Destini energetici – Parte 1: Bisogni energetici e fonti – Barili di bilanciamento

l ruolo dell’energia nella civiltà e nelle economie moderne

Gli ultimi due secoli della storia umana sono stati “l’era dei combustibili fossili”. L’energia abbondante ea basso costo ha rivoluzionato l’industria, i trasporti e gli stili di vita guidando la crescita e la creazione di ricchezza. Ha ampliato la portata dell’attività umana a un livello senza precedenti. La correlazione tra consumo di petrolio, popolazione, crescita e standard di vita è catturata nel lavoro dell’attuario Gail Tverberg e altri:

Il consumo di energia pro capite è in aumento. Dal 1950, la popolazione mondiale è aumentata di 3,1 volte mentre il consumo di energia è aumentato di 6,4 volte. L’aumento del consumo di energia pro capite è guidato da:

• Aumento dell’uso da parte dei residenti dei mercati emergenti che sono stati tradizionalmente utenti a basso consumo di energia con l’aumento dei redditi.
• Nuovi usi dell’energia legati a standard di vita più elevati, in particolare a partire dalla seconda guerra mondiale.

È ampiamente ipotizzato un approvvigionamento ininterrotto di energia alle condizioni attuali. Tuttavia, la disponibilità di energia a prezzi ragionevoli non è assicurata. Nell’ultimo mezzo secolo ci sono stati almeno tre shock energetici: gli shock petroliferi del 1974 e del 1978 e il conflitto ucraino del 2022. Tutti hanno avuto una durata relativamente breve con un rapido ritorno allo status quo, sebbene le ripercussioni a lungo termine del 2022 siano difficili da prevedere. Il cambiamento di fondo più fondamentale in corso potrebbe non assomigliare a questi shock passati in termini di portata e durata.

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Fonti della domanda energetica

Un’attenta analisi della domanda e dell’offerta e la fisica, la chimica e l’economia sottostanti sono necessarie per comprendere i cambiamenti in corso.

I principali utilizzatori di energia sono le famiglie e l’industria. Il settore industriale (estrazione mineraria/raffinazione, manifatturiero, agricoltura e costruzioni) costituisce il principale consumatore di energia, oltre il 50% dell’uso finale. Sempre più spesso, gran parte del consumo energetico del settore industriale avviene in paesi non OCSE.

L’energia è necessaria per:

• Illuminazione
• Controllo del clima (raffrescamento/riscaldamento)
• Alimentazione apparecchi e macchinari
• Trasporto

Questi usi sono comuni alle famiglie e alle industrie. Ci sono differenze; l’applicazione industriale si concentra sul funzionamento di motori e macchinari industriali, nonché sui trasporti pesanti. Anche l’intensità energetica industriale, ad esempio per la produzione di acciaio, alluminio o cemento, è di gran lunga superiore a quella richiesta per il normale uso domestico.

L’industria utilizza anche i combustibili fossili come materie prime (materie prime) per prodotti come plastica e prodotti chimici, in particolare prodotti di tipo ammoniaca e bitume. È essenziale come materia prima di base per articoli come i lubrificanti. Carbone, petrolio greggio o petrolio, liquidi di gas naturale e gas naturale sono le fonti primarie di prodotti petrolchimici di base. Circa il 9-10 percento della produzione globale di combustibili fossili viene utilizzato come materia prima.

La plastica richiede idrogeno e carbonio, con il metodo di produzione più comune che è l’estrazione di etilene, propilene, stirene ecc. dal petrolio. I prodotti petrolchimici come la nafta e altri oli raffinati dal petrolio greggio sono usati come materie prime per i cracker petrolchimici che producono i mattoni di base per la plastica. I combustibili fossili rappresentano attualmente il 99 percento della base di materie prime plastiche. C’è un crescente interesse nell’uso della biomassa come materia prima. Sebbene i dati siano scarsi, è probabile che circa il 4% delle risorse mondiali di combustibili fossili siano utilizzate nella produzione di plastica .

L’olio è utilizzato nella produzione di ammoniaca come fonte di azoto nei fertilizzanti agricoli. La produzione globale di ammoniaca rappresenta attualmente circa il 2% del consumo totale di energia finale ; circa il 40% come materia prima e il 60% come energia di processo, principalmente per la generazione di calore.

Anche la domanda di energia sta cambiando. L’archiviazione e la trasmissione dei dati, così come il mining di criptovalute, ora consumano l’ 1-2% dell’energia globale .

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Domanda storica di energia

La domanda globale è aumentata nel tempo:

Continua ad aumentare, anche se il tasso è rallentato nel tempo all’1-2% all’anno. Ci sono state brevi interruzioni nei primi anni ’80 e nel 2009 a seguito delle crisi finanziarie e della pandemia di Covid19 del 2020. La maggior parte del consumo di energia è nei paesi sviluppati. Alcuni paesi emergenti come la Cina mostrano alti livelli di consumo spinti dalle economie avanzate che esternalizzano attività inquinanti ed energivore in queste località.

Il consumo di energia pro capite fornisce una misura più accurata della domanda di energia.

I maggiori consumatori di energia su base pro capite includono Stati Uniti, Canada, Islanda, Norvegia, Australia e Russia, nonché Medio Oriente come Oman, Arabia Saudita e Qatar (in parte a causa del clima e della desalinizzazione per soddisfare il fabbisogno idrico).

La persona media nei paesi ad alto consumo energetico pro capite usa fino a 100 volte di più della persona media in alcuni dei paesi più poveri. La vera differenza è sottostimata a causa della mancanza di dati di alta qualità per molti dei paesi più poveri del mondo. I paesi a basso reddito utilizzano fonti energetiche meno commercializzate affidandosi invece a biomasse tradizionali difficili da quantificare: residui colturali, legno e altra materia organica.

La domanda è stata migliorata, in parte, grazie all’aumento dell’efficienza energetica. Questo è disomogeneo con la maggior parte dei guadagni nelle nazioni avanzate con aumenti di vari gradi nelle nazioni in via di sviluppo.

Previsione della domanda di energia

Le previsioni sulla futura domanda di energia variano. S&P prevede che la domanda combinata di energia residenziale e commerciale aumenterà di circa il 15% fino al 2050. ExxonMobil prevede una crescita simile.

C’è un ampio accordo sul modello di aumento del fabbisogno energetico. Gran parte di questa crescita avverrà nei paesi in via di sviluppo. La maggior parte della crescita proviene dall’industria, sostenuta dall’aumento della popolazione e del tenore di vita. Si prevede un aumento della produzione ad alta intensità energetica di prodotti quali prodotti chimici, alimenti e ferro e acciaio. Questo è guidato dall’attività in Cina e India. Si prevede che il consumo medio mondiale di elettricità domestica aumenterà entro il 2050.

Si prevede che la crescita complessiva della domanda di energia (in quadrilioni di BTU (British Thermal Unit)) sarà la seguente:

Si prevede che la domanda globale di trasporti crescerà del 30% entro il 2050. Ciò riflette una maggiore proprietà di veicoli personali, specialmente nei mercati emergenti con aumenti del potere d’acquisto, compensati in parte da una maggiore efficienza del carburante e più veicoli elettrici (“EV”). La forte domanda di energia per i trasporti commerciali (autotrasporti pesanti, aerei, marittimi e ferroviari) è trainata dalla crescita dell’attività economica e dei consumi, in particolare dai crescenti consumatori della classe media nelle economie emergenti.

La domanda industriale di energia continuerà il suo forte aumento negli ultimi decenni concentrandosi su acciaio (utilizzato per costruzioni su larga scala, container, treni e navi), alluminio (reti elettriche, costruzioni e veicoli), cemento (costruzioni) e plastica (forniture mediche, prodotti per la pulizia, veicoli elettrici e articoli per la casa).

La domanda dell’industria pesante sarà, in parte, compensata dal miglioramento dell’intensità energetica (la quantità di energia utilizzata per dollaro di attività economica complessiva). Le nazioni sviluppate trarranno vantaggio dal passaggio a economie basate sui servizi e dalla predominanza di industrie di maggior valore ed efficienti dal punto di vista energetico. I miglioramenti dell’intensità energetica richiedono progressi nella tecnologia, nei processi e nella logistica e la loro adozione nei principali centri di produzione come la Cina.

Ci sarà un forte aumento della domanda per la produzione di prodotti chimici a causa della necessità di fertilizzanti, cosmetici, tessuti e plastica. Gran parte di questo richiederà materie prime a base di combustibili fossili.

Quanto sopra si concentra sugli usi tradizionali. Nel corso del tempo, è probabile che i requisiti delle tecnologie di dati e calcolo aumentino in modo significativo. Ironia della sorte, è probabile che la domanda aggiuntiva provenga dai tentativi di combattere il cambiamento climatico, come la lavorazione di materiali aggiuntivi o nuovi per la transizione energetica, nonché progetti di cattura e sequestro del carbonio. La domanda di energia da queste fonti rimane non quantificata.

Fonti di energia

La domanda globale è soddisfatta da una varietà di fonti .

Occorre notare diversi punti:

• La domanda di energia è stata storicamente soddisfatta principalmente dai combustibili fossili.
• Il mix di combustibili fossili è cambiato nel tempo con il petrolio e, più recentemente, il gas che integra il carbone.
• Negli ultimi decenni, le nuove fonti rinnovabili (principalmente solare ed eolica) hanno integrato l’energia idroelettrica e da biomasse.
• È probabile che i combustibili fossili (che ora costituiscono circa l’80% delle fonti energetiche) rimarranno una parte significativa dell’approvvigionamento energetico, principalmente a causa dei loro vantaggi rispetto alle alternative.
• Le energie rinnovabili aumenteranno come percentuale del mix energetico ma, sulla base della tecnologia attuale, è improbabile che diventino una fonte dominante nel prossimo futuro.

Riserve di combustibili fossili

Data l’importanza dei combustibili fossili come fonte di energia, una questione importante e spesso ignorata è la disponibilità a lungo termine di combustibili fossili intrinsecamente limitati .

Le riserve globali di petrolio totali stimate sono di circa 1.700 miliardi di barili. Le riserve globali totali stimate di gas naturale sono di circa 190 trilioni di metri cubi. Le riserve globali totali stimate di carbone sono di circa 1.070 miliardi di tonnellate. Sulla base della produzione e dell’utilizzo attuali , il petrolio si esaurirà in 54 anni, il gas naturale in 49 anni e il carbone in 139 anni, supponendo che i combustibili fossili costituiranno il 59% della domanda totale di energia primaria nel 2040.

Vanno evidenziate diverse questioni:

• Vi è un’ampia variazione nelle stime delle riserve e nella vita prevista delle riserve di combustibili fossili. Ad esempio, alcune compagnie petrolifere hanno svalutato in modo significativo le riserve disponibili negli ultimi anni.
• Le nuove scoperte e l’estensione della vita delle risorse conosciute possono aumentare le riserve.
• Il numero di importanti scoperte di giacimenti di petrolio e gas è diminuito, in parte a causa della riduzione degli investimenti in combustibili fossili.

• Le riserve potrebbero non essere economicamente recuperabili se non a prezzi elevati a causa di difficoltà tecniche di estrazione. Molte nuove risorse sono giacimenti di petrolio e gas non convenzionali, precedentemente considerati risorse inaccessibili o antieconomiche, come gli oceani profondi o l’Artico. Questi in genere richiedono prezzi più alti per essere economici: attualmente circa $ 80 al barile per il petrolio ottenuto utilizzando tecniche di recupero avanzate, $ 90 al barile per sabbie bituminose e petrolio extra pesante, $ 50+ per gas di scisto, oli cherogeni e petrolio artico e $ 100+ per carbone-liquidi e gas-liquidi.
• Le riserve possono anche essere di difficile accesso a causa delle località remote e dell’instabilità politica.
• Un’elevata percentuale di riserve, in particolare petrolio e gas, è controllata dallo Stato. Le compagnie petrolifere nazionali controllano circa il 65% delle riserve di petrolio e gas a livello globale. Il crescente nazionalismo delle risorse significa che le preoccupazioni (garantire la sufficienza energetica domestica e l’aumento delle royalty e delle entrate fiscali) e la geopolitica possono influire sull’accessibilità e sui costi.

EROEI

Un elemento critico della fisica energetica è il concetto di EROEI (Energy Return On Energy Invested). Questo è il rapporto tra la quantità di energia utilizzabile (l’exergia) fornita da una particolare risorsa energetica e la quantità di exergia utilizzata per ottenere quella risorsa energetica calcolata come:

Energia erogata/Energia richiesta per fornire quell’energia

Esistono due tipi di EROEI:

• Buffered – che include l’archiviazione.
• Unbuffered – che esclude l’archiviazione.

La differenziazione consente di cogliere i problemi delle fonti energetiche rinnovabili intermittenti. La necessità di stoccaggio ridurrà generalmente l’EROEI bufferizzato.

Sebbene ampiamente accettata, la misurazione presenta problemi. Sebbene la produzione totale di energia sia facilmente misurabile, la determinazione accurata dell’energia immessa è più difficile. La questione principale è catturare l’intero consumo di energia delle filiere; ad esempio, l’energia immessa in materiali come l’acciaio o altri materiali deve generare energia. Una contabilità completa richiederebbe anche l’incorporazione dei costi di opportunità e il confronto delle spese energetiche totali in presenza e in assenza di questa attività economica.

In pratica, vengono utilizzati 3 diversi calcoli EROEI:

• Point of Use EROI – che amplia il calcolo per includere il costo della raffinazione e del trasporto del carburante.
• EROEI esteso – che include il punto di utilizzo e anche il costo della creazione dell’infrastruttura necessaria per il trasporto dell’energia o del carburante una volta raffinato.
• EROEI sociale – una somma di tutti gli EROEI di tutti i combustibili utilizzati in una società o nazione che può essere praticamente impossibile a causa del numero di variabili che devono essere catturate.

Quando l’EROEI di una fonte di energia è minore o uguale a uno, quella fonte di energia diventa un dissipatore netto di energia. Sebbene vi sia un considerevole dibattito sul numero esatto, è necessario un rapporto EROEI di almeno 3: 1 (alcuni lo indicano fino a 5 o 7: 1) affinché una fonte di energia sia considerata un combustibile o una fonte di energia praticabile.

Di seguito sono riportate le stime dell’EROEI delle diverse fonti energetiche :

L’EROEI per una data fonte non è costante. Negli anni ’30, l’EROEI del petrolio era probabilmente vicino a 100, riflettendo la facilità di estrazione; cioè, era necessario solo l’1% del petrolio estratto per fornire l’energia necessaria per pompare e consegnare il petrolio. Negli anni ’50 l’EROEI era sceso a circa 30. Attualmente è di circa 20, un calo di un fattore cinque. L’EROEI delle fonti meno accessibili ora sfruttate è inferiore. La perforazione offshore ha un EROEI di circa 5, mentre la risorsa di Lula in acque profonde del Brasile è ancora inferiore e potrebbe non essere pratica da sviluppare. Lo scisto bituminoso ha un EROEI compreso tra 1,1 e 2,2, ma alcuni lo considerano molto più alto se solo l’energia acquistata viene conteggiata come input escludendo l’energia propria (energia interna) dal processo di conversione utilizzato per alimentare tale operazione.

È probabile che l’esaurimento di alcune fonti energetiche e il passaggio alle rinnovabili riduca l’EROEI dell’intero sistema energetico dall’attuale 6:1 a un valore compreso tra 5:1 e meno di 3:1 entro il 2050, a seconda del mix energetico ipotizzato. La riduzione significa che per soddisfare lo stesso livello di consumo energetico netto finale, il sistema deve elaborare più energia e materiali per renderli disponibili per la società. Attualmente l’energia costa circa il 5% del PIL globale. Man mano che l’EROEI diminuisce, una parte maggiore del reddito dovrà essere destinata ai costi energetici. A 3, questo aumenterebbe dal 15 al 25 percento del PIL.

L’analisi dell’EROEI evidenzia una questione centrale nell’uso dell’energia. Lo sviluppo umano è dipeso dalla disponibilità di riserve di carbone, petrolio e gas che possono essere utilizzate in modo efficiente a causa di modeste esigenze di investimento energetico o finanziario. Man mano che le migliori risorse vengono esaurite e il cambiamento climatico impone il passaggio a fonti energetiche meno inquinanti, l’EROEI diminuisce rapidamente (noto come energy cliff ). Il rischio è che l’EROEI scenda al di sotto dei requisiti minimi per il funzionamento delle società e delle economie moderne.

Prezzi energetici

Il prezzo dell’energia, soprattutto a lungo termine, deve essere valutato in un contesto di aumento della domanda, vincoli sull’offerta, in particolare di combustibili fossili tradizionalmente dominanti, e calo dell’EROEI. Ciò non include importanti esternalità come le emissioni derivanti dall’uso di combustibili fossili che non sono valutate o addebitate.

Ad esempio, il prezzo reale del petrolio non riflette pienamente i fattori individuati.

Ciò significa che il costo dell’energia dovrà aumentare in modo significativo a lungo termine. I driver principali includono:

• Domanda anelastica e in crescita, soprattutto da economie in via di sviluppo come Cina e India.
• Il ruolo essenziale dell’energia nel generare la crescita globale e soddisfare le aspettative di miglioramento degli standard di vita.
• Fornitura limitata di combustibili fossili che rimarranno una parte essenziale del mix energetico a causa delle difficoltà di sostituzione per alcune applicazioni.
• EROEI in calo.
• Crescente instabilità politica nelle regioni produttrici di energia.
• Gestione delle risorse energetiche coerente con gli obiettivi nazionali e autonomia strategica.

I prezzi dell’energia a breve e medio termine rimarranno volatili a causa dell’inelasticità sia dell’offerta che della domanda di petrolio e del rischio di eventi (una recessione in Cina o un rapido calo del turismo a causa di attacchi terroristici contro aerei di linea commerciali o pandemie). Tuttavia, le dinamiche dei prezzi a lungo termine sono difficili da trascurare.

Lo squilibrio tra domanda e offerta potrebbe manifestarsi più rapidamente del previsto poiché i mercati lungimiranti anticipano il deficit spingendo bruscamente verso l’alto i prezzi. Ad esempio, l’Arabia Saudita ha avvertito che, senza reinvestire nell’industria petrolifera per trovare più giacimenti, il mondo potrebbe essere a corto di 30 milioni di barili al giorno entro un decennio circa. In effetti, l’adeguamento dei prezzi potrebbe avvenire molto prima che le riserve di combustibili fossili siano quasi esaurite.

Mantenere le luci accese

La domanda di energia attuale e prevista supererà progressivamente i combustibili fossili intrinsecamente finiti. Mentre le energie rinnovabili possono colmare parte del deficit, la fisica energetica impone che le fonti energetiche meno efficienti sostituiranno i combustibili fossili superiori, ignorando le emissioni. Come minimo, significherà potenza più costosa e più limitata. Nel peggiore dei casi, potrebbero esserci carenze, soprattutto di combustibili necessari per attività specifiche. Ciò avrà profonde conseguenze per le società e le economie che credono in un diritto di nascita di energia illimitata ed economica.

Tali carenze non sono nuove. A metà del diciannovesimo secolo, la domanda di combustibile per l’illuminazione superava l’offerta di olio di balena, determinando un aumento dei prezzi. Ha anche reso l’illuminazione costosa per gli americani comuni, il che significa che solo i ricchi potevano permettersi di illuminare regolarmente le loro case. Ironia della sorte, è stata la scoperta del petrolio nella Pennsylvania occidentale ad alleviare il deficit.

Le ipotesi energetiche che hanno sostenuto i modelli economici e le aspettative, con il senno di poi, non erano sagge. Come rifletteva il poeta Robert Frost in The Road Not Taken “ la strada conduce alla strada ”. Le scelte fatte nel corso dei secoli possono essere difficili da cambiare o, in alcuni casi, irreversibili. È improbabile che la nostra civiltà possa tornare indietro, almeno non senza una grande dislocazione.

Satyajit Das, è un ex banchiere e autore di numerose opere sui derivati ​​e diversi titoli generali: Traders, Guns & Money: Knowns and Unknowns in the Dazzling World of Derivatives  (2006 e 2010), Extreme Money: The Masters of the Universe and the Cult of Risk (2011), A Banquet of Consequences RELOADED (2021) e Fortune’s Fool: Australia’s Choices (2022)

Fonte: nakedCapitalism, 14 giugno 2023.