Emissioni di gas serra nel ciclo di vita delle fonti energetiche: cos’è

Le emissioni di gas serra sono uno degli impatti ambientali della produzione di elettricità . La misurazione delle emissioni di gas a effetto serra durante il ciclo di vita comporta il calcolo del potenziale di riscaldamento globale delle fonti energetiche attraverso la valutazione del ciclo di vita . Si tratta solitamente di fonti di sola energia elettrica ma a volte vengono valutate anche fonti di calore. I risultati sono presentati in unità di potenziale di riscaldamento globale per unità di energia elettrica generata da quella fonte. La scala utilizza l’unità potenziale di riscaldamento globale, l’ equivalente di anidride carbonica (CO2 e), e l’unità di energia elettrica, il chilowattora (kWh). L’obiettivo di tali valutazioni è quello di coprire l’intera vita della fonte, dall’estrazione di materiale e combustibile attraverso la costruzione fino al funzionamento e alla gestione dei rifiuti.

Nel 2014, il gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici ha armonizzato i risultati dell’equivalente di anidride carbonica (CO 2 e) delle principali fonti di generazione di elettricità in uso a livello mondiale. Ciò è stato fatto analizzando i risultati di centinaia di singoli articoli scientifici che valutano ciascuna fonte di energia. Il carbone è di gran lunga il peggior emettitore, seguito dal gas naturale , con solare, eolico e nucleare tutti a basse emissioni di carbonio.L’energia idroelettrica, da biomassa, geotermica e oceanica può generalmente essere a basse emissioni di carbonio, ma una progettazione scadente o altri fattori potrebbero comportare emissioni più elevate dalle singole centrali elettriche.

Per tutte le tecnologie non sono stati inclusi i progressi nell’efficienza, e quindi le riduzioni di CO 2 e dal momento della pubblicazione. Ad esempio, le emissioni totali del ciclo di vita dell’energia eolica potrebbero essere diminuite dalla pubblicazione. Allo stesso modo, a causa del periodo di tempo in cui sono stati condotti gli studi, vengono presentati i risultati di CO 2 e del reattore nucleare di seconda generazione e non il potenziale di riscaldamento globale dei reattori di terza generazione. Altre limitazioni dei dati includono: a) fasi del ciclo di vita mancanti e, b) incertezza su dove definire il punto limite nel potenziale di riscaldamento globale di una fonte di energia. Quest’ultimo è importante per valutare una rete elettrica combinata nel mondo reale, piuttosto che la pratica consolidata di valutare semplicemente la fonte di energia isolatamente.

Potenziale di riscaldamento globale di fonti elettriche selezionate

Emissioni di gas serra nel ciclo di vita delle tecnologie di fornitura di energia elettrica, valori mediani calcolati dall’IPCC

Equivalente di CO 2 del ciclo di vita (incluso l’effetto albedo ) da tecnologie di fornitura di energia elettrica selezionate secondo IPCC 2014. Ordinato per valori medi decrescenti (gCO 2 eq/kWh).
Tecnologia min. Mediano Massimo.
Tecnologie attualmente disponibili in commercio
Carbone – PC 740 820 910
Gas – ciclo combinato 410 490 650
Biomassa – Dedicato 130 230 420
Solare fotovoltaico – Scala di utilità 18 48 180
Solare fotovoltaico – tetto 26 41 60
Geotermico 6.0 38 79
Energia solare a concentrazione 8.8 27 63
Energia idroelettrica 1.0 24 2200 1
Vento in mare aperto 8.0 12 35
Nucleare 3.7 12 110
Vento a terra 7.0 11 56
Tecnologie pre-commerciali
Oceano ( maree e onde ) 5.6 17 28

1 vedi anche impatto ambientale dei serbatoi#Gas serra .

Emissioni di GHG nel ciclo di vita, in g CO 2 eq. per kWh, UNECE 2020

Emissioni di CO 2 del ciclo di vita per kWh, paesi dell’UE28, secondo UNECE 2020.
Tecnologia gCO 2 eq/kWh
Carbone fossile PC , senza CCS 1000
IGCC , senza CCS 850
SC , senza CCS 950
PC , con CCS 370
IGCC , con CCS 280
SC , con CCS 330
Gas naturale NGCC , senza CCS 430
NGCC , con CCS 130
idro 660 MW 150
360 MW 11
Nucleare media 5.1
CSP Torre 22
trogolo 42
fotovoltaico poli-Si , montato a terra 37
poli-Si , montato sul tetto 37
CdTe , montato a terra 12
CdTe , montato sul tetto 15
CIGS , a terra 11
CIGS , a tetto 14
Vento a terra 12
offshore, fondazione in cemento 14
offshore, fondazione in acciaio 13

Elenco degli acronimi:

  • PC: carbone polverizzato
  • CCS: cattura e stoccaggio del carbonio
  • IGCC — ciclo combinato di gassificazione integrato
  • SC: supercritico
  • NGCC — ciclo combinato a gas naturale
  • CSP — energia solare concentrata
  • FV — energia fotovoltaica

Bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio

A partire dal 2020, se la bioenergia con la cattura e lo stoccaggio del carbonio possa essere carbon neutral o carbon negative è oggetto di ricerca ed è controversa.

Studi successivi al rapporto IPCC del 2014

I singoli studi mostrano un’ampia gamma di stime per le fonti di combustibile derivanti dalle diverse metodologie utilizzate. Quelli di fascia bassa tendono a lasciare parti del ciclo di vita fuori dalla loro analisi, mentre quelli di fascia alta spesso fanno ipotesi irrealistiche sulla quantità di energia utilizzata in alcune parti del ciclo di vita.

La Turchia ha approvato la costruzione di Afşin-Elbistan C , vicino a una miniera di lignite a cielo aperto, che renderebbe la centrale a lignite con oltre 5400 gCO 2 eq/kWh molto meno efficiente in termini di emissioni di carbonio rispetto ad altre centrali termoelettriche.

Dallo studio dell’IPCC del 2014 è stato riscontrato che alcuni impianti geotermici emettono CO 2 come alcuni impianti geotermici in Italia : ulteriori ricerche sono in corso negli anni ’20.

Le tecnologie per l’energia oceanica (maree e onde) sono relativamente nuove e su di esse sono stati condotti pochi studi. Uno dei problemi principali degli studi disponibili è che sembrano sottovalutare gli impatti della manutenzione, che potrebbero essere significativi. Una valutazione di circa 180 tecnologie oceaniche ha rilevato che il GWP delle tecnologie oceaniche varia tra 15 e 105 gCO 2 eq/kWh, con una media di 53 gCO 2 eq/kWh. In uno studio preliminare provvisorio, pubblicato nel 2020, l’impatto ambientale delle tecnologie degli aquiloni sottomarini il GWP variava tra 15 e 37, con un valore mediano di 23,8 gCO 2 eq/kWh), che è leggermente superiore a quello riportato nell’IPCC del 2014 Studio GWP menzionato in precedenza (da 5,6 a 28, con un valore medio di 17 gCO 2 eq/kWh).

Nel 2021 l’ UNECE ha pubblicato un’analisi del ciclo di vita dell’impatto ambientale delle tecnologie di generazione di elettricità, tenendo conto dei seguenti impatti: uso delle risorse (minerali, metalli); uso del suolo; uso delle risorse (fossili); uso dell’acqua; particolato; formazione di ozono fotochimico; riduzione dell’ozono; tossicità umana (non cancro); radiazioni ionizzanti; tossicità umana (cancro); eutrofizzazione (terrestre, marina, d’acqua dolce); ecotossicità (acqua dolce); acidificazione; cambiamento climatico, con quest’ultimo riassunto nella tabella sopra.

Nel giugno 2022, Electricité de France pubblica uno studio dettagliato di valutazione del ciclo di vita , seguendo la norma ISO 14040 , che mostra che l’infrastruttura nucleare francese del 2019 produce meno di 4 gCO 2 eq/kWh.

Punti limite di calcoli e stime di quanto durano le piante

Poiché la maggior parte delle emissioni eoliche, solari e nucleari non avviene durante il funzionamento, se vengono utilizzate più a lungo e generano più elettricità nel corso della loro vita, le emissioni per unità di energia saranno inferiori. Pertanto, le loro vite sono rilevanti.

Si stima che i parchi eolici durino 30 anni: dopodiché bisognerà tenere conto delle emissioni di carbonio derivanti dal repowering . I pannelli solari degli anni 2010 potrebbero avere una durata simile: tuttavia non è ancora noto quanto dureranno i pannelli solari degli anni 2020 (come la perovskite). Alcune centrali nucleari possono essere utilizzate per 80 anni, ma altre potrebbero dover essere ritirate prima per motivi di sicurezza. A partire dal 2020, si prevede che più della metà delle centrali nucleari del mondo richiederanno estensioni delle licenze e ci sono state richieste affinché tali estensioni siano esaminate meglio ai sensi della Convenzione sulla valutazione dell’impatto ambientale in un contesto transfrontaliero .

Alcune centrali elettriche a carbone possono funzionare per 50 anni, ma altre possono essere chiuse dopo 20 anni o meno. Secondo uno studio del 2019, considerare il valore temporale delle emissioni di gas serra con una valutazione tecnico-economica aumenta notevolmente le emissioni del ciclo di vita dei combustibili ad alta intensità di carbonio come il carbone.

Emissioni del ciclo di vita del riscaldamento

Per il riscaldamento residenziale in quasi tutti i paesi le emissioni dei forni a gas naturale sono maggiori rispetto a quelle delle pompe di calore. Ma in alcuni paesi, come il Regno Unito, è in corso un dibattito negli anni 2020 se sia meglio sostituire il gas naturale utilizzato nel riscaldamento centralizzato residenziale con l’idrogeno , o se utilizzare pompe di calore o in alcuni casi più teleriscaldamento .

Controversia sul combustibile del ponte a gas fossile

A partire dal 2020 si discute se il gas naturale debba essere utilizzato come “ponte” dal carbone e dal petrolio all’energia a basse emissioni di carbonio per le economie dipendenti dal carbone, come India, Cina e Germania. La Germania, come parte della sua trasformazione Energiewende , dichiara la conservazione dell’energia a carbone fino al 2038 ma l’arresto immediato delle centrali nucleari, che ha ulteriormente aumentato la sua dipendenza dal gas fossile.

Fasi mancanti del ciclo di vita

Anche se le valutazioni del ciclo di vita di ciascuna fonte energetica dovrebbero tentare di coprire l’intero ciclo di vita della fonte dalla culla alla tomba, sono generalmente limitate alla fase di costruzione e funzionamento. Le fasi più rigorosamente studiate sono quelle di estrazione di materiali e combustibili, costruzione, esercizio e gestione dei rifiuti. Tuttavia, esistono fasi del ciclo di vita mancanti per una serie di fonti energetiche. A volte, le valutazioni includono in modo variabile e talvolta incoerente il potenziale di riscaldamento globale derivante dalla disattivazione dell’impianto di fornitura di energia, una volta raggiunta la durata prevista. Ciò include il potenziale di riscaldamento globale del processo per riportare il sito di alimentazione allo stato di greenfield . Ad esempio, il processo di rimozione della diga idroelettrica è solitamente esclusa in quanto è una pratica rara con pochi dati pratici disponibili. La rimozione delle dighe, tuttavia, sta diventando sempre più comune man mano che le dighe invecchiano. Le dighe più grandi, come la Hoover Dam e la Three Gorges Dam , sono destinate a durare “per sempre” con l’ausilio della manutenzione, periodo non quantificabile. Pertanto, le stime di disattivazione sono generalmente omesse per alcune fonti energetiche, mentre altre fonti energetiche includono una fase di disattivazione nelle loro valutazioni.

Insieme agli altri valori importanti del documento, il valore mediano presentato di 12 g CO 2 -eq/kWhe per la fissione nucleare, trovato nella revisione dell’energia nucleare dell’Università di Yale del 2012, un documento che funge anche da origine del nucleare dell’IPCC del 2014 valore, include tuttavia il contributo dello smantellamento dell’impianto con un potenziale di riscaldamento globale “aggiunto di smantellamento dell’impianto” nella valutazione dell’intero ciclo di vita nucleare .

Le centrali termoelettriche , anche se alimentate da biomasse a basse emissioni di carbonio, centrali nucleari o geotermiche , aggiungono direttamente energia termica al bilancio energetico globale della terra . Per quanto riguarda le turbine eoliche, possono modificare la circolazione atmosferica sia orizzontale che verticale . Ma, sebbene entrambi possano modificare leggermente la temperatura locale, qualsiasi differenza che potrebbero apportare alla temperatura globale non è rilevabile rispetto al cambiamento di temperatura molto più ampio causato dai gas serra.


https://en.wikipedia.org/wiki/Life-cycle_greenhouse_gas_emissions_of_energy_sources

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