Perché l'energia solare viene data per scontata?

Ci sono idee concorrenti sulle migliori tecnologie per decarbonizzare rapidamente il sistema energetico. Alcuni scenari sottolineano il ruolo della cattura e dello stoccaggio del carbonio per rendere le centrali a carbone e a gas più rispettose del clima, mentre altri fanno riferimento all' energia nucleare e un terzo gruppo è più ottimista sulle fonti rinnovabili.

Ma è plausibile che anche queste prospettive più ottimistiche abbiano sottovalutato il potenziale dell' energia solare, scrive il dottor Felix Creutzig dell' Università Tecnica di Berlino. Articolo cortesia cortesia Carbon Brief.

In un' analisi appena pubblicata su Nature Energy, i miei colleghi e io chiediamo perché questo sia accaduto e quanto il solare potrebbe contribuire alla mitigazione del clima.

Scenari solari

Si prevede che il contributo delle energie rinnovabili al futuro mix energetico sarà estremamente variabile. Uno studio comparativo di scenari che ha alimentato il Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC) ha riscontrato che la produzione globale di energia elettrica solare varia da 8-35 exajoule (EJ) all' anno nel 2050, in scenari coerenti con il mantenimento di temperature inferiori a 2°C.

Ciò corrisponde a circa il 5-17% dell' approvvigionamento globale di elettricità. Al contrario, lo stesso studio prevede che nel 2050 lo stesso studio produca energia basata sulla biomassa che fornisce 50-90EJ all' anno.

I futures energetici sono in genere analizzati negli scenari dell' Agenzia internazionale per l' energia (AIE) e nei modelli di sistemi energetici utilizzati per informare l' IPCC. È importante notare che gli scenari dell' AIE sono spesso utilizzati per calibrare gli scenari IPCC. Le proiezioni che ne risultano indicano un ruolo importante per il carbone, associato alla cattura e allo stoccaggio sotterraneo, nucleare e della biomassa.

Ma storicamente, questi studi sembrano essere distorti contro il solare. Nella nostra analisi di Nature Energy, i miei colleghi ed io dimostriamo che le proiezioni dell' IEA (linee nere nel grafico sottostante) e di Greenpeace (linee verdi) - che certamente non è colpevole di un' avversione al solare - hanno costantemente sottovalutato il tasso reale di diffusione (linee rosse).

I consumatori si sono dimostrati disposti a pagare un premio per la tecnologia verde sui propri tetti

La crescita reale della capacità solare fotovoltaica (gigawatt, linea rossa) ha costantemente sovraperformato le proiezioni dell' IEA (linee nere), del German Advisory Council on Global Change (WGBU, linea blu) e anche di Greenpeace (linee verdi). Fonte: Creutzig 2017.

L' AIE, un riferimento chiave per tutti i modellatori, ha previsto tassi di crescita del 16-32% all' anno tra il 1998 e il 2010. La crescita reale, infatti, oscillava tra il 20 e il 72 per cento, con una media annua del 38%. Questa differenza ha causato enormi sottostima di quanto solare sarebbe stato installato.

Mentre un tasso di crescita medio del 19% porta ad una crescita del 470% nell' arco di 10 anni, un tasso di crescita del 38% può produrre un aumento del 2.500% della capacità produttiva in un decennio. Anche gli scenari più ottimistici, pubblicati da Greenpeace dal 2007-2010, hanno sottovalutato la crescita solare. Inizialmente si prevedeva che i tassi di crescita elevati scendessero al 24-32% all' anno, un tasso che è stato superato dallo sviluppo reale.

Modelli e scenari hanno sottovalutato la crescita della capacità solare non una volta sola, ma più volte, in modo che il divario tra previsione e realtà non si riduca.

Modelli mancanti

Perché c' è un tale divario tra le aspettative e la realtà? Certo, la crescita del solare, a partire da una base minuscola, è stata spettacolare. Poche tecnologie hanno preso piede così velocemente.

I consumatori si sono dimostrati disposti a pagare un premio per la tecnologia verde sui propri tetti, mentre strumenti politici ambiziosi come il Feed-in-Tariff della Germania e lo standard California Renewable Portfolio Standard hanno spinto le energie rinnovabili molto più velocemente del previsto.

Finora queste dinamiche sono state catturate in modo inadeguato dai modelli dei sistemi energetici, che tendevano a rappresentare il complesso mix di diverse politiche climatiche in modo semplificato e stilizzato - ad esempio, come un unico prezzo del carbonio a livello economico. Questi modelli presuppongono anche che la società cercherà sempre di minimizzare i costi, ignorando il ruolo potenziale delle preferenze personali.

I nostri risultati sono stati notevoli. Entro il 2050, l' energia solare fornirà il 30% dell' elettricità in mercati competitivi (senza sovvenzioni) a livello mondiale, sulla base di ipotesi pessimistiche sui costi al suolo e fino al 50% sulla base di ipotesi più ottimistiche

L' aspetto più importante è che una distribuzione iniziale più rapida ha causato un rapido e costante calo dei costi. Infatti, i costi dei moduli solari sono diminuiti di circa il 23% con un raddoppio della capacità installata, fenomeno chiamato "apprendimento tecnologico". Tradizionalmente, l' apprendimento tecnologico non è stato rispecchiato in modo adeguato in molti modelli.

I costi dell' energia solare livellati sono ora inferiori a quelli dei combustibili fossili nei mercati competitivi. In località così diverse come Dubai, Messico e Cile, i migliori progetti fotovoltaici fotovoltaici vendono energia elettrica a meno di $0,03 per chilowattora (kWh). In India o in Zambia, alcuni progetti fotovoltaici stanno producendo energia elettrica a un valore pari o inferiore a $0.06/kWh, superando il carbone.

Un ultimo fattore che spiega perché i modelli hanno sottostimato il solare è la loro previsione dei costi per altre tecnologie. Di conseguenza, non solo hanno sovrastimato i costi dell' energia solare, ma sono stati anche troppo ottimisti sulla riduzione dei costi per le alternative o non hanno nemmeno previsto un aumento dei costi.

Potenziale realistico

Nella nostra analisi, abbiamo elaborato nuove stime del potenziale realistico del solare utilizzando un modello globale del sistema energetico, dell' economia e del clima, chiamato REMIND, dell' Istituto per la ricerca sull' impatto climatico di Potsdam.

Abbiamo inserito in questo modello lo sviluppo osservato della capacità solare e dei suoi costi, insieme ad un approccio rivisto alla stima dei tassi di apprendimento tecnologico. Un parametro cruciale in questo contesto è il costo di base, ossia il costo a cui l' apprendimento tecnologico nel fotovoltaico si riduce.

I nostri risultati sono stati notevoli. Entro il 2050, l' energia solare fornirà il 30% dell' elettricità in mercati competitivi (senza sovvenzioni) a livello mondiale, sulla base di ipotesi pessimistiche sui costi al suolo e fino al 50% sulla base di ipotesi più ottimistiche.

In altre parole, i nostri sistemi elettrici saranno trasformati da sistemi di energia elettrica basati su un costante "carico di base" di carbone a solare variabile. Ciò offre prospettive piuttosto ottimistiche per la mitigazione dei cambiamenti climatici, ma cambierebbe anche il panorama e le esigenze dei mercati globali dell' elettricità.

I costi delle batterie diminuiscono ancora più rapidamente di quelli dell' energia solare. Questa è una fortunata coincidenza

La realizzazione di questo potenziale solare dipenderà da basi politiche e dal sostegno di base. Il carbone e gli altri combustibili fossili sono profondamente radicati e hanno alle spalle un notevole potere politico. Inoltre, i combustibili fossili possono fornire energia elettrica ogni volta che viene richiesta, mentre il sole potrebbe non risplendere al momento in cui i consumatori richiedono elettricità.

Con l' aumentare della centralità del solare nell' approvvigionamento energetico, i sistemi a batteria e lo stoccaggio diventano sempre più importanti. Alcuni stati come il Vermont già utilizzano i sistemi Tesla a batteria domestica per stabilizzare la rete. E in Minnesota, uno studio suggerisce che l' energia solare insieme allo stoccaggio della batteria è un modo più economico per bilanciare la rete rispetto al gas naturale.

I costi delle batterie diminuiscono ancora più rapidamente di quelli dell' energia solare. Si tratta di una coincidenza fortunata, in quanto i costi di stoccaggio piuttosto che di fotovoltaico saranno determinanti per gli investimenti solari. Un altro nuovo studio, appena pubblicato su Nature Energy, rileva che una combinazione di energia solare, eolica e batteria può plausibilmente competere direttamente con le opzioni di energia elettrica basate su combustibili fossili.

Naturalmente, l' efficace mitigazione del clima non è garantita anche se aumenta l' utilizzo dell'energia solare ed eolica. In assenza di misure concrete per eliminare carbone, gas e petrolio dal sistema energetico, i combustibili fossili potrebbero coesistere in un equilibrio infelice con le energie rinnovabili per decenni a venire. La tariffazione del carbone inquinante attraverso la tassazione delle emissioni di carbonio integrerebbe la politica volta ad aumentare la quota dell' energia solare nel mix energetico globale.