Sono da considerarsi energie rinnovabili quelle forme di energia generate da fonti che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano o non sono "esauribili" nella scala dei tempi "umani" e, per estensione, il cui utilizzo non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future. Sono dunque generalmente considerate "fonti di energia rinnovabile" il sole, il vento, il mare, il calore della Terra, ovvero quelle fonti il cui utilizzo attuale non ne pregiudica la disponibilità nel futuro, mentre quelle "non rinnovabili", sia per avere lunghi periodi di formazione superiori a quelli di consumo attuale (in particolare fonti fossili quali petrolio, carbone, gas naturale), sia per essere presenti in riserve non inesauribili sulla scala dei tempi umana (in particolare l'isotopo 235 dell'uranio, l'elemento attualmente più utilizzato per produrre energia nucleare), sono limitate nel futuro. La classificazione delle diverse fonti è comunque soggetta a molti fattori, non necessariamente scientifici, creando non uniformità di classificazione.


Energia rinnovabile, sostenibile e fonti alternative

Se la definizione in senso stretto di "energia rinnovabile" è quella sopra enunciata, spesso vengono usate come sinonimi anche le locuzioni "energia sostenibile" e "fonti alternative di energia".Esistono tuttavia delle sottili differenze:

Energia sostenibile è una modalità di produzione ed uso dell'energia che permette uno sviluppo sostenibile: comprende dunque anche l'aspetto dell'efficienza degli usi energetici.

Fonti alternative di energia sono invece tutte quelle diverse dagli idrocarburi cioè non fossili.

Alla luce di ciò, non esiste una definizione univoca dell'insieme delle fonti rinnovabili, esistendo in diversi ambiti diverse opinioni sull'inclusione o meno di una o più fonti nel gruppo delle "rinnovabili". Secondo la normativa di riferimento italiana, vengono considerate "rinnovabili": «...il sole, il vento, le risorse idriche, le risorse geotermiche, le maree, il moto ondoso e la trasformazione in energia elettrica dei prodotti vegetali o dei rifiuti organici e inorganici.»Rientrerebbero in questo campo dunque:

Energia geotermica

Energia idroelettrica

Energia oceanica - energia delle correnti marine, energia a gradiente salino (osmotica), energia mareomotrice (o delle maree), energia del moto ondoso, energia talassotermica (OTEC).

Energia solare - solare termico e termodinamico, solare fotovoltaico.

Energia eolica

Energia da biomasse (o Agroenergie) – biocarburanti/massificazione, oli vegetali, cippato.  

Termovalorizzazione - combustibile derivato dai rifiuti (o "CDR"), dissociazione molecolare.

Una distinzione che spesso viene fatta in tale ambito è quella tra fonti rinnovabili "classiche" (essenzialmente idroelettrico e geotermia) e fonti rinnovabili "nuove" (anche dette "NFER"), tra cui vengono generalmente incluse l'energia solare, eolica e da biomassa. Nell'ambito della produzione di energia elettrica le fonti rinnovabili vengono inoltre classificate in "fonti programmabili" e "fonti non programmabili'’, a seconda che possano essere programmate in base alla richiesta di energia oppure no. Talvolta, in alcuni ambiti, anche risparmio energetico ed efficienza energetica sono considerate - per estensione - "fonti rinnovabili", sebbene a rigore tali tematiche facciano parte dell'utilizzo razionale dell'energia, e non della loro produzione. Taluni, ancora, considerano questi due aspetti, legati all'uso piuttosto che alla produzione, all'interno della categoria dell'energia sostenibile. La tematica si intreccia anche con il problema del riscaldamento globale e delle emissioni di CO2: una definizione parallela di energie rinnovabili riguarda quindi anche il fatto che esse non contribuiscano all'aumento dell'effetto serra (pur fra difficoltà di effettiva verifica delle emissioni effettive e reali di tutta la filiera energetica/produttiva), sebbene anche in questo caso sia più rigoroso parlare di energia sostenibile, essendo l'accento posto sugli effetti ambientali della produzione di energia, piuttosto che sulle fonti da cui viene ottenuta.

Il caso della termovalorizzazione, del termonucleare e della geotermia

A proposito della cosiddetta "termovalorizzazione" (cioè l'incenerimento) dei rifiuti, è da notare che solo in Italia (in violazione delle direttive europee in materia) viene considerata rinnovabile totalmente l'energia prodotta dalla termovalorizzazione laddove la UE considera invece "rinnovabile" solo la parte organica dei rifiuti (ovvero gli scarti biodegrabili). Fonte rinnovabile, per la UE, significa quindi riproducibile dal Sole attraverso la fotosintesi e la catena trofica. Tale posizione è condivisa da gran parte dei movimenti ambientalisti, per i quali deve essere scartata da tale computo l'energia prodotta dai rifiuti solidi urbani, in quanto questi sono prodotti anche con materie prime fossili o prodotti sintetici non biodegradabili. La sola parte organica dei rifiuti sarebbe dunque da considerarsi realmente "rinnovabile".

Sebbene "non fossile", l'energia nucleare non è tradizionalmente considerata rinnovabile in quanto, per lo meno per quanto riguarda l'energia nucleare da fissione e il ciclo di reazione che si basa sull'uranio-235 come combustibile (ovvero in pratica il ciclo quasi esclusivamente sfruttato allo stato attuale), il suo utilizzo dipende comunque da riserve limitate di materiali. L'uranio-235 infatti costituisce solo lo 0,7% del totale dell'uranio presente in natura, e in base alle riserve di uranio fino ad oggi accertate si prevede che al consumo attuale ed ai prezzi attuali di estrazione non ne resti che per 200 anni, secondo l'ipotesi più riduttiva.

Anche sulla classificazione dell'energia geotermica non esiste uniformità di giudizio, in quanto è stata rilevata e osservata la possibilità di esaurimento di un campo geotermico. Inoltre la produttività dei pozzi tende a diminuire nel tempo, anche del 30% in dieci anni.

Dettagli sulle fonti rinnovabili

Fonti rinnovabili classiche

Le fonti rinnovabili generalmente dette "classiche" sono quelle che vengono sfruttate per la produzione di energia elettrica fin dall'inizio dell'età industriale. Le prospettive di uso futuro dipendono dall'esplorazione delle risorse potenziali disponibili, in particolare nei paesi in via di sviluppo e dalle richieste in relazione all'ambiente e all'accettazione sociale.Tra le più antiche si trovano certamente le centrali idroelettriche, che hanno il vantaggio di avere lunga durata (molte delle centrali esistenti sono operative da oltre 100 anni). Inoltre le centrali idroelettriche sono pulite e hanno poche emissioni. Tuttavia si è scoperto che le emissioni sono apprezzabili soltanto se associate con bacini poco profondi in località calde (tropicali), sebbene in generale le centrali idroelettriche producano molte meno emissioni nel loro "ciclo vitale" rispetto agli altri tipi di produzione di energia. Altre critiche dirette alle grosse centrali idroelettriche a bacino includono lo spostamento degli abitanti delle zone in cui si decide di fare gli invasi necessari alla raccolta dell'acqua e il rilascio di grosse quantità di biossido di carbonio durante la loro costruzione e l'allagamento della riserva. L'energia prodotta da fonte idroelettrica, che ebbe un ruolo fondamentale durante la crescita delle reti elettriche nel XIX e nel XX secolo, sta sperimentando una rinascita della ricerca nel XXI secolo. Le aree con più elevata crescita nell'idroelettrico sono le economie asiatiche in forte crescita, con la Cina in testa; tuttavia anche altre nazioni asiatiche stanno installando molte centrali di questo tipo. Questa crescita è guidata dai crescenti costi energetici e il desiderio diffuso di generazione energetica "in casa", pulita, rinnovabile ed economica.Le centrali geotermiche possono funzionare 24 ore al giorno, fornendo un apporto energetico di base e nel mondo la capacità produttiva potenziale stimata per la generazione geotermica è di 85 GW per i prossimi 30 anni. Tuttavia l'energia geotermica è accessibile soltanto in aree limitate del mondo, che includono gli Stati Uniti, l'America centrale, l'Indonesia, l'Africa orientale, le Filippine e l'Italia. Il costo dell'energia geotermica è diminuito drasticamente rispetto ai sistemi costruiti negli anni '70. La generazione di calore per il riscaldamento geotermico può essere competitiva in molti paesi in grado di produrlo, ma anche in altre regioni dove la risorsa è a una temperatura più bassa.

Nuove fonti di energia rinnovabile

Il mercato per le tecnologie delle NFER è forte e in crescita principalmente in paesi come la Germania, la Spagna, gli Stati Uniti e il Giappone. La sfida è allargare le basi di mercato per una crescita continuativa in tutto il mondo. La diffusione strategica in un paese non solo riduce i costi della tecnologia per gli utenti locali, ma anche per quelli negli altri paesi, contribuendo a una riduzione generale dei costi e al miglioramento delle prestazioni. I sistemi di riscaldamento solare sono tecnologie di seconda generazione ben conosciute e generalmente consistono di collettori termici solari, un sistema fluidodinamico per trasferire il calore dal collettore al punto di utilizzo e un serbatoio o una cisterna per lo stoccaggio del calore per usi successivi. Tali sistemi possono essere usati per riscaldare l'acqua domestica, quella delle piscine o per riscaldare ambienti. Il calore può anche essere usato per applicazioni industriali o come sorgente energetica per altri usi, come i dispositivi di raffreddamento. In molte zone climatiche un sistema di riscaldamento solare può fornire una percentuale molto alta (dal 50 al 75%) dell'energia necessaria a riscaldare l'acqua domestica. Negli anni '80 e nei primi anni '90 la maggior parte dei moduli fotovoltaici fornivano energia elettrica soltanto per le regioni isolate (non raggiungibili dalla rete elettrica), ma circa dal 1995 gli sforzi industriali si sono concentrati in modo considerevole sullo sviluppo di pannelli fotovoltaici integrati negli edifici e centrali allacciate alla rete elettrica. Alcune delle rinnovabili di seconda generazione, come l'eolico, hanno grossi potenziali di crescita e hanno già raggiunto dei bassi costi di produzione, comparabili con quelli delle altre fonti di energia. Alla fine del 2006 la capacità di produzione mondiale tramite generatori eolici era di 74,223 megawatt e nonostante attualmente fornisca meno dell'1% del fabbisogno mondiale, produce circa il 20% dell'elettricità in Danimarca, il 9% in Spagna e il 7% in Germania. Tuttavia esistono alcune resistenze al posizionamento delle turbine in alcune zone per ragioni estetiche o paesaggistiche. Inoltre in alcuni casi potrebbe essere difficile integrare la produzione eolica nelle reti elettriche a causa dell'"aleatorietà" dell'approvvigionamento fornito. Il Brasile ha uno dei più grandi programmi per l'energia rinnovabile al mondo, coinvolgendo la produzione di bioetanolo dalla canna da zucchero e l'etanolo ora fornisce il 18% del carburante automobilistico. Come risultato, assieme allo sfruttamento delle profonde riserve petrolifere locali, il Brasile, che in passato doveva importare una grande quantità di petrolio necessario al consumo interno, ha recentemente raggiunto la completa autosufficienza petrolifera. La maggior parte delle automobili usate oggi negli Stati Uniti possono utilizzare miscele fino al 10% di etanolo, e i costruttori di motori stanno già producendo veicoli progettati per utilizzare miscele con percentuali più elevate.  

Tecnologie del futuro

Le tecnologie che sono ancora in corso di sviluppo includono la gassificazione avanzata delle biomasse, le tecnologie di bioraffinazione, le centrali solari termodinamiche, l'energia geotermica da rocce calde e asciutte (Hot-dry-rocks) e lo sfruttamento dell'energia oceanica. Tali tecnologie non sono ancora completamente testate o hanno una commercializzazione limitata. Molte sono all'orizzonte e potrebbero avere un potenziale comparabile alle altre forme energetiche rinnovabili, ma dipendono ancora dal dover attrarre adeguati investimenti in ricerca e sviluppo. Le nuove tecnologie bioenergetiche (biocarburanti) che si stanno sviluppando oggi, in particolare le bioraffinerie per l'etanolo dalla cellulosa, potrebbero permettere ai biocarburanti di giocare un ruolo molto più importante nel futuro di quanto si pensasse in precedenza. L'etanolo da cellulosa si può ottenere da materia organica di piante composta principalmente da fibre di cellulosa non commestibili che ne formano gli steli e i rami. I residui delle coltivazioni (come i gambi del mais, la paglia del grano e del riso), gli scarti di legno e i rifiuti solidi cittadini sono sorgenti potenziali di biomassa di cellulosa. Colture dedicate alla produzione energetica, come il panicum virgatum, sono promettenti fonti di cellulosa che possono essere sostenibilmente prodotte in molte regioni degli Stati Uniti. In termini di sfruttamento dell'energia degli oceani, un'altra delle tecnologie di terza generazione, il Portogallo ha la prima centrale a onde marine commerciale al mondo, l'Aguçadora Wave Park, in costruzione dal 2007. Nel 2007 la prima centrale al mondo ad energia mareomotrice di concezione moderna viene installata nello stretto di Strangford Lough in Irlanda (sebbene in Francia una centrale di questo tipo, con sbarramento, fosse gia in funzione negli anni '60). Il generatore sottomarino da 1,2 MW, parte dello schema per il finanziamento per l'ambiente e le energie rinnovabili nell'Irlanda del nord, approfitterà del veloce flusso di marea (fino a 4 metri al secondo) nel braccio di mare. Anche se ci si aspetta che il generatore produca abbastanza energia per rifornire un migliaio di case, le turbine avranno un impatto ambientale minimo, poiché saranno quasi completamente sommerse e il movimento dei rotori non costituisce un pericolo per la fauna selvatica poiché girano a una velocità relativamente bassa. I pannelli solari che usano la nanotecnologia, che può costruire circuiti a partire da singole molecole di silicio, potrebbero costare la metà delle tradizionali celle fotovoltaiche, secondo quanto dicono i dirigenti e gli investitori coinvolti nello sviluppo dei prodotti.

Produzione rinnovabile italiana

Per lungo tempo (fino a circa i primi anni '60) la produzione energetica italiana è stata in larga parte rinnovabile, grazie in particolare alle centrali idroelettriche dell'arco alpino e, in misura minore, dell'Appenino (oltre a quote minori relative alla geotermia in Toscana). Oggi tuttavia, a causa dell'accresciuta richiesta di energia, nonché al quasi esaurimento della possibilità di nuove grandi installazioni idroelettriche, le rinnovabili rappresentano solo quote marginali della produzione. Nel 2006 l'Italia ha prodotto circa 49,4 TWh di elettricità da fonti rinnovabili, pari al 14,5% del totale di energia elettrica richiesta, con il 10,7% proveniente da fonte idroelettrica e la restante parte data dalla somma di geotermico, eolico e combustione di biomassa o rifiuti. Con tali valori, circa il 90% della produzione rinnovabile è prodotto con impianti definiti "programmabili". Con tali valori, l'Italia risulta essere il quarto produttore di elettricità da fonti rinnovabili nell'UE-15, seppur ancora lontana dagli obiettivi comunitari previsti, che prevedono la produzione del 22% di energia richiesta da fonte rinnovabile entro il 2010. È da notare, tuttavia, che negli ultimi anni la produzione rinnovabile italiana è cresciuta molto poco o si è mantenuta pressoché stabile, nonostante una forte crescita della fonte eolica (seppur con basse percentuali), a causa di una sostanziale stasi della preponderante produzione idroelettrica, di fatto quasi giunta alla saturazione del potenziale economicamente sfruttabile. A ciò si deve aggiungere che, come detto, l'Italia a differenza di quanto avviene nel resto dell'UE, è l'unica a considerare l'energia prodotta da termovalorizzazione come interamente rinnovabile. Inoltre, nonostante gli incentivi, l'Italia deve anche fare i conti con ritardi legislativi e di adeguatezza delle reti di distribuzione.

Impatto ambientale delle fonti rinnovabili

Sono fonti di energia che possono permettere uno sviluppo sostenibile all'uomo, senza che si danneggi la natura e per un tempo indeterminato. Alcune di questi tipi di energia (in particolare quella solare) possono essere microgenerate, ossia prodotte in piccoli impianti domestici che possono soddisfare il bisogno energetico di una singola abitazione o piccolo gruppo di abitazioni. Questo permette di risparmiare l'energia che si perde nella fase di distribuzione di energia elettrica, per esempio sugli elettrodotti, sebbene comporti anche la necessità di ridefinire la struttura della rete elettrica nazionale. Si deve comunque ricordare che è ancora oggetto di discussione il fatto che sia realmente possibile soddisfare tutto l'attuale fabbisogno energetico del pianeta solo con il potenziale energetico proveniente da fonte rinnovabile. Rinnovabile e sostenibile sono concetti che vengono spesso confusi. Il fatto che un'energia sia rinnovabile non significa necessariamente che questa sia anche sostenibile.