Non è sufficiente sapere quanta energia abbiamo a disposizione, è importante conoscere anche la sua qualità.

Sappiamo che l’energia riduce la sua qualità ad ogni trasformazione: ogni volta che un lavoro viene eseguito, un po’ dell’energia iniziale si trasforma in calore e non è più disponibile per svolgere un ulteriore lavoro (seconda legge della termodinamica).

La differenza qualitativa tra le diverse fonti di energia dipende anche dalla potenza che è possibile sviluppare con un dato quantitativo di energia o dal lavoro che è possibile compiere a parità di costo di una unità energetica.

Ad esempio è possibile ottenere 1 kWh di energia elettrica a partire da fonti diverse di energia primaria  (il calore irraggiato dal sole, l'energia cinetica del vento, l'energia potenziale dell'acqua, ecc.) ,le diverse fonti energetiche hanno però un rendimento (o efficienza) diverso, quindi saranno necessarie in quantità diverse. (vedi tabella seguente).

Stime dei costi delle fonti di energia convenzionali e rinnovabili per la produzione di energia elettrica in Europa

(**) Nota: i costi sono espressi in lire del 1997.

(Fonte: Conferenza Nazionale Energia e Ambiente, Roma, 25-28 novembre 1998, “Fonti rinnovabili di energia. Obiettivi e strategie nazionali. Stato dell’arte”, ENEA, 2000, Roma, pp 126, 132, 145, 156, 170)  

(*) (0,04 – 0,05 euro/kWh per impianti a terra e 0,08 euro/kWh per impianti off-shore.

Fonte: ENEA “L’energia eolica”. Quaderni di sviluppo sostenibile n. 19, Roma, settembre 2003)

Nonostante il rendimento (o efficienza) delle trasformazioni energetiche mostrate in tabella sia sempre inferiore al 100% - poiché sono necessarie quantità di energia iniziali maggiori di quella elettrica prodotta - il processo di trasformazione è conveniente perché si ottiene un tipo di energia, quella elettrica, di alta qualità: concentrata, immagazzinabile, trasportabile ed utilizzabile per svolgere molti tipi di lavoro diversi.

Si parla di rendimento quando avviene una trasformazione energetica in relazione ad un lavoro compiuto da una macchina, da un dispositivo o da un processo; si definisce come il rapporto fra l’energia fornita in uscita e l’energia complessivamente richiesta, oppure tra la potenza sviluppata e quella assorbita.

Rendimento = (energia iniziale – energia finale) / energia iniziale

Questa grandezza viene espressa in percentuale o come frazione dell’unità ed è sempre inferiore a 100% o a 1, poiché, per il secondo principio della termodinamica, ad ogni trasformazione, parte dell’energia iniziale è dissipata e non più utilizzabile quindi l’energia finale utilizzabile è sempre quantitativamente inferiore a quella iniziale.  

I costi ambientali

Un altro elemento importante per descrivere la qualità delle diverse fonti energetiche sono i costi ambientali che normalmente non vengono inclusi nel prezzo di produzione di una unità energetica.

Tra i costi ambientali consideriamo l’utilizzo di altre risorse naturali, ad esempio l’acqua per il raffreddamento degli impianti, o l’inquinamento atmosferico prodotto dalla combustione di combustibili fossili. A questi si aggiunge l’impatto sui cambiamenti climatici  dovuto all’enorme aumento della concentrazione di anidride carbonica (CO₂) proveniente dalla combustione di combustibili fossili ed, in misura minore, dall’emissione in atmosfera di altri gas climalteranti o gas serra, causa del fenomeno "effetto serra".

I costi ambientali, incluso l’effetto serra, stimati per la produzione di 1 kWh di energia elettrica in Italia sono:

Nota: i costi sono espressi in lire del 1997.

(Fonte: Conferenza Nazionale Energia e Ambiente, Roma, 25-28 novembre 1998, “Fonti rinnovabili di energia. Obiettivi e strategie nazionali. Stato dell’arte”, ENEA, 2000, Roma, pp 22-23)

Per valutare quindi la qualità di una certa fonte energetica dobbiamo considerare il suo rendimento nel compiere un dato lavoro, il suo costo in termini economici e il suo impatto sull’ambiente e sull’uomo. Se includiamo tutti questi fattori nella definizione della qualità dell’energia sarà facile comprendere perché la politica energetica internazionale, europea, nazionale e locale  sono orientate verso l’aumento della quota di energia prodotta da fonti rinnovabili rispetto alle fonti non rinnovabili.

Un altro modo per misurare il livello qualitativo dell’energia introdotta in un processo è di farne una analisi emergetica.