Quanto gas serra emettono le diverse fonti di energia: confronto tra fossili, nucleare e rinnovabili

Carbone e gas naturale producono CO₂ durante la combustione, ma anche fonti energetiche come il fotovoltaico, l’eolico e il nucleare sono associate a emissioni di gas serra. Per confrontare il loro impatto sul riscaldamento globale, infatti, non basta considerare ciò che avviene durante la produzione di elettricità: occorre analizzare l’intero ciclo di vita degli impianti, dall’estrazione delle materie prime fino allo smantellamento. Questo metodo permette di quantificare le emissioni delle diverse fonti energetiche e mostra come carbone e gas abbiano un impatto climatico nettamente superiore rispetto alle altre. Ma nella scelta delle tecnologie con cui alimentare un sistema elettrico entrano in gioco anche altri fattori, come la continuità della produzione e la disponibilità di energia quando serve.

Come si calcolano le emissioni di gas serra?

Quando diciamo che una fonte energetica emette poca o molta CO₂, che cosa stiamo contando? Soltanto le emissioni prodotte dalla centrale mentre genera elettricità? Non esattamente, perché dobbiamo considerare anche quelle associate alla sua costruzione, all'approvvigionamento dei materiali, alla manutenzione e allo smantellamento a fine vita. Prima di confrontare gas, carbone, nucleare, eolico e fotovoltaico, però, dobbiamo chiarire un concetto fondamentale: quello di CO₂ equivalente. L'anidride carbonica, infatti, non è l'unico gas che contribuisce al riscaldamento globale. Anche il metano (CH₄), il protossido di azoto (N₂O) e altri gas hanno un effetto sul clima, seppure con intensità differenti. Il metano, ad esempio, ha un potenziale di riscaldamento globale circa 28 volte superiore a quello della CO₂, considerando un periodo di 100 anni. Per sommare il contributo di questi gas, dobbiamo quindi ricondurli a una misura comune: la quantità di anidride carbonica che produrrebbe un effetto equivalente sul clima in un determinato intervallo di tempo, generalmente 100 anni. È un po' come convertire euro e dollari nella stessa valuta prima di fare un conto. Quando leggiamo CO₂eq, dunque, stiamo considerando anche il contributo degli altri gas serra.

Per comprendere come si calcolano queste emissioni possiamo ricorrere a un esempio pratico. Immaginiamo di aprire il frigorifero, prendere una bottiglia di latte e versarne un bicchiere. Per conoscere le emissioni associate a quel latte, da dove dobbiamo cominciare? Dal camion che lo ha trasportato al supermercato? In realtà, dobbiamo andare ancora più indietro. Bisogna considerare la coltivazione dei mangimi, l'allevamento delle mucche, la mungitura e la lavorazione del latte. Le mucche, durante la digestione, producono anche metano. Servono poi una bottiglia, il trasporto e l'energia necessaria per mantenere il latte refrigerato, fino al frigorifero di casa. E quando il latte è finito? Rimane l'imballaggio, che dovrà essere raccolto, riciclato o smaltito. Considerare tutti questi passaggi significa effettuare un'analisi del ciclo di vita, in inglese Life Cycle Assessment (LCA). Si tratta di un metodo utilizzato per valutare diversi impatti ambientali di un prodotto o di un processo, tra cui il contributo al cambiamento climatico. Per l'elettricità il ragionamento è lo stesso. Se per il latte possiamo calcolare le emissioni associate a un litro consumato, per l'elettricità le rapportiamo a un kilowattora (kWh) prodotto. Sommiamo quindi le emissioni generate durante l'intero ciclo di vita dell'impianto e della relativa filiera, per poi dividerle per la quantità totale di elettricità prodotta. Otteniamo così un valore espresso in grammi di CO₂ equivalente per kWh (g CO₂eq/kWh), che ci permette di confrontare l'impatto climatico delle diverse tecnologie.

Carbone, gas, nucleare, eolico e fotovoltaico: emissioni a confronto

Vediamo allora quali attività vengono considerate nell'analisi del ciclo di vita delle cinque fonti energetiche, prendendo come riferimento lo studio condotto dalla Commissione economica per l'Europa delle Nazioni Unite (UNECE).

• Gas naturale. Non basta considerare ciò che esce dal camino di una centrale termoelettrica. L'analisi comprende anche l'estrazione, il trattamento e il trasporto del gas, incluse le eventuali perdite di metano. Si aggiungono poi le emissioni associate alla combustione, alla manutenzione e allo smantellamento della centrale.
• Carbone. Si parte dall'estrazione in miniera, per poi considerare la preparazione e il trasporto del combustibile, la combustione e la gestione dei residui, come le ceneri. Anche in questo caso vengono incluse la costruzione, la manutenzione e la dismissione dell'impianto.
• Nucleare. L'analisi comprende l'estrazione dell'uranio, la preparazione del combustibile nucleare, la costruzione e l'esercizio della centrale. Si considerano inoltre la manutenzione, la gestione del combustibile esaurito e dei rifiuti radioattivi, fino allo smantellamento dell'impianto.
• Eolico. Anche una turbina eolica comporta emissioni, associate principalmente all'estrazione e alla lavorazione dei materiali, alla fabbricazione dei componenti, al trasporto e all'installazione. A queste si aggiungono la manutenzione e, a fine vita, lo smantellamento e il trattamento delle turbine, delle torri e delle fondazioni.
• Fotovoltaico. Si considerano la produzione dei materiali e dei componenti, il trasporto, l'installazione, la manutenzione e l'eventuale sostituzione dei pannelli danneggiati. L'analisi comprende anche le strutture di sostegno, i cavi, gli inverter, necessari per convertire la corrente continua prodotta dai pannelli in corrente alternata compatibile con la rete elettrica, e la gestione di tutti questi componenti a fine vita.

Prendiamo come esempio gli intervalli della sintesi UNECE del settembre 2021:

Come si spiega una differenza così grande? Pensiamo a una centrale a carbone: per continuare a produrre elettricità deve bruciare continuamente combustibile. Durante la combustione, il carbonio reagisce con l'ossigeno formando CO₂. Lo stesso principio vale per il gas naturale. Nel fotovoltaico, nell'eolico e nel nucleare, invece, la produzione di elettricità non richiede la combustione di combustibili contenenti carbonio: si sfruttano rispettivamente la radiazione solare, il vento e il calore prodotto dalla fissione nucleare. Questo non significa che tali tecnologie siano completamente prive di emissioni. Come abbiamo visto, la costruzione, la manutenzione, l'approvvigionamento dei materiali e lo smantellamento degli impianti comportano comunque un impatto climatico. Nel nucleare si aggiunge la filiera del combustibile. Tuttavia, anche considerando l'intero ciclo di vita, la differenza rispetto ai combustibili fossili rimane molto ampia.

Perché le emissioni non sono l'unico parametro da considerare

Per progettare un sistema elettrico, però, non basta scegliere la fonte con il minor numero di grammi di CO₂ equivalente per kWh. Dobbiamo considerare anche un altro aspetto fondamentale: la disponibilità dell'elettricità nel momento in cui ne abbiamo bisogno. Immaginiamo una sera d'inverno. Torniamo a casa, accendiamo le luci, cuciniamo e utilizziamo la pompa di calore per riscaldare gli ambienti. Il sole è tramontato e potrebbe esserci poco vento, ma i consumi elettrici continuano. Per affrontare queste situazioni possiamo ricorrere ai sistemi di accumulo a batteria, chiamati anche BESS (Battery Energy Storage Systems), che immagazzinano l'elettricità prodotta in eccesso e la restituiscono quando necessario. La loro efficacia dipende tuttavia dalla capacità di accumulo e dalla quantità di energia effettivamente immagazzinata. Coprire alcune ore di consumo serale, ad esempio, è un compito molto diverso dal compensare periodi prolungati di scarsa produzione da fonti rinnovabili. Se per diversi giorni la produzione fotovoltaica fosse ridotta dalle condizioni meteorologiche e il vento fosse insufficiente, le batterie potrebbero esaurire l'energia accumulata, qualora non fossero disponibili altre fonti o risorse in grado di soddisfare la domanda. Per questo motivo, la decarbonizzazione del sistema elettrico richiede di considerare congiuntamente impianti di produzione, reti, sistemi di accumulo, interconnessioni e strategie di gestione della domanda, compresa la possibilità di spostare alcuni consumi nelle ore più favorevoli.

In Italia quale ruolo potrebbe avere il nucleare nel sistema energetico

Nel caso italiano, il Piano Nazionale Integrato per l'Energia e il Clima (PNIEC), aggiornato nel giugno 2024, prende in esame anche alcuni scenari al 2050 che prevedono il ricorso all'energia nucleare. Nello scenario conservativo, questa fonte potrebbe coprire circa l'11% della domanda nazionale di elettricità, una quota che salirebbe fino al 22% nell'ipotesi di sfruttamento dell'intero potenziale nucleare considerato. Secondo le simulazioni riportate nel Piano, lo scenario conservativo con nucleare consentirebbe di raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione con un costo complessivo del sistema energetico inferiore di circa 17 miliardi di euro rispetto allo scenario senza nucleare, considerando l'intero periodo analizzato e non un singolo anno. Il PNIEC precisa comunque che queste ipotesi non modificano gli obiettivi fissati al 2030. Ciò non significa che un sistema basato sulle rinnovabili e sugli accumuli non possa funzionare. Significa, piuttosto, che per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione occorre verificare il funzionamento dell'intero sistema elettrico, anche nelle condizioni meno favorevoli. I risultati del PNIEC suggeriscono un possibile contributo del nucleare, ma non dimostrano che ogni alternativa senza questa fonte sia irrealizzabile.

Il riconoscimento del contributo del nucleare alla decarbonizzazione si ritrova anche nella tassonomia europea, il sistema di classificazione con cui l'Unione europea identifica le attività economiche che rispettano determinati criteri ambientali. La tassonomia include specifiche attività legate all'energia nucleare tra quelle considerate di transizione, subordinandole al rispetto di condizioni rigorose, in particolare per quanto riguarda la sicurezza e la gestione dei rifiuti radioattivi. Comprende inoltre alcune attività legate al gas naturale, con criteri distinti. Non si tratta, quindi, di un'approvazione automatica di qualsiasi impianto. Il contributo del nucleare alla riduzione delle emissioni ha una spiegazione fisica: la fissione produce calore senza ricorrere alla combustione del carbonio. Le emissioni associate alla filiera nucleare esistono, ma, rapportate alla quantità di elettricità prodotta, rimangono relativamente basse. In definitiva, elettrificare decarbonizzando significa alimentare un numero crescente di attività con elettricità a basse emissioni, garantendone al tempo stesso la disponibilità. Rinnovabili, accumuli e reti hanno un ruolo fondamentale in questo processo, mentre il nucleare può affiancarli grazie a una produzione di elettricità poco dipendente dalle condizioni meteorologiche. La questione centrale, per l'Italia, è individuare la combinazione di tecnologie che permetta di ridurre le emissioni, soddisfare la domanda elettrica e contenere i costi della transizione. I dati sull'intero ciclo di vita aiutano a comprendere perché il nucleare rientri tra le opzioni da considerare.

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