 1 miliardo di dollari è andato in fumo.

Il costo dell’energia solare concentrata per megawatt era estremamente competitivo con il fotovoltaico fino al 2009 ma nell’ultimo decennio il fotovoltaico è diventato molto più economico. L’energia solare concentrata non può quindi competere in un mercato come questo, e lo stesso si può dire per Noor 1, 2 e 3.

Ma il calcolo di questi costi considera tutti i parametri necessari?

Attualmente misurati su una metrica denominata costo livellato dell’elettricità, che è una media dei costi per generare elettricità durante l’intera vita dell’impianto, questi parametri considerano solo i profitti nel termine più breve tralasciando però una serie di fattori altrettanto importanti.

In altre parole, le metriche usate attualmente non tengono conto del costo di stoccaggio per il fotovoltaico, il quale è spesso solo un vantaggio intrinseco dell’energia solare termica concentrata. Quindi, per approntare programmi energetici più affidabili, l’industria dovrebbe utilizzare una metrica combinata del costo di stoccaggio e del costo dell’elettricità.

Per questi motivi, il progetto Desertec era destinato al fallimento, perciò hanno deciso di costruire Noor 4, una centrale a pannelli solari che genera 72 MW, per la quale sono stati investiti 75 milioni di dollari.

Il solare termico a concentrazione ha bisogno di grandi estensioni di terreno. L’impianto ha una temperatura operativa minima praticabile e per raggiungerla abbiamo bisogno di specchi sufficienti per riflettere quella luce. I pannelli solari non hanno questo problema.

I pannelli solari possono essere montati sopra le case, sopra i parcheggi o anche nei terreni destinati ad uso agricolo, con le dovute precauzioni e soprattutto laddove sia necessario ombreggiare le piante che hanno bisogno di ombra. Di conseguenza, non c’è bisogno di grandi estensioni di terra per far funzionare i pannelli solari.

Come abbiamo detto, ormai i pannelli solari sono abbastanza economici e quindi è possibile utilizzarli per costruire parchi solari di piccole dimensioni anche nei paesi dove la radiazione solare non è così potente come in Nord Africa, ad esempio proprio in Germania. In tal caso, non si ha necessità di investire miliardi in costose infrastrutture per il trasporto dell’energia ed inoltre non si deve andare ad investire in Paesi che non sono ritenuti stabili. Una delle più grandi paure dei governi e degli investitori privati, infatti, è quella di andare ad investire in luoghi dove non c’è una situazione politica ed ambientale che offre garanzia di stabilità.

Gli stessi impianti sono esposti ad attacchi di vario genere nei Paesi dove la stabilità politica non è così affidabile come in occidente, tanto per dire e con le dovute cautele.

Per questi motivi la Germania sta investendo nei parchi fotovoltaici nel suo territorio e non è più interessata al progetto Desertec. Già nel 2020 l’energia solare ha rappresentato il 10% della produzione di energia della Germania.

Problemi geopolitici e di uso delle risorse.

Problemi cosiddetti geopolitici – senza addentrarci nell’argomento come sarebbe doveroso – ve ne sono in abbondanza. Anzitutto, i Paesi Europei, o occidentali in genere – ma non è che quelli orientali operino diversamente – quando vanno a sfruttare risorse in Africa o in altri luoghi del mondo in via di sviluppo, non lo fanno mai con intenti benevoli; ovvero, non è per far crescere quei Paesi. Il beneficio è sempre per il Paese occidentale e questo crea non pochi dissapori nelle popolazioni locali.

Ma non è solo questo. Nel caso dell’impianto in Marocco – quindi strutture simili hanno lo stesso problema – va tenuto debito conto delle enormi quantità di acqua necessaria per il raffreddamento, per la turbina a vapore e per mantenere puliti gli specchi. La centrale in Marocco utilizza da 2,5 a 3 miliardi di litri di acqua ogni anno, acqua che proviene da una diga a 12 chilometri di distanza.

L’acqua è un’altra delle risorse fondamentali e il Marocco è già soggetto alla siccità. Aumentare la richiesta di acqua per soddisfare il fabbisogno energetico dell’Europa, sottraendola alle imprese agricole marocchine, causa problemi enormi. Sarebbe dunque indispensabile studiare tecnologie che riducano drasticamente il consumo di acqua, oppure accoppiare le strutture con impianti di desalinizzazione e utilizzare l’acqua in eccesso, se presente, per irrigare le coltivazioni locali e contribuire in tal caso a migliorare l’economia locale.

Gli investimenti in trilioni di dollari non servono a niente se poi non vi è una ricaduta sostanziale nel benessere delle popolazioni locali. Sappiamo però che questo confligge non poco con gli interessi di profitto e di mantenimento degli standard di vita dei nostri Paesi occidentali.

Il Nord Africa è una delle regioni più colpite al mondo dai cambiamenti climatici, con la desertificazione e la scarsità d’acqua che stanno diventando un problema serio.

Quando l’industrializzazione del mondo avanzato crea così tanti problemi non è per niente facile trovare soluzioni pacifiche e che garantiscano il benessere di tutti. Non si può pensare che i nostri livelli di benessere continuino a ricadere sui popoli dei Paesi sottosviluppati perché già vediamo da tempo che le conseguenze non sono facili da gestire: flussi migratori, guerriglie, terrorismo, etc.

A livello locale però, è appunto l’esempio del Marocco, questi Paesi hanno risorse naturali per beneficiare dell’energia solare.

Il Marocco si trova in una buona posizione, potrebbe avvantaggiarsi per far crescere la propria economia e per vendere anche energia alla Spagna, vista la vicinanza. Anche il suo governo risulta abbastanza più stabile rispetto a quelli vicini di Tunisia, Algeria, Libia ed Egitto.

Il Marocco ha il potenziale per investire nel proprio fabbisogno energetico, esportando al contempo l’eccesso in Europa via Spagna. In questo modo diverrebbe da importatore netto di energia di combustibili fossili, esportatore di energia prodotta dal sole e dal vento che lambisce le sue coste.

La nostra civiltà senza elettricità non può esistere, non per niente le reti elettriche sono le macchine più grandi del pianeta.

Dati sui consumi aggiornati al 2020

I dati del 2020 sul consumo di energia (BP) e sulla popolazione (PRB) mostrano che il consumo energetico medio giornaliero di una persona in India si mantiene intorno ai 18 kWh. Ma la Cina con 77 kWh è già al di sopra della media mondiale e nei prossimi decenni consumerà all’incirca la stessa quantità di energia delle nazioni industrializzate. Nel 2020, il consumo mondiale di energia primaria è stato di 71,4 GJ (Giga Joule) pro capite per una popolazione mondiale di circa 7,7 miliardi di persone. Ciò significa un consumo medio mondiale di energia primaria di 58 kWh al giorno per persona. Se la popolazione mondiale aumenta a 10 miliardi come previsto, e tutti i paesi avanzano per eguagliare il consumo attuale degli Stati Uniti, la domanda mondiale di energia aumenterà di quasi cinque volte.

Conclusioni

L’energia è un nodo delicatissimo da sempre. L’attuale crisi Russia Ucraina ce lo ricorda ad ogni istante e la soluzione non è affatto scontata e semplice.

Viviamo in un mondo complesso, fatto di macchine complesse e di interconnessioni tecnologiche e sociali complesse.

Non possono darsi risposte semplicistiche.

Ringraziamenti

Per questo articolo ringrazio vivamente gli ingegneri ed esperti di Real Engineering da cui ho tratto preziose e puntuali informazioni.

Altre fonti sono le seguenti

SOLAR ATLAS

EUROSTAT

ENERGY POST

STATISTA