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Quale energia per il futuro?

Condividi Segnala a un amico 31 March 2008

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Come cambierà il nostro modo di approvvigionarci di energia nei prossimi anni?
Quali sono le opportunità per le industrie e il commercio?
Lo abbiamo chiesto a uno dei maggiori esperti italiani.


Se anche l?Italia, come hanno fatto Norvegia, Regno Unito e Germania, riuscirà a perseguire serie politiche ambientali, parteciperà attivamente al processo di decarbonizzazione del Pianeta Terra.
Liberarsi dal gas a effetto serra dell'anidride carbonica è oggi un obiettivo di primaria importanza e non va visto solo come una buona politica di risanamento, rispetto e riconoscenza verso il nostro Pianeta ma, in particolare in questo momento storico, rappresenta uno strumento potentissimo per lanciare le economie dei paesi in via di sviluppo e per fortificare quelle dei paesi industrializzati.
Con il Protocollo di Kyoto è iniziata una rivoluzione energetico/industriale mirata a incanalare le attuali politiche industriali in un?ottica di sviluppo sostenibile e chi riuscirà a realizzarne i migliori programmi attuativi ne trarrà importanti e cospicui benefici economici.
Lo sviluppo sostenibile, secondo la definizione data dal rapporto Brundtland del 1987 rappresenta lo sviluppo che è in grado di soddisfare i bisogni delle generazioni attuali senza compromettere la possibilità che le generazioni future riescano a soddisfare i propri.
La Norvegia tenta di diventare carbon neutral, cioè a impatto zero di anidride carbonica, il Regno Unito vuole dimezzare le emissioni entro metà secolo e la Germania vuole tagliare le emissioni del 36% a fronte di un 20% di obiettivo europeo entro il 2020.
Sempre quest?ultima ha creato, negli ultimi 7 anni, la più grande industria mondiale eolica, imponendo alle società elettriche l?obbligo di acquistare l?elettricità prodotta da fonti energetiche rinnovabili a un prezzo decisamente alto. Inoltre, rispetto all?Italia che ha un maggior irraggiamento solare, ha installato impianti solari termici e fotovoltaici per potenze decisamente superiori. Il tutto è figlio, soltanto, di una buona politica ecosostenibile da parte del governo tedesco.
Questo dato dovrebbe (e mi riferisco ai nostri politici) spronarci a investire risorse e denaro nel campo ambientale ed essere meno intimoriti di ?sprecare finanze pubbliche? in virtù di un grande potenziale intrinseco del territorio italiano, rappresentato, appunto, dalle fonti energetiche rinnovabili.
La vera opportunità di business è ?ripulire il mondo? ed, erroneamente rispetto a quanto si potrebbe immaginare, i Paesi in via di sviluppo si sono indirizzati in questo senso, contribuendo, nel 2006, con 25 miliardi di dollari, a un quarto degli investimenti in materia di energie rinnovabili.
Si pensi che la terza azienda produttrice mondiale di pannelli fotovoltaici è cinese e che la quarta azienda di produzione di generatori eolici è indiana.
Le industrie italiane non abbiano paura ma, al contrario, investano in risorse umane, tecnologiche ed economiche in modo da inserirsi in maniera ecosostenibile nella nuova economia, quella, appunto, dell?ambiente.
Dopo il trasferimento di competenze dallo Stato alle Regioni in materia di energia conseguente alla riforma del Titolo V della Costituzione, non c'è ancora stata l'adozione delle linee guida a livello centrale che indirizzino le varie amministrazioni regionali, provinciali e comunali in seno alle nuove responsabilità acquisite.
Purtroppo è proprio la mancanza del relativo quadro amministrativo a livello locale che lascia incontrollati settori come quello dei trasporti e quello dei consumi civili contribuendo, indirettamente, all'aumento delle emissioni di gas climalteranti.
Per ottenere risultati ambientali nella logica dello sviluppo sostenibile occorre che il rapporto fonti energetiche rinnovabili/combustibili fossili aumenti sempre più assieme all'aumento di interventi volti a migliorare l'efficienza energetica complessiva.
In primis occorre che i decisori politici attuino dedicate politiche energetico/ambientali volte a sostenere lo sviluppo del mercato delle energie rinnovabili e a incentivare industrie, imprese e cittadini a credere e investire in questa direzione contribuendo al rilancio della nostra economia.

Il solare termico e il solare termico a concentrazione (CST)


Nel settore del solare, gli impianti termici, quelli utilizzati prevalentemente per produrre acqua calda sanitaria, rappresentano una tecnologia oramai matura, affidabile, collaudata e decisamente molto richiesta.
Probabilmente chi vive in zone con scarsa insolazione come le aree del nord Italia sarà scettico verso questa tecnologia, ma erroneamente. È vero che un pannello solare termico nel periodo invernale ha una resa inferiore e non necessariamente capace di far fronte ai carichi termici di una data utenza ma questa tecnologia va vista come integrativa. È dimostrato, infatti, che l'utilizzo ibrido di pannelli solari con le classiche caldaiette murali a metano permette di risparmiare l'82% di energia necessaria con, ovviamente, il relativo risparmio economico.
Inoltre, l'abbinamento di collettori solari termici a impianti di riscaldamento a pannelli radianti (rappresentati da tubazioni situate sotto il pavimento) che utilizzano acqua a temperature che sono circa la metà di quelle ordinarie forniscono, in parte, energia per l'impianto di riscaldamento e aumentano, così facendo, il conseguente risparmio economico.
L'installazione di impianti di questi tipo sono, a differenza della realizzazione di impianti fotovoltaici ed eolici, meno invasivi dal punto di vista della realizzazione tecnica e permettono di ammortizzare le spese sostenute in un arco temporale di qualche anno.
Gli impianti solari termici a concentrazione, invece, producono calore a media o alta temperatura in sostituzione dei tradizionali combustibili fossili. Questa tecnologia utilizza un sistema ottico (concentratore) che raccoglie e invia la radiazione solare diretta su un componente (ricevitore) dove viene trasformata in calore. Il calore così ottenuto può essere utilizzato in svariati processi industriali o utilizzato per produrre energia elettrica. In quest'ultimo caso il calore prodotto è utilizzato in cicli termodinamici tradizionali che prevedono l'utilizzo, per esempio, di turbine a vapore e a gas.
Lo sviluppo di questa tecnologia sarà di grande spinta alla diffusione delle altre fonti rinnovabili (come l'eolico e il fotovoltaico), perchè il calore prodotto potrà essere utilizzato per compensare la loro variabilità contribuendo a stabilizzare la rete elettrica.
Un dato ci permette di capire l?effettiva importanza di questa tecnologia nella generazione elettrica: un chilometro quadrato di superficie captante in un?area a elevato irraggiamento solare è capace di produrre ben 300 GWh/anno di energia elettrica, equivalente alla produzione di un impianto termoelettrico tradizionale da 50 MW elettrici che funziona per 6.000 ore all?anno.
Il vantaggio di questa tecnologia risiede nella possibilità di accumulare enormi quantitativi termici da utilizzare in combinazione con altre tecnologie innovative in modo da abbattere sensibilmente il costo di generazione del chilowattora rispetto a tecnologie tradizionali che utilizzano combustibili fossili e che sono più indicate a sostenere, per la loro scarsa flessibilità, il carico elettrico di base.
Purtroppo l?ostacolo allo sviluppo di questa tecnologia è rappresentato dall?alto costo d?investimento unitario di ogni impianto che è fino a 4 volte superiore rispetto a quello degli impianti alimentati a combustibili fossili. Il costo del chilowattora prodotto, di conseguenza, risulta almeno doppio rispetto a un impianto tradizionale (vedere tab 1).
Secondo un autorevole studio basato su modelli previsionali è stato stimato che il costo di generazione elettrica da impianti di questo tipo dovrebbe attestarsi, entro il 2020, a 5 c/kWh, in posizione del tutto concorrenziale con quello relativo alle attuali tecnologie che fanno uso di fonti tradizionali.

L?eolico


La quota di energia elettrica prodotta tramite lo sfruttamento della risorsa del vento rappresenta il 20% in Danimarca e più del 6% in Spagna e Germania. Attualmente gli aerogeneratori hanno raggiunto affidabilità elevate con costi di generazione elettrica decisamente competitivi con quello delle fonti tradizionali.
Per applicazioni on shore (su terraferma) la taglia di potenza unitaria degli aerogeneratori è compresa fra 100 e 1.000 kW per quelli di media taglia e superiore a 1.000 kW per quelli di grande taglia. In Italia sono presenti circa 500-600 macchine di 850 kW di potenza unitaria. Per quanto riguarda le installazioni off shore (in mare) l?attuale tecnologia permette realizzazioni su fondali non superiori a 40 metri con impianti caratterizzati da decine di macchine di grande taglia con potenza di ogni singolo aerogeneratore non inferiore a 2 MW. Le applicazioni off shore hanno costi del 50% superiori rispetto a quelle di tipo on shore che si attestano intorno ai 1.000 $/kW.
L?Iea prevede una diminuzione del costo del kW installato che, entro una prima decade dovrebbe attestarsi intorno agli 800 $/kW.
Un?alta barriera allo sviluppo di questa tecnologia è rappresentata dagli interventi sulle infrastrutture che si rendono necessari per il trasporto dell?elettricità, in modo che la rete sia in grado di assorbire sia i picchi di produzione sia improvvise cadute.
Le realizzazioni off shore sopperiscono ad alcune cause che ostacolano la diffusione degli impianti eolici come l?intermittenza, per la maggiore stabilità del vento in ambiente marino, ma richiedono costi addizionali in relazione alla necessaria realizzazione delle opportune fondamenta e alla relativa trasmissione dell?elettricità prodotta sulla terraferma e conseguente allacciamento alla rete nazionale.

Le biomasse


Per ?biomassa? s'intende la materia di origine biologica in forma non fossile che comprende, oltre alle biomasse di origine forestale e ai residui della lavorazione del legno, le colture energetiche, cioè specie vegetali che vengono appositamente coltivate per essere destinate alla produzione di energia, i residui agricoli, gli scarti di lavorazione e gli effluenti delle industrie agroalimentari, le deiezioni animali, la frazione organica dei rifiuti solidi urbani (RSU), i rifiuti domestici in raccolta differenziata e i reflui civili.
Sfruttare la biomassa a fini energetici è ambientalmente sostenibile e, di conseguenza, rinnovabile, perchè il carbonio liberato a seguito di un trattamento termico della stessa non è altro che la stessa quantità fissata dalla coltura durante la propria crescita. Il bilancio globale, quindi, risulta nullo.
I settori favorevoli allo sviluppo di impianti alimentati a biomasse sono rappresentati dal riscaldamento domestico, la produzione di calore di processo, la produzione di energia elettrica, la produzione di biocarburanti liquidi.
Attualmente, in Italia, risultano tecnologicamente mature, ai fini della valorizzazione energetica delle biomasse, tecnologie che prevedono la combustione diretta delle biomasse, la produzione di biogas da fermentazione anaerobica dei reflui zootecnici, civili o agroindustriali, e la trasformazione in biocombustibili, liquidi. La combustione diretta permette di produrre calore e/o energia elettrica per usi residenziali e industriali.
Per il riscaldamento residenziale si possono utilizzare stufe e termocamini da 10-15 kW, caldaie domestiche da 20-150 kW e caldaie industriali abbinate al teleriscaldamento da decine di MW.
La pezzatura della biomassa vincola molto la tecnologia utilizzabile, infatti la legna da ardere a pezzi si utilizza in stufe, camini e piccole caldaie, la legna sminuzzata (cippato) in caldaie a griglia mobile ad alimentazione meccanica e il legno polverizzato, essiccato e ricompattato in pastiglie (pellet) è indicato in stufe e caldaie ad alto grado di automazione.
La produzione di energia elettrica tramite l'utilizzo di biomasse risulta importante anche per uscire dal problema dei rifiuti (ne stiamo vivendo un esempio in questi mesi in Campania), perché con l'utilizzo di potenze dell'ordine dei 50-60 MW e con rendimenti elettrici superiori al 20% si possono realizzare termovalorizzatori con indiscusso vantaggio per le emissioni inquinanti.
L'utilizzo di questa fonte rinnovabile permette una grande flessibilità: infatti si può arrivare a realizzare impianti con potenze dell'ordine di 1-2 MW che non necessitano di personale specializzato per la conduzione ma anche più piccoli, arrivando a potenze dell'ordine di 1 kW, indicate per sostenere carichi energetici di utenze familiari.
Il vantaggio della biomassa è che può essere accumulata e, quindi, può considerarsi una fonte programmabile, a differenza dell'eolico o del solare. Tuttavia la potenzialità di questa tecnologia è legata alla reperibilità del materiale, all'agricoltura energetica, agli spazi disponibili e alle relative filiere tali da rendere la biomassa prodotta in Italia competitiva con quella di importazione.
Sarebbe un controsenso sfruttare nuove e promettenti tecnologie come la gassificazione delle biomasse se fossimo costretti a reperire il materiale combustibile da bacini agricoli costruiti ad hoc così distanti dal luogo di utilizzo da avere un rifornimento altalenante e costringendo all'utilizzo di sistemi di trasporto che risulterebbero altamente impattanti sull?ambiente.
Occorre, quindi, che la potenzialità dell?utilizzo della biomassa a fini energetici sia stimata parallelamente a un?analisi delle caratteristiche del sito in cui far ricadere l?impianto. La soluzione ottimale sarebbe quella di valorizzare le risorse locali e, solo dopo, conciliare le migliori tecnologie tecniche e gestionali in linea con i dettami di un?economia ecosostenibile.
Parlare di biomassa ci apre un sottosettore rappresentato dalle colture energetiche di cui si sente tanto parlare negli ultimi anni, quello, cioè, dei biocombustibili. Nel rapporto della Global Bioenergy Partnership (Gbep), presentato nell?ambito del 20esimo ?Energia in Congresso Mondiale? in relazione alla produzione di energia da biomasse nei paesi G8 5, viene messa in evidenza la potenzialità di questo tipo di combustibile.
L?utilizzo di combustibili come etanolo e biodiesel, per esempio, potrebbe soddisfare, entro il 2030, l?8% della domanda di combustibili liquidi per autotrazione, pari a 36 milioni di tonnellate di petrolio equivalente.
Lo sfruttamento delle biomasse a fini energetici, però, apre il dibattito sull?allarme in relazione al rincaro delle colture alimentari e sulla loro vera potenzialità di soddisfacimento. Le nuove colture energetiche, in un futuro non lontano, permetteranno un loro doppio sfruttamento, sia a fini alimentari sia energetici minimizzando, di conseguenza, per lo meno in parte, l'acceso dibattito sullo sfruttamento di tali colture a discapito di un loro utilizzo, considerato prioritario, a fini alimentari.
Non crediamo che la soluzione al problema dell?inquinamento e dell?emissione di gas serra da parte del settore dei trasporti sia risolvibile, semplicemente, con la sostituzione dei combustibili tradizionali con combustibili derivanti da colture energetiche ma siamo fiduciosi che un loro contributo, integrato a nuove tecnologie e nuovi combustibili, possa dare una decisiva spinta al contenimento di tali emissioni.

Il solare fotovoltaico


Il costo dei moduli fotovoltaico è apprezzabilmente diminuito nel tempo. Attualmente il costo per moduli fotovoltaico standard è di circa 3 /kWh e, nei prossimi anni, sarà destinato a diminuire sensibilmente. Si stima che attorno al 2020 raggiungerà il valore di 0,5 / kWh. Secondo gli studi di settore, per ottenere una penetrazione massiccia della tecnologia fotovoltaica sul mercato, i costi d?investimento totali dei sistemi connessi alla rete dovrebbero attestarsi intorno ai 1.000 /kWh.
Secondo l?Iea ai tassi di sviluppo attuali, ipotizzando un aumento della diffusione del 15% annuo di questa tecnologia, dovremo aspettare fino al 2030. Il costo attuale dell?energia fotovoltaica varia tra 0,3 e 0,6 /kWh, molto superiore rispetto alle fonti convenzionali. Il costo più alto è conseguenza di installazioni con maggiori costi d?investimento come applicazioni isolate stand alone (impianti non connessi in rete) e realizzazioni operanti in condizioni di scarso irraggiamento.
Punti a favore della tecnologia fotovoltaica sono rappresentati dalla mancanza di problemi relativi al trasporto e al dispacciamento.
L?energia prodotta da questi impianti ha carattere diurno ed è quindi in fase con i consumi dell?utenza e, data la vicinanza degli impianti a quest?ultima, non è affetta da oneri di trasporto.
Una barriera, oltre all?attuale costo elevato, è rappresentata dalla distribuzione. Le attuali reti di distribuzione sono progettate e gestite per una sola direzione della corrente elettrica, mentre per poter immettere una decisiva produzione da impianti fotovoltaici le reti devono diventare bidirezionali.
Decisamente promettente ai fini di un marcato inserimento della tecnologia fotovoltaica nel panorama energetico nazionale il nuovo Conto Energia, con decreto del 19 febbraio 2007. Chi intende installare un impianto fotovoltaico viene incentivato tramite un contributo statale che viene concesso per 20 anni e varia da un minimo di 36 a un massimo di 49 centesimi di euro per ogni chilowattora prodotto dall?impianto.
Questo valore varia a seconda della potenza dell?impianto e della relativa integrazione architettonica di quest?ultimo con l?edificio. Al momento della realizzazione dell?impianto fotovoltaico il soggetto titolare può scegliere se optare per il servizio dello scambio sul posto (valido, al momento, per impianti con potenza non superiore a 20 kWp) o per quello della vendita dell?energia in rete. Con la prima soluzione il titolare ottiene un duplice vantaggio: tutta l?energia elettrica prodotta viene pagata secondo la tariffa precedentemente indicata e, inoltre, la bolletta elettrica da corrispondere al distributore di zona (per esempio l?Enel) per i propri consumi si azzera in quanto tale energia elettrica è prodotta dall?impianto fotovoltaico.
Nel caso, in opzione al servizio dello scambio sul posto, di vendita dell?energia elettrica in quanto immessa nella rete nazionale, il titolare dell?impianto percepisce, oltre all?incentivo statale relativo a tutta l?energia prodotta, un ulteriore ricavo rappresentato da un valore stabilito dall?Autorità per l?energia elettrica ed il gas (valore aggiornato annualmente in relazione all?andamento del mercato elettrico) che, attualmente, si attesta intorno a 9 centesimi di euro per ogni chilowattora venduto.
La convenienza economica dell?una o dell?altra soluzione è determinata, di volta in volta, solo dopo un?attenta analisi di fattibilità tecnico/economica.
Un ulteriore incentivo alla realizzazione di impianti fotovoltaici viene da molti istituti di credito che concedono finanziamenti a tassi agevolati. Nella fattispecie, attualmente, la realizzazione di un impianto fotovoltaico risulta un vero e proprio investimento: infatti la rata del finanziamento concesso dalla banca risulta, nella maggior parte dei casi, ampiamente coperta dal contributo statale in conto esercizio relativo all'energia elettrica producibile annualmente permettendo al titolare dell'impianto di ottenere un utile fin dai primi anni di esercizio dell'impianto.

L'idroelettrico


Nel settore idroelettrico dobbiamo abbandonare l?idea di grandi installazioni che, ovviamente, sono responsabili di un grande impatto ambientale conseguente alla costruzione delle dighe che, oltre a rappresentare un pericolo durante il loro esercizio, sono realizzabili solo in particolari condizioni topografiche del territorio.
Per quanto riguarda quest?ultimo aspetto il territorio italiano è già saturo di questo tipo di installazioni e non è conveniente, da un punto di vista dei costi/benefici, ricorrere a sofisticate e onerose opere di ingegneria idraulica per costituire le condizioni territoriali necessarie per l?esercizio di questo tipo di impianti.
Risultano, invece, promettenti, installazioni di piccole centrali idroelettriche che sfruttano salti di quota anche minimi e che sfruttano il flusso di torrenti, soddisfacendo così i carichi richiesti in limitati periodi dell?anno. Un esempio può essere rappresentato dai rifugi di montagna che, in relazione al loro utilizzo stagionale, si conciliano bene con il periodo di piena di eventuali torrenti.
Non solo, per utenze che non necessitano di grandi carichi elettrici può essere interessante lo sfruttamento di semplici correnti di alcuni fiumi evitando, così facendo, drastici interventi idraulici significativi sull?ambiente.
Una nota dolente è rappresentata dalla presenza di bacini idrogeologici tali che si trovano solo in determinati contesti territoriali. Un?altra nota dolente è la complessa burocrazia necessaria per la concessione delle autorizzazioni.

L?idrogeno e le celle a combustibile


Stanno ricevendo sempre più attenzione, a livello internazionale, l?idrogeno e le tecnologie a esso collegate in quanto responsabili di un sistema energetico sostenibile, in grado di soddisfare la domanda crescente di energia riducendo, nel contempo, gli effetti dannosi sull?ambiente.
Le celle a combustibile hanno elevati rendimenti (maggiori del 50%) di conversione dell?energia indipendenti dal carico, sono modulari, facilmente integrabili sia nella generazione centralizzata di energia elettrica sia in quella distribuita e, inoltre, ottimizzano il sistema di distribuzione e la qualità dell?energia prodotta.
In più le celle a elettrolita polimerico sembrano essere la soluzione ottimale per le auto a idrogeno, permettendo di ottenere rendimenti finali di circa il doppio rispetto a quelli degli attuali motori a combustione interna. Ci basti considerare che l'unico prodotto di emissione di un veicolo a celle a combustibile alimentate a idrogeno è vapore acqueo!
Lo sviluppo del vettore idrogeno a fini energetici comporta radicali mutamenti nel sistema energetico attuale con conseguenti lunghi tempi di realizzazione e notevoli investimenti per lo sviluppo delle tecnologie e delle infrastrutture necessarie per la sua introduzione nel mercato. Tutto questo può essere concepito solo attraverso un forte sostegno pubblico, tramite un dedicato quadro politico/normativo e un vantaggioso sistema di finanziamento.
Ci sono, attualmente, vari programmi che si impegnano verso questa direzione, sia in nord America che in Europa e Giappone. Inoltre, ci sono importanti collaborazioni internazionali come l?International Partnership for Hydrogen Economy promossa dagli Stati Uniti e l?European Hydrogen and Fuel Cell Technology Platform promossa dalla Commissione Europea.
La Piattaforma europea intende definire le strategie d?intervento nel settore, delineando le principali azioni da intraprendere sia nel campo della ricerca e sviluppo sia in quello della dimostrazione e introduzione nel mercato.
Per il periodo 2007-2015 sono state individuate 4 linee di azione principali (Innovation and Development Actions):
  1. veicoli a idrogeno e infrastrutture di rifornimento;

  2. produzione sostenibile e distribuzione dell?idrogeno;

  3. celle a combustibile per cogenerazione e generazione elettrica;

  4. celle a combustibile per i primi mercati.


L?efficienza energetica al pari delle fonti energetiche rinnovabili


Per dare un'indicazione degli interventi più interessanti e facilmente realizzabili nel comparto dell?efficienza energetica e delle relative certificazioni richieste dalle direttive nazionali risulta importantissimo discutere del patrimonio immobiliare.
Si consiglia, prima di tutto, di eseguire un audit energetico, cioè realizzare una fotografia dei consumi energetici (sia di elettricità sia di calore) della struttura immobiliare ed evidenziare le eventuali falle costruttivo/gestionali responsabili di consumi eccessivi. Di seguito sarà interessante studiare le soluzioni più economiche atte a migliorare la gestione energetica risultante.
Poi potrà essere indispensabile rivisitare la possibilità di interventi strutturali sugli edifici atti a ottimizzare i consumi energetici come, per esempio, migliorare le condizioni di isolamento dell'edificio, sia a livello del tetto sia delle strutture verticali, con la possibilità di installare serramenti e infissi particolarmente sensibili a determinate lunghezze d'onda di irraggiamento solare in modo da sfruttare al meglio gli apporti gratuiti energetico/solari.
La tecnologia della domotica, poi, che prevede la gestione automatica delle risorse energetiche, è un perfetto strumento di ottimizzazione dei consumi energetici.
A livello impiantistico risulta interessante studiare le tecnologie più efficienti da integrare o sostituire con quelle già presenti. Qui si fanno interessanti le soluzioni che prevedono lo sfruttamento dell'energia solare tramite impianti solari termici per la produzione di acqua calda sanitaria e/o calore per riscaldamento o di impianti solari fotovoltaici per soddisfare i carichi elettrici richiesti dalle utenze. Si tratta, nella maggior parte dei casi, di interventi non eccessivamente invasivi dal punto di vista economico, infatti, grazie ai finanziamenti a tasso agevolato di molti istituti di credito e agli importanti incentivi governativi, è possibile realizzare detti interventi potendo ammortizzare il costo in pochi anni e, spesso, potendo usufruire di un utile fin dai primi anni di esercizio degli impianti.