L'energia idroelettrica è di gran lunga la più grande fonte rinnovabile al mondo, producendo oltre il doppio dell'energia eolica e oltre quattro volte quella solare. E il pompaggio di acqua in salita, ovvero l'"energia idroelettrica ad accumulo", rappresenta ben oltre il 90% della capacità di accumulo di energia totale mondiale.
Ma nonostante l'impatto sproporzionato dell'energia idroelettrica, negli Stati Uniti non se ne sente molto parlare. Mentre negli ultimi decenni il prezzo dell'energia eolica e solare è crollato e la sua disponibilità è salita alle stelle, la produzione idroelettrica nazionale è rimasta relativamente stabile, poiché la nazione ha già costruito centrali idroelettriche nelle posizioni geograficamente più ideali.
A livello internazionale, la situazione è diversa. La Cina ha alimentato la sua espansione economica costruendo migliaia di nuove dighe idroelettriche, spesso enormi, negli ultimi decenni. Africa, India e altri paesi dell'Asia e del Pacifico sono destinati a fare lo stesso.
Ma un'espansione senza una rigorosa supervisione ambientale potrebbe causare problemi, poiché dighe e bacini artificiali alterano gli ecosistemi fluviali e gli habitat circostanti, e studi recenti dimostrano che i bacini artificiali possono emettere più anidride carbonica e metano di quanto si pensasse in precedenza. Inoltre, la siccità causata dal clima sta rendendo l'energia idroelettrica una fonte di energia meno affidabile, poiché le dighe nell'Ovest americano hanno perso una parte significativa della loro capacità di generazione di elettricità.
"In un anno tipico, la diga di Hoover genera circa 4,5 miliardi di kilowattora di energia", ha affermato Mark Cook, direttore dell'iconica diga di Hoover. "Con il lago nelle condizioni attuali, si parla di circa 3,5 miliardi di kilowattora".
Tuttavia, gli esperti sostengono che l'energia idroelettrica ha un ruolo importante da svolgere in un futuro al 100% rinnovabile, per cui è fondamentale imparare a mitigare queste sfide.
Energia idroelettrica domestica
Nel 2021, l'energia idroelettrica ha rappresentato circa il 6% della produzione di energia elettrica su scala industriale negli Stati Uniti e il 32% della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili. A livello nazionale, è stata la principale fonte rinnovabile fino al 2019, quando è stata superata dall'eolico.
Non si prevede che negli Stati Uniti si assisterà a una grande crescita dell'energia idroelettrica nel prossimo decennio, in parte a causa delle onerose procedure di ottenimento di licenze e permessi.
"Attraverso il processo di autorizzazione ci vogliono decine di milioni di dollari e anni di sforzi. E per alcuni di questi impianti, in particolare quelli più piccoli, semplicemente non ci sono né i soldi né il tempo necessari", afferma Malcolm Woolf, Presidente e CEO della National Hydropower Association. Stima che decine di agenzie diverse siano coinvolte nel rilascio o nel rinnovo dell'autorizzazione di un singolo impianto idroelettrico. Il processo, ha aggiunto, richiede più tempo rispetto all'autorizzazione di una centrale nucleare.
Poiché negli Stati Uniti l'impianto idroelettrico medio ha più di 60 anni, molti di essi dovranno presto ottenere una nuova licenza.
"Potremmo quindi trovarci di fronte a una serie di cessioni di licenze, il che è ironico proprio mentre stiamo cercando di aumentare la quantità di generazione flessibile e senza emissioni di carbonio di cui disponiamo in questo Paese", ha affermato Woolf.
Ma il Dipartimento dell'Energia sostiene che esiste un potenziale di crescita nazionale, attraverso l'ammodernamento dei vecchi impianti e l'aggiunta di energia alle dighe esistenti.
"Abbiamo 90.000 dighe in questo Paese, la maggior parte delle quali sono state costruite per il controllo delle inondazioni, per l'irrigazione, per l'immagazzinamento delle acque e per scopi ricreativi. Solo il 3% di queste dighe viene effettivamente utilizzato per la produzione di energia", ha affermato Woolf.
La crescita del settore si basa anche sull'espansione dell'energia idroelettrica ad accumulo, che sta guadagnando terreno come un modo per "consolidare" le energie rinnovabili, immagazzinando l'energia in eccesso per utilizzarla quando non splende il sole e non soffia il vento.
Quando un impianto di pompaggio e accumulo genera energia, funziona proprio come una normale centrale idroelettrica: l'acqua scorre dal bacino superiore a quello inferiore, facendo girare una turbina che genera elettricità lungo il percorso. La differenza è che un impianto di pompaggio e accumulo può ricaricarsi, utilizzando l'energia della rete per pompare l'acqua dal bacino inferiore a quello superiore, immagazzinando così energia potenziale che può essere rilasciata quando necessario.
Sebbene l'accumulo di energia tramite pompaggio abbia oggi una capacità di generazione di energia elettrica di circa 22 gigawatt, ci sono oltre 60 gigawatt di progetti proposti in fase di sviluppo. Un numero secondo solo a quello della Cina.
Negli ultimi anni, le richieste di permessi e licenze per i sistemi di pompaggio sono aumentate considerevolmente e si stanno prendendo in considerazione nuove tecnologie. Tra queste, gli impianti "a circuito chiuso", in cui nessun serbatoio è collegato a una fonte idrica esterna, o impianti più piccoli che utilizzano serbatoi anziché bacini di riserva idrica. Entrambi i metodi sarebbero probabilmente meno invasivi per l'ambiente circostante.
Emissioni e siccità
Costruire dighe sui fiumi o creare nuovi bacini idrici può ostacolare la migrazione dei pesci e rovinare gli ecosistemi e gli habitat circostanti. Dighe e bacini idrici hanno persino costretto decine di milioni di persone nel corso della storia a spostarsi, di solito comunità indigene o rurali.
Questi danni sono ampiamente riconosciuti. Ma una nuova sfida – le emissioni dai bacini idroelettrici – sta ora attirando sempre più attenzione.
"Quello che la gente non sa è che queste riserve in realtà emettono nell'atmosfera grandi quantità di anidride carbonica e metano, entrambi potenti gas serra", ha affermato Ilissa Ocko, Senior Climate Scientist presso l'Environmental Defense Fund.
Le emissioni provengono dalla decomposizione della vegetazione e di altra materia organica, che si decompongono e rilasciano metano quando un'area viene allagata, creando una riserva. "Di solito il metano si trasforma in anidride carbonica, ma per farlo è necessario l'ossigeno. E se l'acqua è molto, molto calda, gli strati inferiori si impoveriscono di ossigeno", ha detto Ocko, il che significa che il metano viene rilasciato nell'atmosfera.
In termini di riscaldamento globale, il metano è oltre 80 volte più potente della CO2 nei primi 20 anni dopo il suo rilascio. Finora, la ricerca mostra che le zone più calde del mondo, come India e Africa, tendono ad avere impianti più inquinanti, mentre Ocko afferma che i bacini in Cina e negli Stati Uniti non destano particolare preoccupazione. Ocko, tuttavia, sostiene che sia necessario un metodo più affidabile per misurare le emissioni.
"E poi si potrebbero avere tutti i tipi di incentivi per ridurlo, o normative da parte di diverse autorità per assicurarsi che non si emettano troppe emissioni", ha affermato Ocko.
Un altro grave problema per l'energia idroelettrica è la siccità causata dal clima. I bacini idrici poco profondi producono meno energia, e questo è particolarmente preoccupante nell'Ovest americano, che ha registrato il periodo di 22 anni più secco degli ultimi 1.200 anni.
Poiché bacini come il Lago Powell, che alimenta la diga di Glen Canyon, e il Lago Mead, che alimenta la diga di Hoover, producono meno elettricità, i combustibili fossili stanno compensando la carenza. Uno studio ha rilevato che, dal 2001 al 2015, sono state rilasciate ulteriori 100 milioni di tonnellate di anidride carbonica in 11 stati occidentali a causa del passaggio dall'energia idroelettrica all'energia idroelettrica causato dalla siccità. Durante un periodo particolarmente difficile per la California tra il 2012 e il 2016, un altro studio ha stimato che la perdita di produzione di energia idroelettrica sia costata allo stato 2,45 miliardi di dollari.
Per la prima volta nella storia, è stata dichiarata una carenza idrica al Lago Mead, innescando tagli alle assegnazioni idriche in Arizona, Nevada e Messico. Si prevede che il livello dell'acqua, attualmente a 320 metri, scenderà ulteriormente, poiché il Bureau of Reclamation ha adottato la misura senza precedenti di trattenere l'acqua al Lago Powell, situato a monte del Lago Mead, in modo che la diga di Glen Canyon possa continuare a produrre energia. Se il Lago Mead scenderà sotto i 290 metri, non genererà più energia.
Il futuro dell'energia idroelettrica
Modernizzare le infrastrutture idroelettriche esistenti potrebbe aumentare l'efficienza e recuperare alcune perdite dovute alla siccità, nonché garantire che gli impianti siano in grado di funzionare per molti decenni a venire.
Da qui al 2030, 127 miliardi di dollari saranno spesi per modernizzare i vecchi impianti a livello globale. Ciò rappresenta quasi un quarto degli investimenti idroelettrici globali totali e quasi il 90% degli investimenti in Europa e Nord America.
Alla diga di Hoover, ciò ha significato riadattare alcune delle turbine per farle funzionare in modo più efficiente a quote più basse, installare paratoie più sottili che controllano il flusso dell'acqua nelle turbine e iniettare aria compressa nelle turbine per aumentarne l'efficienza.
Ma in altre parti del mondo, la maggior parte degli investimenti è destinata a nuovi impianti. Si prevede che i grandi progetti statali in Asia e Africa rappresenteranno oltre il 75% della nuova capacità idroelettrica entro il 2030. Tuttavia, alcuni temono l'impatto che tali progetti avranno sull'ambiente.
"A mio modesto parere, sono sovradimensionati. Sono costruiti con una capacità enorme, non necessaria", ha affermato Shannon Ames, Direttore Esecutivo del Low Impact Hydropower Institute. "Potrebbero essere realizzati ad acqua fluente e potrebbero semplicemente essere progettati diversamente".
Gli impianti ad acqua fluente non includono un bacino di riserva e quindi hanno un impatto ambientale inferiore, ma non possono generare energia su richiesta, poiché la produzione dipende dai flussi stagionali. Si prevede che l'energia idroelettrica ad acqua fluente rappresenterà circa il 13% degli incrementi di capacità totale in questo decennio, mentre l'energia idroelettrica tradizionale ne coprirà il 56% e l'energia idroelettrica a pompaggio il 29%.
Nel complesso, tuttavia, la crescita dell'energia idroelettrica sta rallentando e si prevede una contrazione di circa il 23% entro il 2030. Invertire questa tendenza dipenderà in larga misura dalla semplificazione delle procedure normative e autorizzative, nonché dall'impostazione di elevati standard di sostenibilità e di programmi di misurazione delle emissioni per garantire l'accettazione da parte della comunità. Tempi di sviluppo più brevi aiuterebbero gli sviluppatori a ottenere contratti di acquisto di energia (PPA), incentivando così gli investimenti poiché i rendimenti sarebbero garantiti.
"Parte del motivo per cui a volte non sembra attraente quanto il solare e l'eolico è perché l'orizzonte temporale per gli impianti è diverso. Ad esempio, un impianto eolico e solare viene in genere considerato un progetto ventennale", ha affermato Ames. "D'altra parte, l'energia idroelettrica è autorizzata e funziona per 50 anni. E molte di queste sono in funzione da 100 anni... Ma i nostri mercati dei capitali non necessariamente apprezzano un rendimento più lungo come questo".
Secondo Woolf, sarà fondamentale trovare gli incentivi giusti per lo sviluppo dell'energia idroelettrica e dell'accumulo tramite pompaggio, e garantire che ciò avvenga in modo sostenibile, per liberare il mondo dai combustibili fossili.
"Non riceviamo i titoli che ricevono altre tecnologie. Ma credo che la gente si stia rendendo sempre più conto che non si può avere una rete affidabile senza energia idroelettrica."
Data di pubblicazione: 14-lug-2022
