Ogni giorno compiamo, senza esserne pienamente consapevoli, piccoli e grandi gesti e usufruiamo di tante comodità e servizi che sono accessibili solo grazie all’energia. Basta pensare alla semplice illuminazione delle nostre case, agli elettrodomestici, ai mezzi di trasporto, ai servizi pubblici come gli ospedali oppure ai mezzi di comunicazione come i cellulari e i computer. In pratica, tutta la nostra società è fondata sull’energia, senza la quale non solo non potremmo godere degli attuali standard di vita, ma l’innovazione e il progresso tecnologico non sarebbero neanche immaginabili.
Per questo, quando si parla di input sostenibili, l’energia dovrebbe essere messa al primo posto e rientrare con un ruolo primario all’interno dell’economia circolare.

Più difficile è pensare all’utilizzo dell’energia prima della sua diffusione di massa attraverso l’avvento delle centrali elettriche. Eppure sin dall’antichità l’energia è stata sempre utilizzata: anche se in modi diversi, è sempre stata parte integrante delle comunità e fattore di sviluppo e di predominanza di alcune civiltà rispetto ad altre.
E proprio questa antica relazione con fonti energetiche quali l’acqua, il vento, il sole e la geotermia, tramite l’innovazione tecnologica e il miglioramento continuo dell’utilizzo di queste fonti, ha creato i presupposti per la transizione energetica che stiamo vivendo oggi.

Il motore primo: l’energia solare

Mentre il solare fotovoltaico - che stando al rapporto World Energy Outlook 2022 dello IEA diventerà nel 2050 la prima fonte rinnovabile con quasi 600 GW di potenza installata - è un concetto piuttosto recente, i nostri antenati già nell’800 a.C. sapevano come sfruttare l’energia solare mediante sistemi di lenti che concentravano la radiazione solare per ottenerne fuoco e calore. Secondo la leggenda, nel 212 a.C. il celebre matematico Archimede avrebbe incendiato le navi della flotta romana che assediavano Siracusa durante la seconda guerra punica utilizzando un sistema di ‘’specchi ustori’’, concentrando la radiazione solare sulle navi in avvicinamento.
Questo sistema, perfezionato mediante l’utilizzo di collettori solari concavi che potessero massimizzare la concentrazione solare, è stato largamente ripreso nel XIX secolo specialmente nei territori caldi e privi di carbone, dove il calore generato veniva trasferito a una caldaia che produceva vapore sufficiente ad azionare i macchinari.

Nella Roma imperiale del I secolo d.C. i patrizi vivevano in ville lussuose riscaldate con ipocausti, in pratica dei condotti in cui passava il calore generato dalla combustione della legna posta sotto il pavimento. Ma nel corso dello stesso secolo si verificò una carenza di legna da ardere e si pensò di sfruttare i raggi solari attraverso tecniche architettoniche. Plinio, ad esempio, definì una delle sue stanze heliocaminus, una vera e propria caldaia solare. Sempre i romani utilizzarono inoltre il vetro trasparente per le finestre. Oltre che nelle abitazioni private, sfruttarono il riscaldamento prodotto dai raggi solari anche negli edifici pubblici: nel II secolo d.C le chiassose e affollate terme erano impreziosite da specchi e mosaici e le piscine erano rivestite in marmo. Questo ovviamente non era un caso perché i lussuosi ornamenti venivano utilizzati anche per la loro capacità di surriscaldarsi con la luce solare.

L’energia inesauribile dell’acqua

L’energia idroelettrica è una forma di generazione piuttosto consolidata e matura, con le prime centrali risalenti alla fine dell’Ottocento. Ad oggi rappresenta la principale fonte rinnovabile a livello globale con una produzione di 4200 TWh nel 2021.
Parlare di energia idroelettrica significa, di fatto, parlare dell’energia dell’acqua, annoverata come una delle fonti più antiche utilizzate dall’uomo.

Infatti, nel passato uno dei criteri principali per la scelta del sito dove fondare una città era la presenza di un fiume. Essendo le vie di terra molto spesso poco praticabili, risultava molto più veloce e pratico spostarsi via fiume. La fluitazione, cioè il trasporto lungo i fiumi di legname o di merci su zattere, è molto più antica del trasporto navale, poiché riguardava acque interne e quindi più sicure. Sfruttare l’energia cinetica dell’acqua per movimentare le merci non solo risultava meno rischioso, essendo boschi e foreste pieni di animali predatori, ma anche più economico in quanto si evitava la laboriosa manutenzione dei carri e il faticoso trasporto a mano.

L’energia dell’acqua venne anche utilizzata per mettere in movimento il complesso meccanismo dei mulini ad acqua, che nacquero probabilmente intorno al secondo millennio a.C. e si diffusero capillarmente in tutto il bacino del Mediterraneo. I mulini ad acqua costituirono una vera svolta nell’ambito produttivo, consentendo un aumento della produttività senza precedenti in settori come la macinazione del grano, dove ciascuna ruota del mulino poteva macinare fino a 150 kg di grano all’ora, pari al lavoro di 40 persone!

Tra i massimi esperti nello sfruttamento dell’energia idrica troviamo poi gli antichi Egizi che, data la necessità di irrigare terreni aridi altrimenti incoltivabili, costruirono numerose dighe sul Nilo per deviarne il corso. In questo modo, già un secolo prima di Cristo ad Alessandria le ruote idrauliche venivano utilizzate per sollevare l’acqua di questi corsi e distribuirla in vari punti, sviluppando un sistema di irrigazione altamente organizzato. Anche in questo caso ci si chiese come migliorarne il rendimento e nei secoli furono apportate varie modifiche, sia geometriche, variando ad esempio le dimensioni delle pale, che idrauliche, modulando la portata in ingresso, che ne consentirono l’applicazione anche nei complessi industriali come acciaierie e cartiere.

Nonostante questa sia una fonte sfruttata da secoli, le sfide per l’idroelettrico non sono ancora terminate e ad oggi si punta a mitigare l’impatto negativo delle centrali sugli habitat acquatici e la relativa biodiversità. Il progetto europeo FIThydro si concentra proprio su quest’ultimo aspetto, dimostrando l’importanza di considerare molteplici fattori per raggiungere un approccio sostenibile a 360 gradi. Gli studi svolti hanno consentito di elaborare più di 20 soluzioni e strumenti utili a migliorare l’integrazione tra energia idroelettrica ed ecosistema acquatico, fra cui un sistema che può aiutare a guidare i pesci in modo sicuro attraverso le turbine degli impianti.

I venti del cambiamento: l’evoluzione dell’energia eolica

Nell'arco dei secoli l'umanità ha sempre cercato di sfruttare le risorse più abbondanti a sua disposizione. Chiaramente, in assenza di corsi d’acqua facilmente accessibili, una delle soluzioni più promettenti è stata l’energia eolica, sfruttata non solo per la navigazione a vela, ma anche per varie altre applicazioni. Don Chisciotte, protagonista del capolavoro di Miguel de Cervantes, si erge come un eccezionale ambasciatore di questa forma di energia, dimostrando come l'uso dei mulini a vento fosse già una realtà consolidata e diffusa nel XVII secolo. Tuttavia, sembra che i mulini siano ben più antichi: i primi, sebbene di concezione diversa da quella che attualmente intendiamo, comparvero intorno al 2000 a.C. nelle aree considerate la culla della civiltà: Mesopotamia, Cina ed Egitto.

In Cina consentivano l'utilizzo dell'energia eolica per la macinazione dei cereali, mentre è tramandato che il re di Babilonia, Hammurabi, progettò un complesso impianto di irrigazione per mezzo degli stessi. In Europa l’arrivo dei mulini avvenne solo nel Medioevo, all’epoca delle crociate, principalmente nella sua parte nord-occidentale. La prima nazione ad utilizzarli su larga scala fu l’Olanda, in quanto mancava di energia idrica pur avendo l’acqua, poiché senza pendenze essa non scorreva con la velocità necessaria. Gli olandesi, che ancora oggi conservano circa mille mulini tradizionali, li usarono largamente nell’attività di drenaggio e bonifica dei terreni al di sotto del livello del mare, che venivano così conquistati all’agricoltura e all’allevamento.

Ad oggi, l’eolico presenta ancora margini di sviluppo molto interessanti, con gli impianti offshore che potrebbero risolvere alcune criticità come l’impatto ambientale e acustico dei parchi eolici nonché l’intermittenza della generazione elettrica, che risulterebbe molto più stabile grazie alle correnti marine.

Geotermia: l’energia nascosta sotto i nostri piedi

Il rapporto tra l’uomo e l’energia della terra ha radici antichissime. Le prime testimonianze dell'uso dell'energia geotermica risalgono a 10.000 anni fa, quando le popolazioni del Nord America, dell'Asia e dell'Europa utilizzavano le aree geotermiche attive per ricavarne prodotti vulcanici, sfruttare il calore per cucinare e… godersi i benefici delle acque termali!
I Romani, grandi appassionati di terme, costruirono ai tempi dell’imperatore Vespasiano, nel 75 d.C., un maestoso complesso termale a Bath, unica città dell’Inghilterra dove fin dal 10.000 a.C. pare fuoriuscisse acqua calda dal sottosuolo. Persino Dante Alighieri nel 1296 dedicò alcuni versi del suo Vita Nova all’energia geotermica, probabilmente ispirati dalla Valle del Diavolo in Toscana dove qualche secolo dopo, nel 1913, nacque la prima (ed unica fino quasi gli anni Sessanta) centrale geotermica al mondo, detta Larderello.

Nonostante l’energia geotermica occupi ancora un ruolo relativamente marginale nel paniere energetico dell’Italia (circa il 2% della produzione), il nostro Paese si colloca tra i principali produttori a livello europeo, oltre che nel contesto mondiale, con circa 6 TWh di energia ricavata ogni anno. A fare da volano è chiaramente la naturale ricchezza di risorse geotermiche: si stima infatti che il potenziale estraibile e sfruttabile sia tra i tra i 5800 e i 116.000 Twh di energia.

Allora perché sentiamo parlare così poco di questa fonte? I motivi dell’arretratezza nello sfruttamento dell’energia geotermica sono diversi: oltre ai costi di investimento e manutenzione ancora elevati, il geotermico non gode di grande approvazione sociale con parte della popolazione che teme che le perforazioni possano indurre terremoti o addirittura eruzioni vulcaniche. Dunque, se vogliamo davvero iniziare a sfruttare il potenziale geotermico, nei prossimi anni sarà fondamentale incentivare questa fonte sia dal punto di vista economico che attraverso una corretta comunicazione sul tema, al fine di aumentarne l’accettazione nelle comunità locali.

Energia sostenibile: opportunità e sfide

Secondo il report dell'Agenzia Internazionale dell'Energia (IEA) solo il 13% dell'energia utilizzata in tutto il mondo nel 2021 proveniva da fonti rinnovabili. Inoltre, il 40% delle emissioni globali di CO2 nel 2022 è stato causato dalla produzione di elettricità e calore: siamo ancora troppo lontani dal raggiungere il traguardo. Secondo la roadmap pubblicata dall'IEA a maggio 2021, per raggiungere l'obiettivo di emissioni nette zero entro il 2050, sarà necessario garantire che almeno i due terzi dell'energia globale e quasi il 90% dell'energia elettrica siano prodotti da fonti rinnovabili.

Questi obiettivi ci impongono di sfruttare al meglio le fonti rinnovabili puntando fortemente anche su forme di produzione innovative come, ad esempio, l’energia del mare. A partire dall’Unione Europea, protagonista mondiale del settore in termini di ricerca e sviluppo, fino agli Stati Uniti e a vari Paesi asiatici, ci sono segnali di sempre più forte interesse a sviluppare tecnologie per generare energia da onde, maree e correnti. Attualmente la potenza installata a livello globale è di soli 500 MW ma si stima possa raggiungere i 100 GW in Europa entro il 2050, integrandosi perfettamente, grazie all’alta prevedibilità della produzione, in un mix composto da fonti non programmabili come eolico e fotovoltaico.

Bisogna infatti considerare che la transizione energetica verso una produzione più circolare non può risolversi nel semplice e improvviso passaggio dalle fonti fossili ad un modello di generazione quasi interamente non programmabile. Questo percorso ci pone dinanzi a sfide tecniche e d’infrastruttura, che potranno essere risolte solo sviluppando soluzioni che garantiscano flessibilità e stabilità alla rete elettrica. La risposta non può che orientarsi in due principali direzioni. Anzitutto il potenziamento e lo sviluppo dei sistemi di accumulo per immagazzinare l’elettricità e renderla disponibile quando c’è maggiore necessità, fungendo da bilancia tra domanda e offerta. Per questi sistemi il passaggio da un modello lineare ad uno circolare è un passo fondamentale per garantire la sostenibilità delle batterie in un settore in crescita: ciò significa fare leva sul riutilizzo, sul cambio di destinazione (repurposing) e sul riciclo, al fine di mantenere le batterie, le loro componenti e le materie prime in circolazione nell’economia, e limitare dunque la necessità di estrarre materie prime per produrne di nuove. Inoltre, dobbiamo concentrarci con determinazione su sistemi innovativi e sostenibili come le batterie al sale o a sabbia, che eliminano l'uso di metalli tossici come litio, piombo o cobalto, e invece sfruttano materiali facilmente disponibili e riciclabili. Nel 2022, la Finlandia si è posta come pioniera installando la prima batteria a sabbia al mondo e ad oggi questi sistemi stanno diventando una realtà anche in Italia: a marzo 2023 anche Magaldi Green Energy ed Enel X hanno presentato una nuova batteria a sabbia, chiamata MGTES, che sarà alimentata dall’energia rinnovabile eccedente e consentirà di accumulare 13 MWh termici giornalieri.

La seconda direzione si concentra sulla promozione di meccanismi virtuali come il Demand Response, grazie al quale è possibile mitigare i picchi di richiesta o produzione, e le Comunità Energetiche, che incentivano economicamente i propri membri a consumare l’energia rinnovabile contestualmente alla sua produzione, favorendo il consumo ‘’in loco’’ e supportando le reti di trasmissione.
Questi meccanismi rappresentano una vera e propria ‘’rivoluzione energetica’’ in corso, in cui l'energia, tradizionalmente considerata solo come un costo, sta diventando una vera e propria opportunità di business da cui tutti possono beneficiare. La decentralizzazione del settore energetico segna un cambiamento di paradigma profondo, che coinvolge i consumatori nella produzione e nella fornitura di servizi energetici, trasformandoli in veri protagonisti. Questo processo, noto come "prosumerizzazione", non solo ha un significativo impatto sociale di empowerment degli utenti finali, ma svolge un ruolo cruciale nella salvaguardia del nostro primo stakeholder, il pianeta Terra, grazie all’enorme risparmio di CO2 che questo cambio di paradigma potrà generare.

Immagine: Envato Elements