Non basta elettrificare di più: dobbiamo elettrificare meglio.

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I veicoli elettrici e altri prodotti elettrici stanno emergendo non solo come strategia per il clima, ma anche come questione di accessibilità economica, competitività industriale, salute pubblica, esperienza del consumatore, sicurezza energetica e resilienza di fronte a mercati dei combustibili volatili.

All’alba, alle 5 del mattino, un autobus elettrico esce dal suo deposito dopo essere stato caricato durante la notte, pronto a portare i bambini a scuola senza emettere fumi di diesel. Mentre la città si sveglia, le pompe di calore hanno già portato case e uffici a una temperatura confortevole, utilizzando molta meno energia rispetto ai loro equivalenti a gas. A mezzogiorno, l’energia solare carica i veicoli di consegna, raffredda i magazzini e aiuta le fabbriche a eseguire i processi più energeticamente intensivi. Poi, mentre milioni di persone tornano a casa e collegano le loro auto alla corrente, i caricabatterie intelligenti programmano silenziosamente la carica per un momento successivo, quando l’elettricità è più economica e la rete meno sobrecaricata.

Scenari del genere stanno iniziando ad apparire in tutto il mondo: autobus elettrici a Delhi, pompe di calore elettriche che riscaldano le case durante gli inverni norvegesi, camion elettrici che entrano a far parte delle flotte di trasporto merci e costruzioni cinesi. La transizione verso l’elettrificazione è già in corso.

La maggior parte delle persone vivrà questa transizione non come una rivoluzione del sistema energetico, ma come un percorso più tranquillo, una casa più confortevole, bollette più basse o aria più pulita. Tuttavia, presi insieme, questi cambiamenti quotidiani segnano una svolta epocale nell’economia globale: da un sistema basato sulla combustione di combustibili fossili a uno guidato da elettricità pulita, tecnologie efficienti e una domanda flessibile.

Ma cosa si intende esattamente per elettrificazione? In che modo l’uso di più elettricità può beneficiare le persone e il pianeta? E cosa succede quando milioni di nuovi veicoli elettrici, elettrodomestici, edifici e fabbriche si collegano a un sistema energetico già sotto pressione?

In parole povere, l’elettrificazione significa sostituire le tecnologie che bruciano direttamente combustibili fossili – automobili a benzina, autobus diesel, caldaie a gas, forni industriali, ecc. – con alternative alimentate da elettricità. (Idealmente elettricità pulita, ma ne parleremo più avanti).

Questo cambiamento sta diventando centrale non solo come strategia climatica, ma anche per questioni legate alla accessibilità economica, alla competitività industriale, alla salute pubblica, all’esperienza del consumatore, alla sicurezza energetica e alla capacità di resistere ai mercati dei combustibili volatili.

Tuttavia, il caso a favore dell’elettrificazione è più convincente e interessante rispetto a una semplice sostituzione dei combustibili. Per comprendere il suo potenziale, dobbiamo innanzitutto analizzare quanto sia avanzata l’elettrificazione, perché le tecnologie elettriche consumano meno energia ed hanno costi operativi inferiori, e cosa è necessario fare per garantire che l’elettrificazione porti benefici sociali e ambientali. Qui esaminiamo in dettaglio lo stato attuale dell’elettrificazione e i modi per accelerarla nel modo corretto.

Qual è lo stato attuale dell’elettrificazione a livello globale?

La risposta dipende in gran parte da dove (e cosa) si osserva. In alcune tecnologie e mercati, l’elettrificazione avanza a un ritmo sorprendentemente veloce. Tuttavia, nell’intera economia globale, l’elettricità fornisce ancora solo circa il 20% del consumo energetico finale (l’energia effettivamente consumata in case, aziende, veicoli e fabbriche).

Il trasporto stradale è attualmente l’esempio più evidente di un’accelerazione nell’elettrificazione. Le vendite globali di auto elettriche sono aumentate di quasi il 600% dal 2020, raggiungendo i 20 milioni lo scorso anno e rappresentando ormai più di un veicolo su quattro venduti. Il trasporto progredisce più rapidamente rispetto agli edifici e all’industria pesante, ma la maggior parte dei veicoli già in circolazione continua a utilizzare combustibili fossili.

I progressi variano notevolmente a seconda della regione geografica. La Cina, talvolta definita “il primo stato elettrico”, è in testa: l’elettricità copre ormai quasi il 30% del consumo energetico finale, rispetto al circa 22% negli Stati Uniti e al 21% nell’Unione Europea.

Tempo fa ancora lontano dal essere sufficiente. Secondo l’Agenzia Internazionale per le Energie Rinnovabili, entro la metà del secolo l’elettricità dovrà coprire più della metà di tutto il consumo energetico finale per contenere l’aumento della temperatura globale a 1,5 gradi Celsius (2,7 gradi Fahrenheit), limite che gli scienziati ritengono necessario per evitare alcuni dei peggiori effetti del cambiamento climatico. Ciò richiederà un profondo cambiamento nel modo in cui viene prodotta l’elettricità, con le energie rinnovabili che forniscano circa il 90% dell’energia globale. Pertanto, l’elettrificazione e la decarbonizzazione del settore energetico devono progredire insieme.

Perché il progresso è disomogeneo?

Una parte della spiegazione risiede nel fatto che la transizione è molto diffusa. Le decisioni nel settore energetico sono concentrate tra le aziende di servizi pubblici, i promotori di progetti, gli enti regolatori e i governi, mentre l’elettrificazione degli utilizzi finali riguarda milioni di abitazioni, veicoli, imprese e linee di produzione.

Nel frattempo, alcune attività sono semplicemente più difficili da elettrificare rispetto ad altre. Le tecnologie elettriche possono già essere utilizzate nel trasporto stradale, negli edifici e in molti processi industriali a basse temperature. In molti casi, il loro funzionamento è già più economico rispetto ai sistemi alimentati da combustibili fossili e consentono costi totali inferiori nel corso del tempo, anche quando il prezzo iniziale rimane più elevato. Auto ed autobus elettrici, pompe di calore, cucine a induzione, scaldabagno elettrici e molti motori industriali sono sempre più disponibili e accessibili.

Tuttavia, per industrie come la produzione di acciaio o quella chimica, nonché per settori come l’aviazione e il trasporto marittimo, l’elettrificazione diretta è più difficile da attuare. Queste attività richiedono temperature estremamente elevate, utilizzano combustibili fossili come materia prima nel processo di produzione, o necessitano di più energia di quanta le batterie attuali possano fornire in modo efficiente. In tali casi, l’idrogeno, i combustibili sintetici o altre alternative a basso contenuto di carbonio possono rappresentare soluzioni più praticabili rispetto all’elettrificazione, mentre la cattura del carbonio potrebbe essere necessaria per le emissioni residue che non è possibile evitare facilmente.

“Elettrificare tutto!” potrebbe essere uno slogan allettante, ma è improbabile che sia pratico – o addirittura desiderabile – come strategia economica o industriale. L’obiettivo più sensato (sebbene meno accattivante) è elettrificare direttamente nei numerosi settori in cui ciò ha un senso evidente, riservando alternative più scarse ai settori più difficili da elettrificare.

Quali sono i vantaggi ambientali dell’elettrificazione?

L’elettrificazione è uno strumento per raggiungere obiettivi specifici, non un fine in sé. Un’auto elettrica alimentata da una rete basata sul carbone potrebbe essere peggiore per il clima rispetto a un’auto a benzina. I suoi vantaggi, in altre parole, dipendono da come viene prodotta l’elettricità. Tuttavia, un’auto elettrica, una pompa di calore o un processo industriale possono diventare sempre più puliti nel tempo, man mano che la rete si decarbonizza grazie a un maggiore utilizzo di energia eolica, solare, nucleare o di altre fonti rinnovabili. Un motore o una caldaia a gas, al contrario, rimane costantemente legato all’uso di combustibili inquinanti per tutta la sua durata. Pertanto, il pieno beneficio dell’elettrificazione deriva soltanto dall’espansione degli utilizzi finali elettrici, unita a una progressiva pulizia dell’approvvigionamento energetico.

Inoltre, una delle caratteristiche più controintuitive dell’elettrificazione è che il consumo di elettricità può aumentare mentre l’uso complessivo dell’energia diminuisce.

Il motivo è l’efficienza. I motori a combustione sprecano fino all’80% dell’energia del carburante (per lo più sotto forma di calore), convertendo soltanto il 20% in movimento utile. Nel frattempo, i motori elettrici convertono circa l’80% della loro energia elettrica in movimento. Le pompe di calore vanno ancora oltre: invece di generare calore bruciando carburante, estraggono il calore già presente nell’aria o nel terreno, fornendo solitamente diverse unità di calore per ogni unità di elettricità consumata.

Sostituire le tecnologie che bruciano direttamente il carburante con alternative elettriche – sostituendo le molecole con gli elettroni – può quindi ridurre l’energia necessaria per effettuare lo stesso tragitto o riscaldare la stessa casa.

Questo genera un secondo paradosso apparente: la bolletta elettrica potrebbe aumentare mentre il costo totale dell’energia diminuisce. Una casa elettrificata consuma ovviamente più elettricità; ma i suoi abitanti non devono più acquistare carburante per le auto o i sistemi di riscaldamento. Poiché le auto elettriche e le pompe di calore utilizzano l’energia in modo molto più efficiente rispetto ai motori a combustione e alle caldaie, i costi del carburante risparmiati possono compensare ampiamente l’energia aggiuntiva consumata, anche se l’elettricità stessa diventa più costosa. Ad esempio, un’analisi recente ha stimato che l’elettrificazione completa del riscaldamento e dei trasporti in una tipica famiglia europea potrebbe ridurre del 50% il costo totale dell’energia.

Oltre alla riduzione delle emissioni e dell’uso energetico, quali vantaggi offre l’elettrificazione?

La tesi a favore dell’elettrificazione non può – e non deve – basarsi esclusivamente sulla riduzione delle emissioni (anche se si potrebbe pensare che preservare un pianeta abitabile sia un punto di partenza sufficientemente convincente!).

I processi di transizione avvengono più rapidamente quando la nuova tecnologia non è soltanto più pulita, ma anche visibilmente vantaggiosa per le persone e le imprese. Gli auto elettriche sono più silenziose, più fluide, di solito meno costose da gestire e più reattive rispetto alle auto a benzina, con un’accelerazione istantanea da fermo. Le pompe di calore possono fornire riscaldamento e raffreddamento nello stesso sistema. La cottura elettrica migliora la qualità dell’aria interna e offre un controllo della temperatura più preciso. L’attrezzatura industriale elettrica può rendere la produzione più precisa, reattiva ed efficiente. E tutte queste tecnologie possono aiutare a ridurre i costi grazie a un utilizzo più efficiente dell’energia.

Tuttavia, una tecnologia migliore non è automaticamente una soluzione più vantaggiosa per tutti. I costi iniziali, l’accesso alle infrastrutture e il modo in cui viene fissato il prezzo dell’elettricità possono determinare quali famiglie e aziende ne traggono beneficio. Un proprietario di casa benestante con un vialetto può acquistare un’auto elettrica in anticipo e installarvi un caricabatterie; un corriere a Nairobi potrebbe invece aver bisogno di finanziamenti accessibili, sistemi di sostituzione delle batterie e punti di ricarica pubblici affidabili. Un edificio ben isolato può utilizzare in modo efficiente una pompa di calore; uno scarsamente isolato potrebbe richiedere costose migliorie prima che l’uso di una pompa di calore diventi sensato.

Sappiamo che sebbene la tecnologia crei le potenzialità, sono l’infrastruttura, i finanziamenti e le politiche pubbliche a determinare chi può realizzarle. In Ruanda, ad esempio, politiche come incentivi fiscali uniti a finanziamenti privati e reti per il ricambio delle batterie stanno aiutando i conducenti di taxi motociclistici a passare alle biciclette elettriche. Questo cambiamento riduce i costi giornalieri di carburante e manutenzione per i conducenti, migliorando al contempo la qualità dell’aria in città e contribuendo all’obiettivo del paese di elettrificare il 30% dei veicoli a due e tre ruote entro il 2030.

La rete elettrica può davvero sostenere un maggiore livello di elettrificazione con l’aumento della domanda di energia?

La domanda di elettricità è già in forte aumento, a causa delle crescenti esigenze di raffreddamento, dei data center, della crescita industriale e di un accesso più ampio a un’energia affidabile. Se si aggiungono milioni di veicoli elettrici, pompe di calore e macchinari industriali senza pianificare dove e quando prenderanno energia, i problemi attuali peggioreranno ulteriormente.

L’elettrificazione non rappresenta quindi soltanto una sfida per la produzione di energia, ma anche una sfida per le reti elettriche e per la coordinazione, che richiede interventi su tre fronti:

In primo luogo, è necessario trarre il massimo dal sistema già esistente. Dati più precisi, sistemi di controllo più avanzati, soluzioni di stoccaggio e aggiornamenti selettivi degli impianti possono aiutare gli operatori a trasportare più energia attraverso le reti esistenti e sfruttare al meglio la capacità che altrimenti rimarrebbe inutilizzata.

In secondo luogo, è necessario ampliare la capacità delle reti in modo più rapido e strategico. Le aziende energetiche hanno bisogno di fiducia e di normative che permettano loro di investire in anticipo rispetto alla domanda prevedibile. I processi di connessione, le procedure di autorizzazione e gli standard per gli impianti devono essere riformati per accelerare i tempi.

In terzo luogo, è necessario modificare il momento e il luogo in cui si verifica la domanda di energia. La posizione, il momento e la flessibilità di un nuovo deposito per autobus, di un data center o di una fabbrica possono influenzare notevolmente la quantità di infrastrutture elettriche necessarie, nonché chi può connettersi e quando.

Immaginate una città che pianifica sia migliaia di nuove abitazioni che una grande flotta di autobus elettrici. Se l’ente per l’edilizia abitativa, l’agenzia dei trasporti e le aziende energetiche pianificano separatamente (come spesso accade), i trasformatori potrebbero dover essere aggiornati più volte, le connessioni ai depositi ritardate e i residenti costretti ad aspettare sia l’alloggio che trasporti più ecologici. Pianificandoli insieme – insieme a sistemi solari locali, batterie e funzionalità di carica bidirezionale – lo stesso investimento può sostenere diverse priorità pubbliche, creando al contempo risorse locali per la conservazione dell’energia su richiesta.

Costruire impianti di produzione pulita è inutile se i clienti non possono collegarsi ad essi. Costruire nuove infrastrutture di rete è uno spreco se la capacità esistente viene sfruttata in modo insufficiente. L’elettrificazione strategica richiede sia un’espansione che una coordinazione molto più stretta tra settori come l’energia, i trasporti, gli edifici, l’industria e lo sviluppo urbano.

Come passiamo da un consumo elettrico passivo a una domanda attiva?

Ora immaginate le 18:00 in quella stessa città sempre più dipendente dall’elettricità di cui ho parlato all’inizio di questo articolo. Migliaia di famiglie tornano a casa e iniziano tutte a cucinare la cena. Le auto sono collegate alla corrente. Il riscaldamento o il condizionamento è ancora in funzione, i negozi sono ancora aperti, le fabbriche continuano a produrre e i data center continuano a elaborare dati. Il problema non è necessariamente una carenza di elettricità nell’intero sistema, ma il fatto che troppa domanda arrivi nelle stesse aree della rete nello stesso momento. Le reti vengono sollecitate al limite, si attivano impianti di generazione di riserva costosi e vengono spesi miliardi per costruire infrastrutture necessarie soltanto per poche ore all’anno.

Tuttavia, gran parte di questa domanda è flessibile.

Un’auto può rimanere parcheggiata tutta la notte, ma ha bisogno soltanto di poche ore per essere ricaricata. Gli edifici possono riscaldarsi o raffreddarsi in anticipo prima del picco di domanda elettrica. Anche i termosifoni, gli immobili frigoriferi, le batterie e alcuni processi industriali possono funzionare un po’ prima o dopo, spostando così la domanda – tutto senza compromettere il comfort o la produttività.

Niente di tutto ciò richiede che le persone riorganizzino la loro serata o diventino operatori energetici amatoriali. Vogliono semplicemente che le loro auto siano ricaricate, le loro case confortevoli e le loro bollette più basse.

I controlli intelligenti possono ottimizzare automaticamente l’uso dell’energia. Un cliente può aderire a un programma gestito dal proprio fornitore di energia, che regola temporaneamente il termostato, la presa per auto elettriche e/o lo scaldabagno quando la domanda di elettricità è particolarmente elevata, solitamente senza alcuna perdita percettibile di comfort o convenienza. Il cliente mantiene il controllo definitivo e può annullare i cambiamenti in cambio di una bolletta più bassa o di un rimborso. Se implementato correttamente, ciò genera un vantaggio per tutti: bollette più basse per il cliente, minore carico sulla rete e minori investimenti costosi.

In condizioni di tempo e luogo limitati, un megawatt di domanda che può essere spostata nel tempo può avere più valore di un megawatt di capacità di produzione aggiuntiva. Può eliminare immediatamente i colli di bottiglia, ridurre la riduzione della produzione da fonti rinnovabili (quando la produzione di energia rinnovabile viene intenzionalmente ridotta perché la rete non ha la capacità di gestirla o perché non c’è una domanda sufficiente) e evitare la costruzione di infrastrutture utilizzate soltanto per poche ore all’anno.

La tecnologia esiste. Allora cosa manca?

Innanzitutto, il sistema elettrico deve conoscere quali asset flessibili sono disponibili e quando possono reagire. Un operatore di rete non può fare affidamento su migliaia di caricabatterie per veicoli elettrici, batterie o frigoriferi commerciali se non sa dove si trovano, con quanta rapidità possono reagire o quanto carico possono assorbire. Anche questi numerosi asset di piccole dimensioni hanno bisogno di un percorso semplice per entrare nel mercato (spesso attraverso la loro aggregazione da parte di un “aggregatore”). Inoltre, devono essere remunerati per il valore che forniscono.

In secondo luogo, sono importanti gli incentivi stabiliti dalle autorità di regolamentazione. Una compagnia energetica che ottiene maggiori profitti costruendo nuove sottostazioni e cavi — come spesso accade — tenderà a farlo. Se viene inoltre ricompensata per l’uso di batterie, sistemi di carica intelligenti e meccanismi di domanda flessibile per risolvere lo stesso problema in modo più economico, viene incentivata a scegliere la combinazione migliore.

In terzo luogo, il modello di business deve essere sostenibile. Batterie, sistemi di controllo intelligenti e attrezzature industriali flessibili non possono svilupparsi grazie a sovvenzioni una tantum o progetti pilota di breve durata. Gli investitori hanno bisogno di entrate prevedibili, i clienti di finanziamenti accessibili per coprire i costi iniziali e i fornitori di servizi hanno bisogno della certezza che le regole di mercato rimarranno in vigore abbastanza a lungo per permettere lo sviluppo di un’attività commerciale viable.

La fase successiva dell’elettrificazione non consiste tanto nell’inventare una soluzione tecnologica miracolosa, quanto piuttosto nel fatto che governi, autorità di regolamentazione e operatori del sistema creino le regole di mercato, gli incentivi e le fonti di reddito necessari affinché le tecnologie esistenti possano diffondersi. In pratica, ciò significa considerare la flessibilità come una vera risorsa del sistema e pagare per il valore che fornisce.

Elettrificare di più, sì. Ma anche elettrificare meglio.

Torniamo un’ultima volta all’esempio della nostra città, ma 15 anni dopo.

I autobus sono tutti elettrici, ma questa è solo la cambiamento più evidente. I depositi si caricano principalmente quando l’energia è economica e abbondante. L’energia immagazzinata nelle loro batterie è disponibile come fonte di backup in caso di emergenze come tempeste. Gli edifici residenziali condividono i caricabatterie invece di riservare le soluzioni per la mobilità elettrica solo a chi possiede un vialetto d’accesso. Le abitazioni rimangono confortevoli durante ondate di calore e freddo intenso grazie all’uso combinato di edifici efficienti, pompe di calore, sistemi di accumulo termico e controlli intelligenti: queste tecnologie pre-riscaldano o pre-raffreddano quando c’è energia pulita in abbondanza, riducono la domanda quando la rete è sotto pressione e aiutano a mantenere i servizi essenziali durante le interruzioni di corrente. Ristoranti e scuole cucinano senza combustione interna e senza i relativi inquinanti atmosferici.

Anche il distretto industriale è cambiato. Caldaie elettriche, motori e pompe di calore utilizzano l’energia in modo più preciso, mentre processi flessibili come la refrigerazione, il riscaldamento dell’acqua o la pompaggio avvengono automaticamente prima del solito o vengono temporaneamente interrotti quando la rete è sotto pressione. Le nuove fabbriche scelgono intenzionalmente siti in cui sono disponibili energia pulita e capacità di rete sufficienti. I data center e altri grandi consumatori di energia assicurano connessioni stabili grazie all’utilizzo di sistemi di storage, generazione locale pulita e flessibilità che vantaggi per l’intero sistema.

Per i consumatori, gran parte di questi cambiamenti rimane invisibile: la loro auto è pronta al mattino, i loro edifici restano confortevoli. Il fornitore di energia regola in modo discreto i consumi flessibili e restituisce parte dei risparmi ottenuti. In caso di interruzione di corrente, le batterie presenti in autobus, abitazioni e edifici commerciali aiutano a mantenere attivi i servizi essenziali.

Per l’economia, il cambiamento è più profondo. I fondi un tempo destinati all’importazione, ai sussidi e al consumo di petrolio e gas vengono reinvestiti in asset produttivi nazionali: produzione pulita, reti elettriche, edifici efficienti, veicoli, sistemi di stoccaggio, software e attrezzature industriali. Invece di pagare continuamente per combustibili importati, i paesi sviluppano capacità domestiche durature, rafforzano la resilienza industriale e ottengono un maggiore controllo sul proprio futuro energetico.

Pertanto, i vantaggi sono superiori alla semplice riduzione delle emissioni: prodotti e servizi di migliore qualità, aria più pulita, costi inferiori, maggiore sicurezza energetica e un controllo nazionale più forte sull’approvvigionamento energetico.

L’elettrificazione, dunque, non consiste semplicemente nel sostituire un combustibile con un altro o nell’aumentare sempre di più la domanda sulla rete. Si tratta di passare da un sistema energetico basato su processi di combustione ineficienti e inquinanti a uno basato sull’elettricità pulita, su tecnologie efficienti e su una domanda in grado di rispondere in modo intelligente al sistema circostante.

Elettrificare di più, sì. Ma soprattutto, elettrificare meglio.

I veicoli elettrici e altri prodotti elettrici stanno emergendo non solo come strategia per il clima, ma anche in relazione alla convenienza economica, alla competitività industriale, alla salute pubblica, all’esperienza del consumatore, alla sicurezza energetica e alla capacità di resistere ai mercati dei combustibili volatili.

Di Clem Perry, per gentile concessione di WRI.