David MacKay: Una valutazione realistica delle energie rinnovabili

Di quanta terra avranno bisogno le rinnovabili per dare energia a una nazione come il Regno Unito? L'equivalente di un intero paese. In questo discorso pragmatico, David MacKay esplora la matematica di base che mostra preoccupanti limitazioni delle nostre energie sostenibili e spiega perché dovremmo comunque utilizzarle. (Filmato a TEDxWarwick.)

Quando iniziò la Rivoluzione Industriale,

la quantità di carbonio giacente

in Gran Bretagna sotto forma di carbone era tanta quanto

quella di carbonio giacente sotto l'Arabia Saudita sotto forma di petrolio,

e questo carbonio diede energia alla Rivoluzione Industriale,

mise il "Gran" alla "Gran Bretagna",

e portò la Gran Bretagna al temporaneo dominio del mondo.

Poi, nel 1918, la produzione di carbone in Gran Bretagna raggiunse l'apice

e da allora ha continuato a diminuire.

A suo tempo, la Gran Bretagna cominciò ad usare petrolio e gas

del Mare del Nord, e nell'anno 2000,

la produzione di petrolio e gas dal Mare del Nord

ha raggiunto l'apice, e ora è in declino.

Queste osservazioni sulla limitatezza

di combustibili fossili sicuri, locali, facilmente accessibili,

è motivo per dire, "Bene, cosa viene dopo?

Come sarà la vita dopo i combustibili fossili?

Non dovremmo pensare bene

a cosa fare dopo i combustibili fossili?"

Un'altra motivazione, ovviamente, è il cambiamento climatico.

Quando la gente parla di vita dopo i combustibili fossili

e dell'azione del cambiamento climatico, credo ci siano di mezzo

tante sciocchezze, tanto preteso ambientalismo, tanta pubblicità ingannevole

e sento il dovere in quanto fisico di cercare

di guidare le persone per evitare di essere ingannata e aiutare la gente

a capire le azioni che fanno realmente la differenza

e a focalizzarsi su idee che possano contribuire.

Voglio illustrarvi questo con quello che i fisici chiamano

un calcolo buttato lì.

Ci piacciono i calcoli buttati lì.

Fate una domanda, scrivete qualche numero,

e vi trovate una risposta.

Potrebbe non essere accurata, ma potrebbe farvi dire,

"Hmmm."

Allora, ecco la domanda:
Immaginate

di dire, "Oh sì, possiamo liberarci dei combustibili fossili.

Useremo i biocombustibili.
Problema risolto.

Trasporto, non abbiamo più bisogno di petrolio."

Bene, e se facessimo crescere i biocombustibili per una strada

sul prato che costeggia la strada?

Di che dimensione dovrebbe essere quel bordo perché funzioni?

Ok, buttiamo giù qualche numero.

Portiamo le auto a 100 chilometri all'ora.

Diciamo che fanno 13 chilometri con un litro.

È la media delle nuove auto europee.

Diciamo che la produttività di una piantagione di biocarburante

è di 1200 litri di biocarburante all'ettaro, all'anno.

Questo vale per i biocarburanti europei.

Immaginiamo che le auto siano distanti 80 metri

l'una dall'altra, e che avanzino in maniera costante

lungo questa strada.

La lunghezza della strada non ha importanza, perché

più lunga è la strada più abbiamo piantagioni di biocarburante.

Cosa facciamo con questi numeri?

Prendete il primo numero, lo dividete per

gli altri tre, e ottenete 8 chilometri.

E questo è il risultato.

Questa è l'estensione che dovrebbe avere la piantagione,

date queste ipotesi.

E magari questo vi fa dire, "Hmm.

Forse non sarà così facile."

E potrebbe farvi pensare che forse c'è un problema

relativo alle aree, e in questo discorso,

vorrei parlare di aree geografiche e domandarmi,

se abbiamo un problema con le aree.
La risposta sarà positiva,

ma dipende dal paese in cui siete.

Partiamo dal Regno Unito,

visto che siamo qui oggi.

Il consumo di energia del Regno Unito,

il consumo totale di energia, non solo del trasporto, ma tutto,

mi piace quantificarlo in lampadine.

È come se avessimo tutti 125 lampadine complessivamente,

da 125 kilowattora al giorno per persona;

questo è il consumo di energia del Regno Unito.

Quindi l'equivalente di 40 lampadine per il trasporto,

40 lampadine per il riscaldamento,

e l'equivalente di 40 lampadine di elettricità,

e altre cose sono relativamente piccole

rispetto a queste tre.

È un'impronta più grande se prendiamo in considerazione

l'energia incorporata anche nelle cose che importiamo

nel nostro paese, e il 90 per cento di questa energia

oggi proviene ancora da combustibili fossili e solo il 10 per cento

da altre fonti, più verdi -- possibilmente più verdi --

come l'energia nucleare e le energie rinnovabili.

Quindi,

questo è il Regno Unito, e la densità della popolazione del Regno Unito

è di 250 persone a chilometro quadrato,

e ora vi mostrerò queste stesse due misure

per altri paesi.

Sull'asse verticale, vi mostrerò

quante lampadine -- qual è il consumo di energia

a persona, e siamo a 125 lampadine a persona,

e quel punto blu mostra l'area geografica

del Regno Unito,

e la densità della popolazione sull'asse orizzontale,

e siamo a 250 persone per chilometro quadrato.

Aggiungiamo i paesi europei in blu,

e vedete che c'è una gran diversità.

Dovrei sottolineare che questi assi

sono in scala logaritmica.
Passando da una barra grigia

a quella successiva si incrementa di 10 volte.

Poi, aggiungiamo l'Asia in rosso,

il Medio Oriente e il Nord Africa in verde,

l'Africa Sub-Sahariana in blu,

il nero è il Sud America,

il viola è l'America Centrale,

e poi in giallino ci sono il Nord America,

l'Australia e la Nuova Zelanda.

E vedete la grande diversità di densità della popolazione

e di consumo pro-capite.

I paesi sono diversi l'uno dall'altro.

In alto a sinistra abbiamo il Canada e l'Australia

con enormi aree, consumi pro-capite molto alti,

200 o 300 lampadine a persona,

e una densità di popolazione molto bassa.

In alto a destra, il Bahrain consuma la stessa quantità di energia

a persona del Canada, più o meno,

più di 300 lampadine a persona,

ma la densità della popolazione è 300 volte più alta,

1000 persone a chilometro quadrato.

In basso a destra, il Bangladesh ha la stessa densità

del Barhain ma consuma 1000 volte meno a persona.

In basso a sinistra, beh, non c'è nessuno.

Ma, un tempo c'era un sacco di gente.

Ecco un altro messaggio di questo grafico.

Ho aggiunto in blu l'andamento di Sudan, Libia,

Cina, India, Bangladesh.

Sono 15 anni di progressi.

Dov'erano 15 anni fa, e dove sono ora?

Il messaggio è che la maggior parte dei paesi si sposta verso destra,

e si sta spostando verso l'alto,

verso l'alto e verso destra -- maggiore densità

e maggiori consumi procapite.

Quindi, possiamo anche essere lassù nell'angolo in alto a destra,

un po' insolito, il Regno Unito affiancato da

Germania, Giappone, Corea del Sud, Paesi Bassi,

e una serie di paesi abbastanza strani,

ma molti altri paesi ci stanno arrivando

e si stanno unendo a noi in alto a destra,

quindi siamo un'immagine, se volete, di quello che potrebbe essere

il futuro consumo di energia anche in altri paesi.

Ho anche aggiunto in questo grafico alcune linee rosa

che vanno verso il basso e verso destra.

Queste sono le linee di equo consumo di energia

per unità geografica, che misuro in watt per metro quadrato.

Quindi per esempio, la linea qui in mezzo,

0,1 watt per metro quadrato, è il consumo di energia

per unità geografica di Arabia Saudita, Norvegia, Messico, in viola,

e Bangladesh 15 anni fa,

e la metà della popolazione mondiale vive in paesi

che sono già al di sopra di questa linea.

Il Regno Unito consuma 1,25 watt

per metro quadrato.

Così anche la Germania, e il Giappone consuma un po' di più.

Ora diciamo

perché tutto questo è rilevante.
Perché è rilevante?

Possiamo misurare le energia rinnovabili con le stesse unità di misura

e altre forme di produzione di energia con le stesse unità di misura,

e le energie rinnovabili sono una delle idee principali

per abbandonare il 90 per cento delle nostre abitudini legate ai combustibili fossili.

Ecco qui alcune energie rinnovabili.

I biocombustibili producono mezzo watt per metro quadrato

nei climi europei.

Cosa significa? Potreste aver anticipato

il risultato, considerando quello che ho detto sulle piantagioni di biocombustibili

un attimo fa.

Consumiamo 1,25 watt per metro quadrato.

Questo significa che anche se coprissimo

l'intero Regno Unito con coltivazioni di biocombustibili,

non riusciremmo a far fronte ai consumi energetici di oggi.

L'energia eolica produce un po' di più,

2,5 watt per metro quadrato, ma è solo il doppio

di 1,25 per metro quadrato,

quindi significa che se volessimo letteralmente produrre

il consumo totale di energia, mediamente in tutte le forme

con parchi eolici, avremmo bisogno di parchi eolici sulla metà del Regno Unito.

E comunque ho dati a sostegno di queste affermazioni.

Poi, guardiamo l'energia solare.

I pannelli solari, quando li mettete su un tetto,

producono circa 20 watt per metro quadrato in Inghilterra.

Se volete veramente ottenere molto dai pannelli solari,

dovete adottare il metodo di coltivazione tradizionale bavarese

in cui oltre ai tetti coprite la campagna

con pannelli solari.

Parchi solari, a causa degli spazi tra i pannelli,

producono di meno. Producono circa 5 watt

a metro quadrato di terreno.

Ed ecco un parco solare nel Vermont, con dati veri,

che producono 4,3 watt a metro quadrato.

Ricordate dove siamo, 1,25 watt a metro quadrato,

parchi eolici 2,5, parchi solari circa 5.

Quindi, qualunque di queste energie prendiate,

il messaggio è, qualunque mix di queste energie rinnovabili

usiate, se volete produrre energia per il Regno Unito con queste,

dovrete coprire qualcosa come

20 o 25 per cento del paese

con queste energie rinnovabili.

E non sto dicendo che sia una pessima idea.

Dobbiamo solo capire i numeri.

Non sono assolutamente contro le rinnovabili.
Adoro le rinnovabili.

Ma sono anche a favore della matematica.
(Risate)

Concentrare i pannelli solari nei deserti produce

più energia per unità geografica, perché non avete

problemi di nuvole,

e quindi questo impianto produce 14 watt per metro quadrato,

questo produce 10 watt per metro quadrato,

e questo in Spagna 5 watt per metro quadrato.

Ad essere generosi e concentrare i pannelli solari,

credo che sia assolutamente credibile che possano produrre 20 watt

a metro quadrato. Quindi va bene.

Certo, la Gran Bretagna non ha deserti.

Non ancora.
(Risate)

Quindi ecco la sintesi fino ad ora.

Tutte le rinnovabili, per quanto le adori, sono limitate.

Producono tutte poca energia per unità geografica,

e dobbiamo accettare questo fatto.

Questo significa che se volete che le rinnovabili

facciano la differenza in un paese

come il Regno Unito sulla base dei consumi attuali

dovete immaginare degli impianti di rinnovabili

adatte al paese, non l'intero paese

ma una frazione del paese, una frazione importante.

Ci sono anche altre opzioni per generare energia

che non coinvolgono i combustibili fossili.

C'è l'energia nucleare, e in questa cartografia

vedete che c'è un Sizewell B

all'interno di un chilometro quadrato blu.

È un gigawatt in un chilometro quadrato,

che produce 1000 watt per metro quadrato.

Quindi, secondo questa misura, l'energia nucleare

non è intrusiva come le energie rinnovabili.

Certo, contano anche altre misure, e l'energia nucleare

ha tutta una serie di problemi di popolarità.

Ma lo stesso vale per le energie rinnovabili.

Questa è una foto nel pieno di un esercizio di consultazione

a Penicuik una cittadina appena fuori da Edimburgo,

e vedete i bambini di Penicuik che festeggiano

il rogo dell'effigie del mulino a vento.

La gente è contro qualunque cosa, e dobbiamo

pensare a tutte le opzioni.

Cosa può fare un paese come il Regno Unito sul lato dell'approvvigionamento?

Direi che le opzioni sono queste tre:

energie rinnovabili, e riconoscere che devono essere

a misura di paese;
le energie rinnovabili di altri,

quindi potremmo tornare e parlare molto educatamente ai paesi

nella parte in alto a sinistra del grafico e dire,

"Uh, non vogliamo le rinnovabili nei nostri giardini,

ma per favore, potete metterle nei vostri?"

Ed è un'opzione seria.

È un modo per il mondo di affrontare il problema.

Paesi come l'Australia, la Russia, la Libia, il Kazakistan,

potrebbero essere i nostri migliori amici per la produzione di rinnovabili.

E una terza opzione è l'energia nucleare.

Questo sul lato dell'approvvigionamento.

In aggiunta alla leve che possiamo spingere sul lato dell'approvvigionamento,

e ricordate, abbiamo bisogno di grandi quantità,

perché per il momento,

otteniamo il 90 per cento dell'energia da combustibili fossili.

Oltre a queste leve, potremmo parlare di altri modi

di risolvere il problema, per esempio, potremmo ridurre la domanda,

e questo significa ridurre la popolazione

-- non sono certo di come farlo --

o ridurre il consumo procapite.

Parliamo di altre tre leve

che potrebbero veramente aiutare sul lato consumi.

Primo, il trasporto. Questi sono i principi fisici che vi dicono

come ridurre il consumo di energia nei trasporti,

e la gente dice spesso,
"Oh, certo la tecnologia ha una risposta per tutto.

Possiamo costruire veicoli che sono centinaia di volte più

efficienti." Ed è quasi vero.
Vi faccio vedere.

Il consumo di energia di un tipico mezzo come questo

è di 80 chilowattora a chilometro per cento persone.

Questa è l'auto europea media.

80 chilowattora. Possiamo fare qualcosa che sia 100 volte

migliore applicando quei principi fisici che vi ho appena elencato?

Sì. Ecco qui.
È una bicicletta. È 80 volte migliore

in termini di consumo di energia, ed è alimentata da biocombustili, dai Weetabix.

(Risate)

E ci sono altre opzioni nel mezzo, perché forse

la proprietaria di quel mezzo direbbe, "No, no, no,

è un cambio di stile di vita.
Non cambiate il mio stile di vita, per favore."

Bene, potremmo convincerla a prendere il treno,

che è comunque più efficiente di un'auto,

ma potrebbe essere un cambio di stile di vita,

o c'è l'auto ecologica, in alto a sinistra.

Accoglie comodamente un adolescente

ed è più piccola di un cono stradale,

ed è efficiente quasi quanto una bicicletta

finché guidate a 25 chilometri all'ora.

Nel mezzo, magari ci sono opzioni più realistiche

per questa leva, la leva del trasporto,
ci sono i veicoli elettrici,

le bici elettriche e le auto elettriche sono a metà strada,

magari quattro volte più efficienti energeticamente

del normale mezzo a benzina.

Poi c'è la leva del riscaldamento.

Il riscaldamento rappresenta un terzo del consumo energetico della Gran Bretagna,

e molto va nelle case

e in altri edifici per il riscaldamento degli spazi e dell'acqua.

Questa è una tipica, schifosa casa britannica.

È casa mia, con la Ferrari parcheggiata davanti.

Cosa possiamo fare?

Le leggi della fisica sono scritte lì,

e descrivono come il consumo di energia

per il riscaldamento dipenda
dalle cose che si possono controllare.

Le cose che si possono controllare sono la differenza di temperatura

tra l'interno e l'esterno e c'è questa meravigliosa

tecnologia chiamata termostato.

Lo afferrate, lo ruotate verso sinistra,

e il vostro consumo di energia in casa diminuisce.

Ho provato. Funziona.
Qualcuno lo chiama cambio di stile di vita.

Potete anche chiamare un muratore per ridurre la permeabilità

dell'edificio -- mettere isolanti nei muri, isolanti sul tetto,

una nuova porta e così via,

e la triste verità è che farà risparmiare soldi.

Non è triste, va bene, ma la triste verità è che

riduce la dispersione dall'edificio solo del 25 per cento,

se fate queste cose, che sono buone idee.

Se volete veramente avvicinarvi agli standard

degli edifici svedesi con un'orribile casa come questa,

dovete mettere un isolamento esterno all'edificio

come mostrato in questo quartiere di Londra.

Potete anche distribuire calore in maniera più efficiente usando le pompe di calore

che usano minori quantità di energia come l'elettricità

per spostare il calore dal giardino alla casa.

La terza opzione dal lato della domanda di cui voglio parlare,

il terzo modo per ridurre il consumo di energia è

monitorare i vostri consumi.

La gente parla molto di rilevatori intelligenti,

ma lo potete fare da soli.

Utilizzate gli occhi e siate intelligenti, monitorate i consumi,

e se siete un minimo come me, vi cambierà la vita.

Ecco un grafico che ho fatto.

Stavo scrivendo un libro sull'energia sostenibile,

e un amico mi ha chiesto, "Quanta energia usi

a casa?"
Ed ero imbarazzato. Non lo sapevo.

Così ho cominciato a monitorarla ogni settimana,

e la lettura del vecchio misuratore la si vede

nella parte alta del grafico, e poi il 2007

lo si vede in verde in basso, e questo è quando

monitoravo il rilevatore ogni settimana, e la mia vita è cambiata,

perché ho cominciato a fare esperimenti e a vedere

quello che faceva la differenza.
Il mio consumo di gas

è precipitato perché ho cominciato a trafficare

con il termostato e il timer dell'impianto di riscaldamento,

e ho abbattuto la bolletta del gas di più della metà.

Per il consumo di elettricità la storia è simile:

spegnere il lettore DVD, l'impianto stereo,

le periferiche del computer che erano sempre accesi,

e semplicemente accendendoli quando necessario,

ha abbattuto di un altro terzo la mia bolletta dell'elettricità.

Quindi abbiamo bisogno di un piano su vari fronti,
e vi ho descritto

sei grandi leve, e dobbiamo agire pesantemente perché

prendiamo il 90% dell'energia da combustibili fossili,

e quindi dobbiamo spingere sulla maggior parte di queste leve, se non tutte.

E la maggior parte di queste leve hanno problemi di popolarità,

e se c'è una leva che non vi piace usare,

per favore tenete a mente che dovete agire

con maggior forza sulle altre leve.

Sono un forte sostenitore di una maggiore discussione

basata su numeri e fatti e voglio concludere

con questa mappa che visualizza

i requisiti di un territorio per arrivare a

solo 16 lampadine a persona

da 4 delle grandi risorse possibili.

Se volete arrivare a 16 lampadine,
ricordate,

oggi il nostro consumo totale equivale a 125 lampadine.

Se volete arrivare a 16 dall'energia eolica,
questa mappa visualizza una soluzione

per il Regno Unito.
Ha 160 parchi eolici,

ogni 100 chilometri quadrati,

che sarebbe 20 volte superiore

alla quantità di parchi eolici di oggi.

Energia nucleare:
per arrivare a 16 lampadine a persona, avete bisogno

di due gigawatt per ogni punto viola sulla mappa.

È un aumento di quattro volte

rispetto ai livelli di energia nucleare odierni.

Biomassa:
per arrivare a 16 lampadine a persona, avete bisogno

di un'area che sia grande tre volte il Galles,

che sia nel nostro paese o nel paese di qualcun altro,

magari l'Irlanda, magari altrove.
(Risate)

E una quarta opzione di approvvigionamento:
concentrare l'energia solare

nei deserti di altri paesi,

se volete arrivare all'equivalente di 16 lampadine,

allora parliamo di questi 8 esagoni

in basso a destra.

L'area totale di questi esagoni

equivale a due volte la Grande Londra nel Sahara di qualcun'altro,

e avrete bisogno di cavi elettrici che attraversino la Spagna

e la Francia per portare l'energia dal Sahara al Surrey.

Abbiamo bisogno di un piano su più fronti.

Dobbiamo smettere di urlare e cominciare a parlare,

e se possiamo avere una conversazione da adulti,

fare un piano su vari fronti e cominciare a costruire,

magari questa rivoluzione a basso consumo di carbonio

sarà divertente.
Grazie per la vostra attenzione.

(Applausi)