How’s Energy doing? / 4 Take another little piece of the planet, baby.

 Let’s continue the discourse on what kind of energy can power our ecosystem, in the present and future.

Forget about clean energy.

I guess we should start from a bold statement, avoid any form of delusion and look forward to change the present situation and direction.

Clean energy is not a thing. It is not possible to create energy without any side effects or byproducts of the energy generation process, be it CO2 burned, environmental impact or utilization of biological or mineral resources.

Different levels of pollution and of devastation of natural resources, those are a thing. I believe we should look at those figures with a cold stare, to understand what is best (or less bad) for us, our jobs, our children, the biosphere.

When humans started burning coal and oil, it was not really a big problem. These fuels enabled an exponential growth in terms of energy availability, in exchange for some smoke and dirt here and there. Of course, the problem came with scale when everyone started doing that. That was not even the first time it occurred: even horse-powered carts in London had become a problem due to the amount of animals’ droppings, eventually, in the world’s busiest city. So I will propose here just some data that need to be taken into account when thinking of energy solutions, their effectivity at solving the problem of living on this planet, and the issues they can cause or are already causing down the line. 

We start with an easy one: CO2 emissions.

The 2014 IPCC data paint a rather clear picture. Keep in mind that the IPCC has calculated the life-cycle emissions of power plants based on each energy source, and that the data plotted here are a median value, since depending on conditions and scale these figures vary significantly:

Are these data disputed? In part they are. Some claim that the life-cycle emissions of a hydroelectric plant are significantly higher, due to the missing CO2 sequestration by the vegetation obliterated by the water reservoir. Others object “hidden” CO2 emissions in the construction and dismantling of a nuclear plant. I posted here the figures that enjoy the highest consensus (let’s keep in mind that the IPCC is not some fringe group dedicated to overthrow the system: these are the scientists appointed by the government of most countries in the world, trying to find results that balance scientific emerging truth and government pressures pulling whichever way).

So, if we look at greenhouse gas emission, the picture is clear and it helps drawing a line separating renewable and non-renewable energy, largely based on either burning or not burning things.

It is however best to keep in mind other parameters contributing to the impact that energy sources have on the planet. So, I will add two more charts here, I do not have the ambition of painting a full picture, but at least to draw a couple more lines on the playground.

First, the needed space. On a crowded planet, space has a high value. Mankind has not worked out yet how to leave enough space to all the other living creatures for everyone to make it. Meanwhile we look to replace fossil fuel power plants, which are relatively compact, with other sources, which intrinsically need more space. Here is a graphic representation I tried, based on the figures from a paper published 3 years ago.

We already knew that trying to develop our renewable power production utilizing hydro power was going to be a problem. Here we can visualize how much more surface we may need to sacrifice to replace each Megawatt now supplied by gas or coal plants.

Desert areas may be the more practical spots for solar plants, in turn. Assuming that “desert” means “dead” or “useless”, which is very much not the case.

Therefore, please go ahead, but make sure that environmental impact calculations are as accurate and fastidious as they are for a coal plant.

Finally, a look to the resources used and the toxicity caused by each energy source:

This chart comes from a 2013 study by the National Academy of Sciences of the USA, validated by peer reviewers at Harvard University.

Some of the indications regarding pollution and the usage of natural resources are expected, others are not. The thirst for steel and concrete of the wind power industry is significant.

In a similar chart the study shows how high is the consumption of aluminum and copper in solar PV electricity generation. Anyone who has been to a bauxite open mine knows what that means.

And then there is the problem of Lithium. Not the Nirvana song, the chemical element. Modern battery technology depends on it. It is already carving through salt lakes in Bolivia, using up water and polluting streams. Any increase of battery power, not only for vehicles but for the much needed storage capacity that will smoothen the intermittent nature of renewable power sources, will have a massive impact, which I don’t document here with charts because I am still working on it. Let alone cobalt, mined almost entirely in the RDC. Social issues there add up to the damage or primary forest. I personally do not think lithium batteries are the answer to our future storage needs (sorry, Elon).

Ultimately, we are still going to plunder the earth one way or another, to maintain our present and growing energy demand. We have now collectively realized that, if we want to keep breathing, we will need to phase out fossil fuels, but now we still need to find the technology solutions that enable to utilize alternative solutions without causing equal damage some other how.

And will new technologies be enough? Not quite, I say.


Traduzione:

Continuiamo il discorso sul tipo di energia che può alimentare il nostro ecosistema, oggi e nel futuro.

Lasciamo perdere l’energia pulita.

Meglio essere chiari fin dall’inizio, evitando illusioni e guardiamo avanti, se lo scopo è di cambiare la presente situazione e la direzione in cui stiamo andando.

L’energia pulita non esiste. Non è possibile creare energia senza effetti collaterali o sottoprodotti del processo di generazione dell’energia, siano essi emissioni di CO2, impatti ambientali o utilizzo di risorse biologiche o minerali.

Esistono diversi livelli di inquinamento e di devastazione delle risorse naturali. Credo si debba guardare a questi dati in maniera razionale e fredda, per capire che cosa sia meglio (o meno peggio) per noi, per l’occupazione, per i nostri figli e per la biosfera.

Quando gli umani hanno iniziato a bruciare carbone e petrolio, non era in realtà un grosso problema. Questi combustibili hanno permesso una crescita esponenziale in termini di energia a disposizione, in cambio di un po’ di fumo e fuliggine qui e là. Naturalmente il problema arrivò con l’aumentare della scala a cui tutti hanno iniziato a bruciare combustibile. E non era nemmeno la prima volta che il problema dell’inquinamento si presentava: anche le carrozze a cavalli a Londra erano diventate un problema dato la quantità di deiezioni equine che a un certo punto ingombravano quella che era la città più trafficata del mondo. Quindi ciò che farò qui è proporre una serie di dati che vanno tenuti in considerazione, quando si pianificano soluzioni energetiche e se ne valuta l’efficacia nel risolvere il problema di abitare questo pianeta e i problemi che possono sorgere in futuro e quelli che sono già qui.

Partiamo con una cosa facile: le emissioni di CO2.

I dati del congresso dell’IPCC mostrano una immagine molto chiara: teniamo a mente che l’IPCC ha calcolato le emissioni dell’intero ciclo delle varie centrali energetiche, e che quelli plottati qui sono valori mediani, dato che le condizioni e la scala di queste emissioni variano in maniera significativa:

[prima immagine]

Questi dati vengono messi in dubbio? Solo in parte. Alcuni dicono che le emissioni di una centrale idroelettrica sono molto più alti, dato che il lago idroelettrico impedisce alla vegetazione allagata di fissare il carbonio dalla CO2. Altri obiettano che ci siano costi in termini di CO2 “nascosti” nella costruzione e smantellamento di un impianto nucleare. Ho quindi scelto le cifre che hanno il maggiore consenso (ricordiamo che l’IPCC non è un gruppo di ambientalisti estremisti decisi a rovesciare l’ordine costituito: questo sono scienziati nominati dai governi dei paesi del mondo, che cercano di mettere insieme le verità scientifiche emergenti con le pressioni politiche che tirano da tutte le parti).

Quindi, se guardiamo le emissioni dei gas serra, la situazione è chiara, ed è netta la separazione tra energie rinnovabili e non-rinnovabili, che in larga parte dipende dal fatto che si bruci qualche cosa o no.

Bisogna tuttavia temere a mente anche altri parametri che contribuiscono all’impatto che le varie fonti di energia hanno sul pianeta. Quindi aggiungerò altre due immagini qui, senza avere l’ambizione di tracciare un quadro completo, ma quantomeno per delimitare le linee del campo di gioco.

Intanto, quanto spazio serve? Su un pianeta affollato, lo spazio ha un valore. L’uomo non ha ancora capito come fare a lasciare abbastanza spazio anche alle altre specie in modo da riuscire a vivere tutti. Nel frattempo, stiamo cercando di sostituire gli impianti di produzione energetica a gas, che sono relativamente compatti. Con altre fonti, che intrinsecamente hanno bisogno di più spazio. Ecco una rappresentazione grafica che ho tentato, sulla base delle cifre pubblicate su uno studio di tre anni fa.

[seconda immagine]

Sapevamo già che cercare di sviluppare la nostra produzione energetica rinnovabile puntando all’idroelettrico sarebbe stato problematico. Qui possiamo visualizzare anche quanta superficie in più dovremo sacrificare per rimpiazzare ogni Megawatt che oggi otteniamo da gas e carbone.

Le aree di deserto, evidentemente, saranno quelle più pratiche per l’installazione di impianti solari. Ma attenti a non presumere che “deserto” significhi “vuoto” o “inutile”, dato che non è certo questo il caso.

Quindi, per favore, Andiamo pure avanti, ma assicuriamoci che i calcoli dell’impatto ambientale delle fonti rinnovabili siano altrettanto accurati di quelli fatti per le centrali a carbone.

Infine, diamo un’occhiata alle risorse utilizzate e alla tossicità legata alle varie sorgenti energetiche.

[terza immagine]

Questo grafico è preso da uno studio del 2013 fatto dall’Accademina Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti, poi convalidato dall’Università di Harvard.

Alcuni degli indicatori dell’inquinamento e dell’uso di risorse naturali delle varie fonti energatiche risultano ovvii. Altri non lo sono. La sete di acciaio e cemento dell’industrioa eolica per esempio è molto significativa.

In un altro grafico simile lo studio mostra quanto alto sia il consumo di alluminio e rame nella generazione di energia dal fotovoltaico. Chiunque sia stato in una miniera a cielo aperto di bauxite sa cosa significhi.

E poi c’è il problem del litio. Lithium, in inglese, come la canzone dei Nirvana. L’attuale tecnologia delle batterie dipende dal litio. Si stanno già scavando miniere nei laghi salati della Bolivia, sfruttando risorse idriche e inquinando i corsi d’acqua. Un aumento dell’uso delle batterie, non solo per veicoli elettrici, ma anche per lo storage necessario a compensare la natura intermittente delle sorgenti rinnovabili, avrà un impatto molto forte, che non posso documentare qui perché lo stanno ancora studiando. E poi non dimentichiamo il cobalto, quasi interamente estratto nella Repubblica Democratica del Congo. Crisi sociali in quel paese si aggiungono al danno fatto alla foresta primaria. Personalmente non credo che le batterie al litio siano il futuro per quanto riguarda la nostra necessità di stoccare energia (sorry, Elon Musk).

Alla fine, siamo sempre impegnati a sfruttare la terra, in un modo o nell’altro, per soddisfare il nostro sempre crescente bisogno di energia. Ora, abbiamo tutti capito che, se vogliamo continuare a respirare, dovremo progressivamente dismettree i combustibili fossili. Ma dobiamo ancora trovare le soluzioni tecnologiche che permettano di usare fonti alternative senza causare danni di tipo diverso, ma di uguale entità.

Basterà trovare nuove tecnologie? Non penso proprio.