Quanto fotovoltaico per salvare il pianeta?
La domanda non è affatto peregrina. Si parla da anni di cambiamento climatico e di necessità di sviluppo energetico sostenibile ma all'atto pratico quanti pannelli fotovoltaici bisognerà produrre per raggiungere il fatidico traguardo di zero emissioni?
Secondo gli esperti circa 100 gigantesche fabbriche di pannelli solari devono essere costruite entro il 2025 affinché il mondo "defossilizzi" la sua fornitura di energia entro il 2035.
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"Sappiamo che il mondo ha bisogno di defossilizzare i suoi sistemi energetici", afferma Christian Breyer, professore di economia solare presso l'Università LUT di Lappeenranta, in Finlandia, il cui gruppo di ricerca modella i percorsi di transizione verso i futuri sistemi energetici a emissioni zero. "Dobbiamo arrivare a zero emissioni nette di gas serra, nel modo più rapido, sicuro ed economico possibile, per fare ciò, abbiamo bisogno di percorsi di transizione tecnologicamente fattibili e ottimizzati in termini di costi per ogni regione del mondo. I nostri calcoli mostrano come possiamo farlo".
Il modello ottimizzato in termini di costi di LUT, pubblicato nel 2019, mostra come è possibile ottenere un sistema energetico globale con emissioni di carbonio nette zero. Nel modello, il solare fotovoltaico (PV) - pannelli solari - fornisce il 69% della domanda totale di energia primaria a tutti gli effetti, nell'anno in cui vengono raggiunte le emissioni zero. Il resto proviene da energia eolica, biomasse e rifiuti, energia idroelettrica e geotermia.
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Il suo scenario a emissioni zero non include l'energia nucleare perché è "semplicemente troppo costosa", sottolinea Breyer. "La tecnologia fotovoltaica sta diventando sempre più conveniente di anno in anno; i costi di costruzione delle centrali nucleari, invece, stanno aumentando". Inoltre, è molto più facile, veloce e meno rischioso installare e far funzionare le centrali solari.
Budget di CO2 cumulativo rimanente per ΔT <1,5 ° rispetto al riscaldamento globale.
Fonte: Statista.com /Contrain-Eu.org
Entro quando il mondo dovrà smettere di bruciare combustibili fossili?
Il modello basato sull'energia solare dei ricercatori LUT solleva due domande.
In primo luogo, entro quando il globo deve raggiungere le emissioni nette di gas serra se vogliamo raggiungere l'obiettivo concordato a livello internazionale di mantenere il riscaldamento globale al di sotto di 1,5 gradi Celsius (2,7 F)?
In secondo luogo, quanti impianti di produzione di pannelli solari devono essere costruiti - ed entro quando - per soddisfare la quota dei due terzi del solare fotovoltaico di tutta l'energia prodotta, se si vuole raggiungere questo obiettivo climatico?
Piers Forster, scienziato del clima presso l'Università di Leeds nel Regno Unito, prova a rispondere alla doamnda: quanta più CO2 potrebbe essere pompata cumulativamente nell'aria se il limite obiettivo di 1,5 C deve essere rispettato, senza che in seguito debba compiere enormi sforzi per rimuovere CO2 fuori. dell'aria attraverso costose misure di geoingegneria o di riduzione del carbonio?
La sua risposta che fa riflettere: Dall'inizio del 2021, per avere una probabilità di due terzi di rimanere al di sotto di 1,5 ° C, l'umanità può rilasciare - al massimo - 195 miliardi di tonnellate aggiuntive di CO2 (GtCO2) nell'aria, oltre le 1.700 GtCO2 già rilasciate dall'inizio della rivoluzione industriale.
Solo nel 2019 le emissioni sono state di circa 40 GtCO2. Se le emissioni rimarranno più o meno allo stesso livello per i prossimi anni, il che è molto probabile, il budget rimanente per le emissioni di CO2 sarà esaurito entro la fine del 2025. Dopodiché, il mondo sarà in overhoot di carbonio e sulla buona strada per cambiamenti climatici molto pericolosi .
L'implicazione? "Dobbiamo arrivare a zero emissioni il prima possibile dopo il 2025", afferma Breyer. "L'attuale anno politico obiettivo per le emissioni zero è il 2050. È troppo tardi".
Modello di sistema energetico neutrale dal punto di vista climatico nel 2035: inevitabile il dominio del solare fotovoltaico.
Fonte: LUT
Il vero costo dell'energia a carbone
Al fine di evitare pericolosi cambiamenti climatici e innalzamenti a lungo termine del livello del mare, gran parte del carbonio che viene ora rilasciato nell'atmosfera dovrà essere ritirato entro i prossimi decenni. Sarà molto costoso. Sarebbe molto più economico espandere i sistemi di energia rinnovabile più rapidamente e chiudere prima le centrali elettriche a carbone, afferma Breyer.
Ecco perché: la produzione di un MWh di elettricità a carbone causa circa 1 tonnellata metrica di emissioni di CO2. Eliminare attivamente la CO2 dall'aria e immagazzinarla in modo permanente potrebbe costare circa € 100 ($ 122) per tonnellata a lungo termine. In confronto, un MWh di elettricità costa in media 33 € alla borsa elettrica in Germania nel 2020.
Ciò significa che l'energia alimentata a carbone è in realtà circa quattro volte più costosa dell'elettricità da impianti fotovoltaici o eolici - o lo sarebbe se i costi finanziari per recuperare attivamente e immagazzinare ogni tonnellata di carbonio rilasciata dalla combustione di combustibili fossili inclusi inclusi nel prezzo di ogni MWh di potenza alimentata a carbone, come da tempo raccomandato dagli economisti.
"Questo non include nemmeno i costi sanitari delle emissioni di metalli pesanti dalle centrali elettriche a carbone. Nella sola Germania, questo inquinamento causa circa 5.000 morti premature ogni anno e in Asia, quasi un milione", dice Breyer in un cenno al stime di esperti di sanità pubblica.
Capacità globale fotovoltaica installata 2020-2035
Fonte: LUT/Our World in Data
La soluzione: costruire immediatamente 100 gigantesche fabbriche fotovoltaiche
Una prospera civiltà globale a impatto zero con emissioni nette zero sarà alimentata al 90% dall'elettricità, stima il modello LUT - in parte direttamente, in parte tramite combustibili sintetici (e-fuels).
E il 69% di questa elettricità proverrà dal solare fotovoltaico. Quante gigantesche fabbriche di moduli FV saranno necessarie per realizzare quel futuro - ed entro quando dovranno essere costruite?
Dipende da quanto siamo disposti a superare il budget di carbonio di 200 GtCO2 rimanenti al mondo. Immaginiamo una transizione verso un sistema globale alimentato interamente da energia rinnovabile entro il 2035 e supponiamo che le nuove fabbriche di moduli fotovoltaici saranno operative entro il 2025, in modo che possano portare a termine il lavoro entro 10 anni.
La più grande fabbrica di moduli fotovoltaici al mondo è attualmente in costruzione nella provincia cinese di Anhui. Secondo il suo sviluppatore, GCL System Integration, avrà una capacità produttiva di 60 GW all'anno. Per fare un confronto, la capacità di produzione FV globale nel 2020 era di circa 200 GW, la maggior parte in Cina.
Il modello LUT prevede 78.000 GW di capacità di generazione di elettricità rinnovabile installata a livello globale quando il mondo raggiungerà zero emissioni nette di carbonio. Ciò include 63.400 GW di solare fotovoltaico, di cui circa 8.800 GW in Europa.
Numero di megafabbriche di pannelli fotovoltaici necessarie per collocazione geografica sencondo il modello della LUT.
Fonte: LUT
Avremo costruito abbastanza fabbriche entro il 2024 per produrre la quantità richiesta di pannelli solari entro il 2035? Non ci andremo neanche vicino. Secondo gli attuali piani del settore, entro il 2024, sarà disponibile solo una capacità di produzione FV annuale di 400 GW e solo circa 1.500 GW di moduli fotovoltaici saranno già stati prodotti e installati in tutto il mondo. Per raggiungere uno scenario a emissioni zero entro il 2035 in cui due terzi dell'energia globale è prodotta da energia solare, altri 62.000 GW di moduli FV (62 terawatt) devono essere prodotti e installati tra il 2025 e il 2035. Ciò significa 6.200 GW all'anno, ogni anno dal 2025 al 2035.
Ciò significa che per rendere giustizia alla sfida climatica, avremo bisogno di una capacità produttiva 15 volte maggiore entro il 2024 rispetto a quella attualmente pianificata. In altre parole, entro il 2024 dovremo costruire altre 100 Gigafactories della stessa dimensione della fabbrica di moduli FV Anhui da 60 GW, per una capacità produttiva annuale di 6.000 GW. Se l'Europa vuole produrre i propri moduli fotovoltaici, invece di importarli, 15 di queste 100 gigantesche fabbriche devono essere situate in Europa.
Ciò si allinea molto bene con l'affermazione di Elon Musk nel 2016 secondo cui con circa 100 Gigafactories FV, āāpotrebbero essere prodotti abbastanza moduli solari per alimentare il mondo a tutti gli effetti.
Ciò che questi numeri ci dicono è che una rapida espansione delle energie rinnovabili come elemento centrale di una corsa globale a zero emissioni nette è tecnologicamente fattibile. Dopotutto, è certamente possibile per l'umanità costruire e gestire 100 fabbriche giganti, 15 delle quali in Europa. La domanda cruciale che dobbiamo affrontare è: prenderemo finalmente sul serio gli avvertimenti degli scienziati del clima, prenderemo in mano i nostri strumenti e porteremo a termine il lavoro?