La rivoluzione a stelle e strisce

La rivoluzione a stelle e strisce

David Koranyi e Madison Freeman
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Negli ultimi dieci anni negli Stati Uniti il carbone e il petrolio hanno lasciato il posto al gas naturale, l'energia eolica e solare sono in rapida ascesa e la tecnologia avanza velocemente. Una corsa alla trasformazione che potrebbe accelerare ancora

Nell’ultimo decennio, il settore energetico degli Stati Uniti ha subìto notevoli sconvolgimenti: il mercato dell’import-export e, in seguito, anche i consumi e la produzione di energia hanno conosciuto profonde alterazioni. La totalità dei cambiamenti rivoluzionari, in termini di tecnologie per il segmento energetico, proviene inoltre dall’America. Nel decennio a venire, si prevede che la trasformazione dei mercati energetici e le tecnologie non arresteranno la loro corsa, che potrebbe perfino accelerare, seppure a un ritmo non ancora ben chiaro. L’incognita maggiore è rappresentata dai cambiamenti politici che seguiranno le elezioni presidenziali e del congresso del novembre 2016. Questo articolo offre una panoramica, seppur breve e inevitabilmente incompleta, dei cambiamenti messi in atto negli ultimi dieci anni, formulando alcune ipotesi per il futuro.

Variazioni nel consumo di combustibili fossili

Gli #USA diventeranno un esportatore importante di #gasnaturale nel 2017-2018 @DavidKoranyi

Dal 2005 a oggi, molte cose sono cambiate in termini di consumi e produzione di combustibili fossili. Il carbone e il petrolio hanno gradualmente lasciato il posto al gas naturale. Il carbone, un tempo risorsa fondamentale per il panorama energetico americano, ha visto ridurre in maniera considerevole il suo impiego nella produzione del settore, a partire dagli anni ‘80, periodo in cui veniva utilizzato maggiormente, fino alla metà degli anni 2000, quando la riduzione è stata più consistente. Nel 2015, l’energia prodotta tramite l’utilizzo delle fonti di carbone costituiva soltanto il 33% della produzione totale, in discesa rispetto al 50,5% del 2005. La ragione dietro questo calo è riconducibile alla disponibilità sul mercato di gas naturale a prezzi più bassi e di fonti rinnovabili ancora più accessibili in termini economici, ma anche alla presenza di normative in materia ambientale sempre più rigide. La produzione di carbone ha raggiunto il suo minimo storico da 35 anni a questa parte ed è destinata a diminuire di un ulteriore 10% nel corso di quest’anno e del 12% nel 2017. D’altra parte, anche il consumo del carbone ha subìto un crollo analogo, pari al 13% nel 2015: l’Energy Information Administration (EIA) ha dichiarato che tali valori costituiscono "la diminuzione annua più significativa di qualsiasi altro combustibile fossile negli ultimi 50 anni". Questa parabola discendente dei consumi domestici è stata favorita dall’aumento delle esportazioni di carbone, che sono passate da circa 54 milioni di tonnellate nel 2007 a 113 milioni nel 2012. Il fenomeno ha contribuito, in maniera significativa, a ridurre le emissioni di CO2 negli Stati Uniti, da 19,6 tonnellate pro capite del 2003 a 16,6 del 2013. Ad ogni modo, tali valori sono comunque pari al doppio rispetto a quelli medi in Europa. Il 2016 è destinato a essere l’anno in cui il gas naturale sostituirà il carbone come principale combustibile per la produzione dell’energia. Negli ultimi dieci anni, i metodi non convenzionali per l’estrazione di gas hanno fatto registrare un’impennata, facendo passare il volume da 2 trilioni di piedi cubi del 2005 a 12,3 del 2014. Grazie al progresso tecnologico realizzato nel campo della fratturazione idraulica e dell’estrazione orizzontale, oltre a una migliorata efficienza nella produzione, il gas risulta oggi una risorsa più competitiva rispetto al carbone. Stando alle proiezioni, la spinta del settore produttivo non si arresterà prima del 2040 e la produzione di gas di scisto contribuirà in gran parte a questa crescita. La prevista frenata in termini di domanda permetterà di far salire le esportazioni di gas naturale. Lo scorso anno, i gasdotti diretti in Messico hanno visto scorrere 2,9 miliardi di piedi cubi, e la cifra potrebbe toccare quota 4,4 miliardi entro il 2020. I miglioramenti dei terminali di gas naturale liquefatto (GNL) nel Golfo del Messico hanno aperto le porte allo sviluppo di nuovi mercati mondiali, in particolare in Asia, Medio Oriente e America Latina, dove il potenziale di crescita della domanda di gas naturale è considerevole, e nell’Unione Europea, dove il GNL è considerato una possibile risorsa strategica per la sicurezza energetica. Il terminale GNL del gruppo Cheniere, a Sabine Pass (USA), è operativo sul mercato dall’inizio del 2016 e altri quattro sono in costruzione in Maryland, Texas e Louisiana. Gli Stati Uniti sono destinati a diventare un importante esportatore netto di gas naturale nel 2017 e 2018, e le esportazioni di GNL dovrebbero superare quelle tramite gasdotti e camion verso il Messico entro il 2019. Anche il petrolio ha fatto registrare un’impennata. La rivoluzione dello scisto ha favorito un incremento della produzione. Dal 2010 al 2015, infatti, la produzione di petrolio da riserve non convenzionali è balzata in avanti in maniera considerevole: nell’ultimo periodo, il 52% della produzione di greggio (4,9 milioni di barili al giorno) proviene da petrolio di scisto (o tight oil). Le trivellazioni e le tecniche di recupero assistito del petrolio (Enhanced Oil Recovery) sono sensibilmente migliorate: il costo medio per giacimento è sceso del 25-30% tra il 2012 e il 2015, con una conseguente diminuzione dei prezzi di pareggio per i giacimenti di scisto delle riserve più importanti (Bakken, Eagle Ford, Niobrara, e Permian). Inoltre, i progressi citati hanno fatto crollare il tasso di importazioni di greggio statunitense al livello più basso di sempre, scendendo da 9,3 milioni di barili al giorno della prima metà del 2010 a 7,3 milioni di barili al giorno nella prima metà del 2015. Il quadro per gli anni a venire lascia trasparire molta incertezza riguardo al futuro del petrolio di scisto statunitense, in quanto la sua sensibilità alle oscillazioni dei prezzi esterni rendono i livelli di produzione instabili. Le previsioni indicano la produzione di greggio proveniente da giacimenti di scisto statunitensi a quota 2,4 milioni di barili in più all’anno, nel periodo compreso tra la metà del 2016 e la fine del 2018, se il prezzo di mercato fosse di 80 dollari al barile anziché 30. Sebbene fosse previsto che un lungo periodo di ridotte quotazioni petrolifere avrebbe avuto un impatto economico devastante, il segmento ha finora dimostrato una resilienza inattesa, anche a fronte delle sempre crescenti pressioni finanziarie esercitate su molti produttori. L’abolizione del divieto di esportazione di greggio nel dicembre 2015, dopo quaranta anni, avrà anche effetti positivi marginali sulla produzione. Infatti, da quando è stato abolito, le esportazioni verso altri paesi (fatta eccezioni per il Canada, non interessato dalle restrizioni) sono aumentate di sette volte, sebbene il ritmo di crescita non abbia confermato le aspettative iniziali degli esperti, principalmente per via della sovrabbondanza mondiale di petrolio.

Il 2016 è destinato a essere l'anno in cui il gas naturale sostituirà il carbone come principale combustibile per la produzione dell'energia negli USA.

Rapida ascesa dell'energia eolica e solare

Negli Stati Uniti, i combustibili fossili restano la principale fonte di approvvigionamento energetico, in quanto costituiscono l’82% dei consumi energetici primari. Nel 2015, le quote di energia eolica e solare sul totale della capacità di produzione energetica erano rispettivamente pari al 6,7% e al 2% mentre, sempre nel 2015, le quote della produzione reale erano soltanto il 4,7% e lo 0,9%, a dimostrazione della natura essenzialmente intermittente di queste risorse. Tuttavia, negli Stati Uniti la percentuale di energia prodotta grazie alle fonti rinnovabili è in rapida ascesa. Nel periodo compreso tra il 2009 e il 2015, la capacità di produzione eolica è aumentata del 100% e quella solare del 900%.  Su scala nazionale, l’energia eolica (41%) e solare (26%) costituiscono i principali aumenti alla capacità di produzione elettrica nel 2015, e nello stesso anno, è stato aggiunto un numero record di installazioni fotovoltaiche solari distribuite sui tetti di tutto il paese. In Texas, l’energia eolica occupa una fetta consistente della produzione complessiva di energia elettrica, fornendo energia per un totale dell’11,7%. Il 20 dicembre 2015, sempre in Texas, l’energia eolica ha contribuito per il 40% ala fornitura di elettricità per 17 ore consecutive. Nello stesso anno, lo stato dell’Oklahoma, uno dei più virtuosi nella produzione di gas naturale, si è classificato quarto per la produzione energetica netta da fonti eoliche, contribuendo per il 17% sul totale della produzione netta. Il Kansas, altro snodo cruciale per la produzione di gas, si affida all’eolico per una percentuale del 21% sul valore netto totale della produzione energetica. La California da sola copre metà della capacità di produzione di energia solare dell’intera nazione, con una totale di 9.976 megawatt, più di 12 stati messi insieme, ed è il primo stato il cui approvvigionamento energetico proviene per almeno il 5% da nuovi impianti solari su scala industriale, percentuale che ammonta a più di due terzi della sua capacità solare. Nel 2015, le energie rinnovabili hanno garantito quasi tutta la nuova capacità di produzione elettrica dello stato: l’eolico per il 41% e il solare per 26% del totale degli aumenti. Grazie alla maggiore competitività delle energie eolica e solare, oltre all’estensione dei crediti d’imposta messa in atto dal Congresso nell’ambito delle politiche fiscali del dicembre 2015, si prevede che la tendenza al rialzo continuerà anche nel prossimo decennio. Le premesse sono sicuramente buone: le stime del National Renewable Energy Laboratory (NREL) indicano che il potenziale economico delle energie rinnovabili va da un terzo a più di dieci volte il totale della produzione statunitense del 2013 proveniente da tutte le altre fonti energetiche. Tuttavia, permangono dubbi circa l’entità di prezzi e costi di lungo termine per sostituire i combustibili fossili, in particolare il gas in assenza delle quotazioni del carbone, ma anche per lo sviluppo della rete in modo che possa favorire la spinta del segmento delle energie rinnovabili, la loro diffusione non soltanto ai fini dell’approvvigionamento elettrico e il quadro normativo e politico a livello statale e nazionale.

La vittoria dei Democratici alle elezioni del 2016 potrebbe dare maggior rilievo al sostegno delle energie rinnovabili attraverso un approccio normativo continuo o mediante l'azione legislativa.

Cambiamenti tecnologici dirompenti

Sin dalle loro origini, gli Stati Uniti sono stati un paese all’avanguardia nell’ambito dell’innovazione energetica, e lo spirito di Benjamin Franklin e Thomas Edison sopravvive ancora oggi nella competitività dei laboratori nazionali e di Silicon Valley. Negli Stati Uniti, attori pubblici e privati svolgono un ruolo di primo piano nei cambiamenti tecnologici che interessano settori come quello della tecnologia delle batterie, della tecnologia dell’informazione e della tecnologia nucleare, e che potrebbero avere un effetto dirompente sia sulla produzione energetica, sia sui modelli di consumo, non solo a livello domestico ma su scala mondiale. Conseguenza diretta di ciò è l’evoluzione della tecnologia delle batterie guidata dai laboratori nazionali del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti d’America e supportata in modo crescente dal settore privato. Lo stoccaggio economico è la chiave della competitività e della sostenibilità di un uso maggiore di fonti rinnovabili nella produzione di energia. Recenti progressi nella tecnologia delle batterie hanno abbattuto i costi di stoccaggio e si prevede che continueranno a farlo. I costi di stoccaggio dell’energia relativi alla rete elettrica stanno scendendo rapidamente: nel 2020, il costo dei sistemi alimentati con battere agli ioni di litio per la rete elettrica potrebbero abbassarsi del 50%, dagli attuali 500 dollari per kilowattora (kWh) a meno di 230 dollari. La società tecnologica Tesla ha basato il proprio ambizioso piano aziendale su batterie a basso costo, che potranno competere sul mercato grazie ai costi relativi alla batteria stessa. La sua Gigafactory, attualmente in costruzione in Nevada, sarà in grado di produrre ogni anno batterie per 1,5 milioni di veicoli elettrici, ed è stata progettata per ridurre i costi delle proprie batterie del 30%. In caso di successo, ciò influirebbe in modo radicale sulla competitività dei veicoli elettrici e degli impianti alimentati con energie rinnovabili per le utenze domestiche. La tecnologia dell’informazione sta delineando grandi cambiamenti, avvicinando le imprese ai dispositivi energetici, nonché alla gestione dell’approvvigionamento e della domanda energetica. Varie utility stanno esplorando i diversi modi di servirsi di grandi analitiche di dati per ottenere un miglioramento dei servizi energetici, includendo proiezioni della produzione solare e previsioni della domanda. Nel tentativo di migliorare l’efficienza lungo la catena del valore, le imprese stanno prendendo in considerazione i possibili modi di capitalizzare in base al concetto dell’internet delle cose. La tecnologia dell’informazione nell’ambito dei dispositivi energetici può contribuire a promuovere importanti cambiamenti nell’approccio alle variazioni della domanda e dell’efficienza. Adattando il consumo di energia per massimizzare l’efficienza attraverso sistemi "intelligenti", le imprese energetiche possono modificare i modelli di consumo dei propri clienti. I giganti del mondo della tecnologia sono stati i pionieri in questo ambito: l’incursione di Google nel settore energetico mediante l’acquisto di Nest è un primo esempio della stimolante crescita del mercato verso sistemi domestici in grado di adattarsi ai modelli di consumo, riducendo il consumo energetico. Nel settore dell’energia nucleare, i piccoli reattori modulari (SMR) potrebbero offrire un nuovo futuro alla controversa produzione nucleare degli Stati Uniti. I reattori SMR sono reattori trasportabili, di piccole dimensioni, in grado di produrre meno di 300 megawatt, a differenza dei 1.000 prodotti da un reattore tipico. Possono essere prodotti in serie, assemblati fuori sede e sono in grado di variare rapidamente la potenza in uscita per rispondere alle fluttuazioni della domanda. I reattori SMR possono supplire a eventuali deficit energetici, garantendo l’approvvigionamento di energia elettrica in luoghi remoti, piccoli centri abitati o edifici, e sono più flessibili, economici e sicuri dei modelli tradizionali. La loro flessibilità nell’adattarsi a picchi o cali della domanda gli permetterebbe di integrare l’uso di energie rinnovabili. Sebbene il principio delle economie di scala suggerisca che i reattori più piccoli potrebbero essere economicamente meno efficienti, secondo le stime dell’International Atomic Energy Agency i costi per la produzione, la manutenzione e il funzionamento sarebbero di gran lunga inferiori a quelli dei reattori tradizionali. I sostenitori di questi nuovi reattori affermano che si tratta di un modello più sicuro ed efficiente, che sarebbe in grado di modificare l’intera struttura della produzione energetica in molte regioni. Sebbene la tecnologia SMR sia molto promettente, la sua implementazione è però attualmente scarsa. Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti d’America ha sostenuto la rapida diffusione dei reattori SMR, promuovendo il modello di reattore nucleare ad acqua leggera NuScale. La Tennessee Valley Authority ha presentato la prima richiesta di autorizzazione per l’uso di un reattore SMR alla Commissione Regolatrice per il Nucleare (NRC) degli Stati Uniti a maggio del 2016, ma attualmente non ci sono reattori SMR in uso negli Stati Uniti. L’energia nucleare ha assistito a una fase di stasi generale della percentuale di energia elettrica prodotta dagli anni ‘80, e sebbene i reattori SMR potrebbero contribuire a far crescere questo dato, esiste un notevole impedimento politico all’implementazione di nuovi reattori, che potrebbe ritardarne l’adozione in modo significativo. Gli Stati Uniti svolgono un ruolo fondamentale anche nello sviluppo e nella commercializzazione della cattura e sequestro del carbonio, la sola tecnologia in grado di catturare il 90% e oltre delle emissioni prodotte da infrastrutture esistenti che fanno uso di combustibili fossili. Il progetto Kemper, sebbene sia alle prese con importanti ritardi e superamenti dei costi, ha lo scopo di usare lignite con basso potere calorifero in un processo di gassificazione destinato alla produzione di gas di sintesi, che verrà bruciato per generare elettricità producendo una quantità notevolmente inferiore di CO2 e altre emissioni, che a loro volta saranno sottoposte a captazione e poi vendute o stoccate. Questa tecnica, se riuscirà a dimostrare la propria validità a livello tecnologico e commerciale, potrebbe offrire a lungo termine un futuro più rispettoso del clima per il carbone proveniente dalla Polonia, dal Sud Africa, dall’India e dalla Cina. Gli Stati Uniti hanno inoltre registrato miglioramenti quantificabili nell’efficienza energetica, ma i benefici tardano ad arrivare a causa della scarsa efficienza dei trasporti nel paese, con una forte dipendenza dal traffico privato e un’insufficiente crescita del trasporto pubblico, nonostante i notevoli miglioramenti registrati grazie alle norme sul risparmio medio di carburante, in particolare dal 2010.

Trasformazione accelerata tra incertezze politiche

Le principali tendenze individuate in questo articolo (il rivoluzionario riallineamento nei modelli di consumo dei combustibili fossili, la rapida crescita delle energie rinnovabili pur partendo da una base molto ridotta e i potenziali sviluppi nelle tecnologie energetiche che potrebbero modificare radicalmente la situazione) sono rivolte a un’accelerazione della transizione energetica verso un’economia basata su livelli inferiori di anidride carbonica nel prossimo decennio. Il costante declino del carbone sembra assicurato e il consumo di petrolio potrà andare incontro a una stasi o persino a una diminuzione grazie alle più rigide norme sul risparmio medio di carburante e alla diffusione dei veicoli elettrici. Il futuro della combustione di gas naturale più pulito appare luminoso, almeno fintanto che questo sostituirà il carbone, sebbene esistano incertezze significative a lungo termine, poiché il ruolo di gas ponte svolto dal gas naturale è contestato da molti. Anche se i cambiamenti degli ultimi decenni sembrano dettati principalmente dal mercato, le politiche pubbliche svolgono un ruolo fondamentale nello sviluppo e nella diffusione di nuove tecnologie dirompenti, come gli idrocarburi e i gas non convenzionali e le batterie. Gli obiettivi prefissati nel piano denominato United States intended national determined contributions (INDCs) nell’ambito della Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (UNFCCC) e, in particolare, gli obiettivi di decarbonizzazione a lungo termine richiederanno politiche pubbliche di maggior spessore per accelerare la transizione energetica. In questo momento in cui gli Stati Uniti si avvicinano alle elezioni presidenziali e del Congresso, esistono considerevoli incertezze circa le politiche climatiche ed energetiche che seguiranno il novembre del 2016. Si può soltanto speculare sui risultati delle elezioni e sulle politiche che ne conseguiranno. La vittoria dei Democratici alle elezioni del 2016 potrebbe dare maggior rilievo al sostegno delle energie rinnovabili attraverso un approccio normativo continuo (secondo le linee guida del Clean Power Plan) o, in caso di controllo di entrambe le camere o di supporto bipartisan, mediante l’azione legislativa (sotto forma di tassa sulle emissioni o di permessi di emissione). Al contrario, la vittoria dei Repubblicani potrebbe rallentare i progressi del settore energetico nella riduzione delle emissioni di anidride carbonica e, in questo caso, le tendenze della tecnologia e del mercato renderanno ancora più difficile sradicare un’economia basata sui combustibili fossili a medio e lungo termine.