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CCC 262

Nuovi trends normativi: effetti sugli impianti a combustione e sulla domanda di carbone

Herminé Nalbandian-Sugden

December 2015

Il carbone è stato storicamente, e continua ad essere, il principale combustibile nel settore della generazione elettrica in tutto il mondo (Figura 1). Nel 2014 ha soddisfatto oltre il 30% della richiesta globale dell’energia primaria, circa il 40% dell’energia elettrica mondiale, ed il 68% della produzione di acciaio. L’Asia è il più grande consumatore con il 63% sull’uso totale, seguito dal nord America (principalmente Stati Uniti) con il 14%. In termini di importazioni totali di carbone, nel 2013/2014, l’Asia detiene i primi cinque posti (Cina, India, Giappone, Corea del sud e Repubblica di Cina) seguita da Germania e Regno Unito, mentre i principali esportatori sono stati Indonesia, Australia, Russia, Stati Uniti, Colombia, Sud Africa e Canada.
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Figura 1. Ruolo del carbone all’interno delle sorgenti di energia primaria (Accenture, 2013).

La legislazione nel settore della generazione elettrica derivante da combustione del carbone sta divenendo sempre più stringente ed è sempre maggiormente richiesto l’utilizzo di impianti a combustione di carbone avanzati, o il massiccio investimento su strutture esistenti con tecnologie di controllo degli inquinanti sempre più avanzati. Il risultato ha portato in molti paesi ad una riduzione degli inquinanti nell’aria (SO2, NOx, particolato) durante gli ultimi decenni. La combustione del carbone ha infatti come risultato elevate emissioni di gas ad effetto serra, se confrontate alle altre fonti fossili, quali principalmente il gas naturale; inoltre le tecnologie atte alla riduzione delle emissioni restano su scala dimostrativa e sono considerate costose (in termini monetari, oltre alla richiesta di un elevato apporto energetico).

Le emissioni globali di CO2 derivanti dalla combustione di combustibili fossili e da processi industriali (produzione di metalli e cementi) sono aumentate, raggiungendo 35.3 Gt nel 2013, 0.7 Gt in più rispetto al 2012 (Figura 2). Nel 2013, le tre nazioni maggiormente “emittenti” hanno contribuito per circa il 55% delle emissioni di CO2 in tutto il mondo; queste sono state, Cina (10.3 Gt CO2, ovvero il 29%), Stati Uniti (5.3 Gt CO2, 15%), Unione Europea (3.7 Gt CO2, 11%). Sebbene le normative sulle emissioni di CO2 sono state adottate, negoziate, e discusse in molte nazioni, non si prevede che esse possano avere effetti significativi sull’attività estrattiva del carbone in Indonesia, Vietnam e Australia. Comunque, se l’obiettivo dell’aumento dei 2°C nella temperatura globale deve essere mantenuto, le emissioni globali dei gas ad effetto serra possono continuare alla velocità attuale per circa 35 anni; ciò significa che l’utilizzo del carbone dovrà cessare intorno al 2050, o si renderà necessario ridurre enormemente le emissioni (80-90%) sfruttando le tecnologie CCS (Carbon Capture and Storage) in tutte le strutture. Quest’ultimo scenario rappresenta una sfida in quanto le CCS dovranno essere commercializzate rapidamente su larga scala, o nuove tecnologie dovranno essere sviluppate e installate a supporto della maggiore richiesta energetica.

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Figura 2. Emissioni di CO2 in diversi paesi (Bhushan and others, 2015; Hussy and others, 2014).

Gli ultimi sviluppi nel processo di riduzione globale dei gas ad effetto serra sono avvenuti durante il meeting annuale “21st Conference of Parties (COP21)”, tenutosi a Le Bourget (Francia) dal 30 Novembre al 11 Dicembre 2015. Il 12 Dicembre 2015 è stato approvato il cosiddetto “Paris Agreement on Climate Change”, dove 195 nazioni si sono accordate per contenere l’aumento della temperatura globale al di sotto dei 2°C.

Popolazione e crescita economica sono i due principali fattori trainanti nell’aumento della domanda energetica, principalmente nei paesi in via di sviluppo quali Africa, Asia del sud, America Latina e Medio Oriente dove le previsioni vedono un aumento di circa un terzo al 2040 della domanda di carbone. Si ipotizza che questa possa diminuire nei paesi membri dell’OECD, particolarmente negli Stati Uniti, dove una riduzione significativa (circa un terzo) della generazione di energia da combustione è prevista avvenire nel prossimo decennio.

La domanda globale del carbone continua ad aumentare ed il suo mercato è centrato nella regione dell’Asia pacifica, dove solamente la Cina rappresenta più del 50% della produzione e dei consumi totali. Anche se le autorità limitassero il consumo di carbone in Cina, ci sono grandi carenze energetiche in paesi chiave quali India, Vietnam e Indonesia, dove l’inquinamento, benché un problema, non rappresenta la questione principale. L’applicazione di nuove normative potrebbero ridurre il mercato via mare, portando le compagnie a vendere solo a livello locale. Il carbone è, e rimarrà, la principale sorgente energetica nelle economie della Cooperazione Economica Asiatico Pacifica (APEC) nel breve, medio, e perfino lungo termine. La diffusione di tecnologie avanzate di combustione permetterà al carbone una crescita significativa dai 6094 TWh del 2011 ai 12477 TWh nel 2040.

L’Europa è dipendente sulle importazioni di combustibili fossili; nel 2011, solo Polonia e Repubblica Ceca non sono stati importatori, e la dipendenza media delle importazioni di carbone in Europa è stata del 62%. Nel 2011 l’importazione di petrolio ha raggiunto l’85% e quello del gas naturale il 67%. Malgrado l’aumento dell’utilizzo delle energie rinnovabili, spinte da pressioni ambientali e politiche, la dipendenza in Europa di fonti fossili continuerà, anche se con minore entità. Inoltre, il prezzo del carbone in Europa è relativamente basso, se paragonato a quello del gas, e assieme all’inefficacia del mercato delle emissioni, garantisce al carbone un ruolo di grande importanza nel mix della generazione elettrica in Europa. A seguito dell’incidente nucleare di Fukushima nel 2011, la Germania, il più grande produttore e consumatore di carbone in Europa, ha deciso di eliminare gradualmente il nucleare. Ha quindi introdotto un concetto di transizione energetica, il cosiddetto “Energiewende”, che mira alla decarbonizzazione e eliminazione del nucleare entro il 2022. Questo interesserà il settore energetico attraverso la combustione del carbone in Germania, riducendo la domanda di carbone e aumentando l’uso delle energie rinnovabili.

La domanda di carbone in Cina è cresciuta con un tasso del 7.4% annuo nell’ultimo decennio con una battuta di arresto all’1.8% nel 2012. Questo calo è attribuito alla regolamentazione dei limiti di emissione, che hanno portato ad un aumento della capacità nucleare e del gas naturale. Se la Cina raggiungesse il picco delle emissioni di CO2 intorno al 2030 (come accordato nel 2014 con gli Stati Uniti) con l’obiettivo di espandere il consumo totale energetico derivante da sorgenti “zero emission” a circa il 20% al 2030, dovrebbe estendere la capacità di 800-1000 GW tra nucleare, eolico, solare entro il 2030.

In India, l’elevato gap tra il costo delle sorgenti domestiche e di importazione rappresenta il fattore limitante per la domanda. D’altra parte, un recente focus nello stimolare investimenti sui produttori di energia indipendenti, ha generato cambiamenti che hanno stimolato investimenti in India sull’energia da carbone.

In Indonesia la crescita della domanda interna è spinta dalla scelta del governo sull’utilizzo del carbone come sorgente di energia strategica. Si sta pianificando l’incremento della capacità di circa 17.5 GW, 60% dei quali derivanti dalla combustione del carbone, entro l’anno 2022.

Si prevede la diminuzione della domanda di carbone in Australia in linea con i targets sulle emissioni stabilite dal governo e l’applicazione della cosiddetta “carbon tax”; ciononostante, a causa dell’abbondanza e qualità, il carbone rimarrà il combustibile più comune per la generazione elettrica.

L’industria del carbone negli Stati Uniti guarda verso sfide senza precedenti. Il carbone ha dominato l’industria energetica statunitense per decenni in quanto rappresentava il combustibile domestico più abbondante ed economico, ma con lo sviluppo di tecniche di trivellazione avanzate e con l’incremento nella produzione del cosiddetto “shale gas”, l’uso del carbone si è abbassato. Come risultato, la domanda interna è in declino, mentre aumenta l’esportazione verso i mercati asiatici. In aggiunta, l’adozione di normative sempre più stringenti, quali il “Clean Power Plan” sta causando il continuo declino dell’uso del carbone. Tuttavia, il carbone contribuisce tuttora al 30% della produzione elettrica negli Stati Uniti.

Il futuro del carbone come fonte energetica nel lungo termine è a rischio a causa di diverse ragioni quali normative, forze di mercato e tematiche ambientali. Malgrado tali pressioni, non vi sono allo stato attuale validi sostituti che soddisfino il basso costo, la disponibilità e affidabilità come quelli garantiti dagli impianti a combustione di carbone. Le previsioni a breve- (2020), medio- (2035 2040), e lungo-termine, indicano che il consumo di carbone aumenterà, ma la quota di generazione elettrica da carbone diminuirà lievemente nel mix globale anche se molto gradualmente. I consensi sembrano favorire il carbone, che rimarrà un combustibile essenziale (Figura 3). Oltre 800 milioni di persone hanno ottenuto l’accesso all’elettricità in paesi emergenti tra il 1990 ed il 2010 grazie agli impianti a combustione di carbone. Poiché la domanda per la generazione di energia con impianti alimentati a carbone continua ad aumentare specialmente in paesi come Cina e India, dove l’obiettivo è quello di migliorare lo standard della vita, i decisori politici, sostengono, promuovono, e in alcuni casi, autorizzano il dispiegamento di tecnologie di combustione moderne e avanzate in nuovi impianti di generazione elettrica alimentati a carbone, e/o migliorando l’efficienza di quelli già esistenti. L’applicazione di tali politiche risulterà in impianti più efficienti riducendo conseguentemente tutte le emissioni, incluse quelle ad effetto serra. Tuttavia, l’esecuzione di tali normative resta discutibile in alcuni paesi del mondo; senza un monitoraggio continuo delle emissioni e l’applicazione di standards, queste richieste legislative non avranno impatto e risulteranno quindi inefficaci.

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Figura 3. Domanda del carbone attuale e futura nel mix energetico primario (AURIZON, 2014; BP, 2014; IEA, 2013).

In conclusione, nel breve e medio termine, la domanda del carbone continuerà a crescere. Il ritmo di crescita si limiterà gradualmente fino al raggiungimento del picco della domanda, arrivando poi ad un plateau. Se le tecnologie CCS per gli impianti a combustione di carbone diventassero disponibili a prezzi competitivi, le previsioni potrebbero cambiare a favore del carbone. Questo è dovuto all’abbondanza, disponibilità, e affidabilità del carbone, insieme ai progressi delle tecnologie di generazione elettrica di combustione del carbone. Tuttavia, senza CCS, le prospettive a lungo termine per questi impianti sono meno certe. Questo è principalmente dovuto a pressioni ambientali riguardanti i cambiamenti climatici, e la competizione derivante da fonti rinnovabili e gas naturale. Il carbone continuerà comunque a giocare un ruolo fondamentale nel fornire l’elettricità in tutto il mondo anche se la sua quota nel mix energetico globale sarà meno influente rispetto al passato. Sebbene le negoziazioni internazionali sul cambiamento climatico sono state rallentate ed approcci regionali piuttosto permissivi (come il mercato delle emissioni europeo), questi rappresentano ostacoli normativi, specialmente per nuovi impianti a carbone che, se e quando adottati, ridurranno la domanda futura per la generazione elettrica. MM