Fonti e tecnologie di energia rinnovabile
Cos'è l'energia rinnovabile?
Probabilmente avrai sentito l'espressione "energia rinnovabile" quando si parla di riscaldamento globale e cambiamento climatico. Ma cosa si intende esattamente per energia rinnovabile? E perché è così importante?
Con energia rinnovabile si fa riferimento ai processi di produzione o alle fonti di energia naturali che è possibile reintegrare o replicare continuamente. Ad esempio, il vento e la luce del sole non sono soggetti a esaurimento. Infatti, le turbine eoliche e i pannelli solari sono tra le fonti di energia rinnovabili più comuni.
Oltre a essere perennemente disponibili, le fonti rinnovabili (o "sorgenti rinnovabili") generano meno inquinamento rispetto alle controparti non rinnovabili, il che le rende una scelta più sana per le persone, gli animali e il pianeta. Non c'è da stupirsi, quindi, se i leader mondiali e gli ambientalisti stanno promuovendo le fonti di energia rinnovabili come la chiave per gettare le basi per un futuro ecologicamente più sostenibile.
Al contrario, le fonti di energia non rinnovabili come petrolio, gas e carbone sono in quantità limitata, non possono essere reintegrate velocemente e non sono disponibili in ogni parte del mondo. Prendiamo in considerazione il petrolio greggio: anche se viene prodotto da molti paesi, la U.S. Energy Information Administration dichiara che oltre la metà della fornitura di petrolio greggio mondiale proviene da appena 5 paesi. Ma soprattutto, le fonti di energia non rinnovabili come questi combustibili fossili a base di carbonio sono considerate tra le principali cause del cambiamento climatico.
Obiettivo di zero emissioni nette
A mano a mano che governi, aziende e singoli individui hanno capito che il riscaldamento globale è una delle più grandi minacce per la nostra vita, la popolarità e l'adozione delle fonti di energia rinnovabili hanno visto un aumento esponenziale. Con l'aiuto delle moderne tecnologie, le attuali fonti alternative di energia rinnovabili sono diventate non solo più affidabili, ma anche più convenienti (perfino rispetto ai combustibili fossili).
Riconoscendo che gli sforzi individuali per limitare il riscaldamento globale e il cambiamento climatico irreversibile non sono sufficienti, nel 2016 è stato firmato l'Accordo di Parigi. Questo trattato internazionale dispone che i governi mondiali si impegneranno per raggiungere entro il 2050 l'obiettivo delle "zero emissioni nette", eliminando tutte le emissioni di anidride carbonica dall'atmosfera terrestre.
Con la transizione continua a livello mondiale alle fonti di energia che rilasciano una quantità minima di gas serra nell'atmosfera, riusciremo ad arrestare i catastrofici cambiamenti ambientali già visibili. E le fonti di energia rinnovabili, che spesso sono più "pulite ed ecologiche" di quelle non rinnovabili, sono in prima linea in questo impegno.
Fonti di energia rinnovabile comuni
Ogni giorno vengono compiuti nuovi sforzi per sviluppare e implementare fonti di energia rinnovabili senza causare ulteriori danni al pianeta. Vediamo alcune delle fonti di energia alternative più diffuse:
Energia solare
Celle alimentate dall'energia solare, o fotovoltaiche (FV), realizzate in silicone o altri materiali che trasformano la luce del sole in elettricità. La quantità di energia solare che è possibile immagazzinare e utilizzare dipende dal momento della giornata, dalla stagione e dalla posizione geografica delle celle solari. Premesso ciò, basterebbero appena 90 minuti di luce solare catturata sulla superficie terrestre per soddisfare tutto il consumo energetico del pianeta per un anno, secondo il Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti d'America.
I parchi solari possono essere disposti non solo a terra, ma anche in corsi d'acqua, come bacini idrici e laghi (tali pannelli solari sono denominati fotovoltaici galleggianti). Se posizionati e prodotti in modo responsabile, i sistemi a energia solare non hanno un impatto ambientale negativo poiché non producono inquinanti atmosferici o gas serra.
Energia eolica
Il vento fa girare le pale di una turbina, che un generatore sfrutta per produrre elettricità. Una delle principali denunce relative all'energia eolica si basa sul fatto che i colossali (e spesso considerati brutti) generatori eolici occupano aree eccessivamente vaste.
I parchi eolici offshore rappresentano una valida alternativa a quelli sulla terraferma. Anche se i parchi eolici offshore hanno dei lati negativi (ad esempio, condizioni meteorologiche potenzialmente instabili e acque agitate dove si trovano le turbine, il costo esorbitante dell'installazione dei cavi di alimentazione sotto il fondale marino), la disponibilità illimitata di vento li rende una risorsa interessante.
Energia geotermica
Viene creata in pozzi artificiali che estraggono acqua riscaldata dal magma (una miscela fusa di minerali e gas) dal centro della terra. Mentre sale verso la superficie terrestre, l'acqua si trasforma in vapore, che attiva le turbine che a loro volta alimentano i generatori per produrre elettricità. Pompare il vapore e l'acqua calda di nuovo nel sottosuolo riduce le emissioni prodotte dall' energia geotermica, il che rende green questa risorsa idrotermica.
Alcune zone del mondo, come l'Islanda, hanno un'abbondanza di risorse geotermiche facilmente accessibili e disponibili, mentre altre regioni sono prive di questa risorsa naturale. Un altro aspetto negativo di questa fonte di energia è che la trivellazione per creare pozzi che sfruttino il calore geotermico potrebbe causare danni significativi all'ambiente e aumentare il rischio di terremoti.
Energia idroelettrica
Si riferisce a dighe o barriere costruite per controllare il flusso dell'acqua. L'acqua convogliata fa quindi ruotare le pale della turbina di un generatore, che produce elettricità. Grazie all'affidabilità della sua fonte, l'energia idroelettrica spesso è più sicura di quella solare o eolica. Proprio per questo l'energia idroelettrica è considerata la fonte di energia rinnovabile principale per l'elettricità negli Stati Uniti d'America.
I grandi impianti idroelettrici, chiamati anche mega dighe, non sono considerati energia non rinnovabile perché deviano e riducono i flussi d'acqua naturali. Gli animali e gli esseri umani nelle vicinanze possono essere danneggiati perdendo, completamente o in parte, l'accesso all'acqua da cui dipendono. Al contrario, gli impianti idroelettrici di piccole dimensioni (con una potenza installata inferiore a circa 40 megawatt) deviano solo una parte del flusso d'acqua rispetto a quelli più grandi e, se gestiti con attenzione, non creano molti danni ambientali.
Energia mareomotrice
Un altro esempio di energia idroelettrica, solo questa risorsa sfrutta le maree due volte al giorno per alimentare i generatori di turbine. Pur essendo ancora una risorsa emergente, la natura altamente prevedibile dell'energia delle maree la rende una fonte di energia interessante e sostenibile. Come con le dighe, alcuni metodi di energia delle maree possono danneggiare la fauna selvatica e l'ambiente circostante. Gli impianti utilizzati, ad esempio, funzionano in un modo simile alle dighe ma si trovano in lagune o baie oceaniche.
Energia delle biomasse
Si riferisce al calore generato bruciando materiali organici per alimentare una turbina a vapore al fine di produrre elettricità. L'energia delle biomasse viene generata trasformando i rifiuti in combustibile. Questa conversione di rifiuti in energia consente di ricavare energia con costi ambientali e finanziari ridotti.
Ad esempio, il legno di scarto (come cascami di segherie) può essere utilizzato per l'energia delle biomasse anziché lasciarlo decomporre nelle discariche, dove aumenterebbe i livelli di anidride carbonica. Detto ciò, molti tipi di biomasse non sono considerati fonti di energia pulita poiché è emerso che generano emissioni di CO2 più elevate rispetto ai combustibili fossili.
Tecnologie di energia rinnovabile e cloud computing
Nonostante sia ormai chiara l'importanza di implementare fonti di energia rinnovabili (basti pensare alle case alimentate da energia solare e geotermica a livello individuale), è fondamentale far fronte alla crisi climatica a livello industriale e aziendale. I consumatori individuali stanno facendo passi avanti nell'utilizzo dei pannelli solari sui tetti per alimentare i veicoli elettrici, ma qualsiasi progresso a livello industriale nel supportare e promuovere soluzioni di energia più pulita includerà inevitabilmente i vantaggi ambientali del cloud computing.
Anche se le tecnologie digitali riducono l'impatto ambientale richiedendo meno energia, il cloud computing continua a rimanere legato al pianeta tramite il data center. Alcune tecnologie di cloud computing utilizzano enormi quantità di energia non rinnovabile, ad esempio il mining di criptovalute. Secondo un'analisi dell'Università di Cambridge, il mining di criptovalute di una sola società, Bitcoin, usa più elettricità generata da carbone annualmente rispetto a interi paesi delle dimensioni di Norvegia o Argentina.
Alcune società di servizi cloud, come Microsoft, sono impegnate nel supportare tecnologie di energia rinnovabile migliorando le prestazioni e l'efficienza e riducendo il consumo energetico per limitare l'impatto ambientale dei data center fisici.
Innovazioni del cloud computing
Esempi dei vantaggi ambientali derivanti dal cloud computing includono innovazioni come le seguenti:
- Raffreddamento a immersione in liquido: questo metodo di raffreddamento del server consente di ridurre il consumo di energia e acqua fornendo, al contempo, una maggiore capacità di elaborazione.
- Batterie UPS coordinate con la rete elettrica: piccoli passi come l'implementazione di batterie UPS coordinate con la rete elettrica permettono di ridurre la domanda sulla rete.
- Combustibili più puliti per l'alimentazione di backup: alimentare i generatori di backup dei data center con combustibili con minore emissione di carbonio al posto del gasolio tradizionale consente di ridurre le emissioni di carbonio.
Il cloud computing non può essere un rimedio universale o una soluzione unica per far fronte al cambiamento climatico, ma esistono molte tecnologie digitali interessanti per supportare l'energia rinnovabile. Queste tecnologie aiutano a ridurre il consumo di energia e agevolano la transizione a una rete elettrica con un impatto più neutro in termini di emissione di anidride carbonica.
Scopri di più sull'impegno di Microsoft per la sostenibilità
Innovazioni cloud per il settore dell'energia e dei servizi pubblici
Alcuni esempi di soluzioni cloud innovative nel settore dell'energia e dei servizi pubblici sono i seguenti:
Reti intelligenti o "smart"
Queste tecnologie cloud ottimizzano la gestione energetica di un'azienda. Usano dati interattivi provenienti da milioni di sensori usati dai singoli clienti affidandosi a fonti di energia alternativa, come i pannelli solari sui tetti e le auto elettriche per gestire la rete elettrica in modo più efficiente.
Intelligenza artificiale e apprendimento automatico
Le aziende del settore energetico usano i dati e l'intelligenza artificiale per soddisfare in modo intelligente la domanda e l'offerta di fonti di energia rinnovabile. Tecnologie come i gemelli digitali consentono alle aziende di migliorare il bilanciamento del carico, integrare le risorse energetiche distribuite, controllare i dispositivi e automatizzare le operazioni per ottimizzare l'uso dell'energia.
IoT (Internet delle cose)
Grazie ai sensori dei dispositivi e alla manutenzione predittiva, le aziende gestiscono ed estendono il ciclo di vita di macchinari e altri asset. In questo modo è possibile ridurre l'uso di fonti di energia e di materiali non rinnovabili coinvolti nella nuova produzione.
Tecnologia per la cattura del carbonio
Pur non essendo una fonte di energia rinnovabile, la cattura del carbonio attenua l'impatto ambientale dell'anidride carbonica catturando e immagazzinando le emissioni delle ciminiere. Può anche estrarre l'anidride carbonica dall'aria e quindi immagazzinarla nel sottosuolo o riciclarla per ottenere nuovi prodotti, come combustibili o materiali da costruzione. Queste tecnologie usano dashboard avanzate per le emissioni, intelligenza artificiale e tecnologia basata su gemelli digitali IoT per migliorare la cattura e l’immagazzinamento del carbonio.
Tendenze nel settore dell'energia rinnovabile
L'adozione di fonti di energia rinnovabili sta raggiungendo livelli massimi. Secondo l'International Energy Agency (IEA), un'agenzia internazionale dell'energia formata da 29 paesi che promuovono politiche energetiche responsabili, la capacità delle energie rinnovabili aumenterà del 50% su scala globale entro il 2024. In termini di crescita, l'energia solare è in prima linea, ma l'energia eolica, geotermica e idroelettrica non sono così indietro.
Diffusione dell'energia solare
L'IEA prevede inoltre che l'energia solare sarà responsabile del 60% della crescita del settore delle energie rinnovabili globali entro il 2025. Secondo le previsioni, Cina, Belgio, Paesi Bassi, Austria, Australia e Stati Uniti d'America apriranno la strada, puntando ad aggiungere milioni di impianti solari.
Perché l'adozione dell'energia solare è in forte espansione? Da un lato, il costo dell'installazione dei pannelli solari è diminuito negli anni e dovrebbe continuare a scendere in picchiata. Dall'altro lato, l'energia solare è più accessibile e offre una maggiore libertà rispetto alle fonti di energia che richiedono posizioni specifiche, come per l'energia eolica e quella idroelettrica. Ogni luogo sulla terra riceve luce solare, indipendentemente dal clima.
Con la crescente adozione, il settore dell'energia solare sta cercando di espandere le capacità di immagazzinamento e perfezionare la distribuzione dell'energia, affinché case e aziende non subiscano interruzioni a prescindere dal meteo. Questo aumento di consistenza spingerà altre aziende, altri governi e residenti a passare all'energia solare.
Energia eolica: onshore e offshore
Così come la sua capacità, anche l'adozione dell'energia eolica aumenta a livello globale. Al momento, la Cina è il leader indiscusso, ma Stati Uniti e Giappone stanno guadagnando terreno grazie a una legislazione promettente.
Negli Stati Uniti, l'amministrazione Biden-Harris si è impegnata a distribuire 30 gigawatt di energia eolica offshore entro il 2030. Il legislatore in Giappone ha promulgato delle normative per stimolare la costruzione di turbine nei porti e per incoraggiare gli sviluppatori a creare impianti offshore. Il paese potrebbe perfino sostituire i reattori nucleari con turbine offshore.
Il regno dell'energia idroelettrica e lo sviluppo dell'energia geotermica
Secondo l'IEA, l'energia idroelettrica continuerà a essere la principale fonte di energia rinnovabile a livello mondiale nel prossimo futuro, ma non vedrà la stessa crescita dell'energia solare o eolica. Le posizioni adatte e convenienti scarseggiano, con il conseguente aumento dei costi.
L'energia geotermica, già prevalente in Islanda e nei Paesi affacciati sul Pacifico, crescerà del 28% entro il 2024. I paesi asiatici, soprattutto Indonesia e Filippine, stanno già aumentando la propria capacità, e non mostrano alcun segno di rallentamento.
Abbandonare l'energia "sporca"
Cosa ha in serbo il futuro delle rinnovabili per le nostre fonti di energia tradizionali? I costi ridotti e l'aumento della domanda nel settore dell'energia pulita spingeranno le principali compagnie petrolifere e di estrazione del gas ad ampliare gli investimenti nelle rinnovabili. Infatti, l'IEA prevede che "le rinnovabili supereranno il carbone diventando la più importante fonte di elettricità a livello mondiale nel 2025".
Nel frattempo, le nazioni del Medio Oriente, come l'Arabia Saudita, potrebbero abbandonare definitivamente il petrolio grazie all'abbondanza di una fonte di energia molto più rinnovabile: la luce del sole. Gli esperti sostengono che il paese potrebbe passare a un sistema di energia rinnovabile al 100% entro il 2040, se la tecnologia di immagazzinamento dell'energia continuerà a fare progressi e le autorità emaneranno la legislazione più opportuna.
North American Supergrid
Anche se il mondo sembra pronto a implementare le rinnovabili, l'attuale infrastruttura energetica non è stata creata per supportare in modo efficace questa transizione. Negli Stati Uniti, ad esempio, una delle preoccupazioni principali riguarda come trasferire in modo efficiente l'energia in un intero paese.
Scopri la North American Supergrid. Proposta dal Climate Institute, un'organizzazione no profit con sede a Washington, questa nuova rete elettrica renderebbe l'energia rinnovabile molto più accessibile. Una volta implementata, gli Stati Uniti potrebbero trasferire l'energia solare dagli impianti nel Sud Ovest alle più grandi città nel Nord Est.
In teoria, una rete ad alta tensione a corrente continua (HVDC) verrebbe installata sui sistemi di distribuzione regionali esistenti, offrendo a tutti l'accesso alle energie rinnovabili senza alterare il modo in cui l'elettricità viene attualmente utilizzata nelle case e nelle aziende. Se implementata, questa super rete potrebbe rendere l'energia pulita più competitiva in un mercato altrimenti dominato dai combustibili fossili.
Esempi e innovazioni reali per l'energia rinnovabile
Innumerevoli aziende, industrie e governi stanno adottando misure ragionevoli per integrare tecnologie cloud innovative intelligenti nelle proprie politiche per l'energia rinnovabile (in alcuni casi, impegnandosi perfino a passare completamente o in gran parte alle energie rinnovabili nel prossimo futuro).
Axpo
Axpo, il principale produttore di energia rinnovabile svizzero, usa Ricerca cognitiva di Azure, Mappe di Azure e Power BI per consentire ai tecnici della griglia e ai team di manutenzione di trovare facilmente dati completi e aggiornati sulla condizione di ogni asset della griglia. Ciò riduce il tempo di ricerca fino al 99%, semplifica l'identificazione delle aree problematiche quasi in tempo reale e consente di automatizzare diverse attività di gestione di asset griglia. Tutto questo riduce significativamente il tempo necessario per completare molte attività operative.
SSE Renewables
SSE Renewables, un altro leader europeo nel settore delle energie rinnovabili che costruisce più centrali eoliche offshore di qualsiasi altra società su scala globale, sta usando IA, IoT e tecnologia cloud per assicurarsi che le proprie attività non danneggino la fauna e gli ecosistemi circostanti. Ad esempio, la società monitora lo stato di salute degli uccelli limitrofi con videocamere digitali remote che caricano i dati in un sistema cloud basato sull'intelligenza artificiale che tiene traccia dell'attività e dell'energia di ogni singolo animale.
Vattenfall
Vattenfall, una multinazionale del settore energetico di proprietà del governo svedese, è un altro pioniere nell'ambito delle energie rinnovabili. Insieme con Microsoft, la società ha creato un servizio che trova una corrispondenza tra la domanda immediata di energie rinnovabili e la fornitura subito disponibile. Alcune rinnovabili non saranno sempre disponibili nel momento in cui un'azienda ne ha bisogno (dopo tutto, il sole non splende sempre e non c'è sempre vento). Tuttavia, con il servizio di corrispondenza 24/7 di Vattenfall, le società che vogliono passare all'elettricità senza combustibili fossili possono farlo. Ad esempio, se in un particolare orario non è disponibile elettricità solare, il servizio troverà una corrispondenza tra le aziende e una fonte di energia rinnovabile disponibile.
Fondo nazionale per la protezione dell'ambiente e la gestione dell'acqua
Nel settore governativo, il Fondo nazionale per la protezione dell'ambiente e la gestione dell'acqua della Polonia sta usando il cloud computing per agevolare i cittadini polacchi nel richiedere e ricevere contributi per rendere le proprie case più efficienti dal punto di vista energetico e più ecologiche. L'azienda ha semplificato l'amministrazione del proprio programma di incentivi digitalizzando completamente il processo di richiesta dei finanziamenti, semplificandolo sia per i cittadini che per l'organizzazione stessa. Da quando l'organizzazione ha modernizzato il proprio programma di incentivi, più di 215.000 famiglie polacche hanno ricevuto queste sovvenzioni per l'energia.
The Met Office
Nel Regno Unito, un leader globale con l'obiettivo di raggiungere zero emissioni nette, The Met Office, il servizio meteo nazionale, si affida al cloud computing per passare alle energie rinnovabili al 100%. Tracciare e prevedere l'andamento climatico richiede un elevato traffico di dati, ricorrendo a simulazioni complesse, Big Data, IA e analisi efficaci. Piuttosto che affidarsi a un supercomputer fisico per supportare questi carichi di lavoro, The Met Office si avvale di un servizio di supercomputing basato sul cloud intelligente. Grazie a questo servizio cloud, l'agenzia prevede di risparmiare 7.415 tonnellate di carbonio.
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Domande frequenti sull'energia rinnovabile
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Di seguito sono riportate le fonti di energia rinnovabile più diffuse:
- Energia solare: creata trasformando la luce solare in elettricità.
- Energia idroelettrica: barriere create dall'uomo, come le dighe, che controllano il flusso dell'acqua per creare elettricità.
- Energia eolica: prodotta da mulini a vento che convertono l'energia eolica in elettricità.
- Energia delle maree: si basa sulle correnti oceaniche per l'alimentazione dei generatori di turbine.
- Energia geotermica: creata in pozzi costruiti dall'uomo che estraggono acqua riscaldata dal nucleo terrestre.
- Energia delle biomasse: viene generata trasformando i rifiuti in combustibile.
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Diverse fonti di energia rinnovabile sono considerate altamente efficienti perché la loro fornitura è essenzialmente infinita. Tra queste fonti rientrano vento, sole e maree dell'oceano. Per comprendere la disponibilità di queste risorse, considera questa statistica: Secondo il Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti d’America, bastano appena 90 minuti di luce solare catturata sulla superficie terrestre per soddisfare tutto il consumo energetico del pianeta per un anno. Non sorprende che l'energia solare sia una delle forme di energia rinnovabile in rapida crescita in tutto il mondo.
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Si potrebbe sostenere che i sistemi di energia solare sono i più sicuri, poiché non producono inquinanti atmosferici o gas serra e non hanno alcun impatto ambientale negativo.
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Le fonti di energia rinnovabile presentano numerosi vantaggi rispetto ai combustibili fossili. Poiché le fonti di energia rinnovabile vengono create da risorse naturali come il vento e l'acqua, sono più abbondanti, affidabili ed economicamente convenienti rispetto ai combustibili fossili. Le fonti di energia rinnovabile più importanti generano in genere un minor consumo di carburante rispetto ai combustibili fossili, che sono ora considerati una delle principali cause del cambiamento climatico.
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