Risorsa idrica e sistema energetico

Abstract:

La misura di quanto sia rilevante il tema della interazione tra il sistema energetico nazionale (SEN) ed il nostro sistema idrico integrato (SII) è evidente dal forte interesse che il tema suscita sia a livello del decisore pubblico che nei comuni cittadini, soprattutto nei periodi di siccità estivi quando alla carenza della risorsa idrica possono corrispondere diminuzioni nella capacità produttiva da idroelettrico, un problema la cui gestione si complica per via della contestuale maggiore richiesta di approvvigionamenti idrici da parte del settore agricolo e dalla necessità di compensare il deficit da idroelettrico aumentando la produzione energetica da fonti termoelettriche, stressandone così le possibilità operative in termini di capacità raffreddamento di questa tipologia di fonti energetiche proprio in ragione di condizioni metereologiche non favorevoli.

Il problema è dunque assai evidente, tanto da essere peraltro richiamato in più parti del PNIEC, come più avanti meglio dettagliato, ma anche complicato soprattutto in relazione alla limitazione degli studi su questo tema nella comunità scientifica proprio in ragione della diversità di competenze che sono richieste. In effetti l’interazione tra SEN e SII appare, a prima vista, abbastanza limitata: il consumo elettrico annuo del SII è pari a circa 7 TWh certo rilevante, ma comunque circa il 3% del consumo elettrico annuo italiano (prevalentemente l’energia utilizzata nel settore idrico è energia elettrica) mentre il consumo di acqua dolce da parte del SEN, per il raffreddamento e la produzione di vapore in centrali termoelettriche è parimenti solo circa 2 Mdm3/a, circa il 3% della disponibilità di acqua utile al settore civile ed ai cicli produttivi (industria ed agricoltura). Il livello di complicazione della interazione aumenta però immediatamente quando si consideri che le centrali idroelettriche, che rappresentano oggi il 15%-20% della produzione elettrica nazionale, utilizzano grandi moli di acque dolci restituendole in buona parte a valle della produzione di energia e che gran parte dell’acqua utilizzata nel ciclo produttivo delle centrali termoelettriche è acqua marina. Il comparto maggiormente idroesigente in Italia è il settore agricolo, che copre oltre la metà del fabbisogno idrico nazionale, ponendo in evidenza il tema della compatibilità con i fabbisogni idrici per gli altri usi. È immediato, ad esempio, pensare alla concorrenza tra il sistema irriguo necessario al funzionamento dei processi agricoli con quello legato alla produzione di energia da idroelettrico (R.J. Hogeboom et al. / Advances in Water Resources 113 (2018) 285–294). In effetti la maggior frequenza degli eventi siccitosi dovuta ai cambiamenti climatici in atto pone a rischio le produzioni agricole e spesso impone l’adozione di pratiche di approvvigionamento alternative energivore (es. dissalazione, pompaggi). In linea con l’approccio Water-Energy-Food Nexus diviene quindi essenziale ricorrere a sistemi sostenibili di gestione della risorsa idrica in ambito agricolo, in termini di fabbisogni energetici e di risparmio di risorse, che includono mini-stoccaggi idrici e l’applicazione di pratiche agricole sostenibili, congiuntamente al ricorso a fonti idriche non convenzionali come le acque reflue depurate, pratica ancora poco diffusa a livello nazionale e di cui si rende necessario quantificare la potenzialità su base territoriale ed approfondire gli aspetti tecnico-economici tali da abilitarne l’effettiva disponibilità ed impiego.

Un ulteriore grado di complicazione alla necessità di approfondire la conoscenza di questa interazione deriva dal fatto che il nostro paese, come tutta l’UE, ha deciso di accelerare il processo di transizione verso energie a minore impatto ambientale ed il cui impiego possa il più rapidamente possibile riflettersi positivamente sulla emissione di gas clima alteranti. Nel nostro paese, essendo ormai praticamente al limite la possibilità di utilizzo di idroelettrico, questo significa una forte spinta verso l’elettrificazione dei consumi e la produzione di energia elettrica attraverso la diffusione massiccia di centrali da fotovoltaico, da eolico e, infine, attraverso una forte spinta all’utilizzo di idrogeno. Come queste tecnologie energetiche impattino sulla risorsa idrica è, in buona parte, ancora oggetto di studio.

Ciascuna delle tecnologie FER sopra menzionate si caratterizza con specifici Water Footprint (WF) che dipendono però dalle particolari tecnologie di produzione che vengono adottate e che dunque solo entrando nel dettaglio dello specifico processo di produzione possono confrontarsi con il corrispondente water footprint da fonti fossili. Ad esempio si stima che l’impronta idrica media per la produzione di energia prima da fonti fossili (petrolio, gas naturale e carbone) in Italia vari, nel ciclo operativo, tra 330 Mm3/TJ a 3200 Mm3/TJ (Sustainability 2018, 10, 228; doi:10.3390/su10010228). La produzione di idrogeno ha invece WF che, a seconda delle tecniche possono variare tra meno di 1m3/TJ fino anche a 3000 m3/TJ (Environments 2018, 5, 24; doi:10.3390/environments5020024), diventando dunque perfino confrontabile col limite superiore delle fonti fossili. Poiché in Italia il consumo di energia fossile è nell’ordine di 1MTJ/a ne segue che l’impiego dell’idrogeno potrebbe avere un impatto sul WF positivo o negativo, a seconda delle tecnologie utilizzate. Nel caso dell’interazione acqua-energia, anche l’aspetto qualitativo, e cioè l’impatto che la produzione di energia ha sulla integrità dell’acqua comehabitat di specie viventi, va infine tenuto in considerazione. Ad esempio, l’installazione di impianti fotovoltaici in bacini idrici (floating PV) comporta la diminuzione dell’apporto di luce solare e di ossigeno alle specie acquatiche viventi con il rischio di possibili forti impatti negativi sull’ambiente (https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.118851).

Nell’ambito delle strategie che si rendono necessarie a salvaguardia della risorsa idrica per garantire l’adattamento ai cambiamenti climatici, risulta fondamentale riuscire a valutare l’effettiva disponibilità idrica a livello territoriale o locale, al fine di prevedere e contrastare gli impatti in termini di stress idrico dovuto ad utenze altamente idroesigenti (ad esempio proprio gli impianti di produzione dell’energia). Lo sviluppo di modelli previsionali per tali scopi richiede la disponibilità di scenari meteo con risoluzioni spaziali e temporali adeguate a supportare i processi decisionali.

Particolare attenzione in termini di strategie di adattamento va rivolta a realtà territoriali specifiche come le isole minori italiane, in cui gli aspetti di interconnessione tra la disponibilità di acqua e di energia appaiono particolarmente rilevanti e sensibili. In questi ambiti, spesso, le strategie di approvvigionamento idrico prevedono il ricorso a sistemi altamente energivori quali la dissalazione o il trasporto via mare, per cui in ottica di sostenibilità di lungo termine appare indispensabile il ricorso strategie di recupero e risparmio della risorsa. Sempre in ottica di adattamento, occorre approfondire le esigenze di trattamento depurativo connesse all’abilitazione di pratiche di riutilizzo delle acque reflue depurate, con particolare riferimento alla rimozione di contaminanti emergenti in linea con le nuove normative settoriali.

Meno immediata, ma almeno altrettanto rilevante è la constatazione che un sistema di distribuzione dell’acqua caratterizzato da forti perdite (come è da esempio il caso italiano) comporta di converso un rilevante impatto sul sistema energetico (Water 2023, 15, 3950. https://doi.org/10.3390/w15223950) in ragione della maggiore richiesta di energia per compensare le perdite lungo le linee. In questo ambito è importante sottolineare il ruolo che le tecnologie IoT e di digitalizzazione, più in generale, stanno avendo in termini di miglioramento del controllo e di conoscenza dei sistemi.