Energy Trend: come la tecnologia sta plasmando il settore energy

Che la tecnologia stia plasmando il nostro presente e il nostro futuro è ormai un dato di fatto

Ma come l’adozione di nuove tecnologie impatterà su produzione, distribuzione e consumo di energia? Scopriamolo addentrandoci nei trend più promettenti

In un contesto dove la tecnologia è diventata ormai notizia da prima pagina, chi lavora nel settore dell’energia si interroga su quali saranno gli energy trend che plasmeranno il futuro di questo settore.

Trader, portfolio manager, gestori di impianti rinnovabili, originator, risk manager, marketer, product manager, devono fare i conti con una tecnologia sempre più pervasiva e un mercato sempre più competitivo.

I cambiamenti climatici, che siano insiti nella ordinaria natura mutevole del nostro pianeta, piuttosto che incentivati dall’attività antropica, sono un dato di fatto. Le persone sono sempre più attente su quelli che sono gli impatti delle proprie azioni sull’ambiente circostante.

La recente crisi energetica, che ha colpito pesantemente i mercati internazionali, ha costretto anche i più conservativi a mettere in discussione l’attuale filiera energetica, a partire dall’approvvigionamento fino ad arrivare alle logiche di pricing delle società di vendita al dettaglio.

La natura innovativa dell’industria energetica

Energia è sinonimo di innovazione, fin dai tempi più remoti. La scoperta del fuoco, la più primordiale forma di energia proveniente da risorse naturali per l’essere umano, ha tracciato il cammino evolutivo dei primi ominidi. La forza dirompente dei fiumi, antesignana dei moderni impianti idroelettrici, ha cullato le prime civiltà. Successivamente, è stata la volta del motore a combustione e della caldaia, che hanno propulso la Rivoluzione Industriale e le prime centrali elettriche, tutto nel giro di appena un secolo.

Il cammino della produzione e distribuzione di energia è costellato di scoperte scientifiche e tecnologiche che hanno cambiato il corso dell’umanità: basti pensare all’energia nucleare, allo sfruttamento delle risorse rinnovabili, alla mobilità elettrica, così come alla capillare distribuzione di energia su scala globale e i complicati algoritmi per gestire il bilanciamento energetico e l’approvvigionamento su scala nazionale.

L’avvento della tecnologia digitale, che possiamo collocare idealmente nell’ultimo ventennio, ha dato ulteriore slancio ai cambiamenti in atto, permettendo la costruzione di mercati energetici regolamentati, nuovi paradigmi di gestione del dato lungo la filiera energetica, l’adozione di sistemi di manutenzione predittiva e di controllo in ambiti estremamente sensibili come impianti e centrali elettriche.

L’accessibilità e diffusione delle nuove tecnologie, unita alla sempre maggior professionalità degli addetti ai lavori, permetterà una curva di adozione ancora più ripida e subitanea.

L’industria energetica è affamata di innovazione e in un mercato sempre più competitivo, liberalizzato, strutturato, solo le aziende che sapranno abbracciare questi energy trend potranno garantire la loro sopravvivenza.

Energy Trend #1: Rinnovabili

La sempre maggiore indipendenza dalla produzione di energia tramite fonti fossili (petrolio, gas, carbone) è una delle milestone del piano Net Zero 2050 propugnato da IEA – International Energy Agency, il principale organo mondiale in materia di definizione di strategie energetiche globali.

In tempi recenti, e precisamente in seguito al protrarsi del conflitto Russo-Ucraino, che ha visto la Russia imporre con la forza la propria politica energetica agli stati dell’Unione Europea, l’indipendenza da fonti fossili non è più solamente un tema ambientale, ma diventa un tema geopolitico, strategico, sovranista.

Come sottolineato dalla Banca di Investimento Europea (EIB – European Investment Bank):

The need to move fast along the decarbonisation path has now taken a whole new dimension, that of energy security or, more simply, independence and freedom. From a climate perspective, this is likely to be good news since the solutions are the same: boost renewable energies, foster innovation in new energy sources and carriers, make the best (and lowest) use of energy through energy efficiency.

La pressione data dal sempre più visibile impatto dei cambiamenti climatici (indiscutibili, a prescindere dall’eventuale dibattito sulle cause) e il rinnovato focus sulle politiche energetiche nazionali, ha portato anche a un notevole incremento degli investimenti nel settore R&D legato alle energie rinnovabili.

I governi stanno investendo incrementalmente in ricerca e lo sviluppo nel settore dell’energia.

Gli investimenti hanno raggiunto 40 miliardi di dollari nel 2022. Gli investimenti di venture capital nelle start-up cleantech & enertech hanno raggiunto un massimo storico nel 2021.

Inoltre, i governi stanno sostenendo importanti progetti di R&D come ad esempio la legge bipartisan sulle infrastrutture degli Stati Uniti, il Fondo per l’innovazione dell’UE, il Fondo per l’innovazione verde del Giappone e il 14° piano quinquennale della Cina. Con una crescente attenzione per l’industria pesante, l’idrogeno, il CCUS e altre tecnologie energetiche critiche (IEA 2022).

Il novero di tecnologie sviluppate in quest’ambito, che per estensione racchiude anche altre nicchie più specifiche come produzione di energia tramite idrogeno e micro rinnovabili, è strabiliante.

Le innovazioni

Tra le innovazioni a maggior impatto citiamo:

Batterie agli ioni di sodio per i veicoli elettrici e lo stoccaggio stazionario.

Un ciclo di produzione di batterie che non necessita di metalli pesanti e non richiede litio.

Produzione di acciaio tramite idrogeno.

Un processo di industria pesante che a oggi è l’unico in grado di produrre acciaio a emissione zero.

Evita l’utilizzo del carbone come elemento di riduzione del componente ferroso originario. Con un duplice impatto quindi in termine di impronta energetica: sia in input che in output.

Reattori nucleare modulari su scala ridotta

Reattori nucleari di ultima generazione che abbattono le criticità collegate agli impianti nucleari tradizionali.

Estrazione del litio dalla salamoia geotermica

Nella cosiddetta salamoia geotermica – il mix di sostanze disciolte nei vapori geotermali – c’è una quantità non trascurabile di litio. La cui estrazione permette di diversificare il processo estrattivo di tale materiale, vitale per l’utilizzo nella produzione di batterie.

Pompe di calore gestite virtualmente

Grazie a tecnologie di controllo avanzato, le pompe di calore in uso domestico possono essere gestite alla stregua di VPP (virtual power plants) e utilizzate per il bilanciamento della rete.

Energia eolica senza pale

I cosiddetti impianti “bladeless” possono essere la soluzione per la produzione di energia rinnovabile tramite energia eolica in contesti urbani o dove comunque lo spazio per l’impianto di una pala eolica tradizionale non sarebbe possibile.

Fotovoltaico 3.0

Le innovazioni che riguardano la generazione di energia elettrica da irraggiamento stanno facendo progressi importanti in termini di rendimento, efficienza, costi, circolarità degli impianti, permettendone un utilizzo capillare e sostenibile.

Energy Trend #2: Idrogeno

L’idrogeno sembra avere un ruolo sempre più centrale nel processo di decarbonizzazione. L’idrogeno verde permette di elettrificare unità produttive tradizionali rendendole a impatto zero.

Ma prima di tutto, cosa si intende con “idrogeno verde”? E quali sono quindi le altre tipologie di idrogeno?

Iniziamo con una precisazione: l’idrogeno (H) nella sua forma finale è certamente univoco. Quando l’idrogeno molecolare (H2) e l’ossigeno (O2) vengono combinati e lasciati reagire insieme, viene rilasciata energia. Le molecole di idrogeno e ossigeno si combinano tra loro andando a formare molecole di acqua (H2O) nel caso tipico.

La differenza quindi è meramente nel processo produttivo a monte. L’idrogeno è l’elemento più semplice e più abbondante nell’intero universo. Ma, per lo meno sul pianeta Terra, raramente esiste in forma gassosa e pertanto deve essere separato da altri elementi per essere utilizzato.

Le tipologie di idrogeno

Idrogeno Nero

Processo produttivo mediante estrazione da bitume. Dannoso in quanto la CO2 rilasciata non viene compensata. Pertanto è un processo inquinante netto.

Idrogeno Marrone

Processo produttivo mediante estrazione da carbone di lignite. Dannoso in quanto la CO2 rilasciata non viene compensata.  Anche questo è un processo inquinante netto.

Idrogeno Grigio

Processo produttivo mediante estrazione da gas naturale o metano. Emette una frazione della quota di CO2 rispetto ai processi Nero e Marrone. Tuttavia non è considerato del tutto sostenibile.

Idrogeno Blu

É tecnicamente definito idrogeno carbon neutral in quanto la CO2 generata nel processo di estrazione dal metano è catturata e stoccata. Tuttavia nel processo circa il 10% della quota di CO2 viene emessa nell’atmosfera.

Idrogeno Verde

Chiamato anche “idrogeno pulito”, viene prodotto utilizzando il surplus di energia da fonti rinnovabili. L’energia viene specificatamente utilizzata per generare un processo di elettrolisi e quindi scindere l’acqua in due atomi di idrogeno (H2) e uno di ossigeno (O).

Attualmente rappresenta circa lo 0,1% della produzione complessiva di idrogeno, ma si prevede un aumento con la continua diminuzione del costo delle energie rinnovabili. Inoltre la produzione di idrogeno verde permetterebbe di massimizzare la resa degli impianti rinnovabili durante le fasi di picco o di surplus energetico.

Molti settori, inoltre, vedono nell’idrogeno verde il modo migliore per armonizzare l’intermittenza delle rinnovabili – immagazzinando l’energia in eccesso nei momenti di bassa domanda per reimmetterla nella rete quando la domanda aumenta – e al contempo decarbonizzare i settori chimico, industriale e dei trasporti.

La peculiarità più interessante dell’idrogeno è quella di essere una fonte energetica primaria, pertanto il cui utilizzo si plasma facilmente negli utilizzi più disparati e specifici: industria, trasporti, nautica, chimico. Potrebbe giocare un ruolo sempre più chiave nel futuro dell’energia, sebbene a oggi le tecnologie sottostanti necessitino ancora di scalare a un livello di apprezzabilità.

Energy Trend #3: Nucleare

#3.1 SMRs & ASMRs

I piccoli reattori modulari avanzati (Advanced Small Modular Reactors, ASMRs) sono reattori nucleari di ultima generazione.

Hanno una capacità di potenza di 300MW/u, circa un terzo della capacità di generazione dei reattori nucleari tradizionali. Come noto per quanto riguarda la produzione di energia nucleare, anche gli SMRs possono produrre notevoli quantità di energia elettrica a basse emissioni di carbonio.

Gli SMRs si definiscono tali in quanto:

• Dimensioni: sono SMALL ossia fisicamente occupano una frazione della dimensione di un reattore tradizionale.
• Costruzione: sono MODULARI ossia permettono di assemblare componenti e sistemi direttamente negli ambienti produttivi e di trasportarli in sicurezza e efficienza sul sito di installazione.
• Energia: prevedono un REATTORE ossia l’uso di fissione nucleare per generare calore e produrre energia.

Gli SMRs sono oggetto di forti investimenti in diverse regioni del pianeta e numerosi i brevetti che si susseguono in tale ambito.

Si stima che proprio questa decade – 2020 to 2030 – possa essere l’epoca dell’adozione in scala di tali micro-reattori. Gli SMRs potrebbero ridare lustro al tema della generazione nucleare, negativamente impattante a causa della risonanza mediatica dei pur sporadici incidenti accaduti nel corso dell’era contemporanea.

#3.2 Fusione nucleare

Le centrali nucleari attuali producono energia mediante un processo noto come fissione. Il termine fissione è stato derivato dal processo di fissione binaria, noto in biologia come l’iter di divisione delle cellule.

Nella fissione nucleare un isotopo di uranio radioattivo instabile è bombardato da neutroni ad altissima velocità. Questo impatto causa la fissione dell’isotopo radioattivo e sprigiona un considerevole ammontare di energia. Tale energia poi viene usata secondo un processo di generazione energetica tradizionale, ossia riscaldando una caldaia di acqua, generando vapore e quindi elettricità mediante turbine.

La fissione è un processo a catena in quanto lo scontro tra neutrone e isotopo d’uranio genera altri neutroni che a loro volta diventano proiettili. Tuttavia il processo è controllato. Il materiale coinvolto in questo processo diventa fortemente radioattivo e da qui derivano i problemi di gestione e smaltimento noti.

La fusione nucleare invece avviene quando due isotopi di bassa massa, tipicamente isotopi di idrogeno, si uniscono in condizioni di estrema pressione e temperatura. Insieme a ciò, viene rilasciata un’enorme quantità di energia, pari a diverse volte quella prodotta dalla fissione. La fusione nucleare non è facilmente attivabile e tantomeno controllabile, pertanto tale tecnologia è citabile solo in fase sperimentale.

Tuttavia il grandissimo ammontare di energia rilasciata dal processo di fusione unito al basso output di materiale radioattivo generato lo rendono un canale promettente per il futuro della generazione di energia su larga scala e sostenibile.

Energy Trend #4: CER

Le CER, Comunità Energetiche Rinnovabili, costituiscono una coalizione di utenti che tramite la volontaria adesione a un contratto collaborano con l’obiettivo di produrre, consumare e gestire l’energia attraverso uno o più impianti energetici rinnovabili localmente installati.

Seppur con molteplici sfaccettature e distingui, le CER sono accumunate dall’obiettivo di fornire energia rinnovabile a un prezzo accessibile ai propri membri, mantenendo il controllo totale sulla filiera energetica e svincolarsi dalla logica economico-produttiva imposta forzosamente da una società energetica tradizionale.

Una CER si fonda su due principi cardine, decentralizzazione e localizzazione.

Decentralizzazione in quanto si assiste a un approccio federato alla produzione di energia. Tanti piccoli centri di produzione e consumo (prosumer) connessi alla rete nazionale ma indipendenti dai poli produttivi primari (centrali elettriche).

Localizzazione in quanto il ciclo di vita dell’energia avviene localmente. Produzione, scambio, consumo, valorizzazione economica.

Immediato il richiamo alla logica Peer To Peer (P2P) resa famosa nell’ambito informatico da piattaforme quali Napster e Emule e che, in parte, ne condivide lo spirito (senza certamente volerne richiamare gli aspetti legati a infrazioni legali e della proprietà intellettuale).

Si stima che entro il 2050, 264 milioni di cittadini dell’Unione Europea si uniranno al mercato dell’energia come prosumer, generando fino al 45% dell’elettricità rinnovabile complessiva del sistema (ENEA 2020).

Il contesto regolatorio è in costante mutamento ed evoluzione, in quanto come spesso accade in ambiti innovativi, la pratica anticipa e il regolatore insegue. Tuttavia la pressione comunitaria sembra far ben sperare verso l’adozione di una normativa che non soffochi la volontà realizzativa dei prosumer.

Le CER sono particolarmente rilevanti anche per il forte traino tecnologico che ne consegue, ad esempio in materia di metering, pagamenti, misurazione, piattaforme digitali e dashboard in genere. Un vero e proprio volano per l’innovazione.

Energy Trend #5: Blockchain

Diversi processi sottostanti il ciclo di vita dell’energia si basano su tracciamento delle informazioni, loro rapida e trasparente verificabilità, e loro interoperabilità in contesti digital-native.

Questo è un caso d’adozione principe per la blockchain.

La blockchain, ricordiamo, è un libro mastro (distributed ledger) che raccoglie un numero di record (block) crescente e tra loro collegati mediante hash crittografici. Ogni blocco contiene un hash crittografico del blocco precedente (chain), un timestamp, e il record di dati della transazione in esso registrata (puoi approfondire attraverso la sezione dedicata sul nostro blog).

In particolare la blockchain si mostra di interesse in processi quali:

• Smart metering.
• Comunità energetiche rinnovabili (CER).
• Servizi di dispacciamento e misura.
• Certificazione di origine e produzione di rinnovabili.
• Mobilità elettrica.

La tecnologia blockchain potrebbe giocare un ruolo preponderante nel quadro energetico del futuro, abilitando soluzioni innovative e decentralizzate legate specialmente alla produzione di energia federata.

Aziona è in prima posizione in quest’ambito, con un prodotto in fase di prototipazione. Scoprilo qui.

Energy Trend #6: Artificial Intelligence

Il 2023 è stato senza dubbio l’estate dell’AI. Dopo un decennio di relativo silenzio, per lo meno a livello mainstream, l’ondata di applicazioni derivanti dal rilascio di modelli come GPT-4 e Bard è stato esponenziale.

Oggi diversi esperti non esitano a affermare che l’avvento dell’AI di massa sancirà un punto di rottura con il passato pari a quella che è stata la diffusione di internet. Forbes stima una crescita del settore pari al +50% YoY entro il 2024.

Il settore energy non è immune da questo trend. Come sancito nelle premesse, l’industria è affamata di innovazione e soluzioni tecnologiche.

Gli ambiti di applicazione sono molteplici. I più eclatanti:

• Manutenzione predittiva di impianti e reti di distribuzione.
• Previsione di curve di consumo e produzione.
• Previsione di eventi esogeni impattanti quali dati idrometrici, temperature, meteo in generale.
• Gestione degli stoccaggi.
• Ottimizzazione di cicli di consumo energy-intensive.
• Gestione di impianti virtuali (VPP).

Un osservatorio “Energy and AI“, open e aggiornato costantemente, è consultabile su ScienceDirect.

La relativa massificazione di modelli di AI unita alle competenze STEM naturalmente presenti nel settore energetico potranno essere i fattori abilitanti per l’adozione su larga scala di soluzioni di intelligenza artificiale nell’industria energy.

Energy Trend: loading future

Il settore dell’energia è in costante mutamento e trasformazione. Abbiamo citato i principali energy trend, ma senza dubbio molte saranno le innovazioni che prenderanno campo nei prossimi anni.

Per gli addetti ai lavori sarà sempre più importante acquisire le competenze specifiche per operare su un mercato in rapida evoluzione.

Vuoi approfondire questo argomento? Contattaci.