Oggi:

2017-02-19 19:51

Dall'Energia all'Entropia

LA STRUTTURA DEGLI USI FINALI DELL’ENERGIA

di: 
Giuseppe Tomassetti

Abbiamo chiesto a Giuseppe Tomassetti, Vice Presidente di FIRE, la Federazione Italiana per l’Uso Razionale dell’Energia, di definire gli usi finali dell’energia e l’evoluzione della loro struttura. Ci ha risposto con un suo scritto del 2005 integrato da una breve nota di aggiornamento. La proponiamo ai lettori de l’Astrolabio che vogliano orientarsi meglio nell’analisi dei bilanci di energia e nella lettura delle direttive europee contro i cambiamenti climatici.

Definizioni a problemi aperti: una lunga premessa

L’energia in un sistema chiuso non viene né creata né distrutta, ma solo trasformata, in genere degradata a condizioni di maggiore entropia.

In un sistema energetico nazionale, schematicamente si hanno all’entrata le fonti primarie, o fonti di energia potenziali (chimica, gravimetrica, meccanica, termica o elettrica, ecc.). Queste fonti entrano nel sistema energetico che le trasforma in vettori energetici (elettricità, acqua calda, benzina, gasolio, metano, coke, pastiglie di legno, ecc.) caratterizzati da purezza, modularità, gestibilità e facilità di impiego in accordo con le esigenze degli utilizzatori, vedi Schema 1.

Schema 1 – Il flusso dell’energia

Queste trasformazioni, nelle centrali elettriche, nelle raffinerie, nelle cokerie comportano delle rilevanti perdite di trasformazione che costituiscono i consumi interni del sistema energetico.

La conservazione dell’energia vale per un sistema chiuso, la terra può essere considerata tale? Se ci si riferisce alle sole fonti fossili, nel contesto della presenza umana, la terra è indubbiamente un sistema chiuso, se invece si debbono prendere in considerazione anche le fonti rinnovabili quali l’idraulica, l’eolica, le biomasse, il solare, il moto ondoso ecc., allora la terra diventa un sistema aperto all’arrivo dell’energia dal sole; ugualmente se si vogliono affrontare i temi dell’effetto serra, occorre considerare il sistema terra come aperto e tutte le considerazioni diventano più complesse.

I vettori energetici vengono distribuiti agli utilizzatori attraverso infrastrutture dedicate, sia del tipo a rete (cavi elettrici, metanodotti, oleodotti), sia via nave (navi petroliere, gasiere, carboniere, chiatte) che per ferrovia, che su strada.

Questa attività di distribuzione comporta altre perdite (effetto Joule nei cavi elettrici, compressione e pompaggio del metano, pompaggio dei prodotti petroliferi, consumi delle navi, dei treni e degli autocarri). Alcune di queste perdite, quelle delle reti, sono usualmente e correttamente addebitate al sistema energetico, mentre quelle dei vari altri mezzi di trasporto non sono evidenziate e finiscono addebitate agli usi del sistema dei trasporti.

In modo schematico risulterebbe così che gli usi finali dell’energia sono costituiti dagli utilizzi energetici degli utenti finali; raggruppati nei quattro grandi settori, dell’agricoltura, delle attività industriali di produzione di beni, delle attività civili, con le due branchie delle residenze e dei servizi, ed infine dei trasporti.

Questo schema ha bisogno di numerose correzioni ed eccezioni, almeno come vengono accettate nelle statistiche energetiche (vedi Schema 2):

1) le quantità di petrolio e di metano inglobate come materia prima per fabbricare beni d’uso (tipicamente materie plastiche, concimi e fibre sintetiche) non sono comprese nei consumi delle industrie chimiche, ma sono individuate a parte nella divisione “usi non energetici”;

2) i combustibili consumati dalle navi e dagli aerei che hanno fatto rifornimento nei porti e negli aeroporti italiani, non essendo consumi esclusivi del territorio nazionale, finiscono in una voce a sé chiamata bunkeraggi (dal nome dell’olio usato dalle navi).

Schema 2 – Il flusso dell’energia

In questi ultimi anni, per l’evoluzione della società italiana e delle tecnologie, si sono aggiunti due ulteriori punti critici:

1) i singoli stati nazionali non sono più sistemi chiusi; per l’evoluzione della distribuzione internazionale del lavoro (o per le delocalizzazioni, come si dice oggi) le lavorazioni con più forti assorbimenti di energia si sono spostate nei paesi con minori costi (non solo di energia, ma anche di personale, di vincoli ambientali e normativi); da questi paesi importiamo i prodotti, sia semilavorati che beni di consumo, ma l’energia in essa contenuta non figura né nella voce importazioni di fonti primarie, né in altre voci;

2) gli impianti di teleriscaldamento sono inclusi nelle attività dell’industria dell’energia, industria che distribuisce il vettore termico “acqua calda” ai suoi clienti, conseguentemente le perdite delle caldaie per la produzione dell’acqua calda non sono valutate negli usi finali. Al contrario la crescente attività di “servizio energia” svolta da società di servizio, a casa dell’utente, spesso con fornitura e fatturazione non del vettore “acqua calda”, ma del servizio di benessere climatico (con conseguente IVA al 10%, in quanto servizio), non sono considerate parte dell’industria dell’energia e perciò tutti i loro consumi (calore fornito e perdite) sono considerati negli usi finali.

Molte delle statistiche energetiche, e quelle italiane in specie, soffrono di forti arbitrarietà e di schematizzazioni contabili non rispondenti alla realtà, soprattutto per carenza di risorse umane e di adeguato accesso ai dati riservati delle imprese e, a volte, della tendenza di alcuni statistici a non cambiare metodo di conteggio per non perdere la congruenza con le serie storiche degli anni passati. Un esempio emblematico è quello delle autoproduzioni di elettricità e calore (in cogenerazione), anni fa queste attività erano parte dei complessi manifatturieri ed erano considerate come parte dei consumi industriali, oggi sono state costituite società ad hoc, ad es. Edison ed Eni Power, e così, lo stesso impianto di dieci anni fa, è oggi inquadrato nell’industria dell’energia, risulta produrre elettricità, vapore, ossigeno ed aria compressa da vendere agli stabilimenti chimici circostanti.

Questa ristrutturazione societaria ha effetti sconvolgenti nelle statistiche dei consumi: nel vecchio schema era la Montedison l’industria chimica che consumava combustibile; nel nuovo schema il combustibile entra nell’industria dell’energia, ad essa si addebitano le perdite di conversione in elettricità, nell’industria chimica entra solo l’elettricità acquistata (valutata a solo 860 kCal/kWh) mentre il calore recuperato in cogenerazione e venduto alla chimica spesso non viene censito. In questo modo il consumo della chimica, ad esempio nel Veneto, può dimezzarsi da un anno all’altro.

Il calore è uno dei buchi neri delle statistiche nazionali, ancora in larga parte impostate sui dati messi a disposizione dai fornitori di combustibili; a loro il calore recuperato non interessava. Ugualmente trascurato è il consumo di fonti non commercializzate formalmente, vedi il caso della legna da ardere e dei vari scarti vegetali, stimato dai bilanci circa 1 Mtep, mentre indagini e sondaggi ENEA davano, per le sole famiglie, consumi di circa 15÷20 Milioni di tonnellate, da mettere in conto in base al potere calorifico (3÷5 Mtep) o in base al rendimento utile (2÷4 Mtep se in caldaia, ma solo 0,3÷0,5 Mtep se in camini aperti). Secondo la recente legislazione anche le statistiche dell’energia sono responsabilità dell’ISTAT, conseguentemente, qualche anno fa, era stato impostato con ENEA un programma di rilevamento per indagini a campione sulle imprese, programma che ben distingueva i vettori impiegati nelle produzioni, dalle fonti energetiche direttamente acquistate. Purtroppo dopo i primi due anni di avvio le attività sono state sospese, per cui i consumi di calore rimangono un buco nero nazionale, piuttosto ragguardevole visto che, ad esempio, il GRTN stima che dalla cogenerazione (con tutti i dubbi sulla qualità delle misure) si recuperino circa 5 Mtep che non è chiaro dove figurino nel bilancio nazionale.

Volendo riassumere questa lunga premessa si può dire che gli usi finali sono gli usi degli utilizzatori finali dell’energia e che progressivamente per tanti motivi (elettrificazione dei consumi, vincoli ambientali, comodità d’uso, ecc.) gli utilizzatori richiedono sempre più vettori energetici dedicati e quindi hanno un rapporto con le fonti primarie sempre più “mediato” ed “organizzato” dall’industria dell’energia che garantisce la disponibilità e la qualità richiesta a clienti che sono sempre meno a conoscenza dei problemi; ne segue che l’industria dell’energia tende a diventare sempre più un’attività di servizio e di finanza, a maggiore utilità degli azionisti più che dei clienti (non più utenti!) … finché non arriva il black-out.

 

Dove finiscono gli “usi finali”

Le utilizzazioni finali riguardano quattro diverse tipologie di utenze, quelle delle coltivazioni agricole, le industrie manifatturiere, le utenze civili, suddivise fra le attività domestiche delle residenze e le attività di produzione dei servizi, infine le attività di trasporto.

Le suddivisioni fra i vari settori costituiscono uno schema, mutuato dal tradizionale mondo dell’economia: settore primario (agricoltura e giacimenti), settore secondario (industrie) settore terziario o dei servizi (compresi i trasporti). Questo schema descrive sempre meno bene la realtà che vede una continua crescita delle attività legate alle residenze (nel passato trascurate) ed ai servizi, con la separazione dei trasporti dalle altre attività di servizi alle persone ed alle imprese. A volte i vecchi nomi, usati per tradizione, provocano confusione dei concetti. Di fronte a classificazioni non coordinate, alle evidenze di possibilità di ricicli, interni o esterni ai settori, sono state sviluppate le tecnologie dell’analisi del ciclo di vita o L.C.A., integrando gli assetti ambientali a quelli sul consumo di energia. Uno dei primi studi, venti anni fa, riguardava il confronto fra il tetrapak, contenitore multistrato, poliaccoppiato (alluminio interno resistente al latte, carta per la robustezza meccanica, polietilene all’esterno per proteggere la carta), tecnologia che minimizza l’uso di materia, da confrontare con le bottiglie di vetro da riusare o riciclare.

Gli utenti finali utilizzano direttamente l’elettricità ed i vettori termici, ma debbono nella maggior parte dei casi convertire, in calore o in energia meccanica, l’energia potenziale dei vari vettori combustibili; si hanno allora altre perdite di trasformazione presso gli utenti (perdite che vanno dal 0% di una caldaia a gas a condensazione, al 75÷80% del motore di un’auto).

Gli utilizzi finali sono destinati ad illuminare e condizionare edifici, a vincere attriti e resistenze passive, ad innalzare oggetti che poi ricadranno in basso e, solo in parte, alle produzioni di beni hardware. Agli utilizzatori finali arrivano anche i prodotti importati e i prodotti degli impieghi non energetici. Molti prodotti, a fine vita o dopo l’uso, così come molti materiali, finiscono nei rifiuti, e se hanno un buon contenuto energetico possono essere recuperati come energia (biogas dalle discariche, elettricità e calore dagli inceneritori dei rifiuti urbani, centrali alimentate da reflui industriali).

In alcuni schemi (ad es. Eurostat – vedi Schema 3a e 3b) si classificano come usi finali utili le energie rimanenti a valle delle perdite di trasformazione presso gli utenti. Il termine utile non ha alcun valore morale, ma solo un valore economico, nel senso che c’è qualcuno che paga per lui, cosicché si considera “utile” anche l’energia meccanica di un motore di un’auto ferma nel traffico o di un’auto di amici che vanno in giro a gran velocità solo per ammazzare il tempo.

Gli utilizzi finali sono quindi utili solo se visti dal lato del singolo uomo che ne ha bisogno; dal punto di vista della conservazione dell’energia siamo invece in condizioni di quasi totale distruzione di energia potenziale e creazione di nuova entropia, in questo senso è esemplare il settore dei trasporti che si occupa di spostare persone ed oggetti vincendo attriti e turbolenza, in genere senza che rimanga nulla delle fonti consumate.

In sintesi tutto il flusso dell’energia è un inarrestabile flusso verso la degradazione delle energie potenziali delle fonti consumate, tanti sforzi solo per … distruggere.

Considerando che uno schiavo, alimentato a 2000÷2500 kcal/giorno, poteva dare attorno a 3-400 Wh/giorno, pari a 70÷100 grammi di petrolio, ogni cittadino italiano, che ha oggi al suo servizio circa 10 kg di petrolio, può disporre del lavoro di 100÷150 schiavi; con questa considerazione si può chiudere questa lunga premessa.

 

Revisione 2017

I problemi accennati nel documento del 2005 sono in parte risolti in parte aggravati.

L’ISTAT ha effettuato una sua analisi sull’usi delle biomasse nelle famiglie, le quantità così rilevate (dalle stime degli utilizzatori) stimando poi l’umidità ed il potere calorifico sono state inserite nelle fonti rinnovabili utilizzate negli usi finali; per evitare un salto nelle statistiche si è proceduto ad una spalmatura dell’incremento negli anni passati, correggendo le vecchie tabelle. L’aumento delle biomasse da riscaldamento da 1 a 7,8 ha fatto poi partire gli allarmi sugli effetti sanitari delle polveri.

Nelle figura 2 si indica un flusso di riciclo di combustibili dagli usi finali verso l’industria dell’energia costituito da rifiuti urbani, CCS, biogas, oli usati, etc. Questo flusso di economia circolare è in crescita e richiederebbe maggiore monitoraggio.

Si aggrava, rispetto agli impegni presi in sede comunitaria, l’importanza di definire in modo corretto la differenza fra riduzione dei consumi ed efficienza negli usi finali. Permane ugualmente la confusione legata al fatto che il bilancio energetico nazionale, il BEN, continua ad essere redatto con alcune assunzioni storiche mentre per gli impegni internazionali si fa riferimenti alla metodologia EUROSTAT che usa assunzioni diverse.