Nel contesto della massiccia attenzione rivolta al cambiamento climatico, le nazioni di tutto il mondo si sono impegnate a ridurre sostanzialmente e persino ad eliminare le proprie emissioni di carbonio entro il 2050. Il raggiungimento di questi obiettivi si basa su diverse tecnologie "verdi" che costituirebbero la base di un futuro sistema energetico . Come previsto, l'implementazione di massa di queste tecnologie incontrerà limiti fisici fondamentali che mettono in discussione la loro capacità di funzionare come sostituti dei loro equivalenti nell'attuale sistema energetico. Ponendo obiettivi fermi, le nazioni di tutto il mondo si sono impegnate a porre fine alle proprie emissioni di anidride carbonica entro il 2050 per offrire la certezza che un mondo migliore è realizzabile se solo la società implementa le politiche giuste e impiega le tecnologie corrette. Questa ipotesi è imprecisa, basata su una visione che è in contrasto con la natura.
A causa di inevitabili vincoli fisici, le future tecnologie verdi offrono poche promesse per il raggiungimento di economie di scala. Molti dei miglioramenti suggeriti per migliorare le loro prestazioni rimangono marginali e spesso comportano i costi ambientali di ulteriori requisiti energetici incorporati, un uso estensivo del suolo e una maggiore complessità dei materiali. Non è garantito che i risultati ottenuti in condizioni di laboratorio siano praticabili alla scala necessaria per fare una differenza significativa.
Gli sforzi per migliorare l'efficienza energetica rimangono essenziali, ma è improbabile che tali sforzi riducano il consumo energetico aggregato. I veicoli e gli elettrodomestici del 2050 saranno probabilmente più efficienti di quelli di oggi, ma proprio per la loro maggiore efficienza ce ne saranno molti di più. In quasi tutti gli scenari, la domanda globale di elettricità aumenterà da qui al 2050 e riduzioni significative delle emissioni di carbonio dovranno derivare da cambiamenti nella fornitura di energia primaria.
La visione tecnologica implicita negli impegni nazionali per un 2050 a emissioni zero presuppone che le società future saranno in grado di:
1) Raccogliere quasi tutta l'energia che la società utilizza direttamente da fonti naturali rinnovabili (sole, vento, correnti, onde, vegetazione);
2) Conservare grandi quantità di elettricità per lunghi periodi e
3) Raccogliere le molecole di anidride carbonica dai gas misti e smaltirle. Un'ulteriore ipotesi implicita è che i governi e i cittadini saranno disposti a pagare i costi delle esternalità ambientali indipendentemente dal loro costo, compresi i costi per evitare un disastro climatico previsto.
Le tecnologie progettate per catturare l'energia radiante del sole o l'energia cinetica del vento devono adattarsi alla casualità intrinseca di queste fonti. La tendenza della natura a favorire il disordine sull'ordine (cioè la seconda legge della termodinamica) complica l'obiettivo di estrarre energia netta da fonti che dipendono direttamente dalle condizioni meteorologiche. Inoltre, i dispositivi ingegneristici impiegati per convertire queste fonti in elettricità sono soggetti a leggi fisiche che ne limitano l'efficienza pratica convertendo effettivamente la radiazione solare e il movimento dell'aria in energia utile.
Secoli di ricerca di materiali chimicamente compatibili per una batteria in grado di immagazzinare energia significativa, caricarsi rapidamente, sostenere molti cicli di carica-scarica e farlo in modo sicuro e affidabile hanno prodotto batterie in grado di alimentare elettrodomestici ma ancora non adatte ad alimentare veicoli o reti elettriche . Le auto elettriche di oggi utilizzano una notevole quantità di energia per trasportare i propri pacchi batteria. Le batterie su larga scala richiedono enormi spese di capitale per apparecchiature che offrono ore, non giorni, di capacità di archiviazione. Enormi ricompense economiche attendono coloro che possono risolvere il puzzle tecnico di batterie sicure, affidabili e ad alta densità energetica, ma finora questo oggetto rimane sfuggente.
Il problema tecnico della rimozione affidabile delle molecole di anidride carbonica da un gas misto è stato risolto. Tuttavia, il processo di rimozione richiede un'energia significativa che riduce la quantità netta di energia utile generata durante la combustione di idrocarburi. Dopo decenni di ricerca e sviluppo, rimuovere la CO2 da un flusso di rifiuti post combustione richiede ancora il 20-30% dell'energia totale generata in condizioni ideali.
Un'ingegneria intelligente può affinare le sfide tecniche ma non può superare le forze fondamentali della natura. Le tecnologie proposte per soddisfare i futuri impegni energetici a emissioni zero si basano sulla manipolazione di materiali ed energia su scala sempre più microscopica. In genere, le tecnologie proposte si basano sull'utilizzo di sistemi di controllo sofisticati o materiali altamente ingegnerizzati che migliorano i risultati di efficienza. Tuttavia, anche i progressi su scala pilota nelle tecnologie dell'energia verde possono offrire poche prove del loro successo quando vengono portati alla produzione e al consumo di massa, poiché le stesse tolleranze rigorose e condizioni controllate diventano più difficili da raggiungere.
Le tecnologie di successo potrebbero non avere successo all'istante e devono emergere nel tempo, ma il loro successo non può essere imposto dalle decisioni del governo o dai mandati dei piani quinquennali. Le tecnologie ampiamente diffuse in genere sfruttano solidi principi scientifici a beneficio degli esseri umani a cui sono destinati. Offrono vantaggi economici aggiungendo valore a beni e servizi per i quali i consumatori sono disposti a pagare. Di solito si basano su alcuni fenomeni scientifici che possono essere migliorati attraverso la diligenza degli ingegneri per innovare nell'applicazione. Ad esempio, gli ingegneri hanno imparato a controllare il modo in cui bruciamo i combustibili per creare condizioni ottimali per una generazione e un trasporto di calore efficienti nelle centrali elettriche, nelle case e nei veicoli. La storia della crescita nell'elaborazione e nella comunicazione digitale si basa allo stesso modo sullo sfruttamento ripetuto dei principi di base della fisica dello stato solido con sempre maggiore abilità ingegneristica.
La fiducia che le tecnologie verdi possano scalare per dominare i sistemi energetici nazionali rimane basata più sulle affermazioni di marketing che sull'esperienza operativa dimostrata. Gli obiettivi nazionali fissati per il 2050 rappresentano una sfida tecnologica suprema per ridurre le ricadute ambientali e aumentare gli standard di vita per miliardi di persone in tutto il mondo. Né le nazioni ricche né quelle povere possono permettersi di investire in tecnologie che ottengono benefici discutibili a scapito di servizi energetici accessibili e affidabili per i propri cittadini. Le tecnologie che non scalano sono destinate a rimanere tecnologie boutique, competenza dei ricchi, attivisti ambientali e politici che se ne appropriano per fare promesse vuote.
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