La transizione energetica pone sfide a paesi, città e regioni. L'utilizzo di fonti energetiche il più possibile sostenibili è fondamentale per frenare il cambiamento climatico. Allo stesso tempo, i costi del sistema energetico non devono essere eccessivi e la sicurezza dell'approvvigionamento deve essere garantita. Questi tre aspetti – sostenibilità, equità, sicurezza – costituiscono il cosiddetto trilemma energetico.

Il trilemma energetico è stato sviluppato dal «World Energy Council» per aiutare i decisori politici a progettare i sistemi energetici del futuro. Calcolando scientificamente i tre criteri, è possibile confrontare quantitativamente diversi scenari energetici e, idealmente, trovare la strada che offre un equilibrio ottimale tra i tre obiettivi di sostenibilità, costi e sicurezza dell'approvvigionamento.

La sostenibilità e l’equità delle diverse soluzioni energetiche possono già oggi essere quantificate in modo affidabile con numerosi modelli. Finora la situazione era diversa per quanto riguarda la sicurezza dell'approvvigionamento energetico. «I modelli esistenti erano in parte poco chiari, poco intuitivi e non adeguati alle attuali possibilità di modellizzazione», afferma Matthias Sulzer, direttore del dipartimento «Ingegneria» dell'Empa. In collaborazione con i ricercatori dell'Empa, del ETH Zurich e del «Lawrence Berkeley National Laboratory» negli Stati Uniti, Sulzer ha elaborato una proposta migliore per la quantificazione della sicurezza dell'approvvigionamento energetico, recentemente pubblicata sulla rivista specializzata «iScience».

I cinque livelli di sicurezza energetica

Il modello ha la forma di una piramide a cinque livelli. Per ogni livello, i ricercatori hanno fornito indici quantitativi. Il livello più basso, la produzione propria, è un semplice bilancio energetico: quanta energia può produrre un paese in un anno dalle proprie risorse e quanta ne consuma? Il secondo livello riguarda l'autonomia, ovvero: quante importazioni di energia sono necessarie nell'arco dell'anno e quanto sono sicure le vie di importazione? A partire dal terzo livello della piramide, l'adeguatezza del sistema (ovvero una capacità di sistema sufficiente), si aggiungono effetti dinamici. «Qui controlliamo ogni ora – o anche con una risoluzione ancora più alta – se il fabbisogno energetico può essere coperto in ogni momento da una qualsiasi fonte», spiega il coautore Georgios Mavromatidis, responsabile dell'«Urban Energy Systems Laboratory» dell'Empa. Il quarto livello riguarda l'autosufficienza: il paese può temporaneamente fare a meno delle importazioni? Al livello più alto, i ricercatori parlano di completa autosufficienza o autarchia, ovvero la possibilità per il paese di vivere in qualsiasi momento dell'anno (o anche più a lungo) della propria produzione energetica.

Sebbene i livelli siano correlati tra loro, secondo Mavromatidis dovrebbero essere considerati tutti contemporaneamente. «I sistemi energetici moderni sono molto complessi. La piramide ha lo scopo di aiutare a classificare correttamente i diversi indici e a chiarire i concetti», afferma il ricercatore. Il suo principale punto di forza rispetto ai modelli esistenti è la considerazione della dinamica ai livelli superiori. «I sistemi energetici rinnovabili, in particolare, funzionano in modo molto dinamico, perché il vento e il sole non sono sempre disponibili nella stessa misura», spiega Mavromatidis. «Un bilancio medio annuale non è quindi un buon indicatore della sicurezza dell'approvvigionamento in un sistema di questo tipo».

Maggiore sicurezza grazie alle energie rinnovabili

I ricercatori sottolineano che la piramide va intesa come una prima proposta. Essa funge anche da base per ulteriori discussioni, ricerche e perfezionamenti degli indici. Tuttavia, il modello può già essere utilizzato oggi per la pianificazione energetica. I ricercatori lo hanno dimostrato nel loro studio utilizzando l'esempio della Svizzera. Hanno utilizzato la piramide per confrontare l'attuale sicurezza dell'approvvigionamento energetico in Svizzera con uno scenario futuro per il 2050, che avevano già modellato durante uno studio precedente in collaborazione con l'Associazione delle aziende elettriche svizzere (AES).

L'analisi mostra che, con un uso corretto delle energie rinnovabili, la Svizzera potrà addirittura aumentare la propria sicurezza energetica in futuro. Secondo Matthias Sulzer, due fattori contribuiscono in modo particolare a questo risultato: la maggiore diversificazione delle fonti energetiche e l'aumento della produzione interna. Anche gli accumulatori supplementari contribuiscono alla sicurezza dell'approvvigionamento energetico, poiché consentono di compensare le fluttuazioni. Tra questi non figurano solo i nostri bacini idrici: «Anche gli accumulatori termici, in cui possiamo immagazzinare e sfruttare il calore residuo industriale, sono importanti, proprio come le batterie», spiega il ricercatore. «All'Empa stiamo studiando anche approcci che consentano alle auto elettriche di fungere da accumulatori temporanei di energia elettrica quando non sono in uso».

Secondo lo scenario futuro delineato dai ricercatori, la Svizzera non diventerà autosufficiente, ma secondo Sulzer questo non è necessariamente l'obiettivo. «Qui entra nuovamente in gioco il trilemma energetico», spiega. «Naturalmente sarebbe tecnicamente possibile creare un approvvigionamento energetico completamente autosufficiente in Svizzera. Sarebbe persino realizzabile un sistema autosufficiente e sostenibile, ma ciò comporterebbe un forte aumento dei costi». Con un mix di importazioni e produzione propria, nonché di diverse fonti energetiche, la Svizzera può conciliare equità, sostenibilità e sicurezza dell'approvvigionamento.

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