Il contesto attuale
Al fine di meglio descrivere il ruolo della tecnologia nel sistema energetico, ma anche di identificare le criticità nella loro penetrazione, ho provato a mettere in fila alcune considerazioni ovvie e generalmente condivise in modo da poter trarre alcune conclusioni, soprattutto nell’ottica di capire quali sono i contenuti con cui si debbono misurare gli strumenti modellistici.
1) Lo strettissimo intreccio tra questione energetica e sviluppo tecnologico è ben noto (si pensi ad esempio a grandi capitoli quali la rivoluzione industriale ed al ruolo dell’energia elettrica nella seconda rivoluzione industriale). L’evoluzione tecnologica modifica in modo sostanziale non solo l’offerta (tecnologie di conversione) ma anche la struttura della domanda (tecnologie di uso finale) dell’energia.
2) L’organizzazione produttiva e sociale delle nostre società (in ciò includendo anche la qualità della vita di cui godiamo) è indissolubilmente legata alla grande disponibilità di energia. Se compariamo gli ultimi secoli con tutta la storia precedente dell’umanità non possiamo non notare che sono caratterizzati contemporaneamente da un massiccio accesso alle fonti energetiche e da un costo incredibilmente basso delle risorse energetiche. A tale proposito basti pensare che un litro di gasolio equivale al lavoro di tre giorni di una persona robusta e che un’automobile da 100 cavalli equivale in buona sostanza ad un cocchio tirato da 100 cavalli, cosa che nessun imperatore si è mai potuto permettere.
3) Il sistema energetico è un sistema complesso che soddisfa esigenze molto diffuse: industriali, civili, del terziario e della mobilità. In questo quadro gli usi termici rimangono la quota prevalente e sono destinati a rimanerlo. L’energia elettrica è una forma particolarmente pregiata d’energia ed in quanto tale richiede particolare attenzione. Ciò non toglie che il soddisfacimento della domanda di energia elettrica sia solo parte della questione energetica che va affrontata nel suo insieme. In altri termini, il problema energetico va visto sempre nella sua scala complessiva.
4) Il sistema energetico ha una forte inerzia: modifiche sostanziali del sistema di produzione di beni e servizi (e conseguentemente del mix delle fonti e delle tecnologie di conversione ed uso) richiedono tempi lunghi e grandi investimenti. E’ dunque evidente che le politiche energetiche vanno programmate su tempi medio-lunghi.
5) L’importanza del sistema energetico nel determinare lo sviluppo e la qualità della vita (consumi industriali, riscaldamento e condizionamento, mobilità, etc.) e la sua grande inerzia, fanno sì che tutti gli Stati programmino l’accesso alle risorse energetiche in modo da garantire approvvigionamenti d’energia sicuri ed in qualche maniera sovradimensionati, così da evitare crisi legate ad un sottodimensionamento dell’offerta rispetto alla domanda. In genere, se l’offerta è sovradimensionata, la domanda si adegua: in altri termini un sistema energetico pilotato unicamente dall’offerta tende a far crescere i consumi. Di fatto vi è maggiore attenzione alla strutturazione dell’offerta d’energia che al miglioramento della domanda. Lo sviluppo di tecnologie appropriate negli usi finali è essenzialmente pilotato dai costi dell’energia (che però, come abbiamo visto, sono sostanzialmente bassi). In conclusione, mentre l’offerta in genere utilizza le migliore tecnologie disponibili, ciò non avviene nel sistema degli usi finali, che spesso è caratterizzato da sprechi.
6) Nel determinare la struttura dell’offerta giocano un ruolo determinante i grandi player del settore energetico, sia per il peso economico che hanno sia perché svolgono un ruolo di rilevanza strategica nel garantire gli approvvigionamenti.
7) Lo stato attuale delle tecnologie permetterebbe di soddisfare la domanda di usi finali con consumi significativamente minori, ma questo processo è estremamente lento. Infatti, il sistema di usi finali è determinato in larga misura dalle caratteristiche degli utenti, che molto spesso sono parcellizzati e privi delle conoscenze tecniche per individuare le migliori tecnologie esistenti, anche quando queste potrebbero consentire significativi risparmi: si pensi, ad esempio, al sistema della domanda nel settore domestico.
8) La produzione d’energia è la maggiore responsabile dell’inquinamento atmosferico (sia relativamente alle emissioni a scala locale che alla CO2). Ogni inefficienza nel sistema di produzione e di consumo dell’energia si traduce di fatto in un maggiore inquinamento: la riduzione dell’inquinamento per unità di bene o servizio prodotto è perseguibile mediante l’evoluzione delle tecnologie. Di conseguenza l’imposizione di vincoli ambientali ha un forte effetto sull’accelerazione dello sviluppo di tecnologie e favorisce i sistemi che hanno una maggiore capacità d’innovazione. L’introduzione di vincoli ambientali è di fatto uno strumento attraverso cui porre fuori mercato i soggetti più arretrati tecnologicamente.
9) In generale lo sviluppo delle conoscenze consente di allargare le risorse a disposizione del genere umano (ad esempio “inventando” nuovi modi per produrre energia, come in passato è stato per l’energia elettrica e quella nucleare ed in futuro sarà per la fusione) e lo sviluppo tecnologico rende accessibili risorse che precedentemente non erano sfruttabili (si pensi ad esempio alle piattaforme offshore). Vi è però sicuramente un fattore limitante: esso consiste nel fatto che il contenitore Terra è limitato. L’alterazione dei suoi equilibri ha costi economici e sociali che appaiono già oggi enormi e potrebbero diventare insostenibili se non si interviene in modo estremamente rapido ed efficace.
10) In generale, quindi, il sistema di produzione ed uso dell’energia ha costi indiretti (si pensi ad esempio ai costi che gravano sulla sanità pubblica e a tutte le conseguenze dei cambiamenti climatici) che ricadono sulla fiscalità generale, in modo da consentire di mantenere bassi i costi dell’energia. In sostanza, i costi del sistema energetico sono molto più alti di quanto appaia.
11) Da questo punto di vista appare evidente che il sistema energetico va considerato, nella sua dinamica complessiva, sotto due aspetti. In primo luogo va considerato guardando contestualmente tutto l’insieme di produzione di beni e servizi che coprono gli usi industriali, civili, di mobilità. In secondo luogo va considerato alla scala globale perché sono le dinamiche alla scala globale che determinano la struttura dei costi ed il mix di fonti energetiche e di tecnologie.
12) In ogni caso comincia ad emergere una criticità sulle risorse energetiche. In estrema sintesi, anche se le tecnologie consentono di rendere accessibili nuove risorse, le risorse attualmente accessibili di petrolio e gas naturale lasciano intendere che i prezzi sono destinati a crescere e che in prospettiva vi potranno essere criticità sull’approvvigionamento. L’uranio non appare una soluzione perché le risorse accertate sono estremamente limitate. Pertanto l’unica risorsa tradizionale per la quale vi è una offerta in grado di soddisfare una domanda di lungo periodo è il carbone (con notevoli differenze in termini di impatto ambientale tra tecnologie tradizionali e tecnologie innovative). Tra le fonti rinnovabili l’idroelettrico è ampiamente sfruttato; l’eolico appare maturo ed è in fase di forte espansione. L’energia solare appare molto promettente man mano che i prezzi aumenteranno, anche perché è quella per cui la crescita scientifica potrebbe avere maggiori impatti (si pensi ad esempio a celle fotovoltaiche ibride): tuttavia essa non appare una soluzione in grado di giocare un ruolo chiave nel breve termine. Le biomasse sono destinate a giocare un ruolo crescente anche se un loro massiccio sfruttamento crea criticità nei prezzi del settore agroalimentare. Certamente il risparmio energetico, cioè una forte iniziativa nella diffusione di tecnologie appropriate nel sistema di usi finali, appare essere di forte impatto nella riduzione della domanda (cioè minori consumi per unità di bene o servizio prodotto).
13) In sintesi il sistema energetico è un sistema complesso che si basa su un mix di fonti e tecnologie (di produzione, conversione ed uso finale) in cui, in funzione dei costi di produzione ed uso, penetrano progressivamente nuove fonti e nuove tecnologie. Gli strumenti modellistici per definire strategie di lungo periodo devono essere quindi in grado di rispondere alle questioni poste nei punti precedenti.

Proviamo a riepilogare alcune questioni particolarmente cruciali.
a) Quale è il mix ottimale di vettori energetici in grado di soddisfare la domanda di beni e prodotti?
b) Come definire azioni (tariffe, tasse, incentivi) in grado di agire contestualmente sulla domanda e sull’offerta d’energia) per avere il massimo ritorno economico, ovvero quali sono le migliori strategie di allocazione delle risorse finanziarie?
c) Quali sono le tecnologie su cui investire nel medio-lungo periodo?
d) Quali sono le strategie per ridurre le criticità derivanti dalla sicurezza degli approvvigionamenti?
e) Come cambierebbe la struttura del sistema energetico se le esternalità fossero caricate su di esso invece che sulla fiscalità generale?
f) Che fare per limitare gli impatti del cambiamento climatico? L’aspetto modellistico riveste quindi un ruolo fondamentale. Come vedremo, sono attualmente disponibili alcuni strumenti modellistici in grado di affrontare tali problemi. Inoltre c’è un grande interesse della Comunità Europea, confermato da investimenti significativi, verso lo sviluppo di modelli e strumenti di supporto alla definizione di strategie energeticoambientali a medio-lungo termine, per la valutazione dell’efficacia di misure strategiche e per la definizione delle priorità attuative in grado di assicurare la coerenza metodologica di azioni a scala nazionale e locale, con le direttive dell’Unione Europea.


I modelli per la definizione di strategie energetiche.
I sistemi energetici sono dunque strutture complesse in cui flussi di energia e di materiale sono collegati da reti di tecnologie articolate, con singole componenti ugualmente complesse. Inoltre, occorre tenere conto dello sviluppo futuro degli scenari energetici e socio-economici, delle condizioni fisiche al contorno, della disponibilità di tecnologie e risorse, nonché delle nuove istanze derivanti dallo sviluppo tecnologico e dalle scoperte scientifiche.

In tale contesto, la definizione di strategie sostenibili energeticoambientali deve poter tener conto della possibilità e/o decisione di perseguire vari obiettivi, tra cui il miglioramento della qualità dell’aria e la mitigazione dei cambiamenti climatici (attraverso la riduzione delle emissioni in atmosfera), la sicurezza nell’approvvigionamento energetico (riduzione della dipendenza da fonti esogene ed aumento dell’apporto da fonti rinnovabili), in modo da individuare le modalità ottimali ed i relativi costi, per conseguire tali obiettivi. In questo contesto appare importante anche valutare i costi di beni e servizi che tengano conto delle esternalità derivanti dalla produzione ed uso dell’energia.

E’ necessario quindi realizzare un’analisi strategica basata su di un approccio sistemico che permetta di collegare il settore dell’offerta ed i diversi settori di domanda, valorizzando i feedback intersettoriali per determinare le migliori strategie d’azione dal punto di vista energetico, ambientale ed economico. L’analisi dei sistemi energetici deve essere quindi supportata da strumenti designati ad analizzare l’intero sistema ed i suoi sottosistemi, in grado di rappresentarne efficacemente la complessità e di tenere conto dell’incertezza- ignoranza della conoscenza.

Lo scopo è quello di determinare l’allocazione ottimale delle risorse in accordo con vincoli tecnologici, sociali, economici ed ambientali esistenti o imposti dall’esterno. In tale contesto è importante poter analizzare e confrontare diversi scenari di sviluppo per identificare i parametri chiave del sistema ed evidenziare gli effetti della loro variazione. I modelli ad equilibrio parziale come il MARKAL ed il TIMES, sviluppati sotto l’egida dell’Agenzia Internazionale dell’Energia (http://www.etsap.org), ed ampiamente diffusi in ambito internazionale per studi di pianificazione energetico- ambientale a mediolungo termine, rappresentano gli strumenti d’elezione, essendo in grado di rappresentare ed ottimizzare sistemi energetici caratterizzati da diverse scale temporali e spaziali e di effettuare sia un’analisi di scenario che un’analisi di sensibilità delle soluzioni.

In particolare, il modello MARKAL è nato a partire dalla fine degli anni ’70, nell’ambito di un progetto di cooperazione internazionale con l’intento di esaminare le problematiche relative alla crisi energetica ed è stato successivamente sviluppato ed applicato, nell’arco di un ventennio, allo studio delle interrelazioni tra configurazione dei sistemi energetici (identificati mediante i flussi d’energia e materiali e le tecnologie di produzione ed uso dell’energia), inquinamento ambientale e cambiamenti climatici.

Il generatore di modelli TIMES (The Integrated MARKAL-EFOM System) rappresenta l’evoluzione del MARKAL, espandendone le caratteristiche ed aumentandone la flessibilità soprattutto per quanto riguarda la rappresentazione dei parametri economici e la coerenza con altre piattaforme modellistiche (ad esempio modelli economici di equilibrio generale). I modelli generati attraverso il MARKAL/TIMES sono modelli predittivi multiperiodali, di tipo bottom up e tecnologicamente orientati, che permettono una rappresentazione dettagliata dei flussi di energia e materiale e dei vincoli esogeni con un approccio in cui le tecnologie esistenti e future sono descritte mediante i parametri tecnico-economici ed ambientali, ed è possibile tenere conto sia dell’invecchiamento (vintaging) che del turnover tecnologico.

L’estensione temporale è determinabile dall’utente in relazione alle necessità dell’analisi ed alla conoscenza dello sviluppo del sistema (tipicamente si considera un orizzonte temporale di medio-lungo termine, suddivisibile in periodi di tempo di lunghezza fissa e/o variabile). L’elevata flessibilità permette inoltre una facile integrazione di nuovi parametri (ad esempio, provenienti da altre metodologie come LCA ed ExternE) assicurando la consistenza metodologica dei risultati.

Tali modelli tengono conto dei flussi di energia e di materiale attraverso la rete di tecnologie di conversione e di produzione di beni e servizi, includendo anche i loro costi e la loro disponibilità, e sono pilotati dalla struttura della domanda di usi finali. Una serie di parametri esogeni possono esser introdotti come vincoli (ad esempio emissioni, approvvigionamenti, etc.) in modo da poter esaminare come evolve il sistema al loro variare. Essi permettono pertanto di determinare la configurazione ottimale di un sistema energetico in termini di uso delle risorse e costo di beni e servizi in relazione a differenti vincoli esogeni e quindi di valutare quantitativamente le ricadute di diverse prospettive di sviluppo. Essi hanno inoltre una risoluzione multiregionale, che permette di confrontare le soluzioni ottenute alle varie scale spaziali, quantificando il valore della cooperazione transregionale.

Tipicamente, è possibile esaminare una serie di alternative di sviluppo (scenari) allo scopo di effettuare un’analisi prospettica dell’andamento dei fabbisogni energetici e delle emissioni di inquinanti nelle differenti ipotesi. Per ogni scenario, il modello identifica una soluzione ottimale che corrisponde al minimo costo del sistema in relazione ai vincoli esogeni considerati ed identifica la combinazione di risorse e tecnologie corrispondente, il prezzo marginale delle risorse e degli inquinanti ed i costi ridotti delle varie tecnologie. E’ possibile graficare l’andamento del costo totale del sistema in relazione alle variazioni dei parametri di scenario (ad esempio, target di abbattimento delle emissioni) e/o analizzare l’impatto di differenti meccanismi dei prezzi attraverso curve di trade-off.

Ciò è di particolare interesse nella definizione delle politiche di risanamento ambientale perchè permette di stabilire il livello di tassazione e/o tariffazione e/o incentivazione necessario per ottenere un livello prefissato di riduzione delle emissioni. Inoltre, permette di identificare le strategie più efficaci in termini di costi-benefici, confrontare le prestazioni economico-ambientali delle diverse tecnologie e definire l’ordine di priorità di misure normative e tariffarie volte a favorire l’innovazione tecnologica. Un importante contributo a tali tematiche è fornito dal Progetto Integrato NEEDS “New Energy Externalities Developments for Sustainability” (http://www.needs-project.org), finanziato dal VI Programma Quadro dell’UE (Priorità tematica 6.1 “Sistemi energetici Sostenibili”). Tale progetto, in corso di svolgimento, è finalizzato alla definizione di una metodologia integrata per la valutazione dei costi totali (diretti ed esternali) e di politiche per lo sviluppo del sistema energetico alla scala paneuropea a mediolungo termine (orizzonte temporale al 2050), focalizzando i principali problemi ambientali ed energetici (cambiamenti climatici, inquinamento atmosferico a scala locale, valorizzazione delle risorse endogene) nonché l’impatto delle nuove tecnologie ed il ruolo delle esternalità.

La metodologia è stata applicata sia a scala nazionale, per le singole nazioni dell’Unione Europea, che a scala europea, in un modello “comprehensive” Pan-Europeo che integra i modelli nazionali in un approccio multiregionale, considerando gli scambi di energia tra le varie nazioni. Il progetto è coordinato da una società italiana, l’ISIS con sede a Roma, ed è organizzato in otto linee di ricerca. L’IMAA–CNR è coordinatore della linea RS2a “Modelling internalisation strategies including scenario building” il cui obiettivo strategico è quello di sviluppare strumenti avanzati per la valutazione delle politiche dell’Unione Europea e la definizione di strategie attuative coerenti a scala nazionale.

La metodologia messa a punto prevede l’integrazione operativa delle più diffuse metodologie per la valutazione dell’impatto delle attività antropiche (analisi comprehensive, Life Cycle Analysis - LCA ed ExternE) in cui dati di base sono forniti in input ai modelli di equilibrio parziale, in un processo iterativo di armonizzazione di metodologie, dati e risultati. La piattaforma modellistica sviluppata è basata sul generatore di modelli TIMES. Il progetto si concluderà nel 2008 con alcune analisi di scenario: in particolare saranno analizzati uno scenario di riferimento “Business as Usual” in linea con le proiezioni DG TREN 2005 della Commissione Europea e tre scenari alternativi che verteranno su alcune tra le principali tematiche energeticoambientali d’interesse a scala europea: estensione del Protocollo di Kyoto e mitigazione dei cambiamenti climatici (con target riduzione delle emissioni di CO2 e GHG in accordo con la Comunicazione EU COM 2007/2), aumento della sicurezza degli approvvigionamenti energetici (minimizzazione della dipendenza dell’UE dalle importazioni di gas e petrolio), miglioramento della qualità dell’aria (internalizzazione dei costi esternali degli inquinanti a scala locale e dei GHG).


Alcune semplici proposte per l’Italia
E’ tuttavia importante nel mentre si definiscono le azioni di lungo periodo promuovere alcune iniziative concrete che possono far da leva per avviare politiche energeticamente virtuose.

Desidero quindi proporre tre iniziative, che mi sembra possano avere anche un valore d’innesco:
1) Favorire la crescita di una domanda tecnologicamente qualificata che possa far da volano a favore della diffusione di tecnologie di uso finale appropriate. Abbiamo visto che è possibile ottenere risultati significativi agendo sulla domanda, e che spesso tale possibilità è vanificata dal fatto che il sistema dell’utenza è costituito da soggetti parcellizzati, privi di competenze tecniche e con scarsa capacità di accesso al credito. Nel caso del settore civile ci sono numerose tecnologie già oggi in grado di conseguire risparmi significativi (coibentazione, termoregolazione, pompe di calore, edifici intelligenti, etc.). In generale tali interventi comportano uno spostamento dei costi da costi d’investimento a costi di gestione. Spesso il tempo di ammortamento è di pochi anni, e quindi l’intervento si risolve in abbattimento dei costi energetici, ed ha un effetto positivo sulle emissioni in quanto diminuisce il contenuto energetico unitario. Si propone di avviare un piano straordinario “La Pubblica Amministrazione come utente modello”. Esso potrebbe permettere di mettere in campo una domanda di grandi dimensioni quantitative (scuole, ospedali, uffici, trasporti). La dimensione dell’intervento consentirebbe di affrontare l’accesso al credito senza problemi e di avvalersi di competenze qualificate. Un intervento di questo tipo potrebbe innescare un mercato di dimensioni molto più ampie in tutto il settore degli usi domestici e del terziario.
2) Cominciare a rendere frequente la prassi che chi inquina paga. Un intervento di grande impatto potrebbe consistere nel fissare l’importo della tassa di circolazione non sulla base della potenza del mezzo ma delle sue emissioni. Questo potrebbe essere un primo segnale della volontà di muoversi nell’ottica di premiare chi inquina meno. Non è ancora una politica di internalizzazione delle esternalità, ma si muove in questa ottica.
3) Diffondere l’utilizzo dei modelli energetici nella programmazione energetica alla scala locale. I comprehensive models, di cui al paragrafo precedente, sono strumenti molto flessibili che in numerosi paesi soprattutto del Nord Europa sono utilizzati per la pianificazione energetica alla scala locale (Advanced Local Energy Planning). Sarebbe utile che questi strumenti diventassero di uso corrente anche in Italia, in modo da pilotare correttamente non solo l’offerta ma anche la domanda di energia.