L'energia idroelettrica è di gran lunga la principale fonte rinnovabile al mondo, producendo oltre il doppio dell'energia eolica e oltre quattro volte quella solare. Inoltre, il pompaggio dell'acqua in salita, noto anche come "energia idroelettrica a pompaggio", rappresenta ben oltre il 90% della capacità totale di accumulo energetico mondiale.
Nonostante l'enorme impatto dell'energia idroelettrica, negli Stati Uniti non se ne parla molto. Mentre negli ultimi decenni i prezzi dell'energia eolica e solare sono crollati e la loro disponibilità è aumentata vertiginosamente, la produzione idroelettrica nazionale è rimasta relativamente stabile, poiché il Paese ha già costruito centrali idroelettriche nelle posizioni geograficamente più favorevoli.
A livello internazionale, la situazione è diversa. La Cina ha alimentato la sua espansione economica costruendo migliaia di nuove dighe idroelettriche, spesso di dimensioni enormi, negli ultimi decenni. L'Africa, l'India e altri paesi dell'Asia e del Pacifico si apprestano a fare lo stesso.
Ma un'espansione senza un rigoroso controllo 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 dai cambiamenti climatici sta rendendo l'energia idroelettrica una fonte meno affidabile, dato che le dighe nell'ovest degli Stati Uniti hanno perso una parte significativa della loro capacità di generazione di elettricità.
"In un anno normale, 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 livello attuale del lago, la produzione si aggira intorno ai 3,5 miliardi di kilowattora."
Tuttavia, gli esperti affermano che l'energia idroelettrica ha un ruolo fondamentale da svolgere in un futuro basato al 100% sulle energie rinnovabili, quindi imparare a mitigare queste sfide è imprescindibile.
Energia idroelettrica nazionale
Nel 2021, l'energia idroelettrica ha rappresentato circa il 6% della produzione di elettricità su larga scala negli Stati Uniti e il 32% della produzione di elettricità da fonti rinnovabili. A livello nazionale, è stata la principale fonte rinnovabile fino al 2019, quando è stata superata dall'energia eolica.
Negli Stati Uniti non si prevede una crescita significativa dell'energia idroelettrica nel prossimo decennio, in parte a causa delle complesse procedure di autorizzazione e concessione di licenze.
"L'iter per ottenere la licenza costa decine di milioni di dollari e richiede anni di impegno. E alcune di queste centrali, soprattutto quelle più piccole, non dispongono né dei fondi né del tempo necessari", afferma Malcolm Woolf, Presidente e CEO della National Hydropower Association. Stima che siano decine le agenzie coinvolte nel processo di rilascio o rinnovo della licenza per una singola centrale idroelettrica. Il processo, aggiunge, richiede più tempo rispetto a quello per la licenza di una centrale nucleare.
Poiché l'età media delle centrali idroelettriche negli Stati Uniti è superiore ai 60 anni, molte dovranno presto ottenere una nuova licenza.
"Potremmo quindi trovarci di fronte a una serie di revoche di licenze, il che è ironico proprio mentre stiamo cercando di incrementare la quantità di energia flessibile e a zero emissioni di carbonio che abbiamo in questo Paese", ha affermato Woolf.
Il Dipartimento dell'Energia afferma però che esiste un potenziale di crescita interna, attraverso l'ammodernamento delle vecchie centrali e l'incremento della potenza erogata dalle dighe esistenti.
«In questo Paese abbiamo 90.000 dighe, la maggior parte delle quali è stata costruita per il controllo delle inondazioni, per l'irrigazione, per l'immagazzinamento dell'acqua 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 a pompaggio, che sta guadagnando terreno come metodo per "consolidare" le energie rinnovabili, immagazzinando l'energia in eccesso da utilizzare quando non c'è sole e non c'è vento.
Quando un impianto di pompaggio idroelettrico genera energia, funziona esattamente come una normale centrale idroelettrica: l'acqua scorre dal bacino superiore a quello inferiore, facendo girare una turbina che produce elettricità. La differenza è che un impianto di pompaggio idroelettrico può ricaricarsi, utilizzando l'energia della rete per pompare l'acqua dal basso verso l'alto, immagazzinando così energia potenziale che può essere rilasciata quando necessario.
Sebbene gli impianti di pompaggio idroelettrico abbiano oggi una capacità di generazione di energia elettrica di circa 22 gigawatt, sono in fase di sviluppo progetti per oltre 60 gigawatt. Questo dato è secondo solo a quello della Cina.
Negli ultimi anni, le richieste di permessi e licenze per i sistemi di pompaggio idroelettrico sono aumentate considerevolmente e si stanno valutando nuove tecnologie. Tra queste, gli impianti a "circuito chiuso", in cui nessuno dei due serbatoi è collegato a una fonte d'acqua esterna, o impianti più piccoli che utilizzano serbatoi anziché bacini idrici. Entrambi i metodi sarebbero probabilmente meno impattanti sull'ambiente circostante.
Emissioni e siccità
La costruzione di dighe sui fiumi o la creazione di nuovi bacini artificiali possono ostacolare la migrazione dei pesci e distruggere gli ecosistemi e gli habitat circostanti. Nel corso della storia, dighe e bacini artificiali hanno persino causato lo sfollamento di decine di milioni di persone, solitamente comunità indigene o rurali.
Questi danni sono ampiamente riconosciuti. Ma una nuova sfida – le emissioni provenienti dai bacini idrici – sta ora attirando sempre maggiore attenzione.
"Ciò che la gente non comprende è che questi bacini idrici emettono in realtà grandi quantità di anidride carbonica e metano nell'atmosfera, entrambi potenti gas serra", ha affermato Ilissa Ocko, scienziata senior specializzata in clima presso l'Environmental Defense Fund.
Le emissioni provengono dalla decomposizione della vegetazione e di altra materia organica, che si decompone e rilascia metano quando un'area viene allagata per creare un bacino idrico. "Di solito, il metano si trasforma poi in anidride carbonica, ma per farlo è necessario l'ossigeno. E se l'acqua è molto, molto calda, gli strati inferiori sono privi di ossigeno", ha spiegato Ocko, il che significa che il metano viene quindi rilasciato nell'atmosfera.
Per quanto riguarda il riscaldamento globale, il metano è oltre 80 volte più potente della CO2 nei primi 20 anni successivi al suo rilascio. Finora, le ricerche dimostrano che le zone più calde del mondo, come l'India e l'Africa, tendono ad avere impianti più inquinanti, mentre Ocko afferma che i bacini idrici in Cina e negli Stati Uniti non destano particolare preoccupazione. Tuttavia, Ocko sostiene che sia necessario un metodo più affidabile per misurare le emissioni.
"E poi si potrebbero introdurre vari incentivi per ridurle, oppure regolamentazioni da parte di diverse autorità per assicurarsi di non emettere troppo", ha affermato Ocko.
Un altro grave problema per l'energia idroelettrica è la siccità causata dai cambiamenti climatici. I bacini idrici poco profondi producono meno energia, e questo è particolarmente preoccupante nell'ovest degli Stati Uniti, che ha vissuto il periodo di siccità più intenso degli ultimi 1.200 anni, durato 22 anni.
Poiché bacini idrici 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 mancanza. Uno studio ha rilevato che tra il 2001 e il 2015, ulteriori 100 milioni di tonnellate di anidride carbonica sono state rilasciate in 11 stati occidentali a causa del passaggio, indotto dalla siccità, all'energia idroelettrica. 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 è costata allo stato 2,45 miliardi di dollari.
Per la prima volta nella storia, è stata dichiarata una carenza idrica nel lago Mead, con conseguenti tagli alle assegnazioni idriche in Arizona, Nevada e Messico. Il livello dell'acqua, attualmente a 1.047 piedi, dovrebbe scendere ulteriormente, poiché il Bureau of Reclamation ha adottato la misura senza precedenti di trattenere l'acqua nel lago Powell, situato a monte del lago Mead, in modo che la diga di Glen Canyon possa continuare a produrre energia. Se il livello del lago Mead scendesse al di sotto dei 950 piedi, la produzione di energia elettrica si interromperebbe.
Il futuro dell'energia idroelettrica
La modernizzazione delle infrastrutture idroelettriche esistenti potrebbe aumentarne l'efficienza e compensare in parte le perdite dovute alla siccità, oltre a garantire che gli impianti possano funzionare per molti decenni a venire.
Da qui al 2030, a livello globale verranno investiti 127 miliardi di dollari nella modernizzazione degli impianti obsoleti. Questa cifra 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 comportato l'ammodernamento di alcune turbine per un funzionamento più efficiente a quote inferiori, l'installazione di paratoie più sottili che controllano il flusso d'acqua verso le turbine e l'iniezione di aria compressa nelle turbine per aumentarne l'efficienza.
In altre parti del mondo, tuttavia, 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. Alcuni, però, temono l'impatto che tali progetti avranno sull'ambiente.
"A mio modesto parere, sono sovradimensionate. Hanno una capacità enorme che non è necessaria", ha affermato Shannon Ames, direttore esecutivo del Low Impact Hydropower Institute, "Potrebbero essere realizzate come centrali a flusso continuo e potrebbero essere progettate in modo diverso."
Gli impianti idroelettrici a flusso continuo non prevedono un bacino artificiale e hanno quindi un impatto ambientale minore, ma non possono generare energia su richiesta, poiché la produzione dipende dalle portate stagionali. Si prevede che l'energia idroelettrica a flusso continuo rappresenterà circa il 13% della capacità totale aggiunta in questo decennio, mentre l'energia idroelettrica tradizionale costituirà il 56% e l'idroelettrico a pompaggio il 29%.
Nel complesso, tuttavia, la crescita dell'energia idroelettrica sta rallentando ed è destinata a contrarsi di circa il 23% entro il 2030. Invertire questa tendenza dipenderà in gran parte dalla semplificazione dei processi normativi e autorizzativi, nonché dalla definizione di elevati standard di sostenibilità e programmi di misurazione delle emissioni per garantire l'accettazione da parte della comunità. Tempistiche di sviluppo più brevi aiuterebbero gli sviluppatori a ottenere contratti di acquisto di energia, incentivando così gli investimenti poiché i rendimenti sarebbero garantiti.
"Uno dei motivi per cui a volte non sembra attraente quanto il solare e l'eolico è che l'orizzonte temporale degli impianti è diverso. Ad esempio, un impianto eolico o solare viene in genere considerato un progetto di 20 anni", ha affermato Ames, "D'altra parte, l'energia idroelettrica viene autorizzata e opera per 50 anni. E molti impianti sono in funzione da 100 anni... Ma i nostri mercati dei capitali non apprezzano necessariamente un ritorno sull'investimento a lungo termine come questo."
Trovare i giusti incentivi per lo sviluppo dell'energia idroelettrica e degli impianti di pompaggio, e garantire che ciò avvenga in modo sostenibile, sarà fondamentale per affrancare il mondo dai combustibili fossili, afferma Woolf.
"Non riceviamo la stessa attenzione mediatica di altre tecnologie. Ma credo che la gente si stia rendendo conto sempre di più che non si può avere una rete elettrica affidabile senza l'energia idroelettrica."
Data di pubblicazione: 14 luglio 2022
