The risk to renewable electricity from volcanic eruptions
Questo studio utilizza l'eruzione del Tambora del 1815 come analogo per dimostrare che un evento vulcanico maggiore potrebbe causare un declino globale, concomitante e persistente delle risorse eoliche e solari, portando a significative perdite nella generazione elettrica e costi economici che evidenziano l'urgente necessità di incorporare tali shock climatici a bassa frequenza nella pianificazione energetica a lungo termine.
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Il mondo sta cambiando le proprie fonti di energia, allontanandosi dalla combustione dei combustibili fossili verso l'energia catturata dal vento e dal sole. Queste fonti rinnovabili sono pulite ed essenziali per un clima stabile, ma hanno una vulnerabilità nascosta: dipendono interamente dalle condizioni meteorologiche. Se il vento smette di soffiare o le nuvole bloccano il sole per troppo tempo, le luci possono spegnersi. Gli scienziati studiano da tempo come le tempeste quotidarie o i cambiamenti stagionali influenzino queste reti elettriche, ma esiste un tipo di evento meteorologico molto più raro e drammatico che è stato ampiamente ignorato nella pianificazione energetica. Si tratta della massiccia eruzione vulcanica. Quando un vulcano di dimensioni sufficienti esplode, scaglia enormi quantità di gas e cenere nell'alta atmosfera, dove si diffondono formando una coltre globale. Questa foschia agisce come un sottile velo che blocca il sole, capace di persistere per anni, raffreddando il pianeta e alterando i modelli dei venti. Sebbene gli effetti di tali eruzioni sulle temperature globali siano ben noti, nessuno aveva precedentemente calcolato come questo specifico tipo di perturbazione atmosferica avrebbe impattato l'elettricità di cui facciamo affidamento ogni giorno.
Un team di ricercatori si è posto l'obiettivo di colmare questa lacuna simulando cosa accadrebbe se un vulcano potente quanto quello che eruttò nel 1815 esplodesse oggi. Hanno scelto l'eruzione del Monte Tambora del 1815 come modello perché fu una delle più significative della storia registrata, creando un "anno senza estate" che devastò i raccolti in tutto il mondo. Utilizzando un sofisticato modello informatico dell'atmosfera terrestre, gli scienziati hanno ricreato le condizioni di quell'eruzione e hanno osservato come la risultante nube di aerosol — minuscole particelle di zolfo che riflettono la luce solare — avrebbe interagito con le risorse eoliche e solari disponibili per le moderne centrali elettriche. Hanno eseguito centinaia di simulazioni per garantire che i risultati non fossero solo un errore del codice informatico, testando come l'eruzione si sarebbe comportata sotto diversi climi di base, inclusi un futuro mondo più caldo e durante i cicli meteorologici naturali come El Niño.
Le simulazioni hanno rivelato una realtà deprimente: un evento vulcanico di tale portata causerebbe un calo simultaneo sia della produzione di energia eolica che di quella solare in tutto il mondo. La foschia blocca la luce solare, riducendo direttamente l'energia che i pannelli solari possono raccogliere. Allo stesso tempo, l'effetto di raffreddamento degli aerosol indebolirebbe la circolazione atmosferica su larga scala che guida il vento, portando a un'aria più calma in molte delle migliori regioni mondiali per l'eolico. Questo doppio colpo non sarebbe un'interruzione breve; i modelli hanno mostrato che la riduzione delle risorse energetiche persisterebbe per fino a venti mesi. In media, lo studio ha rilevato che le risorse eoliche e solari globali diminuirebbero di circa il 3,6% durante questo periodo. Sebbene pochi percentuali possano sembrare piccole, la scala enorme del sistema energetico globale significa che ciò si traduce in una perdita massiccia di elettricità.
Quando i ricercatori hanno tradotto questi cambiamenti fisici nel linguaggio delle moderne reti elettriche, i numeri sono diventati crudi. Basandosi sulla capacità eolica e solare installata in tutto il mondo nel 2024, una singola eruzione delle dimensioni di Tambora comporterebbe una perdita di circa 216,9 terawattora di elettricità in quei venti mesi. Per dare un'idea, si tratta della quantità di elettricità che l'intero stato della California ha consumato in un singolo anno. Il costo finanziario di questa energia persa, calcolato utilizzando i prezzi attuali per la generazione di energia, sarebbe di circa 9,2 miliardi di dollari USA. Tuttavia, l'impatto non sarebbe avvertito equamente ovunque. Lo studio ha evidenziato una discrepanza cruciale tra dove il tempo è peggiore e dove il danno è più grave. Ad esempio, il Sud America e l'Africa sperimenterebbero i cali percentuali più elevati di vento e sole, rendendoli le regioni fisicamente più sensibili. Eppure, poiché l'Asia possiede attualmente la più alta concentrazione di impianti eolici e solari, subirebbe la maggiore perdita assoluta di elettricità, perdendo più di 111 terawattora. L'Europa e il Nord America affronterebbero perdite significative, sebbene leggermente inferiori all'Asia.
I ricercatori hanno anche esaminato la fisica sottostante per capire perché il vento e il sole si comportassero in questo modo. Hanno scoperto che la foschia vulcanica raffredda l'atmosfera tropicale, indebolendo la circolazione di Hadley — un gigantesco motore che sposta il calore dall'equatore verso i poli. Questo indebolimento riduce la velocità del vento nelle zone subtropicali, dove si trovano molti parchi eolici. Interessantemente, i modelli hanno mostato che la velocità del vento è effettivamente aumentata in alcune aree ad alta latitudine, ma questi guadagni non sono stati sufficienti a compensare le perdite diffuse altrove. Per l'energia solare, la storia è stata leggermente più complaesa. Mentre le particelle vulcaniche bloccavano la luce solare diretta, l'effetto di raffreddamento ha anche ridotto la copertura nuvolosa in alcune aree, permettendo a un po' più di luce di passare. Questa riduzione delle nuvole ha parzialmente compensato l'oscurità causata dalla cenere, ma non abbastanza da impedire una perdita netta di energia solare. Lo studio suggerisce che questi meccanismi fisici sono robusti, il che significa che si verificherebbero probabilmente anche se l'eruzione avvenisse in un futuro clima più caldo o durante una diversa fase meteorologica naturale.
Questo lavoro funge da avvertimento per il futuro della pianificazione energetica. Man mano che il mondo diventa più dipendente dall'energia dipendente dal meteo, il rischio di shock climatici rari e ad alto impatto diventa più critico. Lo studio sottolinea che gli attuali sistemi energetici non sono progettati per gestire un periodo di due anni di ridotto vento e sole, e che lo stoccaggio standard tramite batterie non è sufficiente per colmare un divario così lungo. Inoltre, le scoperte hanno implicazioni per un'idea controversa nota come geoingegneria solare, in cui gli esseri umani potrebbero iniettare intenzionalmente aerosol nell'atmosfera per raffreddare il pianeta. Lo studio suggerisce che, sebbene un tale intervento potrebbe abbassare le temperature globali, potrebbe involontariamente sopprimere la generazione di energia rinnovabile, creando un nuovo conflitto tra mitigazione climatica e sicurezza energetica. I ricercatori concludono che, sebbene un'eruzione vulcanica massiccia sia un evento a bassa probabilità, il suo potenziale di interrompere la rete elettrica globale è abbastanza alto da dover essere incluso nei piani a lungo termine per un futuro resiliente e a basse emissioni di carbonio.
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