4.1 Introduzione
Questo capitolo prende in considerazione tre diversi scenari futuri in base alle azioni che vengono intraprese:
- STEPS (Stated Policies Scenario), nel quale sono considerate le politiche ambientali attualmente in vigore
- APS (Announced Pledges Scenario), nel quale sono considerati gli impegni e le promesse future fatte dai vari stati
- NZE (Net Zero Emissions), nel quale si raggiungono le zero emissioni nette nel 2050
4.2.1 Gap tra gli scenari
Secondo l’APS le emissioni di CO2 rimarranno sotto il massimo raggiunto nel 2019 e torneranno ai livelli del 2020 nel 2030. Nello STEPS le emissioni sorpasseranno quelle del 2019 e nel 2030 si avrà un livello del 6% più alto rispetto al 2020. Il gap tra STEPS e APS aumenterà da 2.6 a 13 Gt di CO2 tra il 2030 e il 2050. Entrambi gli scenari sono ben lontani da quello previsto nell’NZE.
Figura 4.1: Emissioni di CO2 e intensità per scenario, 2020-2030
Gli stati con economie più avanzate hanno fissato diversi obiettivi di zero emissioni, tra quelli in via di sviluppo questo è più raro. Gli stati con economie più avanzate oggi sono responsabili di un terzo delle emissioni di CO2, ma di quasi il 90% del gap tra gli scenari STEPS e APS presente nel 2030, essendo maggiori gli impegni a ridurre le emissioni ma anche le emissioni stesse. Il 45% del gap è dovuto agli Stati Uniti, nel 2030 le emissioni secondo l’APS saranno del 30% inferiori rispetto a quelle secondo lo STEPS. L’unione europea ha già intrapreso dei passi per ridurre le emissioni del 55% rispetto al 1990, ma le policies attuali non sono sufficienti, contribuendo al gap con 470 Mt di CO2. Le economie emergenti sono meno responsabili del gap perché hanno annunciato meno riduzioni. Solo la Cina e l’eurasia fanno eccezione. Secondo l’APS la Cina raggiungerà il picco di emissione nel 2030 per arrivare a zero nel 2060.
Tutti i settori sono affetti da questo gap. I metodi adottati per la sua riduzione sono l’uso di rinnovabili, di tecnologia più matura, di veicoli elettrici, il retrofit di edifici, oltre a proposte per vietare i MCI dal 2035. Il 40% del gap può essere chiuso dal settore energetico, con più rinnovabili, un’elettrificazione diffusa dei trasporti, dei processi industriali e del riscaldamento. L’aumento di efficienza energetica è fondamentale per non far crescere troppo la domanda di energia. Anche CCUS e DAC possono aiutare a ridurre le emissioni.
4.2.2 Accesso all’energia
Nel 2015 i membri dell'ONU hanno fissato come obiettivo l’accesso universale all’energia nel 2030. Questo obiettivo non è raggiunto né nell’APS né nello STEPS.
Ad oggi 770 milioni di persone non hanno accesso all’elettricità. Dopo un miglioramento del 9% annuo dal 2015, si è avuto un arresto tra il 2019 e il 2021 dovuto al Covid-19, la diffusione di sistemi solari stand-alone, ad esempio, ha avuto una riduzione del 20%.
Un'altra conseguenza del Covid-19 è che molte persone non possono più permettersi una connessione elettrica anche avendone la possibilità. Alcuni stati si sono impegnati con sussidi per le utenze allacciate alla rete ma la maggioranza sono off-grid.
Figura 4.2: Numero assoluto e percentuale di persone senza accesso all’elettricità secondo STEPS e NZE, 2020-2030
Riuscire a connettere 100 milioni di persone all’anno permetterebbe di raggiungere l’obiettivo del 2030 (APS). Secondo lo STEPS, nel 2030, 670 milioni di persone sarebbero ancora senza allacciamento. Le regioni asiatiche sono sulla buona strada per raggiungere l’obiettivo nel 2030. Secondo il NZE per garantire l’accesso all’energia a tutti entro il 2030, il 45% delle utenze dovrebbe essere connesso alla rete, mentre il 30 e 25% dovrebbe avere sistemi mini-grid o stand-alone rispettivamente. Il 90% delle soluzioni off-grid e il 70% di quelle allacciate alla rete dovrebbero essere rinnovabili. Secondo il NZE dopo il 2030 quasi tutti gli utenti saranno raggiunti dalla rete. Per realizzare questo scenario servono circa 35 miliardi annui di investimenti.
Più di 2,5 miliardi di persone non hanno accesso a metodi puliti per cucinare. Il cucinare con biomasse, carbone e kerosene porta a 2,5 milioni di morti l’anno. Dal 2015 al 2019 la popolazione senza possibilità di clean cooking è diminuita del 2% all’anno, si è avuto invece un aumento dell’1% tra il 2019 e il 2021 a causa del Covid-19 (minore possibilità di pagare per combustibili puliti, minore refilling e distribuzione).
Figura 4.3: Popolazione senza accesso a clean cooking secondo STEPS e NZE, 2020-2030
Per avere un clean cooking universale nel 2030, 280 milioni di persone all’anno dovrebbero raggiungerlo. Nello STEPS 2,1 miliardi di persone rimangono senza accesso. Servirebbero 8 miliardi l’anno inclusi 1,2 miliardi per le strutture per LPG per risolvere la situazione. Nel NZE il LPG rimane importante fino al 2030 per poi diminuire in favore dell’elettrico.
4.3.1 Andamento della richiesta energetica al 2030
Nello STEPS si ha un aumento della richiesta di energia dell’1,3% annuo dal 2020 al 2030 arrivando a 670 EJ. Secondo l’APS l’aumento è solo dell’1%. L’energia risparmiata aumenta del 2,2% annuo secondo lo STEPS e del 2,5% secondo l’APS, del 4,2% nel NZE.
Figura 4.4: Fornitura di energia per scenario e energia a basse emissioni fornita per settore, 2020-2030
Nello STEPS la richiesta di carbone sale fino al 2025 per poi calare a livelli inferiori al 2020 nel 2030, la richiesta di petrolio e gas aumenta in ugual misura alle rinnovabili. La percentuale di fossili nel mix energetico passa dal 79% al 75%. Nell’APS la richiesta di carbone cala del 10% e petrolio e gas aumentano della metà rispetto allo STEPS. L’85% della crescita della domanda di energia è coperta da rinnovabili. La percentuale di fonti fossili nel mix energetico cala al 72%.
Nelle economie avanzate si ha un aumento della domanda di energia dello 0,1% annuo secondo lo STEPS, valore del 7% minore nell’APS. Nel NZE l’aumento è il 10% minore rispetto all’APS. Per migliorare lo scenario STEPS serve un aumento di efficienza energetica, codici costruttivi nuovi, retrofit di edifici, l’adozione di energy management systems nell’industria ed elettrificazione dei trasporti e riscaldamento, oltre a proibire MCI e boiler a combustibili fossili.
Nelle economie in via di sviluppo, in cui sono state annunciate poche politiche di riduzione, si ha un gap piccolo nel 2030. La richiesta di energia cresce del 2% annuo sia nello STEPS che nell’APS. La richiesta di energia pro capite aumenta fino al 2030 in quanto sempre più persone hanno accesso a beni e servizi. Aumenta il consumo dovuto alla produzione, e l’elettrificazione è quindi importante per ridurre l’aumento di richiesta energetica e mantenere bassi i prezzi.
Nelle economie avanzate le persone hanno già accesso a beni e servizi, si ha quindi un alto consumo e si deve puntare all’aumento di efficienza per ridurre richiesta di energia.
4.3.2 Richiesta energetica dopo il 2030
Nello STEPS la richiesta energetica continua ad aumentare dopo il 2030 mentre nell’APS si assesta arrivando ad essere il 10% minore rispetto allo STEPS nel 2050. Nonostante questo, l’APS rimane molto indietro rispetto al NZE, il quale è il 20% minore rispetto all’APS.
Il cambiamento della richiesta di energia è vincolato al cambiamento di combustibili e dei dispositivi. Nell’APS l’utilizzo di fossili nel mix energetico è sotto il 50% nel 2050, con la richiesta di carbone e petrolio che cala del 15 e 7% rispettivamente. Nello STEPS i combustibili fossili nel mix energetico contano ancora per due terzi. Nel NZE la percentuale è sotto il 10%. Nel 2050 secondo l’APS la richiesta di petrolio sarà di 25 milioni di barili al giorno inferiore rispetto allo STEPS grazie ad un uso ridotto nei trasporti, nella petrolchimica, nell’aviazione e navigazione. L’uso del carbone dipende dai settori dell’elettricità e del riscaldamento soprattutto in mercati come la Cina che vuole raggiungere le zero emissioni nel 2060. Nell’APS l’uso di carbone non è zero per la mancanza di politiche adeguate di altre economie emergenti.
Figura 4.5: Richiesta e fornitura di energia per settore e combustibile, 2020-2030
Consumi finali di energia
Secondo gli scenari STEPS e APS, i consumi di energia cresceranno rispettivamente dell’1.4% e dell’1.7% all’anno dal 2020 al 2030. Per questo motivo, l’efficientamento energetico giocherà un ruolo fondamentale nel ridurre significativamente la richiesta finale di energia, che si ridurrà dell’8% secondo lo scenario STEPS e del 9% secondo APS. L’impatto dell’efficientamento è più evidente nelle economie avanzate, dove sono già presenti politiche che incentivano l’efficientamento energetico e impegni per la riduzione delle emissioni. Anche l’elettrificazione darà un contributo all’abbassamento della domanda, dato che gran parte delle tecnologie che richiedono energia elettrica hanno efficienze maggiori rispetto a quelle che richiedono combustibili fossili: nell’APS l’elettrificazione ridurrà la domanda totale del 2.5%, mentre nello STEPS dell’1.5%.
Efficientamento energetico
Il contributo dell’efficientamento energetico sarà visibile anche in termini di emissioni di CO2. L’utilizzo di tecnologie ad alta efficienza energetica, infatti, permetterà un abbattimento delle emissioni del 30% secondo STEPS e del 40% secondo APS. La riduzione delle emissioni è dovuta ad azioni dirette – quali la ristrutturazione degli edifici, l’efficientamento dei processi industriali e l’utilizzo di tecnologie più performanti nei trasporti – ma anche ad interventi indiretti, come l’utilizzo di sistemi di illuminazione LED e sistemi avanzati di gestione dei consumi negli edifici.
Nel settore edilizio, il gap tra gli scenari STEPS e APS e lo scenario target (NZE) è dovuto principalmente alle economie avanzate, in cui le politiche attuali non sono sufficientemente stringenti. Molti paesi stanno quindi proponendo ulteriori strategie per la ristrutturazione di vecchi e nuovi edifici per poter implementare tecnologie con efficienze migliori, come la nuova policy “Energy Performance of Building Directive” proposta dall’UE.
Nel settore dei trasporti la transizione verso lo scenario NZE richiederà una progressiva sostituzione dei motori a combustione interna (ICE) con veicoli elettrici (EV), utilizzo di celle a combustibile, di batterie elettriche più efficienti e l’uso di combustibili poco inquinanti. Considerando l’azione combinata dell’efficientamento e dell’elettrificazione, secondo APS si avrà un abbattimento delle emissioni del 50% in più rispetto a STEPS, grazie alle politiche attuate dagli stati che hanno economie avanzate.
Infine, anche nel settore industriale il divario tra la situazione attuale e NZE è dovuto per il 90% alle economie avanzate. Le azioni necessarie per ridurre le emissioni riguardano l’elettrificazione di alcuni processi – quali la produzione di calore a bassa temperatura utilizzando pompe di calore – e l’utilizzo di materiali che richiedono meno energia, ad esempio il legno al posto della pietra da costruzione laddove possibile.
Elettrificazione
L’elettrificazione dei processi è ad oggi una possibilità economicamente competitiva e disponibile per la maggior parte dei settori energivori. L’implementazione di processi che utilizzano energia elettrica porta a riduzioni significative delle emissioni in tutti e tre gli scenari analizzati.
Per quanto riguarda gli edifici, le pompe di calore rappresentano un’interessante alternativa per abbandonare l’uso di combustibili fossili per il condizionamento degli ambienti. Infatti, grazie alla forte riduzione dei costi che si è verificata negli ultimi anni, le pompe di calore stanno diventando una tecnologia matura e pronta a competere sul mercato. In particolare, questa tecnologia potrebbe essere utile per un terzo della popolazione globale, che presenta un fabbisogno sia di riscaldamento che di raffrescamento, servizi che possono essere soddisfatti entrambi dalle pompe di calore. Tuttavia, l’implementazione di questi sistemi presenta alcune problematiche: infatti la sostituzione degli impianti di riscaldamento solitamente avviene quando i vecchi impianti non funzionano più, per evitare importanti lavori di ristrutturazione da parte degli utilizzatori. Una possibile soluzione per aggirare questi problemi è incrementare i meccanismi di incentivazione per la ristrutturazione degli edifici nelle proprietà in affitto o da disincentivare la costruzione di caldaie a combustibile fossile.
Nell’industria, tecnologie elettriche sono utilizzate per processi a temperature inferiori ai 200 °C in STEPS, principalmente nei settori agroalimentare, tessile e chimico. In APS la transizione dal fossile all’elettrico è più veloce, e l’uso di energia elettrica fornisce il 10% del calore a medio-bassa temperatura rispetto a STEPS. NZE prevede l'aumento di energia elettrica anche per la produzione di calore ad alta temperatura.
Nei trasporti, alcune politiche prevedono di cessare la vendita di ICE per incentivare l’uso di EV, ma i costi alti di questi ultimi attualmente scoraggiano i clienti dall’acquisto. Tuttavia, è prevista una riduzione dei costi e dei miglioramenti delle prestazioni delle batterie elettriche così che i EV siano più competitivi sul mercato, in modo da avere 135 milioni di EV nel 2030 secondo STEPS, 190 milioni secondo APS e 300 milioni secondo NZE. Inoltre, il mercato della vendita delle auto è costituito in larga parte dalla rivendita di macchine usate, dove i EV ancora non sono in circolazione; per questi motivi, nuove politiche riguarderanno l’incentivazione al ricambio di EV. Infine, ulteriori barriere sono rappresentate dalla mancanza dell’infrastruttura elettrica in molti paesi, in cui è necessaria l’implementazione della rete elettrica o di smart grid per diffondere l’utilizzo dei EV.
L’energia elettrica
L’uso dell’energia elettrica ha un ruolo fondamentale nella transizione energetica, in quanto permette, attraverso l’uso della rete come parte integrante del sistema, di soddisfare la domanda utilizzando energie da fonti rinnovabili. Lo scenario più ambizioso, NZE, prevede di raddoppiare la domanda di energia elettrica rispetto a STEPS, di abbandonare più velocemente la produzione di energia derivante dalla combustione di carbone e di incrementare la produzione da rinnovabili del 60% entro il 2030. Il gap tra STEPS e APS mostrato in figura può essere ridotto accelerando l’introduzione di sistemi elettrici nel settore dei trasporti, nel riscaldamento degli edifici e nei processi industriali.
Domanda di energia elettrica
L’incremento della domanda elettrica in APS e STEPS è concentrato nelle economie avanzate, a causa delle politiche per la riduzione delle emissioni che portano nella direzione di una veloce elettrificazione nello scenario APS. Le economie emergenti, rappresentate principalmente dai paesi asiatici, prevedono un incremento della domanda elettrica dell’80% secondo STEPS, ma, a cause delle scarse politiche sulla riduzione delle emissioni, la differenza tra STEPS e APS non è particolarmente significativa.
Produzione di energia elettrica
Nel 2020 è stato realizzato un forte incremento della produzione da rinnovabili, grazie all’installazione di moduli fotovoltaici (PV) e di turbine eoliche. Tutti e tre gli scenari prevedono che questa crescita nell’installazione delle rinnovabili continui nel prossimo decennio, passando dai 210 GW installati nel 2020 a 310 GW nel 2030 secondo STEPS o 470 GW secondo APS (considerando le politiche aggiuntive previste) . Il gap tra i due scenari dovuto all’implementazione di rinnovabili è particolarmente contenuto in Cina dove le politiche sono già attive dato che vi è presente un vasto mercato di PV ed eolico, mentre nelle economie avanzate il gap è più accentuato. Per quanto riguarda le altre rinnovabili – bioenergie, geotermico e idroelettrico e concentrazione solare (CSP) – ci sarà un incremento ridotto nei vari scenari, visto che prevedono tempi di installazione più lunghi e richiedono particolari siti geografici, ma daranno comunque un contributo all’incremento della produzione elettrica.
La produzione di energia elettrica da nucleare è fortemente influenzata dalle politiche attuate dai vari paesi sulla gestione dei reattori già esistenti e sulla costruzione di nuovi impianti. Secondo STEPS, 65 GW di impianti nucleari verranno dismessi entro il 2030, mentre secondo APS solo il 50 GW. Nonostante estendere la vita degli impianti offra un’alternativa economicamente conveniente per contribuire alla decarbonizzazione del prossimo decennio, c’è il rischio che i reattori vengano ritirati più velocemente, a causa di problemi legati a condizioni di mercato, accettazione sociale e sicurezza. Alcune tecnologie nucleari innovative, come reattori modulari, offrono un’alternativa promettente a causa dei ridotti costi di costruzione, per incentivare anche altri processi, come la produzione di calore e idrogeno, ma queste tecnologie non sono ancora mature a livello economico.
L’utilizzo di fonti fossili per la generazione termoelettrica è ancora diffuso, ma possono essere implementate delle tecnologie che si trovano ancora in una fase pre-commerciale – quali cattura della CO2 e co-combustione con ammoniaca e idrogeno – per ottenere fumi con una minore concentrazione di inquinanti. Lo scenario STEPS non prevede uno sviluppo significativo di queste tecnologie, mentre per APS e NZE ci saranno numerosi progetti che mirano ad un’implementazione diffusa e costi più contenuti. Per quanto riguarda l’uso del carbone – attualmente responsabile dei tre quarti delle emissioni di CO2 – STEPS e APS prevedono una riduzione dell’uso rispettivamente del 50% e del 75% nelle economie avanzate, mentre nei mercati emergenti è atteso un picco di utilizzo nel 2025. Nonostante ciò, rimangono alcuni ostacoli importanti nel raggiungimento del net zero emission target che prevede la totale assenza di fossili. Infatti, gli impianti a carbone tradizionalmente forniscono energia sulla rete in modo stabile e flessibile; la loro sostituzione con sistemi altrettanto sicuri ed efficienti richiederà numerose operazioni per la gestione e l’utilizzo di sistemi più piccoli e meno centralizzati che ad oggi non sono economicamente competitivi.
L’uso del gas naturale invece subirà un incremento del 5% e del 15% entro il 2030 secondo STEPS e APS, scenari in cui provvederà a dare flessibilità e stabilità alla rete elettrica; nelle economie avanzate rimarrà stabile per il prossimo decennio, mentre nelle economie emergenti è previsto un incremento più accentuato per contrastare l’uso del carbone. Infine, nello scenario NZE, il gas naturale sarà da ponte per ridurre le emissioni di CO2, e inizierà a subire un declino significativo solo dopo il 2030.
Flessibilità del sistema elettrico
La flessibilità della rete viene solitamente garantita da quattro meccanismi: gli impianti di produzione di energia elettrica, i sistemi di accumulo, la gestione della domanda e le reti elettriche.
Gli impianti di generazione hanno sempre dato un contributo fondamentale alla flessibilità, producendo energia in modo non aleatorio, ma il loro ruolo è destinato a cambiare nei prossimi decenni, a causa delle forti riduzioni dell’uso di carbone e gas naturale previste da APS e NZE. Dall’altro lato, diventeranno invece più importanti gli impianti di produzione di energia dispacciabile proveniente da fonti a basse emissioni, quali le bioenergie, le centrali idroelettriche e gli impianti nucleari, sebbene il gas naturale continuerà ad essere una risorsa primaria fino al 2050 in tutti gli scenari, ad eccezione di NZE.
I sistemi di accumulo avranno un ruolo fondamentale in tutti gli scenari. In particolare, le batterie elettriche rappresentano una tecnologia interessante perché permettono di modulare i tempi di carica e scarica nell’ordine dei secondi o delle ore, in modo da adattarsi al meglio alla flessibilità dei sistemi. Anche altri sistemi di accumulo stanno riscontrando un discreto interesse, quali i sistemi di pompaggio nei bacini idroelettrici, sistemi ad aria compressa, idrogeno e ammoniaca.
La gestione della domanda rappresenta un potenziale importante per l’incremento della flessibilità. Infatti, allineare il consumo di energia nel momento stesso in cui viene prodotta, introdurrebbe più stabilità sulla rete. Per fare ciò, dato che in ogni scenario sono previsti importanti incrementi dell’uso di sistemi di condizionamento, sarà determinante l’andamento dei prezzi dell’energia, in modo da incentivare o disincentivare il consumo in determinati momenti della giornata.
Le reti elettriche rappresentano l’infrastruttura portante del sistema elettrica, ed oggi contano più di 80 milioni di km in tutto il mondo. Nei prossimi decenni, dovranno essere rafforzate in modo da connettere le risorse decentralizzate alle linee di distribuzione, così da incentivare l’uso locale dell’energia e alleggerendo il carico dalla rete elettrica principale. Gli investimenti in questo settore cresceranno per permettere le realizzazioni di un sistema più stabile, flessibile ed in grado di accogliere la produzione delle rinnovabili. Secondo STEPS ci sarà un incremento importante degli investimenti a partire dal decennio 2020-2030, mentre per APS di avranno degli incrementi significativi a partire dal 2030. NZE prevede invece cresceranno in media di 630 miliardi di dollari all’anno, con maggiori incrementi laddove nuovi progetti impiegano tempi di costruzione lunghi.
La flessibilità del sistema elettrico sta sempre di più diventando cruciale per la gestione della rete. In particolare, date la crescente domanda di energia elettrica e della forte penetrazione delle rinnovabili prospettata nei tre scenari, sarà necessario incrementare in modo significativo la flessibilità su scala oraria e sub-oraria. Secondo STEPS la flessibilità aumenterà del 50% dal 2020 al 2030, mentre per APS e NZE rispettivamente triplicherà e quadruplicherà, per far fronte alla generazione di energia elettrica non dispacciabile proveniente da campi fotovoltaici ed eolici. Dopo il 2030, la flessibilità della rete aumenterà ancora dato che, oltre ad un ulteriore incremento della produzione da rinnovabili, ci sarà una crescente elettrificazione nel settore della mobilità, dell’industria e dell’edilizia e una maggiore diffusione dell’elettrolisi per la produzione di idrogeno.
