Sviluppo sostenibile e le fonti di energia rinnovabile

1. Sviluppo sostenibile e le fonti di energia rinnovabile Ing. Vincenzo Triunfo triunfo@aptconsulting.it APT Group_Energy_lab

2. Le fonti di energia rinnovabili sono Energia da biomassa, biogas Energia solare Energia dalle maree Energia geotermica Energia eolica Energia idroelettrica

3. Attualmente in Italia, per soddisfare il fabbisogno energetico, si consumano circa 185 Mtep di energia totale, utilizzando diverse fonti primarie, nella tavola seguente sono specificate le quantità di energia per singole fonti, espresse in migliaia di tonnellate equivalenti petrolio, (1 tep = 10.000.000 kcal)

4. Energia dall’acqua (fiumi e laghi)

5. Energia dall’acqua (mare) Principio della colonna d'acqua oscillante (OWC) o energia dalle onde energia dalle correnti marine (solo prototipi) energia dal gradiente termico (prototipo – Hawai) energia dalle mree Aberdeen (Scozia)

6. Energia dal vento 1,2 Mwatt 1,6 Mwatt 1 Mwatt

7. Energia da biomassa S'intende per biomassa ogni sostanza organica derivante direttamente o indirettamente dalla fotosintesi clorofilliana.  Sfruttamento “naturale” di una discarica Funzionamento di un “digestore” anaerobico per la produzione di biogas (metano) Lo sfruttamento delle biomasse potrebbe rappresentare in futuro un modo intelligente per riciclare tutti gli scarti organici (nei rifiuti, nelle lavorazioni, …..)

8. Una piccola sorpresa: i biocarburanti Il bioetanolo Esempi della quantità di etanolo ottenibile con le tecnologie standard per ettaro di coltura: Canna da zucchero: 7tonnellate Mais: 3 tonnellate Barbabietola da zucchero: 4 tonnellate Patate: 3 tonnellate Volvo Mercedes

9. Una piccola sorpresa: i biocarburanti Il biodiesel Le materie prime necessarie sono olii vegetali, anche usati, aspetto questo che rende molto interessante l' utilizzo del biodiesel.                             La sua produzione è del tutto ecologica, poiché non presuppone la generazione di residui, o scarti di lavorazione. La reazione di transesterificazione prevede la generazione di glicerina quale “sottoprodotto” nobile dall’elevato valore aggiunto, della quale sono noti oltre 800 diversi utilizzi. L'utilizzo può essere  diretto poiché non richiede alcun tipo d’intervento sulla produzione dei sistemi che lo utilizzano (motori e bruciatori).• Nell’autotrazione (motori diesel) sia puro che miscelato con il normale gasolio.• Nel riscaldamento.

10. Energia geotermica o geotermia Il termine "geotermia" deriva dal greco "gê" e "thermòs" ed il significato letterale è "calore della Terra ". Tale calore è presente in quantità enorme e praticamente inesauribile. Il calore interno si dissipa con regolarità verso la superficie della terra, la quale emana calore nello spazio quantificabile in una corrente termica media di 0,065 Watt per metro quadrato. Oltre alla produzione di energia elettrica, a seconda della temperatura del   fluido geotermico sono possibili svariati impieghi:  acquicoltura (al massimo 38 °C), serricoltura (38 - 80 °C), teleriscaldamento (80 - 100 °C), usi industriali (almeno 150 °C).

11. Le centrali geo-termoelettriche Impianti geotermici in funzione ad Orbetello Islanda, USA (Yellowstone-Park), New Zeland, Australia, Kenya

12. Impianti geotermici per teleriscaldamento Il teleriscaldamento è uno dei modi più interessanti per usare direttamente i fluidi geotermici a bassa temperatura (80 - 100 °C). Consiste nell'usare il fluido geotermico per scaldare direttamente, tramite degli scambiatori di calore, l'acqua circolante nei corpi scaldanti (radiatori, termoconvettori o pannelli radianti) dell'impianto di riscaldamento delle abitazioni.  Schema di impianto di teleriscaldamento tipicamente utilizzato in assenza di acqua calda o vapore

13. Energia dal sole: termico e fotovoltaico L'energia solare è la fonte di energia primaria per eccellenza. Ogni anno il sole irradia sulla terra 19.000 miliardi di tep (tonnellate equivalenti petrolio) mentre la domanda annua di energia è di circa 8 miliardi di tep. Tutta l' energia che oggi utilizziamo ha origine dall'irradiamento solare, compresi i combustibili fossili. L’energia solare può essere utilizzata sia in modo diretto (solare termico) che in modo indiretto (solare fotovoltaico).

14. Solare termico Massimo rendimento da tubi sottovuoto in cui circola un liquido con alto calore specifico

15. Solare termico Sono i primi ad essere stati installati, costano poco e servono quasi esclusivamente per l’acqua calda sanitaria. Poiché si raffreddano facilmente nel serbatoio viene posta una resistenza elettrica per sopperire alle carenze energetiche e di efficienza.

16. Solare termico “globo solare” per usi domestici Esempio di concentratore a parabola “forno solare” per ceramica

17. Solare termico Esempio di impianto a concentratori parabolici. Su questo schema l’ENEA sta sviluppando il progetto Archimede. Sicuri problemi di impatto ambientale e di controllo della potenza.

18. Energia dal sole: fotovoltaico L'effetto fotovoltaico consiste nella trasformazione della luce in energia elettrica. E’ noto fin dal secolo scorso, quando si scoprì che era possibile trasformare direttamente l'energia solare in energia elettrica tramite una cella elettrolitica senza passare per processi termodinamici. La prima applicazione commerciale si ebbe nel 1954 negli Stati Uniti, quando i laboratori Bell realizzarono la prima cella fotovoltaica utilizzando il silicio monocristallino.

19. Energia dal sole: fotovoltaico

20. Energia dal sole: fotovoltaico

21. Energia dal sole: fotovoltaico Questi dispositivi anche se molto sofisticati hanno rendimenti piuttosto modesti, perché? Per caratteristiche intrinseche ai materiali costituenti solo una piccola parte dello spettro solare viene realmente assorbita. Le efficienze tipiche dei moduli al Silicio di tipo commerciale variano attorno al 12-15%, con costi vicino a 5 euro per watt.

22. Energia dal sole: fotovoltaico • Il fotovoltaico offre enormi vantaggi: • Completamente rispettoso dell’ambiente • Sfrutta una forma d’energia molto delocalizzata il che permette di produrre energia là dove serve • Non dipende da alcuna forma primaria di energia • Produce una forma di energia di tipo “nobile” • Ma ha un’ enorme svantaggio: i costi ancora troppo alti per un utilizzazione di massa • E la bassa efficienza gioca un ruolo fondamentale a discapito del rapporto superficie occupata/potenza prodotta Il costo così alto è intrinseco al metodo di produzione (crescita cristallina).

23. Energia dal sole: fotovoltaico Sono state sviluppate tecnologie alternative a quella del silicio, per es. nei laboratori del Dip. di Fisica sono state sviluppate celle solari con una tecnica che si chiama a film sottili che permette un grande abbassamento dei costi di produzione senza rinunciare alla buona efficienza. Vantaggi della tecnologia a film sottili: Ognuno degli strati ha uno spessore micrometrico Si può costrire una macchina in cui entra il vetro ed esce alla fine il modulo completo Con questo tipo di tecnologia si può arrivare ad un costo di produzione di circa 0,6 euro per watt.

24. Un buon vettore energetico Energia dall’Idrogeno La pila a combustibile e' un generatore elettrochimico in cui, in linea di principio, entrano un combustibile (tipicamente idrogeno) e un ossidante (ossigeno o aria) e da cui si ricavano corrente elettrica continua, acqua e calore .Il combustibile (idrogeno) e i gas ossidanti (ossigeno dato semplicemente dall'aria) lambiscono rispettivamente l'anodo e il catodo (sulle facce opposte a quelle in contatto con l'elettrolito). 

25. QUALCHE DATO ATTUALE • La domanda elettrica mondiale cresce al ritmo del 3% all'anno: i consumi mondiali di energia potrebbero aumentare del 50% entro il 2030. • I danni ambientali della produzione termoelettrica da combustibili fossili (petrolio, carbone, ecc.) in Italia sono stimati in 7 miliardi di euro l'anno • La produzione dell'energia elettrica mondiale si basa per il 63% sui combustibili fossili (non rinnovabili) • In 40 anni il consumo di energia elettrica italiano è quadruplicato e il deficit elettrico, provocato dallo sbilanciamento fra il fabbisogno di energia elettrica e la produzione interna, ha raggiunto il 14% nel 2003, equivalente all' importazione di 6500 MW dall'estero. • I consumi cinesi di petrolio sono aumentati del 615% dal 1999 da 1,3 a 9,3 milioni di tonnellate all'anno • In Cina il consumo procapite e' di 1,7 barili di petrolio, negli Stati Uniti, è di 28 barili, nella Corea del Sud di 17 barili, in Giappone di 17 barili, in India di 0,7 barili e in Vietnam è probabilmente inferiore ad un barile.