Questo articolo è tratto da WE-World Energy n. 46 – Water stories  

Energia e acqua sono sempre state strettamente interrelate; l’acqua è necessaria per tutte le fasi della produzione energetica e l’energia è essenziale per l’approvvigionamento idrico, il trattamento delle acque reflue e la desalinizzazione. Il modo in cui tale nesso viene gestito è estremamente importante per la comunità energetica, considerate le sue implicazioni per la transizione verso un percorso a basse emissioni di carbonio, la sicurezza energetica e il raggiungimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDG).  

L’analisi condotta dall’International Energy Agency (IEA) ha rilevato che il settore energetico preleva circa 340 miliardi di metri cubi (mc) di acqua, definiti come volume di acqua rimossa da una fonte, e consuma approssimativamente 50 miliardi mc, volume prelevato ma non reimmesso nella fonte.  Queste cifre corrispondono al 10 percento dei prelievi idrici totali globali e al 3 percento del consumo. Sebbene la quota del settore energetico sia relativamente bassa, si prevede un aumento nelle domande di risorse idriche: entro il 2050 la domanda idrica globale potrebbe registrare un incremento del 30 percento (UN Water, 2019). 

Sull’altro versante della correlazione energia-acqua, l’IEA ha osservato che il settore idrico utilizza quasi lo stesso quantitativo di energia dell’Australia. L’utilizzo avviene principalmente sotto forma di elettricità (850 terawatt ore, TWh), destinata soprattutto all’approvvigionamento idrico e al trattamento delle acque reflue, e rappresenta il 4 percento circa del consumo globale di elettricità. Inoltre, all’incirca 50 milioni di tonnellate equivalenti di petrolio di energia termica sono utilizzate per la desalinizzazione e le pompe diesel impiegate per l’irrigazione.

Con l’aumentare sia della domanda energetica che di quella idrica, diventa sempre più importante comprendere il nesso acqua-energia per evitare conseguenze indesiderate, prevedere eventuali problemi e attuare politiche, tecnologie e pratiche che tengano in dovuta considerazione i rischi associati e ottimizzino le sinergie.

Benché la transizione energetica possa offrire significativi benefici ambientali, i combustibili o le tecnologie utilizzati per attuare tale transizione, se non gestiti adeguatamente, possono esacerbare o introdurre uno stress idrico in base al luogo, alla disponibilità di acqua e agli utilizzatori che si contendono le risorse. Allo stesso modo, la carenza d’acqua potrebbe limitare le opzioni disponibili per diminuire le emissioni di carbonio. Questo perché sebbene alcune tecnologie a basse emissioni di carbonio, come l’eolico e il solare fotovoltaico, richiedano volumi d’acqua molto ridotti, ve ne sono altre, per esempio i biocombustibili, l’energia solare concentrata (CSP), la cattura del carbonio, l’utilizzo e lo stoccaggio di energia nucleare, a intensità idrica relativamente elevata. Ciò sottolinea l’importanza di inserire l’utilizzo dell’acqua in tutte le decisioni che riguardano le politiche energetiche.

L’analisi dell’IEA, che ha valutato le esigenze idriche future in vari potenziali scenari energetici, ha rilevato che un approccio integrato incentrato sulla lotta contro il cambiamento climatico, sull’accesso energetico per tutti e sulla riduzione degli effetti dell’inquinamento atmosferico (il “Sustainable Development Scenario”, scenario di sviluppo sostenibile) porterebbe nel 2030 a un calo dei prelievi idrici rispetto alla situazione attuale (vedi Figura 1). I fattori determinanti sono un maggiore impiego dell’energia solare fotovoltaica ed eolica, l’abbandono della produzione di elettricità a partire dal carbone e una maggiore attenzione all’efficienza energetica.  Di conseguenza, nel Sustainable Development Scenario si prevede che nel 2030 i prelievi saranno di gran lunga inferiori rispetto a quelli che si registrerebbero in uno scenario basato sulle tendenze e sulle politiche attuali (lo “Stated Policies Scenario”, scenario delle politiche annunciate).

Invece il consumo di acqua da parte del settore energetico aumenta in entrambi gli scenari rispetto alla situazione attuale (Figura 2). L’aumento del consumo nel Sustainable Development Scenario è sostenuto dal passaggio a un maggiore utilizzo di torri evaporative di raffreddamento nel settore elettrico, un aumento del nucleare e un impiego più intensivo di biocarburanti nei trasporti. Inoltre, in questo scenario il consumo rappresenta una percentuale maggiore dei prelievi idrici del settore energetico (26 percento). Sebbene i prelievi idrici siano il primo limite per la produzione energetica a fronte di una disponibilità di acqua ridotta, il consumo idrico riduce la quantità complessiva di acqua disponibile per soddisfare tutti gli utenti.

La carenza idrica ha già delle conseguenze sulla produzione e l’affidabilità energetiche; ulteriori limitazioni potrebbero mettere in discussione la sostenibilità fisica, economica e ambientale di progetti futuri. D’altro canto, una diminuzione delle risorse di acqua dolce può condurre a un maggiore utilizzo di fonti di approvvigionamento idrico ad alto consumo energetico, come ad esempio la desalinizzazione. Ognuna di queste opzioni ha delle potenziali implicazioni riguardo alla sicurezza energetica. 

Numerosi paesi sono già sottoposti a un certo grado di stress idrico e vi è una crescente incertezza sulla disponibilità futura di acqua e sugli effetti che il cambiamento climatico produrrà sulle risorse idriche. Si prevede che il cambiamento climatico modificherà la frequenza, l’intensità, la stagionalità e la quantità delle precipitazioni, così come la temperatura delle risorse, con conseguenze sia sulle infrastrutture energetiche che su quelle idriche. 

Diversi paesi che sono già grandi consumatori di energia, come l’India, la Cina e gli Stati Uniti, potrebbero scoprire che i loro piani per aumentare la generazione di energia, almeno in alcune parti del paese, dipenderanno dalla disponibilità idrica.  Episodi di siccità e penuria d’acqua hanno già avuto ripercussioni sulle centrali termoelettriche dell’India: nel 2016 l’India ha perso 14 terawattore (TWh) di generazione termoelettrica a causa della carenza idrica. L’aumento delle temperature potrebbe anche comportare che alcune centrali elettriche non siano più in grado di rispettare le normative relative alle temperature per lo scarico delle acque. In questa situazione, i piani di produzione di energia basati su tecnologie a consumo idrico più intenso dovranno tenere conto della disponibilità presente e futura di acqua al momento di scegliere le sedi per le centrali e le tecnologie di raffreddamento e, ove possibile, dovranno utilizzare fonti idriche alternative. 

L’energia idroelettrica, che svolge un ruolo importante nei piani di decarbonizzazione di numerosi paesi, è particolarmente vulnerabile agli effetti climatici.  L’energia idroelettrica rappresenta il 22 percento della produzione di energia elettrica in Africa, mentre rappresenta il 16 percento della sua produzione a livello globale. Il cambiamento climatico ha già avuto un impatto negativo sulla capacità della più grande centrale idroelettrica dello Zambia, causando dei blackout nella fornitura di elettricità.

L’aumento della domanda idrica, unitamente alla crescente incertezza relativa all’approvvigionamento idrico, potrebbe indurre molti paesi a ricorrere alla desalinizzazione per cercare di ridurre la discrepanza tra prelievi di acqua dolce e approvvigionamento sostenibile. Questo comporterebbe dei costi in termini energetici. Si pensi al Medio Oriente: attualmente la desalinizzazione rappresenta solo il 3 percento dell’approvvigionamento idrico di questa regione, ma rappresenta il 5 percento del suo consumo energetico totale. Secondo lo Stated Policies Scenario, entro il 2040 la desalinizzazione fornirà circa un quarto dell’approvvigionamento idrico della regione e costituirà quasi il 15 percento del consumo energetico totale finale. Un utilizzo più efficiente dell’acqua e il contrasto delle perdite idriche dovute a fuoriuscite, scoppi e furti dalle tubazioni possono aiutare a mitigare l’incremento della domanda energetica e ad aumentare la disponibilità idrica. Se tutti i paesi riuscissero a ridurre le perdite idriche fino al livello che si osserva nei paesi con le migliori prestazioni, oggi si potrebbe risparmiare l’equivalente dell’intero fabbisogno elettrico annuo della Polonia.

Oltre 2,1 miliardi di persone non hanno accesso ad acqua potabile sicura. Oltre metà della popolazione mondiale non ha accesso a servizi igienico-sanitari adeguati. Oltre un terzo di essa soffre di carenza idrica. E circa l’80 percento delle acque reflue viene scaricato senza essere trattato, aumentando i livelli già problematici di inquinamento delle acque. L’energia costituisce un elemento essenziale della soluzione a queste sfide, e l’analisi dell’IEA, nel suo Sustainable Development Scenario, mostra che entro il 2030 il conseguimento dell’accesso universale all’acqua pulita e a servizi igienico-sanitari aumenterebbe la domanda energetica globale di meno dell’1 percento.

Osservando gli SDG attraverso un’ottica integrata, emergono numerose sinergie, in particolare tra SDG 6 (acqua pulita e servizi igienico-sanitari per tutti) e SDG 7 (energia per tutti). Nelle zone rurali quasi due terzi degli abitanti che non hanno accesso all’elettricità sono anche esclusi dall’accesso all’acqua potabile pulita (Figura 3). Di conseguenza, tenere conto delle esigenze di approvvigionamento idrico nel pianificare la fornitura di elettricità può aprire nuove strade per entrambe le risorse e ridurre il costo dell’elettricità per le abitazioni.  La produzione di biogas a partire dai rifiuti può promuovere sistemi di cottura più puliti nelle case che attualmente si basano sull’utilizzo di legna e carbone. Se la gestione delle acque reflue nelle aree urbane richiede nuove infrastrutture, l’integrazione dell’aspetto energetico fin dall’inizio può produrre un impatto significativo sull’impronta energetica e sulle emissione di gas a effetto serra del settore delle acque reflue. Inoltre, sfruttando l’energia contenuta nelle acque reflue, si potrebbe produrre energia a partire dalle acque di scarto.

Detto questo, fornire l’accesso è solo il primo passo; ciò che è imperativo è assicurare che tale accesso sia affidabile, sostenibile e ampliabile per soddisfare la crescente domanda conseguente all’aumento della popolazione e per innalzare la qualità della vita. Laddove i servizi idrici rappresentano una garanzia per la produzione di energia, l’adozione di un approccio integrato all’acqua e all’elettricità potrebbe spostare l’interesse verso soluzioni mini-grid o grid-connected, anziché verso soluzioni off-grid. Inoltre, guardando oltre il livello domestico, la fornitura di energia e acqua per scopi produttivi, come in agricoltura, può promuovere opportunità economiche e fornire alle organizzazioni una motivazione commerciale più forte per investire nelle relative infrastrutture.

L’SDG 6 mira anche ad assicurare un uso più efficiente dell’acqua. Sebbene la quota di utilizzo totale dell’acqua del settore energetico a livello globale sia relativamente bassa, essa potrebbe essere ridotta ulteriormente. Differenti mix di combustibili e tecnologie, centrali elettriche più efficienti, l’impiego di sistemi di raffreddamento avanzati e un migliore utilizzo delle acque non dolci e del riciclaggio dell’acqua possono non solo aiutare il settore energetico a migliorare la propria efficienza nell’uso dell’acqua e contribuire al raggiungimento dell’SDG 6, ma anche a rinforzare la sua resilienza nei confronti del cambiamento climatico.

L’acqua non deve necessariamente essere un fattore limitante per il settore energetico e un aumento della domanda idrica non deve essere accompagnato da un pari incremento della domanda energetica. Tuttavia, per contrastare il cambiamento climatico, potenziare la sicurezza energetica e assicurare progressi verso il raggiungimento degli SDG sarà indispensabile tenere conto della stretta correlazione tra energia e acqua.  

La buona notizia è che molte delle politiche e tecnologie necessarie per ridurre la domanda idrica ed energetica e risolvere i punti critici esistono già. Per esempio, adottare un approccio integrato nella definizione delle politiche energetiche e idriche, tenere in considerazione la disponibilità idrica attuale e futura nella scelta delle sedi delle centrali elettriche e delle tecnologie di raffreddamento, impiegare fonti idriche alternative per l’energia e migliorare l’efficienza di entrambi i settori.

Un approccio allo sviluppo coordinato tra le comunità dell’acqua e dell’energia potrebbe portare a compiere significativi passi avanti su alcuni dei problemi più radicati dei nostri tempi: fornire elettricità, sistemi di cottura sostenibili, acqua potabile pulita e servizi igienico-sanitari ai miliardi di persone che oggi ne sono escluse. Occorreranno modelli di business innovativi, una pianificazione intersettoriale e un quadro normativo adeguatamente strutturato che consenta l’eventuale integrazione di soluzioni decentralizzate nella rete elettrica. Inoltre, sarà essenziale predisporre mezzi di coordinamento e finanziamento per assicurare che siano disponibili le infrastrutture e le conoscenze tecniche e finanziarie necessarie e l’accesso ai mercati.

Lavora come analista energetica per il World Energy Outlook (WEO) presso l’International Energy Agency (IEA). Nell’ambito di questo incarico, è responsabile dell’analisi e del coinvolgimento della IEA sul nesso acqua-energia ed è stata co-responsabile del rapporto speciale  WEO-2017 sull’accesso all’energia.