L'obiettivo netto zero richiede misure drastiche

Nell'agosto 2019, il Consiglio federale ha adottato un obiettivo ambizioso per limitare il cambiamento climatico: A partire dall'anno 2050, la Svizzera non dovrebbe più emettere emissioni di gas a effetto serra a conti fatti. Ciò significa che la Svizzera è in linea con l'obiettivo concordato a livello internazionale di limitare il riscaldamento globale a un massimo di 1,5 °C rispetto ai tempi preindustriali.

Uno studio condotto dall'Istituto Paul Scherrer (PSI) nell'ambito della Joint Activity "Scenarios and Modelling" degli 8 centri di competenza svizzeri per la ricerca sull'energia (SCCER) sta esplorando le possibilità di raggiungere questo obiettivo nel settore energetico.

"L'obiettivo di raggiungere zero emissioni di anidride carbonica nel 2050 richiede drastiche trasformazioni nella fornitura e nel consumo di energia in quasi tutti i settori", riassume Tom Kober, capo dell'Energy Economics Research Group del PSI e uno degli autori principali dello studio.

Nelle loro analisi, i ricercatori hanno preso in considerazione le emissioni di anidride carbonica legate all'energia e le emissioni di anidride carbonica dei processi industriali. Queste emissioni rappresentano attualmente circa l'80 per cento dell'inventario totale dei gas serra svizzeri. Non sono stati inclusi nei calcoli: le emissioni dell'aviazione internazionale, l'agricoltura - ad eccezione delle emissioni dalla combustione di combustibili -, l'uso del suolo, il cambiamento di uso del suolo e la silvicoltura, e i rifiuti - ad eccezione delle emissioni dall'incenerimento dei rifiuti. Anche le emissioni all'estero che sono legate al consumo di beni in Svizzera non sono state incluse nell'analisi.

L'elettricità dal fotovoltaico deve raddoppiare almeno ogni decennio

Le conclusioni dello studio sono: La capacità installata dei sistemi fotovoltaici deve raddoppiare almeno ogni decennio fino al 2050, in modo che i sistemi fotovoltaici con 26 terawattora di produzione nel 2050 diventino il secondo gruppo tecnologico più grande accanto all'energia idroelettrica (circa 38 terawattora nel 2050). Inoltre, le centrali elettriche con generazione combinata di calore ed energia, così come le centrali eoliche, le celle a combustibile a idrogeno e le importazioni di elettricità contribuiscono a soddisfare la domanda di elettricità. Nello scenario principale per raggiungere l'obiettivo di emissioni nette zero, la produzione complessiva di elettricità dalle centrali elettriche e dagli impianti di stoccaggio in Svizzera aumenta di circa un quinto rispetto al livello attuale, fino a 83 terawattora nel 2050. Lo studio presuppone che le centrali nucleari svizzere saranno smantellate entro il 2045. Il parco auto privato dovrebbe essere in gran parte basato su unità elettriche entro il 2050. Entro il 2030, una macchina nuova su tre dovrebbe essere completamente elettrica. Inoltre, l'uso delle pompe di calore nel settore terziario e residenziale dovrebbe essere accelerato significativamente, in modo che entro il 2050 quasi tre quarti della domanda di riscaldamento e acqua calda siano coperti da esse. Allo stesso tempo, sarebbe necessario ottenere risparmi energetici significativi attraverso ristrutturazioni accelerate di edifici residenziali.

Aumento significativo del consumo di elettricità

Se la Svizzera vuole raggiungere l'obiettivo delle emissioni nette zero, ci si deve aspettare un aumento significativo del consumo di elettricità. Così, nel 2050, il consumo di elettricità potrebbe essere di 20 terawattora superiore al livello attuale. Uno dei principali motori di questa crescita è l'uso dell'elettricità per alimentare automobili, autobus e camion, sia direttamente tramite veicoli elettrici a batteria sia indirettamente tramite l'idrogeno o i cosiddetti e-fuels, cioè i carburanti sintetici prodotti usando l'elettricità dall'idrogeno e dall'anidride carbonica (CO₂) sarà prodotto. Nei settori stazionari, l'elettricità sarà sempre più consumata dall'aumento dell'uso delle pompe di calore. Tuttavia, questo maggiore consumo di elettricità può essere compensato se si ottengono i necessari guadagni di efficienza nel riscaldamento e nella fornitura di acqua calda. Allora i settori stazionari potrebbero raggiungere un consumo di elettricità quasi costante.

Oltre all'energia elettrica, altre forme di energia avranno un ruolo. Per esempio, il trasporto a lunga distanza e il trasporto merci, così come l'industria ad alta intensità energetica, offrono prospettive per nuove applicazioni dell'idrogeno. Per produrre l'idrogeno necessario con emissioni basse o nulle, sarebbe necessaria una quantità considerevole di elettricità generata in modo sostenibile (9 terawattora nel 2050).

Senza CO₂-la separazione probabilmente non funzionerà

"Se la Svizzera vuole raggiungere l'obiettivo delle emissioni zero entro il 2050, il CO₂-Le emissioni saranno ridotte da uno a un milione e mezzo di tonnellate in media ogni anno in futuro rispetto all'anno precedente", dice Evangelos Panos, autore principale dello studio. "Le variazioni di CO₂-Abbiamo visto emissioni di questa portata nel periodo dal 1950 al 1980, ma nella direzione opposta: allora sono aumentate in modo massiccio". Al fine di realizzare riduzioni di emissioni in modo efficace dal punto di vista dei costi, l'uso di tecnologie con il cosiddetto CO₂-la cattura dovrebbe essere presa in considerazione. In questo modo, sarebbe persino possibile raggiungere un bilancio negativo di CO₂-emissioni. Questo è il caso, per esempio, se la biomassa è usata come fonte di energia e la CO₂ ma catturarlo e conservarlo sottoterra. Se questo non è possibile in Svizzera - per esempio a causa del rifiuto da parte della popolazione o a causa delle limitate emissioni di CO₂ siti di stoccaggio -, il networking internazionale e lo stoccaggio all'estero potrebbero offrire una via d'uscita. Nel loro studio, i ricercatori ipotizzano un totale di poco meno di 9 milioni di tonnellate di CO₂ che verrebbero separati in Svizzera.

"Più di due terzi delle riduzioni di emissioni necessarie per l'obiettivo di emissioni nette zero sono raggiungibili con tecnologie che sono già disponibili in commercio o in fase di dimostrazione", riassume Panos. Il sistema energetico decarbonizzato del futuro è realizzabile, ma richiede fonti di energia senza carbonio, per esempio elettricità generata in modo appropriato, biocarburanti ed e-carburanti, accesso all'infrastruttura di trasporto e distribuzione appropriata, e la capacità di importare carburanti ed elettricità puliti.

I costi sono difficili da stimare

I ricercatori del sistema energetico sono cauti sui costi. "I costi sono molto difficili da stimare perché un numero enorme di componenti gioca un ruolo", dice Kober. Nello scenario principale netto-zero ipotizzato nello studio, i costi aggiuntivi medi attualizzati dello scenario di protezione del clima per il periodo fino al 2050 sarebbero più alti dello scenario di riferimento con protezione del clima moderata (-40 % CO₂-nel 2050 rispetto al 1990) in Svizzera ammontano a circa 330 CHF per persona e anno (base: 2010). Se guardiamo tutti gli scenari esaminati, vediamo una gamma di costi medi tra 200 e 860 franchi per persona all'anno, che in definitiva riflette i diversi sviluppi delle tecnologie energetiche, la disponibilità delle risorse, l'integrazione del mercato, l'accettazione delle tecnologie e le preferenze per la sicurezza dell'approvvigionamento. L'andamento dei costi mostra soprattutto un aumento a lungo termine, per cui ci si può aspettare costi relativamente alti anche dopo il 2050.

Lo studio si basa su calcoli con lo Swiss TIMES Energy System Model (STEM) del PSI, che mappa l'intero sistema energetico della Svizzera con le varie interazioni tra tecnologie e settori. STEM combina un orizzonte temporale a lungo termine con un'alta risoluzione temporale durante l'anno e calcola le configurazioni a costo minimo del sistema energetico e il raggiungimento di vari obiettivi di politica energetica e climatica per varie ipotesi di quadro futuro. Il modello è stato notevolmente sviluppato nell'ambito del progetto di ricerca, soprattutto per quanto riguarda le opzioni per il raggiungimento di emissioni nette di CO₂-scenari di emissioni. Il modello è usato per calcolare scenari che non sono assolutamente da intendere come previsioni, ma piuttosto forniscono intuizioni sulle diverse interazioni nel sistema energetico e quindi contribuiscono al supporto decisionale nella politica, nell'industria e nella società. In particolare, in questo studio sono stati esaminati tre scenari principali che, oltre allo scenario di riferimento, includono uno scenario a zero emissioni di CO₂-e uno scenario che assume gli obiettivi della Strategia energetica svizzera per il 2050 senza definire esplicitamente uno scenario di riduzione delle emissioni di CO₂-obiettivo di riduzione. Inoltre, sono state analizzate sette diverse varianti degli scenari principali, come una variante con un alto potenziale di innovazione tecnologica e una variante per ridurre la dipendenza dalle importazioni di energia.

Oltre al PSI, le seguenti istituzioni sono coinvolte nella collaborazione nel quadro della SCCER Joint Activity Scenarios and Modelling: Empa, EPFL, ETH Zurigo, Scuola universitaria professionale di Lucerna, Università di Basilea, Università di Ginevra e WSL. Lo studio è stato finanziato da Innosuisse - Agenzia svizzera per l'innovazione.

Pubblicazione originale: Panos, E.; Kober, T.; Ramachandran, K.; Hirschberg, S. (2021): Long-Term Energy Transformation Pathways - Integrated Scenario Analysis with the Swiss TIMES Energy systems Model; Report of the Joint Activity Scenarios and Modelling of the Swiss Competence Centers for Energy Research.

Scarica la versione PDF