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2. Le fonti di energia pi sfruttate dall'uomo sono rappresentate da alcuni materiali che si sono accumulati attraverso processi geologici della durata media di alcune decine di milioni di anni . Tali processi sono tuttora in atto ma la rapidit di sfruttamento di queste fonti molto pi elevata d
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1. 1 Le fonti di energia alternative Come l’uomo dovrebbe sfruttare il pianeta terra e le sue risorse
2. 2 Le fonti di energia più sfruttate dall’uomo sono rappresentate da alcuni materiali che si sono accumulati attraverso processi geologici della durata media di alcune decine di milioni di anni . Tali processi sono tuttora in atto ma la rapidità di sfruttamento di queste fonti è molto più elevata del ritmo della loro formazione e ,per questo motivo,sono risorse energetiche non rinnovabili, perché in via di esaurimento. Quest’ultime comprendono: I combustibili fossili: petrolio , gas naturale e carbone che,bruciando, liberano energia.
I combustibili nucleari:alcuni tipi di minerali che contengono elementi quali l’uranio e il torio,che liberano energia attraverso un processo fisico detto decadimento radioattivo.Sono i materiali usati nelle centrali nucleari a fissione e anche questi sono destinati ad esaurirsi per l’ampio sfruttamento a cui sono soggetti.
3. 3 Combustibili fossili In generale i combustibili fossili possono essere classificati in:
solidi (carbone, legna, residui vegetali)
liquidi (petrolio e derivati)
gassosi (gas naturale).
Il carbone è una sostanza solida, composta in prevalenza da carbonio, che brucia con reazione fortemente esotermica (durante la reazione di combustione si libera una gran quantità di calore). Deriva dalla lenta e più o meno prolungata trasformazione di residui vegetali rimasti coperti da materiale sedimentario. Questo processo si chiama carbonizzazione e consiste nella trasformazione di materia organica vegetale in carbone. A seconda del crescente grado di trasformazione, i carboni si distinguono in torba, lignite, litantrace e antracite.
Il petrolio è una complessa miscela di idrocarburi (composti di idrogeno e carbonio) solidi, liquidi e gassosi e, in minor quantità, di composti contenenti ossigeno, zolfo e azoto. Il petrolio a temperatura ambiente si presenta come un liquido più o meno denso, oleoso, infiammabile, di colore variabile dal giallastro al nero. Il petrolio si è formato in seguito a trasformazioni subite da materiali biologici, soprattutto plancton e animali marini, che si sono depositati insieme a sedimenti minerali. L'ambiente di accumulo ideale è rappresentato da bacini tranquilli: lagune, paludi litoranee, bacini salmastri costieri, in cui l'assenza di eccessivi movimenti ed il maggior calore dell'acqua favoriscono lo sviluppo di protozoi, molluschi ed altri organismi.Il petrolio può affiorare spontaneamente in superficie, ma generalmente viene estratto con trivellazioni che possono spingersi fin oltre gli 11000 m di profondità. Il petrolio e i suoi derivati, una volta scoperti hanno sostituito il carbone nella produzione di energia termica. Ciò è stato favorito da:maggiore facilità di estrazione, trasporto stoccaggio ed utilizzo;minor costo;possibilità di utilizzo in campi diversi. A fronte di riserve mondiali di greggio accertate per circa 95 miliardi di tonnellate, si ha un consumo mondiale annuo intorno ai 3 miliardi di tonnellate. Tutto ciò significa che, se lo scenario non subirà significative variazioni, intorno al 2034 le riserve di petrolio saranno esaurite.Tale scadenza potrà essere posticipata solo se si agirà su due parametri:ricorso a fonti rinnovabili; razionale sfruttamento dell’energia.
Il gas naturale è un gas prodotto dalla decomposizione anaerobica di materiale organico. Solitamente si trova insieme al petrolio e in giacimenti di gas naturale, ma si genera anche in paludi (in questo caso viene chiamato anche gas di palude), in discariche, e durante la digestione negli animali .
4. 4 Combustibili nucleari Con il termine combustibile nucleare si indica il materiale fissile che viene posto al centro di un reattore nucleare in barre per rendere più facile il loro trasporto e per rendere più agevole la loro estrazione a fine ciclo.
I combustibili più comunemente utilizzati sono miscele contenenti un alto contenuto di isotopi fissili. Tipicamente si utilizzano miscele contenenti alto contenuto di uranio 235 o di alcuni isotopi di plutonio. A seconda del tipo di reattore il combustibile può essere direttamente l'elemento fissile o piuttosto un suo ossido, può essere in forma di una lastra metallica o in costituito da tante sferette (granuli) alternate ad altre sostanze che svolgono la funzione di moderatore.
Da una parte il materiale fissile deve essere collocato con una disposizione geometrica che massimizza l'efficienza dell'effetto catena, dall'altra parte deve esserci lo spazio per inserire il moderatore. Inoltre in fase di progettazione di un reattore nucleare bisogna anche lasciare spazio alle barre di controllo e ad dispositivi diagnostici. Da un punto di vista puramente geometrico la forma ideale sarebbe quella sferica. Tuttavia motivi di ordine pratico e costruttivo fanno propendere per soluzioni di altro tipo (solitamente si utilizza una forma cilindrica ottenuta dall'accostamento di un gran numero di barre).
A differenza di quanto avviene per un combustibile tradizionale (come il carbone, il petrolio, il metano o la legna), in un reattore nucleare il consumo del combustibile è molto lento e una volta caricato dura generalmente, a seconda del tipo di reattore e del suo utilizzo, parecchi anni. D'altra parte le operazioni di ricarica sono notevolmente più complesse.
A differenza di quanto avviene con altri tipi di combustibili il prodotto della reazione (le così dette scorie) non vengono disperse, ma rimangono principalmente all'interno delle barre stesse o degli elementi immediatamente confinanti.
Con l'avanzare del tempo le barre diventano sempre più povere di materiale fissile, fino ad arrivare ad un punto in cui non è più efficiente sfruttarle e devono essere sostituite. A seconda delle geometrie del reattore può succedere che una parte del combustibile si esaurisca più velocemente di altre parti (tipicamente le parte centrale si esaurisce più in fretta di quelle esterna). La configurazione a barre permette la sostituzione soltanto delle parti più esaurite.
Le barre esaurite, così come il materiale nella immediata vicinanza, è diventato altamente radiottavo a causa della presenza dei frammenti di fissione prodotti nei processi di fissione nucleare e di altro materiale che si può essere attivato durante il processo per cattura neutronica o di altre particelle.
Lo smaltimento delle barre esaurite è pertanto la parte più complessa dello smantellamento delle scorie del reattore.
5. 5 Le fonti di energia rinnovabili
6. 6 Energia da fonti rinnovabili 1)Energia dall’acqua
2)Energia dal vento
3)Energia dal sole
4)Energia dall’interno della terra
5)Energia dalle biomasse
6)Energia dall’idrogeno
7. 7 1. Energia dall’acqua L'esigenza di trovare una energia diversa da quella muscolare degli uomini e degli animali portò, tra il IX e X secolo, ad un consistente sviluppo tecnico delle macchine idrauliche.
Inizialmente utilizzate per far girare le macine, trasformavano l'energia cinetica dello scorrere dell'acqua in energia meccanica, mediante ruote a pale immerse per metà nel fiume. Con lo stesso principio poi la ruota idraulica servì per azionare macchine per segherie, mantici, magli per le fucine, frantoi per olio, per minerali e per polvere da sparo, verricelli idraulici, gualchiere, ossia macchine per la follatura dei tessuti di lana, mulini per la concia, per la canapa, per la carta, torni da falegname, pompe per sollevare l'acqua, soffianti per altiforni, alesatrici per cannoni, ecc...Ora l'esigenza di trovare un'alternativa ai combustibili fossili e al nucleare deve guardare a questa fonte energetica con rinnovato interesse e concretezza.
8. 8 1.1Impianti idroelettrici tradizionali Gli impianti idroelettrici attuali sfruttano l'energia potenziale meccanica contenuta in una portata di acqua che si trova disponibile ad una certa quota rispetto al livello cui sono posizionate le turbine. Pertanto la potenza di un impianto idraulico dipende da due termini: il salto (dislivello esistente fra la quota a cui è disponibile la risorsa idrica svasata e il livello a cui la stessa viene restituita dopo il passaggio attraverso la turbina) e la portata (la massa d'acqua che fluisce attraverso la macchina espressa per unità di tempo).
9. 9 Energia dai fiumi: Tipi di impianti
10. 10 1.1.a Impianti a deflusso regolato Sono impianti a bacino idrico naturale (laghi) o artificiale, come nel caso di molti serbatoi, a volte sono bacini naturali nei quali si aumenta la capienza con sbarramenti, in molti casi gli sbarramenti consistono in dighe alte molte decine di metri.
Sono ad oggi gli impianti idroelettrici più potenti e più sfruttati, hanno però un notevole impatto ambientale, possono essere usati come "accumulatori" di energia da utilizzare nelle ore di punta pompando acqua da valle a monte nelle ore notturne.
sono provvisti di una capacità di invaso alla presa del corso d'acqua atta a modificare il regime delle portate utilizzate dalla centrale, in genere queste centrali sono superiori ai 10 MW di potenza e arrivano a potenze enormi come ad esempio nell'impianto di Itaipu in Brasile, ha un bacino con un'estensione di 1460 Kmq (4 volte il lago di Garda) .
Potenza:La rapidità con cui viene compiuto un lavoro prende il nome di potenza; poiché il lavoro compiuto in un certo processo equivale all’energia che il quel processo viene trasformata, si può anche dire che la potenza rappresenta la rapidità con cui viene trasformata energia e viene espressa come il rapporto tra il lavoro e il tempo impiegato per compierlo:P=L/T.La potenza si misura in Watt,J/sec.
11. 11 1.1.b Impianti ad accumulo Sono impianti con tutte le caratteristiche degli impianti tradizionali ma che ricavano la disponibilità di acqua nel serbatoio superiore mediante sollevamento elettromeccanico (con pompe o con la stessa turbina di produzione). Questo tipo di impianto consiste in due serbatoi di estremità, collocati a quote differenti, collegati mediante i manufatti tipici di un impianto idroelettrico: nelle ore diurne di maggior richiesta (ore di punta) dell'utenza l'acqua immagazzinata nel serbatoio superiore è usata per la produzione di energia elettrica; nelle ore di minor richiesta (ore notturne) la stessa viene risollevata al serbatoio superiore. In questo modo l'uso della corrente elettrica per pompare l'acqua nel serbatoio superiore viene restituita quasi integralmente in una forma di maggior pregio perché restituita nelle ore di maggior richiesta.
Gli impianti idroelettrici a serbatoio o ad accumulo sono attualmente il miglior sistema di accumulo di energia, se tali sistemi fossero adottati in un numero maggiore ciò permetterebbe da un lato la necessità di un minor numero di centrali termoelettriche, oggi necessarie per soddisfare i fabbisogni di punta, dall'altro lato permetterebbero il massimo rendimento delle stesse centrali termoelettriche e anche delle centrali ad acqua fluente nonché dei sistemi eolici, solari e dei sistemi derivati dalle fonti di energia rinnovabili in genere .
12. 12 1.1.c Impianti ad acqua fluente Questo tipo di impianti era molto più usato all'inizio del secolo scorso, sopratutto per azionare macchine utensili in piccoli laboratori, oggi il potenziale di questi impianti è sotto utilizzato, l'impatto ambientale può essere contenuto e limitato.
Non dispongono di alcuna capacità di regolazione degli afflussi, per cui la portata sfruttata coincide con quella disponibile nel corso d'acqua (a meno di una quota detta deflusso minimo vitale, necessaria per salvaguardare l'ecosistema); quindi la turbina produce con modi e tempi totalmente dipendenti dalla disponibilità del corso d'acqua, data la loro facilità di arresto-avvio sono utilizzati per regolare il sistema della rete di trasmissione dell'energia elettrica, questo però determina una considerevole dissipazione di energia.
In Svizzera le centrali ad acqua fluente coprono il fabbisogno elettrico di base.
13. 13 1.1.d Impianti inseriti in condotte idriche Una interessante possibilità solo di recente presa in considerazione dai tecnici progettisti sono gli impianti inseriti in un canale o in una condotta per approvvigionamento idrico
l'acqua potabile è approvvigionata ad una città adducendo l'acqua da un serbatoio di testa mediante una condotta in pressione. Solitamente in questo genere di impianti la dissipazione dell'energia all'estremo più basso della tubazione in prossimità dell'ingresso all'impianto di trattamento acque viene conseguito mediante l'uso di apposite valvole: un'alternativa interessante è quella di inserire una turbina che recuperi l'energia che altrimenti verrebbe dissipata. Si ha così un recupero energetico, che può essere effettuato anche in altri tipi di impianti: sistemi di canali di bonifica, circuiti di raffreddamento di condensatori, sistemi idrici vari.
L'acqua potabile arriva alle città dopo essere state raccolte a quote rilevanti, come nel caso della città di Genova.
14. 14 1.1.e Il micro-idro Il micro-idro è una fonte rinnovabile ancora ampiamente da sfruttare, comprende gli impianti inferiori ai 100kW di potenza e fino a pochi kW.
E' sufficiente avere salti di 7/20 metri con poca o pochissima portata o piccoli salti con buona e costante portata d'acqua, è possibile sfruttare anche la corrente dei corsi d'acqua: agli inizi del secolo scorso molti laboratori artigiani utilizzavano semplici canali per azionare macchine utensili con piccole pale/mulini accoppiati a pulegge tramite cinghie di trasmissione.
Inoltre esistono in commercio piccolissimi sistemi idroelettrici integrati, a partire da 0,2 kW di potenza, facilmente installabili in moltissime situazioni con salti e portate minime
Il vantaggio di questi piccolissimi sistemi è la non necessaria autorizzazione al prelievo delle acque e un inesistente impatto ambientale, naturalmente devono essere applicati con un minimo di buon senso per evitare comunque uno spreco di acqua potabile che rimane una fonte preziosa.
Il potenziale di questi piccoli sistemi è completamente ignorato e quindi non esistono ricerche ufficiali in tal senso ma una valutazione empirica fatta da tecnici e liberi professionisti del settore rivela un potenziale tutt'altro che trascurabile.
15. 15 Turbine usate negli impianti Una turbina è una macchina idonea a raccogliere l‘energia cinetica di un fluido e a trasformarla in energia meccanica. La tipologia più semplice di turbina vede una parte fissa (distributore) e una parte mobile (girante o parte rotorica). Il fluido in movimento agisce sulla palettatura della parte rotorica, mettendola in rotazione e quindi cedendo energia al rotore. I primi esempi di turbina furono i mulini a vento o ad acqua.
Una turbina che lavora in senso inverso viene detta compressore o pompa, a seconda del fluido elaborato (gas per il compressore, liquidi per la pompa).
Quasi tutti i tipi di turbina hanno inoltre una 'cassa' (detta anche voluta) attorno alla parte rotorica che ha il compito di indirizzare e controllare il flusso. Tale parte può variare molto a seconda delle applicazioni o delle condizioni del flusso.
L‘energia del fluido viene resa disponibile grazie alla rotazione dell‘albero della turbina.
Le turbine più comuni sono:
Pelton: costituite da un distributore a "spina" e una girante a "cucchiai" che vengono investiti dal flusso d'acqua che gli conferisce il moto; Francis: costituite da un distributore a spirale, a pale orientabili, che avvolge la girante, a pale fisse, che viene investita dall'acqua in uscita dal distributore; Kaplan: costituite da un distributore a spirale, a pale orientabili, che avvolge la girante, a pale orientabili, che viene investita dall'acqua in uscita dal distributore.
La scelta dei diversi tipi di turbine viene effettuata in base al salto e alla portata d'acqua disponibili.
16. 16 Tipi di turbine
17. 17 1.2 Energia dal mare In linea di principio è possibile convertire almeno cinque tipi di energia presenti nel mare: quella delle correnti, delle onde, delle maree, delle correnti di marea e del gradiente termico tra superficie e fondali.
Attualmente esiste solo un impianto per lo sfruttamento delle maree in Francia, mentre sono in corso esperimenti per lo sfruttamento del potenziale energetico delle onde nel Regno Unito, in Norvegia e in Giappone e del gradiente termico negli Stati Uniti. L'Unione Europea ha di recente concluso uno studio che identifica circa 100 siti suscettibili di essere utilizzati per la produzione di energia elettrica dalle correnti marine. In Italia è lo stretto di Messina ad essere stato identificato tra i siti più promettenti.
18. 18 1.2.a Energia dalle onde La strada di sfruttare il moto delle onde del mare per ottenere energia elettrica, nonostante i problemi, non smette di solleticare la fantasia degli ingegneri. Ci sono allo studio ipotesi per concentrare e focalizzare le onde in modo da aumentarne l’altezza e il potenziale di conversione in energia elettrica. Altre ipotesi prevedono invece di utilizzare le variazioni di pressione che si riscontrano al di sotto della superficie del mare, altre utilizza dei galleggianti che "copiano" il moto ondoso trasferendolo a dei generatori per mezzo di pistoni idraulici .
19. 19 Altre tecnologie… Una diversa tecnologia che utilizza il moto ondoso sfrutta l'ampiezza dell'onda ed è basata su una struttura semisommersa che grazie al movimento dettato dalle onde agisce su dei pistoni idraulici per azionare dei generatori.
Anche il principio di Archimede si presta allo sfruttamento del moto ondoso:un progetto,installato sulle coste portoghesi, consiste in una struttura ancorata al fondo marino nella quale una camera d'aria è compressa al momento del passaggio dell'onda sopra il sistema e risale quando l'onda è passata.Nel sistema commerciale si dovrebbe avere una potenza di 2 MW, con una struttura (completamente sommersa) alta 30 metri e 10 metri di diametro,e la massima efficienza si ha con onde che abbiano una ampiezza di 5 metri .
20. 20 1.2.b Energia dalle maree È noto che la luna esercita una forte forza d’attrazione sull’acqua della Terra.Dall’innalzamento e dall’abbassamento regolare delle masse d’acqua si ricava energia. Per costruire una centrale di marea, l’estuario è sbarrato in direzione del mare con una diga artificiale. La tecnica energetica sfrutta il dislivello tra l’alta marea e la bassa marea : la cosiddetta ampiezza di marea. Una premessa è ovviamente un’ampiezza della marea sufficiente, come si verifica ad esempio nella Francia settentrionale, presso St. Malo, dove la differenza tra il livello minimo e il livello massimo dell’acqua è di 12-13 metri.
Le centrali di marea costiere hanno il limite nell'erosione che esercitano nelle coste e nella abbondante sedimentazione all'interno del bacino, per questi motivi si sta pensando a degli impianti offshore che hanno anche il vantaggio di poter modulare la produzione di energia elettrica dividendo la struttura in più bacini.Con le opportune griglie di sbarramento e data la non elevata velocità delle turbine di questi sistemi può essere salvaguardata anche la flora e la fauna all'esterno dei sistemi.
Ad oggi sono stati individuati, a livello globale, 21 siti dove le caratteristiche delle maree sono adatte alla installazione di questo tipo di centrali mareomotrici.
21. 21 1.3 Energia dalle correnti marine L’energia delle correnti di marea è una delle fonti più interessanti ed inesplorate tra le fonti di energie rinnovabili. Si pensi che nella sola Europa la disponibilità di questo tipo di energia è pari a circa 75 GigaWatts .
Le forti correnti marine che attraversano lo Stretto di Messina hanno una potenzialità energetica pari a quella prevista dalla grande centrale idroelettrica in costruzione in Cina sul Fiume Azzurro: circa 15.000 MegaWatt.
Le turbine per lo sfruttamento delle correnti marine possono essere (come per le tecnologie eoliche) ad asse orizzontale o ad asse verticale.Le turbine ad asse orizzontale sono più adatte alle correnti marine costanti, come quelle presenti nel Mediterraneo, le turbine ad asse verticale sono più adatte alle correnti di marea per il fatto che queste cambiano direzione di circa 180° più volte nell'arco della giornata.
È bene notare che l’energia delle correnti di marea è del tipo “non a barriera”, al contrario di quella ottenuta utilizzando l’innalzamento e l’abbassamento delle maree come la centrale di La Rance in Francia che comunque produce 240 MW da circa 35 anni.
22. 22 1.4 Energia dal gradiente termico La prima centrale per la conversione dell'energia termica degli oceani (Otec) è nata nel 1996 al largo delle isole Hawaii e produce energia sfruttando la differenza di temperatura tra i diversi strati dell'oceano. L'energia solare assorbita dalla superficie del mare la riscalda, creando una differenza di temperatura fra le acque superficiali, che possono raggiungere i 25 - 28 gradi, e quelle situate per esempio ad una profondità di 600 m, che non superano i 6-7 gradi. Le acque superficiali, più calde, consentono di far evaporare sostanze come ammoniaca e fluoro; i vapori ad alta pressione, mettono in moto una turbina e un generatore di elettricità, passano in un condensatore e tornano allo stato liquido raffreddati dall'acqua aspirata dal fondo. Una differenza di 20 gradi centigradi basta a garantire la produzione di una quantità di energia economicamente sfruttabile.Attualmente si ha una potenza di 50 KW, ma si pensa di poter arrivare a 2 MW anche se i costi sono molto alti.
Le zone dal giallo al rosso nell'immagine a lato sono idonee per lo sfruttamento del gradiente termico per produrre energia elettrica, il potenziale di questa tecnologia è considerevole nelle zone adatte.
23. 23 1.5 L’impatto ambientale La produzione di energia idroelettrica non provoca emissioni gassose o liquide che possano inquinare l'aria o l'acqua. Gli impianti mini-idroelettrici in molti casi, con la sistemazione idraulica che viene eseguita per la loro realizzazione, portano invece notevoli benefici al corso d'acqua (in particolare la regolazione e regimentazione delle piene sui corpi idrici a regime torrentizio, specie in aree montane ove esista degrado e dissesto del suolo e, quindi, possono contribuire efficacemente alla difesa e salvaguardia del territorio). I grandi impianti idroelettrici a bacino possono presentare qualche problema in più,dal punto di vista dell' inserimento ambientale, e necessitano quindi di opportune valutazioni di impatto ambientale, tese a garantire l'assenza di interferenze con l'ambiente naturale.
L'inquinamento acustico proveniente da una centrale dipende prevalentemente dalle turbine e dagli eventuali meccanismi di moltiplicazione dei giri. Attualmente il rumore può essere ridotto fino a 70 dB all'interno della centrale, e fino a livelli praticamente impercettibili all'esterno .
La pubblica opinione è riluttante ad accettare l'installazione di impianti che modifichino le caratteristiche visuali dei siti, in particolar modo se si tratta di impianti idroelettrici d'alta quota od inseriti in un centro urbano. Per quanto riguarda i grossi impianti a bacino, qui l'impatto visivo è evidente e difficilmente mascherabile, in questo caso è necessaria una attenta valutazione dell'impatto dell'impianto sul territorio; ed in questo caso si deve anche valutare una possibile valorizzazione estetica che può essere data a questi impianti, rappresentativa comunque di un modo pulito di fare energia.
Il rapporto con gli ecosistemi è un aspetto fondamentale da tenere presente nella progettazione di un impianto idroelettrico; esistono due aspetti che sono strettamente collegati con il prelievo di acque superficiali e che possono generare impatti di due diversi ordini:
a) impatto relativo alla variazione (diminuzione) della quantità dell'acqua, con possibili conseguenze conflittuali per gli utilizzatori ed effetti sulla fauna acquatica;
b) impatto relativo alla variazione di qualità dell'acqua in conseguenza di variazioni di quantità ed anche in conseguenza di possibili modificazioni della vegetazione.
24. 24 1.6 Vantaggi dell’energia idroelettrica La generazione di energia elettrica per via idroelettrica presenta l'indiscutibile vantaggio ambientale di non immettere nell'ecosfera sostanze inquinanti, polveri, calore, come invece accade nel caso dei metodi tradizionali di generazione per via termoelettrica. In particolare si riducono le emissioni di anidride carbonica (CO2) di 670 g per ogni kWh di energia prodotta.
La minore dipendenza dalle fonti energetiche estere.
La diversificazione delle fonti e la riorganizzazione a livello regionale della produzione di energie.
La possibilità di immagazzinarla garantisce l’approvvigionamento energetico durante tutto l’anno.
Il costo del kWh ottenuto con i sistemi idroelettrici è sempre stato competitivo nei confronti delle fonti esauribili, questo è evidente in quanto i costi di produzione per lo sfruttamento delle risorse idriche sono imputabili ai soli impianti di produzione e non ci sono costi, se non marginali, per materie prime (es. combustibili), mentre i costi di manutenzione e di gestione sono grossomodo paragonabili se non inferiori ai costi di gestione e manutenzione degli impianti termoelettrici.
25. 25 2.1 Energia eolica L’energia eolica è una forma indiretta di energia solare,perché il vento è un sottoprodotto del riscaldamento differenziale,da parte del sole, di tutte le aree del pianeta. L'energia eolica è il prodotto della conversione dell‘energia cinetica del vento in elettrica. Prima tra tutte le energie rinnovabili per il rapporto costo/produzione è stata anche la prima fonte energetica rinnovabile usata dall'uomo. I primi mulini a vento comparvero nelle aree considerate la culla della civiltà: Mesopotamia, Cina, Egitto. Paradossalmente oggi l'energia eolica è definita un'energia alternativa ma in un contesto storico ha accompagnato la vita dell'uomo molto più a lungo rispetto al petrolio o al carbone.
26. 26 2.1.a Generatori eolici Lo sfruttamento dell’energia del vento, relativamente semplice e poco costoso, è attuato tramite macchine eoliche divisibili in due gruppi ben distinti:
Generatori eolici ad asse verticale
Generatori eolici ad asse orizzontale
27. 27 Generatori ad asse verticale Un generatore eolico ad asse verticale è un tipo di macchina eolica contraddistinta da una ridotta quantità di parti mobili nella sua struttura, il che le conferisce un'alta resistenza alle forti raffiche di vento,e la possibilità di sfruttare qualsiasi direzione del vento senza doversi riorientare continuamente. È una macchina molto versatile, adatta all'uso domestico come alla produzione centralizzata di energia elettrica nell'ordine di Gigawatt. Gli aerogeneratori tradizionali hanno, quasi senza eccezioni, l’asse di rotazione orizzontale. Questa caratteristica è il limite principale alla realizzazione di macchine molto più grandi di quelle attualmente prodotte: i requisiti statici e dinamici che bisogna rispettare non consentono di ipotizzare rotori con diametri molto superiori a 100 metri e altezze di torre maggiori di 180 metri . La velocità del vento cresce con la distanza dal suolo. Questa è la principale ragione per la quale i costruttori di aerogeneratori tradizionali spingono le torri a quote così elevate. La crescita dell’altezza, insieme al diametro del rotore che essa rende possibile, sono la causa delle complicazioni statiche dell’intera macchina, che impone fondazioni complesse e costose e strategie sofisticate di ricovero in caso di improvvise raffiche di vento troppo forte. Macchine eoliche ad asse verticale sono state concepite e realizzate fin dal 1920. La sostanziale minore efficienza rispetto a quelle con asse orizzontale (30%) ne ha di fatto confinato l’impiego nei laboratori. Negli ultimi tempi si è cercato di ottimizzare molto queste macchine, rendendole molto competitive: taluni asseriscono che gli ultimi prototipi, funzionando in molte più ore l'anno rispetto a quelle ad asse orizzontale, hanno un rendimento complessivo maggiore.
28. 28 Generatori ad asse orizzontale Un generatore eolico ad asse orizzontale (HAWT - Horizontal Axis Wind Turbines) è formato da una torre in acciaio di altezze che si aggirano tra i 60 e i 100 metri sulla cui sommità si trova un involucro (gondola) che contiene un generatore elettrico azionato da un rotore a pale lunghe circa 20 metri (solitamente 2 o 3). Esso genera una potenza molto variabile: tipicamente 600 chilowatt che equivale al fabbisogno elettrico giornaliero di 500 famiglie.
Il mulino a vento è un esempio storico di generatore ad asse orizzontale. Come i generatori ad asse verticale anche quelli ad asse orizzontale richiedono una velocità minima di 3-5 metri/sec ed erogano la potenza di progetto ad una velocità del vento di 12-14 metri/sec. Ad elevate velocità (20/25 metri al secondo) l'aerogeneratore viene bloccato dal sistema frenante per ragioni di sicurezza.
29. 29 Tipi di turbine usate negli aerogeneratori
30. 30 Sistemi off-shore I sistemi eolici hanno una ottimale collocazione in mare aperto dove ci siano fondali poco profondi, questo sia per un minor impatto ambientale-paesaggistico e sia per una migliore qualità e costanza del vento, generalmente si tratta di grandi torri con pale ad asse orizzontale
31. 31 2.2 Impatto ambientale Alcune associazioni ambientaliste criticano l’impiego di generatori eolici per la rumorosità dei sistemi e per l’impatto paesaggistico delle torri eoliche.Anche se attualmente le turbine eoliche sono molto silenziose, l’inquinamento acustico è legato a due tipi di rumori:quello meccanico proveniente dal generatore e quello aerodinamico proveniente dalle pale del rotore.
Il minor impatto ambientale-paesaggistico si ottiene collocando gli impianti in mare aperto oltre l'orizzonte visibile dalle coste, tuttavia si possono escogitare varie soluzioni anche per le installazioni terrestri.
32. 32 2.3 Potenziale I sistemi eolici sono, tra le F.E.R. , quelli che hanno avuto il maggior sviluppo negli ultimi anni e sono sempre meno, anche tra gli ambientalisti, gli oppositori a tali sistemi mentre sono sempre maggiori gli studi che mettono in evidenza quale enorme potenziale è offerto dall'energia cinetica del vento.
In uno studio per quantificare le risorse d'energia eolica mondiali, titolato" Wind Force 12", la European Wind Energy Association e Greenpeace concludono che il potenziale mondiale d'energia generabile dal vento sarebbe addirittura il doppio della domanda d'elettricità mondiale prevista per il 2020. Il vento è abbondante, economico, inesauribile, ampiamente distribuito, non danneggia il clima ed è pulito. Anche i costi sono scesi, e ora sono ben più favorevoli.
I progressi nel disegno delle turbine eoliche degli ultimi 10 anni permettono a queste di operare anche a velocità del vento inferiori, imbrigliando una quantità maggiore di energia e raccogliendola ad altezze maggiori, aumentando la quantità di energia eolica sfruttabile. Moltissimi territori potrebbero essere utilizzati per generare energia eolica in aree scarsamente popolate, regioni ventose come le grandi pianure del Nord America, il nordovest della Cina, la Siberia Orientale e le regioni argentine della Patagonia, oltre all'enorme potenziale degli impianti offshore.
Uno studio condotto dal CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche), assieme ad ENEA (Ente per le nuove tecnologie, l'energia e l'ambiente) e Università degli Studi di Roma "La Sapienza" CIRPS (Centro interuniversitario di ricerca per lo sviluppo sostenibile) ha reso noto che la potenza installabile di centrali eoliche in Italia è di circa 15.000 MW, senza dover creare impatto ambientale eccessivo.
33. 33 2.4 Aspetti economici L'energia eolica è diventata l'energia rinnovabile meno costosa, abbassando negli ultimi 15 anni il suo costo di circa l'85%. Poiché la potenza sviluppabile da un aerogeneratore varia col cubo della velocità del vento, l'economia eolica dipende molto dalla ventosità del sito in cui viene ubicata. Inoltre vi sono delle economie di scala conseguibili con la costruzione dei parchi eolici che utilizzano molte turbine. Si è stimato che in Europa il costo di un KWh di energia elettrica da fonte eolica, è lo stesso di un KWh ottenuto in un moderno impianto a carbone provvisto di un unità per lo scrubbing dei fumi, vale a dire 0,04 $/KWh.
Un reattore nucleare da 1600 megawatt costa 2,5 mld di euro (dunque, 1.56 euro al watt). All'opposto una pala eolica da 3 megawatt costa 3 mln di euro: l'eolico costa in generale circa 1 euro/watt, circa il 50% in meno. Si calcola che diversi siti italiani potrebbero avere installate migliaia di pale eoliche come la centrale di Varese Ligure e generare una potenza di 3 gigawatt, come quella che può produrre una centrale nucleare a 4 reattori.
Oltre ad avere il costo d'istallazione più basso, ha anche il costo di esercizio (o costo di produzione) più basso: 3-4 centesimi di euro al kW contro i 4 del carbone, e i 6 o più del petrolio il cui prezzo al barile varia con continuità e rende difficile il calcolo. Tale costo d'esercizio è tipicamente basso -circa cioè 30.000 volte inferiore al costo d'acquisto- poiché la fonte energetica-vento è gratuita.
34. 34 2.5 Richiami teorici Una turbina eolica produce una potenza meccanica convertendo la forza del vento in un momento di forza che agisce sulle pale del rotore.La quantità di energia che il vento trasferisce al rotore dipende dalla densità dell’aria, l’area del rotore e la velocità del vento. Una turbina eolica tipica di 600 kW ha un rotore di diametro 43-44 m,corrispondente ad un’area del rotore di 1500 metri quadrati.
L’energia cinetica di un corpo in movimento è proporzionale alla sua massa. L’energia cinetica del vento perciò dipende dalla densità dell’aria. In altre parole, più l’aria è pesante e maggiore è l’energia che arriva alla turbina. Alla pressione atmosferica e alla temperatura di 15°C, l’aria pesa 1.225 kg per metro cubo, ma la densità diminuisce leggermente all’aumentare dell’umidità. Inoltre l’aria è più densa a temperatura più bassa, mentre è meno densa in altitudine, a causa della più bassa pressione.La turbina eolica deve rallentare la corrente del vento per catturare la sua energia cinetica e convertirla in energia di rotazione. Questo significa che il vento si muoverà più lentamente a valle del rotore rispetto alla velocità che ha a monte. Per la conservazione della massa, un tubo di flusso immaginario attorno al rotore si presenta come in Figura 2. Il vento rallentato a valle occupa un volume maggiore rispetto al volume occupato a monte del rotore. Il rallentamento dell’aria avviene in maniera progressiva. Per quanto riguarda la distribuzione di pressione, davanti e dietro il rotore, a mano a mano che l’aria si avvicina al rotore la sua pressione cresce, poiché il rotore funziona da barriera all’aria stessa.Attraverso il piano del rotore si ha una brusca diminuzione della pressione che poi a valle risale per tornare al livello di pressione nell’area circostante. Muovendoci più lontano dal rotore, l’aria a velocità più bassa si mescolerà all’aria circostante (a velocità maggiore) finché la zona d’ombra del vento tenderà a sparire.
35. 35 Ricordo che: Momento di forza:Il momento è il prodotto dell’intensità della forza per la sua distanza dal punto: M=F x b
Energia cinetica:energia che un corpo possiede come conseguenza del suo movimento : EC=1/2mv2
Legge di conservazione della massa:la quantità di materia totale di un sistema chiuso rimane costante .In realtà tale legge ha valore per la chimica, dove non avvengono trasformazioni di massa in energia e viceversa (in base alla nota equazione di Einstein E=mc2). Considerando la materia come una forma di energia, la Legge della conservazione della massa può essere considerata un caso particolare della Legge di conservazione dell’energia.
36. 36 Ventosità E’ di enorme importanza per l’industria eolica poter descrivere le variazioni di velocità del vento. I progettisti degli aerogeneratori hanno infatti bisogno delle informazioni per ottimizzare le loro turbine eoliche e minimizzare così i costi di generazione. Anche nella valutazione dell’investimento, è importante avere le informazioni per poter stimare i guadagni dalla generazione di elettricità.
La variazione del vento per un sito tipico viene di solito descritta usando la distribuzione di Weibull, di cui si riporta qui di seguito la funzione densità di probabilità: p(v)=k/s(v/s)k-1 e-(v/s)k in cui v è velocità del vento, k è fattore di forma e s è fattore di scala. Si tratta di una distribuzione di probabilità, e per definizione l’area sottostante la curva è uguale ad 1.Utilizzando la funzione sopra si può calcolare il valore mediano della velocità del vento (valore per il quale la funzione di distribuzione cumulativa vale ½):v = s(ln 2)1 k.
37. 37 Legge di Betz Maggiore è l’energia cinetica che la turbina riesce ad estrarre dal vento e maggiore è la diminuzione di velocità del vento che lascia la turbina. Il vento viene quindi frenato, in modo che la velocità del vento a valle è compresa tra zero e il valore di velocità a monte (per entrambi questi casi limite la potenza estratta sarebbe nulla). Una turbina eolica ideale rallenta il vento di un fattore 2/3 rispetto alla velocità a monte della turbina. Questo dato è il frutto della legge di Betz, secondo la quale si può convertire meno di 16/27 (o 59%) dell’energia cinetica del vento in energia meccanica usando una turbina eolica.
Le ipotesi alla base della teoria di Betz sono le seguenti:
1. Concetto di tubo di flusso: il tubo di corrente che attraversa il disco attuatore non interagisca con la restante porzione di fluido che lo circonda.
2. In ogni sezione del tubo di flusso sussista una distribuzione di velocità permanente,uniforme e monodimensionale lungo l'asse. Il rallentamento di vena sul disco attuatore è distribuito uniformemente sulla sezione del disco.
3. Nelle sezioni infinitamente a monte e a valle si possa ritenere una situazione fluidodinamica indisturbata dalla presenza della macchina, ovvero sussista la pressione atmosferica dell'ambiente esterno, proprio come nella condizione di getto libero.
4. Il flusso eolico non incontri ostacoli oltre la turbina, né sopravento né sottovento.
5. Il vento sia stazionario e di intensità costante con la quota.
6. Non ci siano effetti di rotazione della vena a causa dell' "estrazione" di quantità di moto.
7. Si trascuri la comprimibilità dell'aria, cioè la densità sia ritenuta costante.
38. 38 Espressione della potenza La vena fluida, caratterizzata da una velocità v1, raggiunge le pale del rotore. Lì essa viene rallentata fino al raggiungimento di una velocità v2. Naturalmente nel passaggio da 1 a 2 deve valere l'equazione di continuità , per cui si può scrivere (supponendo la densità costante per l'ipotesi 7 della legge di Betz):dv1A1 = dv2A2 = m
Deve essere verificata anche l'equazione di conservazione della quantità di moto per cui:F =m(v1 – v2) ,dove F è la forza (orizzontale) esercitata dal flusso sulla macchina (da intendersi come media temporale della forza nell'arco di una rivoluzione completa del rotore).
La potenza è dunque:
P=L/t=Fs/t=Fv=m(v1-v2)
Facendo un bilancio tra entrata e uscita dell' energia cinetica associata alla vena fluida si trova la potenza ceduta: P=m(v12 –v22),ma poichè le potenze trovate nei due modi devono coincidere, si ricava v = ( v1 + v2 ) / 2.Il rallentamento avviene dunque, per metà nel tratto di corrente a monte e per metà nel tratto di corrente a valle del disco attuatore.
39. 39 3.1 Energia dal sole L'energia solare è la fonte di energia primaria per eccellenza . Tutta l' energia che oggi utilizziamo ha origine dall'irradiamento solare, compresi i combustibili fossili. Per energia solare si intende l'energia, termica o elettrica, prodotta sfruttando direttamente l'energia irraggiata dal sole verso la terra. Ogni istante il Sole trasmette sulla Terra 1367 watt/m2. Essendo questa un'energia gratuita, pulita, abbondante e disponibile con continuità si sono sviluppate varie tecnologie per il suo sfruttamento.Le applicazioni più dirette dell'energia solare sono:
40. 40 3.1.a Pannelli solari Il pannello solare (detto anche collettore solare) è un dispositivo atto all'accumulo dell‘energia solare e al suo immagazzinamento per un uso successivo. Questo sistema normalmente è composto da un pannello dedito alla ricezione dell'energia solare, da uno scambiatore, un fluido utilizzato per assorbire l'energia solare e da un serbatoio utilizzato per immagazzinare l'energia accumulata. Questo sistema può avere una circolazione naturale o forzata :
Circolazione naturale:
Nel caso della circolazione naturale si sfrutta la convenzione per far circolare il fluido nel sistema. Questa implementazione di pannello solare è più economica, per le spese di gestione da realizzare, ma impone di porre il serbatoio ad un'altezza maggiore di quella dei pannelli. Questo limite rende problematica la realizzazione di grandi serbatoi per via del loro peso. La circolazione naturale realizza uno scambio meno intenso di energia termica rispetto alla circolazione forzata e quindi un rendimento inferiore.
Circolazione forzata:
La circolazione forzata avviene con l'aiuto di pompe, attivate solo quando nei pannelli il fluido vettore si trova ad una temperatura più elevata rispetto a quella dell'acqua contenuta nei serbatoi di accumulo. Per regolare la circolazione ci si avvale di sensori che confrontano la temperatura del fluido vettore nel collettore con quella nel serbatoio di accumulo. In tali impianti ci sono meno vincoli per l'ubicazione dei serbatoi di accumulo. La maggiore velocità del fluido vettore permette un maggiore scambio termico e quindi il rendimento del pannello è leggermente superiore.
41. 41 Componenti di un pannello solare Quasi tutti i pannelli solari implementano in vario modo questi componenti:
copertura trasparente
assorbitore
isolamento
collegamenti
contenitore o serbatoio di accumulo
42. 42 Tipi di pannelli I pannelli solari si possono suddividere in alcune tipologie costruttive:
piani non vetrati
piani vetrati
piani vetrati non selettivi
piani vetrati selettivi
sottovuoto
I più usati sono i primi due:
I pannelli solari piani non vetrati hanno il vantaggio di essere poco costosi e di avere un ottimo rendimento in condizioni ottimali di irraggiamento quando la temperatura esterna è alta. A causa della mancanza dell'isolamento il loro rendimento diminuisce rapidamente all'allontanarsi dalle condizioni ottimali. Sono adatti perciò al solo uso stagionale ed esclusivamente per la produzione di acqua calda sanitaria, sono spesso impiegati nel riscaldamento delle piscine.
I pannelli solari vetrati hanno una struttura attorno all'assorbitore che ne limita le dispersioni sia per convezione con l'aria che per irraggiamento dato che il vetro che ricopre la parte superiore dell'assorbitore è progettato per questa funzione. Hanno un rendimento leggermente inferiore ai non vetrati in condizioni ottimali ma in condizioni meno favorevoli hanno un rendimento decisamente più alto arrivando a produrre acqua calda per uso sanitario circa dal marzo a ottobre.
43. 43 Utilizzi I pannelli solari possono essere utilizzati per fornire acqua calda e riscaldamento o per generare energia elettrica.
Nel primo caso il serbatoio provvede a immagazzinare l'acqua domestica che viene messa a contatto con il fluido tramite una serpentina. La serpentina consente al fluido di trasferire all'acqua l'energia immagazzinata senza contaminare l'acqua. Questa acqua può essere utilizzata come acqua calda nelle abitazioni o può essere utilizzata per riscaldare gli ambienti. I pannelli solari sono in grado di fornire acqua calda e riscaldamento in buone quantità ma non possono sostituire completamente gli usuali metodi di riscaldamento per via dell'incostanza dell'energia solare.
Il secondo utilizzo prevede che lo scambiatore di calore sia riscaldato fino ad essere portato in ebollizione. Una volta che il liquido sia passato in fase gassosa lo si invia in una turbina termoelettrica che convertirà il movimento del gas in energia elettrica. Questo tipo di centrale elettrica richiede ampi spazi per l'installazione dei pannelli solari e una presenza di sole costante. Esempi di queste centrali sono state installate nei deserti e una centrale di questo tipo è stata costruita anche in Sicilia. Questi esperimenti non hanno avuto molto successo per via degli alti costi di realizzazione e di mantenimento rapportati alla bassa potenza elettrica generata.
44. 44 3.1.b Pannelli fotovoltaici Un pannello o modulo fotovoltaico è un dispositivo in grado di convertire l‘energia solare direttamente in energia elettrica mediante l’effetto fotovoltaico ed è usato per generare elettricità a partire dalla luce del sole.
I pannelli contenenti celle fotovoltaiche in silicio cristallino sono in genere composti da una matrice di celle disposte tra due superfici di sostegno, di cui almeno una trasparente. L'insieme di celle fotovoltaiche così disposte vengono collegate elettricamente mediante ribbon, ovvero sottili nastri in materiale conduttore, in genere rame stagnato, in modo da costituire opportunamente serie e paralleli elettrici, in base alle esigenze del produttore.
I pannelli contenenti celle fotovoltaiche in silicio amorfo sono invece composti da un sottile strato siliceo sigillato tra due strati traslucidi flessibili. Raramente vengono costituite serie o paralleli elettrici, all'interno di un modulo fotovoltaico di questo tipo.
45. 45 L’effetto fotovoltaico L'effetto fotovoltaico si realizza quando un elettrone presente nella banda di valenza(la banda più bassa di energia occupata dagli elettroni),di un materiale (generalmente semiconduttore) passa alla banda di conduzione(banda più alta di energia che contiene gli elettroni capaci di interagire con altri atomi) a causa dell'assorbimento di un fotone sufficientemente energetico incidente sul materiale.
L'effetto fotovoltaico, osservato per la prima volta da Alexandre Edmond Bequqrel nel 1839, costituisce una delle prove indirette della natura corpuscolare delle onde elettromagnetiche. Quando una radiazione elettromagnetica investe un materiale può, in certe condizioni, cedere energia agli elettroni più esterni degli atomi del materiale e, se questa è sufficiente, l'elettrone risulta libero di allontanarsi dall'atomo di origine. L'assenza dell'elettrone viene chiamata in questo caso lacuna. L'energia minima necessaria all'elettrone per allontanarsi dall'atomo (passare quindi dalla banda di valenza che corrisponde allo stato legato più esterno alla banda di conduzione ove non è più legato) deve essere superiore alla band gap (differenza tra banda di valenza e banda di conduzione)del materiale .
46. 46 Composizione I moduli fotovoltaici più comuni sono realizzati mediante pressofusione di più strati di materiale. Sopra una superficie posteriore di supporto, in genere realizzata in un materiale isolante con scarsa dilatazione termica, come il vetro temperato o un polimero come il tedlar, vengono appoggiati un sottile strato di acetato di vinile (spesso chiamato con la sigla EVA), la matrice di moduli preconnessi mediante i già citati ribbon, un secondo strato di acetato e un materiale trasparente che funge da protezione meccanica anteriore per le celle fotovoltaiche, in genere vetro temperato. Dopo il procedimento di pressofusione, che trasforma l'EVA in mero collante, le terminazioni elettriche dei ribbon vengono chiuse in una morsettiera stagna generalmente fissata alla superficie di sostegno posteriore, e il "sandwich" ottenuto viene fissato ad una cornice in aluminio, che sarà utile al fissaggio del pannello alle strutture di sostegno atte a sostenerlo e orientarlo opportunamente verso il sole.
47. 47 Rendimento Con rendimento si intende la percentuale di energia captata e trasformata rispetto a quella totale giunta sulla superficie del modulo, e può essere considerato un indice di correlazione tra watt erogati e superficie occupata, ferme restando tutte le altre condizioni
Le prestazioni dei pannelli fotovoltaici sono suscettibili di variazioni anche sostanziose in base:
al rendimento dei materiali;
alla tolleranza di fabbricazione percentuale rispetto ai valori di targa;
all‘irraggiamento a cui le sue celle sono esposte;
all'angolazione con cui questa giunge rispetto alla sua superficie;
alla temperatura di esercizio dei materiali, che tendono ad "affaticarsi" in ambienti caldi;
alla composizione dello spettro di luce.
Per motivi costruttivi, il rendimento dei moduli fotovoltaici è in genere inferiore o uguale al rendimento della loro peggior cella.
Se nei pannelli ad uso aerospaziale i rendimenti raggiungono anche il 50%, valori tipicamente riscontrabili nei prodotti commerciali a base silicea si attestano intorno al 15%.
A causa del naturale affaticamento dei materiali, le prestazioni di un pannello fotovoltaico comune diminuiscono di circa un punto percentuale su base annua. Per garantire la qualità dei materiali impiegati, è prassi comune che i produttori coprano con un'opportuna garanzia oltre ai difetti di fabbricazione anche il calo di rendimento del pannello nel tempo. La garanzia oggi più comune è del 90% sul nominale per 10 anni e dell'80% sul nominale per 20 anni. I moduli fotovoltaici odierni hanno una vita stimata di 50 anni circa, anche se è plausibile ipotizzare che vengano dismessi dopo un ciclo di vita di 20-25 anni, a causa dell'obsolescenza della loro tecnologia.
48. 48 Celle fotovoltaiche Una cella fotovoltaica è l'elemento base nella costruzione di un modulo fotovoltaico, ma può venire anche impiegata singolarmente in usi specifici.
La versione più diffusa di cella fotovoltaica, quella in materiale cristallino, è costituita da una lamina di materiale semiconduttore, il più diffuso dei quali è il silicio, e si presenta in genere di colore nero o blu e con dimensioni variabili dai 4 ai 6 pollici.
Piccoli esemplari di celle fotovoltaiche in materiale amorfo sono in grado di alimentare autonomamente dispositivi elettronici di consumo, quali calcolatrici, orologi e simili.
Analogamente al modulo, il rendimento della cella fotovoltaica si ottiene valutando il rapporto tra l'energia prodotta dalla cella e l'energia luminosa che investe l'intera sua superficie. Valori tipici per gli esemplari in silicio cristallino comunemente disponibili sul mercato si attestano attorno al 15%.
49. 49 Campo fotovoltaico Con campo fotovoltaico si intende il componente principale di un impianto fotovoltaico, composto dall'insieme di pannelli fotovoltaici disposti su stringhe ovvero serie elettriche.
Le varie stringhe di moduli fotovoltaici possono, a seconda delle esigenze, essere tra loro connesse in parallelo mediante opportuni quadri elettrici prima di raggiungere l‘inverter o il regolatore di carica nel caso di impianti stand-alone ovvero ad isola in corrente continua.
Il campo fotovoltaico può essere paragonato ai polmoni di un impianto, ovvero il punto di contatto tra l'impianto e la sua fonte di energia: la luce del sole.
La potenza nominale del campo fotovoltaico si misura in base alla somma dei valori di potenza nominale espressi da ciascun modulo fotovoltaico di cui è composto, e l'unità di misura più usata è il kilowatt picco (simbolo: kWp).
La dimensione occupata da un campo fotovoltaico realizzato con tecnologie odierne basate sul silicio si aggira intorno agli 8 mq / kWp ai quali vanno aggiunte eventuali superfici occupate dai coni d'ombra prodotti dalle stringhe se posizionate su una superficie piana e conseguentemente sollevate verso il sole con una struttura di sostegno apposita.
Un campo fotovoltaico per connessioni alla rete raggiunge facilmente voltaggi elevati, fino a 500 Vdc, in virtù delle lunghe stringhe realizzate.
50. 50 Inseguitori solari Un campo fotovoltaico può, secondo le esigenze, essere montato su strutture fisse o semoventi. Il silicio cristallino, infatti, risulta molto sensibile all'incidenza con cui la luce ne colpisce la superficie. Di conseguenza in alcuni casi risulta opportuno impiegare strutture dette inseguitori che rilevano la posizione del sole e orientano il campo fotovoltaico di conseguenza.
Tipologie:
Gli inseguitori più diffusi sono quelli a un grado di libertà, l‘azimuth. Per ottenere ciò una o più stringhe vengono montate a bordo di una base rotante. L'incremento di produzione elettrica risultate è approssimativamente pari al 17%.
Gli inseguitori a tilt sono anch'essi ad un grado di libertà, ma nel senso verticale. In questo caso il campo fotovoltaico viene sollevato verso l'orizzonte in modo che l'angolo rispetto al suolo sia ottimale per la posizione del sole. L'incremento di produzione risultante rispetto ad una soluzione fissa è di circa il 6%.
Gli inseguitori più sofisticati sono quelli chiamati in gergo girasoli, ovvero inseguitori a due gradi di libertà. In questo caso entrambe le caratteristiche degli inseguitori citati vengono combinate per rinforzarsi a vicenda. I vantaggi in termini elettrici raramente superano il 25%.
51. 51 3.2.a Centrali solari Una centrale solare è una centrale elettrica che utilizza l‘energia solare per produrre corrente elettrica . Le centrali solari termiche immagazzina l'energia solare attraverso dei pannelli solari che provvedono a convogliare la luce solare in un liquido. Questo liquido assorbendo l'energia solare si riscalda fino a giungere ad ebollizione. Una volta diventato gas viene convogliato in una turbina collegata ad una dinamo. La turbina sottrae energia cinetica al gas e la converte in energia meccanica che viene utilizzata dalla dinamo per produrre corrente elettrica. Esiste una seconda tipologia di centrali che non utilizza pannelli solari ma specchi. Gli specchi vengono puntati verso un serbatoio posto alla sommità di una torre. La luce concentrata dagli specchi fa evaporare il liquido contenuto nel serbatoio che viene inviato alla turbina e alla dinamo per generare energia elettrica. Questa seconda tipologia di centrale termica consente di raggiungere temperature maggiori e quindi consente di utilizzare come liquido altri elementi oltre all'acqua innalzando l'efficienza complessiva del sistema.
52. 52 3.2.b Centrali fotovoltaiche Le centrali fotovoltaiche sono tipicamente costituite da centinaia o migliaia di moduli fotovoltaici di grandi dimensioni connessi in serie/parallelo, installati a terra su strutture in cemento armato e acciaio. Con gli attuali valori dell’efficienza di trasformazione dell’energia solare in elettrica, una centrale da un megawatt, capace di fornire energia ad un migliaio di utenti, si estenderebbe su un’area grande come quattro campi di calcio. L’impegno del territorio è dovuto per metà dalle aree effettivamente occupate dai moduli fotovoltaici, e per l’altra metà dalle aree necessarie per evitare l’ombreggiamento reciproco delle file di moduli.
Questa tipologia di centrale ha un'efficienza compresa tra i 14 e i 25% a seconda delle caratteristiche del pannello fotovoltaico utilizzato. I pannelli con altissima efficienza normalmente non vengono utilizzati in strutture estese come questo tipo di centrali per via del loro elevato costo.
53. 53 3.2.c Quanto si possono sfruttare? Nel mondo:Stando agli attuali rendimenti dei pannelli fotovoltaici (10%-15%) si stima che sia sufficiente lo 0.07% - 0.1% delle terre emerse mondiali per fare fronte al consumo elettrico globale.
In Italia:Per quanto riguarda la completa sostituzione del fabbisogno energetico italiano con il solare fotovoltaico si stima che sia necessario coprire tutte le regioni d‘Italia ad eccezione della Sicilia e della Sardegna. Con copertura di quasi tutta l'Italia si intende non solo i tetti delle case ma ogni superficie esposta al sole.Per il solo consumo energetico elettrico italiano sono necessari 1.861 Kmq (supponendo 1500 ore di insolazione all'anno che generi la potenza di picco e 8 mq per Kwp).La superficie totale italiana è pari a 301.171 Kmq, quindi serve coprire lo 0.6% della superficie italiana per fare fronte al consumo elettrico nazionale. La superficie agricola utile è di 13 milioni di ettari, quindi serve coprire l'1,4% dei terreni agricoli con campi fotovoltaici.
54. 54 Utilizzi I pannelli fotovoltaici vengono utilizzati prevalentemente per alimentare dispositivi distanti dalle reti elettriche (sonde spaziali, ripetitori telefonici in alta montagna, ecc) o con richieste energetiche talmente ridotte che un allacciamento alla rete elettrica risulterebbe antieconomico (segnaletica stradale luminosa, parchimetri, ecc). Ovviamente questi dispositivi devono essere dotati di accumulatori in grado di assorbire la corrente elettrica prodotta in eccesso durante la giornata per rifornire le apparecchiature durante le ore notturne e durante i periodi nuvolosi. Con le attuali tecnologie i pannelli fotovoltaici sono scaldati anche dalla radiazione infrarossa (invisibile) dei raggi solari e dunque erogano anche in caso di tempo nuvoloso e pioggia. La quantità d'energia erogata è tuttavia variabile e diffcilmente prevedibile e non è in grado di assicurare la continuità nell'erogazione della corrente, a meno di una produzione con un largo margine di sicurezza al di sopra dei picchi annuali di domanda.
Attualmente la maggior parte degli studi si concentrano su nuove generazioni di celle fotovoltaiche dotate di una maggior efficienza di quelle attuali o su celle fotovoltaiche dotate di un'efficienza simile a quella delle celle attuali ma molto più economiche. Studi più ambiziosi puntano alla realizzazione di centrali solari orbitanti. Queste centrali dovrebbero raccogliere i raggi solari direttamente nello spazio e trasmettere la potenza assorbita sulla Terra per mezzo di microonde o raggi laser. Gli attuali progetti di costruzione prevedono l'installazione di queste centrali nel 2040.
La tecnologia fotovoltaica è indicata per produrre elettricità in zone isolate, mediante la realizzazione di piccoli impianti. Attualmente l'evoluzione tecnologica rende possibili anche impianti tipicamente energetici avvalendosi di sistemi ibridi, come ad esempio fotovoltaico e termico.
Un altro aspetto importante riguarda la disponibilità di materie prime per realizzare i moduli fotovoltaici in grande scala e per realizzare il passaggio a un sistema di produzione elettrica basato sul fotovoltaico, in particolare la disponibilità di rame che sta diventando scarso.
55. 55 Una tecnologia in fase di sperimentazione:il solare termodinamico In Italia è in fase di sperimentazione il progetto Archimede,un impianto in provincia di Siracusa,a Priolo,dove si sta avviando in collaborazione con l’Enel l’applicazione a livello industriale del nuovo solare termodinamico.Si tratta di un impianto che cattura energia con gli specchi parabolici per immagazzinarla in un fluido salino.Questo sistema permette un grande progresso:lo sviluppo dell’accumulo termico del calore solare prodotto,cioè il passaggio intermedio del calore dagli specchi ad un contenitore isolato termicamente ad alta temperatura (400-500 gradi centigradi).L’energia viene poi trasferita all’utilizzo industriale ma solamente quando sia necessario e con una continuità che prescinda dall’inevitabile ciclo giorno-notte o dal passaggio delle nubi.Al posto del vecchi olio infiammabile e inadatto alle alte temperature,l’impianto di Priolo dovrebbe usare (primo al mondo) una miscela di Sali fusi capaci di riscaldarsi molto di più e di accumulare energia in modo da renderla disponibile in ogni momento.
Purtroppo il solare termodinamico per decollare,ha bisogno per legge di essere equipaggiato al solare fotovoltaico,in modo da concedere un prezzo incentivante anche all’energia così prodotta.Questa legge non è ancora arrivata e per ora il progetto è bloccato per questioni burocratiche e interne all’Enea,l’ente che all’inizio ne sponsorizzò l’attivazione a seguito delle ricerche del Premio Nobel Carlo Rubbia.
56. 56 4.1 Energia dal sottosuolo Il termine "geotermia" deriva dal greco "gê" e "thermòs" ed il significato letterale è "calore della Terra".
Per energia geotermica si intende quella contenuta, sotto forma di "calore", all'interno della terra. L'origine di questo calore è in relazione con la natura interna del nostro pianeta e con i processi fisici che in esso hanno luogo.Tale calore è presente in quantità enorme e praticamente inesauribile.
Da sempre i popoli hanno usato l'acqua geotermica che fluiva liberamente alla superficie dalle sorgenti calde.L'uso piu' antico e diffuso e' stato, naturalmente, quello termale. Poi questa "acqua magica" fu impiegata anche per altri scopi.I Romani curavano con l'acqua proveniente dal centro della Terra i disturbi della pelle e degli occhi e riscaldavano gli edifici di Pompei, ma gia' alcuni millenni prima gli Indiani d'America la usavano per cucinare, oltre che per scopi medicinali, così come facevano i Maori della Nuova Zelanda.
57. 57 4.1.a Sistemi geotermici
58. 58 Come arriva il calore? Il nucleo della Terra, a circa 6400 km di profondita', ha una temperatura intorno ai 5000ƒC. Il calore fluisce verso la superficie e viene condotto dalle rocce del mantello, lo strato che circonda il nucleo.
Quando temperatura e pressione aumentano oltre un certo limite, la roccia del mantello fonde e diventa magma, che, essendo meno denso della roccia circostante solida, sale lentamente, per convezione, verso la crosta, trasportando calore dal basso verso l'alto.
A volte il calore arriva in superficie attraverso una fenditura sotto forma di lava; molto piu' spesso rimane sotto la crosta, scaldando le rocce e l'acqua circostanti (ossia pioggia che si e' infiltrata in profondita' attraverso gli strati rocciosi), con temperature che arrivano fino a circa 370ƒC. L'acqua calda, geotermica, risalendo attraverso faglie e fratture, puo' raggiungere la superficie e formare sorgenti calde e geyser. La maggior parte rimane invece nel sottosuolo, intrappolata in fratture e strati porosi di roccia: in questi casi si ha la formazione di un serbatoio geotermico.
59. 59 Come si sfrutta il calore terrestre? Oggi gli esperti studiano il sottosuolo per localizzare i serbatoi di fluido geotermico da portare in superficie attraverso la realizzazione di pozzi profondi anche alcune migliaia di metri, operazione che richiede un'attenta valutazione perchè la perforazione di un pozzo costa diversi miliardi di lire e puo' non portare a risultati produttivi.
Quando l'acqua o il vapore arrivano in superficie ,in base ai fluidi erogati i sistemi geotermici si dividono in:
Sistemi a vapore secco o “a vapore dominante”(mofete): costituiti soprattutto da vapore secco che si trova a pressioni e temperature elevate accompagnato da altri gas o sostanze solubili (CO2, H2S, B, NH3). Il vapore può essere utilizzato direttamente per la produzione di energia elettrica convogliandolo ad una turbina.
Sistemi a vapore umido o “ad acqua dominante”(fumarole): costituito da acqua calda (temperatura compresa tra 180 e 370° C) e ad alta pressione; nel momento in cui viene ridotta la pressione nella colonna del pozzo, l’acqua vaporizza ed arriva in superficie sotto forma di una miscela composta di acqua e vapore che può essere utilizzato immediatamente per la produzione di energia elettrica.Attraverso i pozzi, vengono avviati agli impianti di produzione di elettricita', le centrali geotermiche, o sono impiegati per usi non elettrici.
60. 60 4.1.b Centrali geotermiche Gli impianti geotermici sono quelli che, tra le varie forme di energie rinnovabili, permettono le più alte potenze installate e di conseguenza le più consistenti energie prodotte. Per quanto riguarda l'energia producibile, la temperatura del fluido geotermico è di fondamentale importanza. Maggiore è la temperatura, maggiore è l'energia producibile.
Nelle centrali a vapore secco, il vapore si utilizza direttamente in normali turbine adatte alle caratteristiche termodinamiche di pressione e temperatura del fluido. Qui si ha la trasformazione della energia potenziale del fluido in energia meccanica; questa viene poi subito trasformata in energia elettrica mediante un alternatore o generatore collegato alla turbina stessa.
Il rendimento globale delle centrali geotermoelettriche è intorno al 10 - 17%, circa tre volte minore di quello delle centrali termoelettriche, dovuto alla bassa temperatura del vapore geotermico. Questo basso valore del rendimento non deve però trarre in inganno; infatti una valutazione di carattere globale ci conferma che il processo di generazione è economicamente ed ambientalmente conveniente.
61. 61 In Italia… L’Italia è il paese geotermicamente più “caldo” di tutta l’Europa, cosa testimoniata dai numerosi vulcani, dai soffioni boraciferi, dalle sorgenti termominerali.
La produzione geotermica ha una lunga tradizione e per molti anni costituì un primato mondiale; ancor oggi la zona di Larderello, in Toscana, è considerata la culla della geotermia. Le prime applicazioni si sono avute proprio a Larderello (Toscana) dove esistevano evidenti manifestazioni geotermiche; infatti, già dal 1777 veniva utilizzato l’acido borico delle acque geotermiche della zona e nel 1827 si ha la prima vera utilizzazione in forma diretta dell’energia geotermica il cui calore veniva usato, al posto della legna, per l’evaporazione dell’acqua da cui estrarre l’acido borico.
62. 62 4.2 Impatto ambientale e aspetti economici Per quanto riguarda la produzione di energia elettrica, negli anni passati ci sono state delle giustificate proteste da parte dei cittadini residenti in prossimità delle centrali geo-termoelettriche sopratutto per l'emissione di sgradevoli odori, con le nuove tecnologie che prevedono la reiniezione dei fluidi geotermici (ciclo binario) si è ovviato anche a questo inconveniente, inoltre la reiniezione ovvia anche a eventuali rischi di subsidenza, in pratica si usano i fluidi geotermici per estrarre il calore dal sottosuolo in un sistema a ciclo chiuso, il calore viene recuperato tramite lo scambiatore di calore. Si può quindi sostenere che, con le adeguate tecnologie, la produzione di energia elettrica dalle risorse geotermiche è quasi in assoluto la più ecologicamente compatibile, anche per le contenute dimensioni di tali impianti proporzionalmente alla potenza sviluppata, inferiori perfino alle centrali a gas e a combustibili fossili in generale.
Il costo degli impianti geotermici per la produzione di energia elettrica hanno nelle opere di perforazione il costo principale, circa i 2/3 dei costi totali, questo è il principale ostacolo per lo sviluppo della coltivazione di questa fonte rinnovabile perché quando si esegue una perforazione non si ha la certezza di arrivare ad un acquifero con le caratteristiche adatte all'utilizzo.
63. 63 4.3 Prospettive future Per il miglior utilizzo delle risorse geotermiche come fonte di calore si dovrebbe:
sfruttare al massimo il valore termico del fluido.
estendere al massimo l'impiego del calore ;
operare quindi in zone con più lunga stagione di riscaldamento oppure utilizzare il calore per il raffreddamento estivo di uffici o abitazioni ;
usare il riscaldamento di sera in inverno ed essiccatoi in estate per prodotti agricoli, ecc ;
usare il calore in cascata (riscaldando prima serre e quindi un impianto che ha bisogno di poca temperatura come la piscicoltura) ;
vendere l'acqua calda di risulta per altri scopi (come per fini potabili).
Molti serbatoi (o acquiferi) per la produzione di energia elettrica si trovano in Paesi in via di sviluppo e, in tal caso, la risorsa geotermica può essere considerata un'eccellente opportunità di sviluppo sostenibile anche sotto l'aspetto economico.
64. 64 5.1 Le Biomasse Biomassa è un termine che riunisce una gran quantità di materiali, di natura estremamente eterogenea. In forma generale, si può dire che è biomassa tutto ciò che ha matrice organica, con esclusione delle plastiche di origine petrolchimica e dei materiali fossili, es. petrolio e carbone che esulano dall’argomento in questione. Le più importanti tipologie di biomassa sono residui forestali, scarti dell’industria di trasformazione del legno (trucioli, segatura, etc.) scarti delle aziende zootecniche, alghe e colture acquatiche e i rifiuti solidi urbani.In particolare, si considerano biomasse:
legname da ardere
residui agricoli e forestali
scarti dell'industria agroalimentare
reflui degli allevamenti
rifiuti urbani
specie vegetali coltivate
65. 65 5.2 Energia delle biomasse Il settore delle biomasse per usi energetici è probabilmente la più concreta ed immediata F.E.R. disponibile. Le principali applicazioni sono: produzione di energia (bioenergia), sintesi di carburanti (biocarburanti) e sintesi di prodotti (bioprodotti).
I principali vantaggi delle biomasse sono:
abbondanza;
facilità di estrazione energetica e economica;
uso come rigeneranti di terre terre desolate;
possibilità di sviluppo in aree inutilizzate e creazione di occupazione;
non contribuiscono all'effetto serra(basso tenore di zolfo) e quindi non contribuiscono alla produzione di piogge acide,
sono una fonte di energia rinnovabile e il loro fine ciclo costituisce potenziale fertilizzante.
Le biomasse soddisfano il 15% circa degli usi energetici primari nel mondo, con 55 milioni di TJ/anno.
All’avanguardia nello sfruttamento delle biomasse sono i paesi del nord-centro Europa,tra cui Francia e Gran Bretagna.
L’Italia si pone in una condizione di scarso sviluppo, nonostante l’elevato potenziale di cui dispone.
66. 66 5.2.a Bioenergia La bioenergia è qualsiasi forma di energia utile ottenuta dai biocombustibili. La biomassa rappresenta la più consistente tra le fonti di energia rinnovabile anche se esistono molteplici difficoltà di impiego dovute all’ampiezza e all’articolazione delle fasi che costituiscono le singole filiere.
Le tecnologie per ottenere energia dai vari tipi di biomasse sono naturalmente diversi e diversi sono anche i prodotti energetici che si ottengono. In sintesi, i processi di conversione in energia delle biomasse possono essere ricondotti a due grandi categorie: processi termochimici e processi biochimici .
Processi termochimici: I processi di conversione termochimica sono basati sull'azione del calore che permette le reazioni chimiche necessarie a trasformare la materia in energia . Le biomasse più adatte a subire processi di conversione termochimica sono la legna e tutti i suoi derivati (segatura, trucioli, ecc.), i più comuni sottoprodotti colturali di tipo ligno-cellulosico (paglia di cereali, residui di potatura della vite e dei fruttiferi, ecc.) e taluni scarti di lavorazione (lolla, pula, gusci, noccioli, ecc.).
Processi biochimici: I processi di conversione biochimica permettono di ricavare energia per reazione chimica dovuta al contributo di enzimi, funghi e micro-organismi, che si formano nella biomassa sotto particolari condizioni . Risultano idonei alla conversione biochimica le colture acquatiche, alcuni sottoprodotti colturali (foglie e steli di barbabietola,colture ortive, patata, ecc.), i reflui zootecnici e alcuni scarti di lavorazione (acqua di vegetazione, ecc.), nonché lacune tipologie di reflui urbani ed industriali.
67. 67 Tecnologie per lo sfruttamento dell’energia dalle biomasse
68. 68 Co-combustione Una immediata opportunità per l'utilizzo massiccio delle biomasse come fonte per ottenere energia elettrica è data dalla tecnologia della co-combustione (cofiring),che consiste nella sostituzione di una porzione di carbone con biomassa da utilizzare nella stessa caldaia dell' impianto preesistente; ciò può essere fatto miscelando la biomassa con carbone prima che il combustibile venga introdotto nella caldaia o utilizzando alimentazioni separate per la biomassa e il carbone.
Si può arrivare a sostituire il 20% di carbone con biomasse, riducendo le emissioni di protossido d'azoto, di anidride solforosa e di anidride carbonica.
69. 69 Pirolisi E’ un processo di decomposizione termochimica di materiali organici, ottenuto fornendo calore, a temperature comprese tra 400 e 800°C, in forte carenza di ossigeno. I prodotti della pirolisi sono gassosi, liquidi e solidi, in proporzioni che dipendono dai metodi di pirolisi (pirolisi veloce, lenta, convenzionale) e dai parametri di reazione. Uno dei maggiori problemi legati alla produzione di energia basata sui prodotti della pirolisi è la qualità dei medesimi. Spesso, infatti, il livello di qualità non risulta essere sufficientemente adeguato per le applicazioni con turbine a gas e motori diesel.
In particolare, a livello sperimentale, si nota che:
con una pirolisi lenta a basse temperature e lungo tempo di permanenza si ha un contenuto carbone di legna di circa il 30% in peso con un contenuto energetico di circa il 50%;
la pirolisi estremamente veloce (flash pirolisi) condotta ad una temperatura relativamente bassa (intorno a 500 °C con un massimo di 650°C) e con un tempo di permanenza molto basso (meno di 1 secondo) fa aumentare i prodotti liquidi e gassosi fino all’80% in peso;
una pirolisi condotta in condizioni convenzionali, ovvero a temperature moderate (inferiori a 600 °C) dà origine a prodotti gassosi, liquidi e solidi in proporzioni più o meno costanti.
70. 70 Carbonizzazione La carbonizzazione è, in sostanza, un processo di pirolisi.
E' un processo di tipo termochimico che consente la trasformazione delle molecole strutturate dei prodotti legnosi e cellulosici in carbone (carbone di legna o carbone vegetale), ottenuta mediante l’eliminazione dell’acqua e delle sostanze volatili dalla materia vegetale, per azione del calore nelle carbonaie all’aperto, o in strutture chiuse che offrono una maggior resa in carbone e vari altri prodotti (alcol, acido acetico, acetone, catrame, ecc.). Il carbone di legna può essere usato come combustibile o anche come materia prima per l'ottenimento di prodotti chimici industriali quali ad esempio i carboni attivi.
71. 71 Gassificazione Si tratta del processo di conversione del carbone e/o della biomassa in composti gassosi (ossido di carbonio, anidride carbonica, metano, idrogeno e miscele di essi come il syngas), eseguito per reazione con aria, ossigeno, vapore o loro miscele. Il gas prodotto può essere impiegato direttamente nell’industria chimica ed elettrica, o altrimenti convertito in idrocarburi liquidi o solidi tipo cere.
La gassificazione consiste nell'ossidazione incompleta di una sostanza in ambiente ad elevata temperatura (900/1000°C) per la produzione di un gas combustibile (detto gas di gasogeno o syngas).Il gas di gasogeno può essere trasformato in alcool metilico (CH3OH), che può essere agevolmente utilizzato per l'azionamento di motori e per la produzione di biodiesel.
Le tecnologie di gassificazione della biomassa sono ritenute promettenti sia perché nell'immediato possono essere abbinate alle attuali tecnologie di produzione dell'energia elettrica, in particolare nelle centrali a gas a ciclo combinato.
72. 72 Biocombustibili solidi La combustione è una reazione chimica in cui una sostanza (combustibile) si combina con l'ossigeno dell'aria (comburente) sviluppando calore. La combustione presuppone la contemporanea presenza in giuste proporzioni di tre elementi fondamentali: il combustibile, il comburente e la temperatura. In assenza anche di uno solo di questi fattori la combustione non ha luogo, mentre se le proporzioni non sono rispettate si parla di combustione incompleta.Dal punto di vista termodinamico, la combustione è un processo di conversione dell’energia chimica del combustibile in calore.
Anche alcune tipologie di scarti dell'industria del legno (segatura, polveri ) possono essere utilizzate per produrre combustibili ecologici quali pellet, bricchetti o cippato.
Tuttavia uno dei maggiori inconvenienti della combustione dei biocombustibili solidi è l'alto tenore di emissioni, sopratutto di CO e sopratutto nei piccoli impianti residenziali dove può anche dar luogo ad intossicazioni dato che tale gas è altamente tossico, ma hanno il pregio di poter essere adottati e gestiti da subito anche nei paesi arretrati e in via di sviluppo .
73. 73 Tipi di biocombustibili solidi Il pellet si distingue per la bassa umidità (inferiore al 12 %) e per la sua elevata densità nonché per la regolarità del materiale. Il presupposto per l'utilizzo di questo prodotto è l'impiego di legname vergine, non trattato cioè con corrosivi, colle o vernici . I pellets sono prodotti con la polvere ottenuta dalla sfibratura dei residui legnosi, la quale viene pressata da apposite macchine in cilindretti che possono avere diverse lunghezze e spessori.La compattezza e la maneggevolezza danno a questa tipologia di combustibile caratteristiche di alto potere calorifico (p.c.i. 4.000-4.500 kcal/kg) e di affinità ad un combustibile fluido. E' molto indicato quindi, per la sua praticità, per piccoli e medi impianti residenziali.
Cippato deriva dall'inglese chips "pezzettini“. Sono pezzettini di legno ricavati dagli scarti di segherie che lavorano piante prive di sostanze inquinanti quali vernici, ecc.E' un ottimo combustibile che usato in apposite caldaie o stufe sprigiona una potenza calorica di Kcal/h 3000/3500 a seconda del grado di umidità.
74. 74 Tipi di combustibili solidi I bricchetti sono dei tronchetti pressati, in genere di 30 cm di lunghezza e 7-8 cm di diametro. L'utilizzo è assimilabile a quello del legno in ciocchi. I processi per la produzione di pellets e bricchetti non richiedono l'uso di alcun tipo di collante, poiché la compattazione avviene fisicamente e con l'alta temperatura generata nel processo. La compattezza e la maneggevolezza danno a questa tipologia di combustibile caratteristiche di alto potere calorifico (p.c.i. 4.000-4.500 kcal/kg), è indicato per impianti medi e grandi, ma si presta anche all'uso in piccoli impianti anche residenziali.
Naturalmente tra i biocombustibili solidi bisogna annoverare i pezzi (o ciocchi) di legno vero e proprio, il costo è marginalmente superiore dato che i combustibili sopradescritti possono essere ricavati da scarti industriali e/o delle lavorazioni agricole e boschive.Comunque in genere i biocombustibili solidi sono competitivi anche nei confronti del metano, non solo per le necessità di calore ma in alcuni casi con i sistemi adeguati anche per la produzione di energia elettrica.
75. 75 5.2.b Bio-carburanti I biocarburanti sono prodotti derivati dalla biomassa che, oltre a prestarsi per produrre calore e/o energia elettrica, possono essere usati per autotrazione, sia miscelati con i carburanti da combustibili fossili e sia, in alcuni casi, utilizzati puri.
Essi sono:
Bio-etanolo;
Bio-metanolo;
Olio vegetale;
Bio-diesel;
Bio-gas;
Bio-idrogeno;
76. 76 Bio-etanolo La fermentazione alcoolica è un processo di tipo micro-aerofilo che opera la trasformazione dei glucidi contenuti nelle produzioni vegetali in bioetanolo (alcool etilico) . Risulta un prodotto utilizzabile anche nei motori a combustione interna normalmente di tipo “dual fuel”, come riconosciuto fin dall’inizio della storia automobilistica. Se, però, l’iniziale ampia disponibilità ed il basso costo degli idrocarburi avevano impedito di affermare in modo molto rapido l’uso di essi come combustibili, dopo lo shock petrolifero del 1973 sono stati studiati numerosi altri prodotti per sostituire il carburante delle automobili (benzina e gasolio); oggi, tra questi prodotti alternativi, quello che mostra il miglior compromesso tra prezzo, disponibilità e prestazioni è proprio il bioetanolo . Le materie prime per la produzione di etanolo possono essere racchiuse nelle seguenti classi:
Residui di coltivazioni agricole;
Residui di coltivazioni forestali;
Eccedenze agricole temporanee ed occasionali;
Residui di lavorazione delle industrie agrarie e agro - alimentari;
Coltivazioni ad- hoc;
Rifiuti urbani.
77. 77 Potenzialità e vantaggi del bio-etanolo Negli USA sono stati effettuati alcuni interessanti studi sulle potenzialità del bioetanolo dai quali sono emersi i seguenti vantaggi:
Minor costo della benzina se additivata con bioetanolo, tenendo presente che in quel paese la benzina ha un costo nettamente inferiore al nostro.
Maggior profitto per i coltivatori delle colture adatte ad ottenere bioetanolo, riduzione del deficit commerciale e nuovi posti di lavoro.
L'ultimo studio sul bilancio energetico nella produzione del bioetanolo segnala un attivo del 34%, tenendo presente che si basa sull'odierna tecnologia e non prende in considerazione le innovazioni che sicuramente ci saranno nei prossimi anni.
Vari studi sul minor inquinamento dell'aria quando i carburanti fossero additivati con bioetanolo e la non contaminazione dei terreni e delle falde freatiche nel caso di versamento incidentale del bioetanolo nell'ambiente.
Attualmente non è lecito utilizzare alcol etilico come carburante in proporzioni superiori al 5%, in quanto si evaderebbero le norme praticate sui carburanti stessi.
78. 78 Bio-metanolo L'alcool metilico o metanolo, di formula CH3OH, venne scoperto nel 1661 da Boyle nei prodotti di distillazione del legno. L'alcool metilico era ottenuto industrialmente per distillazione secca del legno. Attualmente tutto l'alcool metilico si ottiene per idrogenazione dell'ossido di carbonio. Bisogna operare a 350-400 °C e a circa 200 atm. in presenza di ossido di cromo e ossido di zinco. Il prodotto così ottenuto è puro e le rese sono pressoché quantitative. Il metanolo è un liquido mobile che bolle a 67 °C, miscibile in acqua e in numerosi solventi. Industrialmente viene impiegato come solvente per la produzione di eteri metilici degli acidi organici e inorganici. Per ossidazione con aria in presenza di rame o argento dà la formaldeide .
Dopo la crisi energetica, la necessità di sostituire il petrolio con combustibili alternativi ha risvegliato notevoli interessi verso l'uso energetico dell'alcool metilico o metanolo, specie nel settore dei trasporti dove può essere usato puro o mescolato alla benzina, senza porre eccessivi problemi di riprogettazione dei motori, oppure nelle centrali termiche o con tecnologie avanzate (ad esempio nelle pile a combustibile, in sostituzione dell'idrogeno). Il metanolo può essere utilizzato per l’azionamento dei motori e successivamente raffinato per ottenere benzina sintetica che può essere paragonata alle benzine tradizionali, oppure impiegato nella produzione del biodiesel.
79. 79 Bio-diesel Il Biodiesel è un prodotto naturale utilizzabile come carburante in autotrazione e come combustibile nel riscaldamento. Si ottiene dalla spremitura di semi oleoginosi di colza, soia, girasole ecc.. e da una reazione detta di transesterificazione , che determina la sostituzione dei componenti alcolici d’origine ( glicerolo ) con alcool metilico (metanolo ).
Presenta alcune importanti caratteristiche:
è rinnovabile, in quanto ottenuto dalla coltivazione di piante oleaginose di ampia diffusione;
è biodegradabile, cioè se disperso si dissolve nell’arco di pochi giorni, mentre gli scarti dei consueti carburanti permangono molto a lungo;
garantisce un rendimento energetico pari a quello dei carburanti e dei combustibili minerali ed un’ottima affidabilità nelle prestazioni dei veicoli e degli impianti di riscaldamento.
80. 80 Aspetti ambientali In confronto con il gasolio, il Biodiesel determina numerosi effetti positivi per l’ambiente:
non contribuisce all’« effetto serra» poiché restituisce all’aria solo la quantità di anidride carbonica utilizzata da colza, soia e girasole durante la loro crescita; riduce le emissioni di monossido di carbonio (- 35%) e di idrocarburi incombusti (- 20%) emessi nell’atmosfera;
non contenendo zolfo, il Biodiesel non produce una sostanza altamente inquinante come il biossido di zolfo e consente maggiore efficienza alle marmitte catalitiche; diminuisce, rispetto al gasolio, la fumosità dei gas di scarico emessi dai motori diesel e dagli impianti di riscaldamento (-70%) ;
non contiene sostanze, pericolosissime per la salute, quali gli idrocarburi aromatici (benzene, toluene ed omologhi);
giova al motore grazie ad un superiore potere detergente che previene le incrostazioni;
non presenta pericoli, come l’autocombustione, durante la fase di di trasporto e di stoccaggio;
la sua diffusione determina l’attivazione di un circuito virtuoso che promuove lo sviluppo di produzioni agricole non destinate alla alimentazione (non food), quindi non generatrici di eccedenze.
81. 81 Bio-gas Il biogas viene prodotto da residui organici, ad esempio come prodotto di processo nel trattamento dei reflui fognari. Può essere adoperato in veicoli progettati per essere alimentati a metano,anche se il gas deve essere prima purificato per poterlo usare come carburante per autovetture. Il rimanente materiale proveniente dal trattamento dei residui organici, può essere utilizzato come fertilizzante di alta qualità.
L’uso del biogas prodotto localmente è un esempio di un processo energetico a catena chiusa.
82. 82 Bio-idrogeno Un progetto integrato, che vede coinvolti l’ENEA e diverse società industriali (Ansaldo, Fiat, Peugeot, Renault), nonchè università italiane e straniere (L’Aquila, Vienna, Londra, Belfast), ed enti di ricerca europei , si propone di:
sviluppare processi e tecnologie per la produzione di biocarburanti liquidi (etanolo) da destinare alla produzione di H2 per autotrazione;
sviluppare processi e tecnologie per la produzione di idrogeno mediante reforming catalitico di oli di pirolisi;
sviluppare, mettere a punto e caratterizzare un processo di gassificazione a vapore di biomasse per la produzione di syngas ad alto contenuto di idrogeno per la generazione distribuita di energia elettrica mediante celle a combustibile;
sviluppare e caratterizzare un processo di gassificazione con ossigeno per la produzione di un syngas ad alto contenuto di idrogeno da utilizzare in combustori di turbine a gas e in caldaie di post combustione;
sviluppare processi e tecnologie di separazione dell’idrogeno dal gas prodotto da impianti di gassificazione che sfruttano differenti tecnologie.
83. 83 Bio-prodotti Oltre a dare un notevole contributo alla produzione di prodotti alimentari ed essere una potenziale risorsa energetica considerevole, la materia organica fotosintetica, opportunamente trasformata, può avere molteplici impieghi:
Materiali per l'industria edilizia ed abitativa e per la produzione di compositi;
Fibre tessili;
Prodotti per l'industria quali lubrificanti, solventi, plastiche biodegradabili, additivi vari, ecc.;
Cellulosa, carta ed assimilati;
Fertilizzanti o ammendanti per i terreni agricoli.
84. 84 5.3 Impatto ambientale La valorizzazione delle biomasse consente notevoli benefici di tipo ambientale e socio economico sia a livello locale e territoriale che planetario. Ad esempio, l’uso energetico delle biomasse vegetali è considerato uno dei più efficienti sistemi per ridurre le emissioni di gas serra (come previsto dagli accordi di Kyoto del 1998), in quanto la CO2 emessa durante la produzione di energia dalle biomasse è pari a quella assorbita durante la crescita delle piante, mentre i combustibili fossili utilizzati emettono CO2 che si accumula nell’ambiente. Un altro importante contributo allo sviluppo sostenibile può derivare da un incremento dell’uso del legno e derivati in sostituzione di altri materiali il cui impiego risulti più “costoso” sia energeticamente che ambientalmente, sfruttandone il ruolo di “sequestratore” di CO2 e la sua versatilità come materia prima; il tutto in un contesto di salvaguardia e miglioramento del sistema forestale.
Le emissioni di inquinanti acidi, ossidi di azoto, polveri e microinquinanti possono essere controllati con le moderne tecnologie di combustione e depurazione dei fumi. Il basso contenuto di zolfo e di altri inquinanti fa sì che, quando utilizzate in sostituzione di carbone e di olio combustibile, le biomasse contribuiscano ad alleviare fenomeni di acidificazione(piogge acide).
85. 85 5.4 Aspetti economici e vantaggi E’ evidente che le diverse fasi del ciclo produttivo del combustibile da biomassa, sia esso di origine agricola o forestale, creano posti di lavoro e favoriscono la ripresa dei settori agricolo e forestale.
L'industria collegata alle tecnologie di conversione energetica potrebbe trarre un considerevole beneficio occupazionale .
L'energia delle biomasse vegetali contribuisce a ridurre la dipendenza dalle importazioni di combustibili fossili e a diversificare le fonti di approvvigionamento energetico oltre che al perseguimento degli obiettivi imposti nell’ambito delle conferenze internazionali sul clima.
Ottenere energia da questa fonte significa sfruttare materie prime che ora sono oggetto di inquinamento (discariche,fosse biologiche,boschi e terreni incolti e/o abbandonati ecc.).
Il loro sfruttamento favorirebbe la convenienza a rimboschire a rotazione quelle superfici ora spoglie a tutto vantaggio della resistenza idrogeologica alle frane.
86. 86 6.1 Una nuova frontiera:l’idrogeno Caratteristiche principali:
L'idrogeno (hydro, "acqua", e genes, "generare") è il primo elemento chimico della tavola periodica degli elementi, ha come simbolo H e come numero atomico(n° protoni e elettroni)1; a pressione atmosferica e a temperatura ambiente (298K) è un gas incolore, inodore, altamente infiammabile.
L'idrogeno è l'elemento chimico più leggero. Il suo isotopo più comune (protio) consiste di un singolo protone e di un elettrone. In condizioni normali di pressione e temperatura l'idrogeno forma un gas biatomico H2.Gli altri isotopi più abbondanti in natura sono il deuterio e il trizio(2 e 3 neutroni).
Questo elemento gioca un ruolo vitale nel fornire energia all‘universo, attraverso processi di fusione nucleare che rilasciano enormi quantità di energia tramite la combinazione di due atomi di idrogeno in uno di elio.
Venne individuato come sostanza distinta nel 1776 da Henry Cavendish; nominato inizialmente "aria infiammabile" da Joseph Priestley, poi Antoine Lavoisier lo riconobbe come elemento e gli diede nome .
87. 87 6.1.a Applicazioni e disponibilità Grandi quantità di idrogeno sono necessarie per applicazioni industriali per la produzione di ammoniaca, nell‘idrogenazione dei grassi e degli oli, e nella produzione del metanolo. Altri processi nei quali viene utilizzato l'idrogeno sono:
nelle saldature, come combustibile per razzi, e per la riduzione dei minerali metallici;
l'idrogeno liquido è usato nella ricerca criogenica;
essendo quasi quindici volte più leggero dell'aria, venne impiegato come agente per sollevare palloni aerostatici e dirigibili. Dopo il disastro dell‘Hindenburg l'opinione pubblica si convinse che il gas fosse troppo pericoloso per continuare a usarlo in questo campo.
l'idrogeno può essere bruciato in motoria a combustione interna, utilizzati su alcuni prototipi di auto. Le pile a combustibile sono un modo per ottenere dall'ossidazione dell'idrogeno elettricità senza passare dalla combustione diretta, e ottenere quindi maggiore efficienza, in un futuro in cui la produzione di idrogeno avverrà utilizzando fonti rinnovabili e non più combustibili fossili.
il deuterio è usato nelle applicazioni nucleari come moderatore per rallentare i neutroni, composti contenenti deuterio sono utilizzati in chimica e biologia.
il trizio viene prodotto nei reattori nucleari ed è impiegato nella produzione delle bombe all'idrogeno e come tracciante isotopico nelle bioscienze e in cinetica chimica, come sorgente di radiazione delle vernici fosforescenti.
l'idrogeno è l'elemento più abbondante dell'universo, forma fino al 75% della materia (in base alla massa) e più del 90% (in base al numero di atomi). Questo elemento si trova principalmente nelle stelle e nei pianeti gassosi. Sulla Terra la fonte più comune di questo elemento è l‘acqua, che è composta da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno (H2O). Altre fonti sono: la maggior parte della materia organica (che comprende tutte le forme di vita conosciute), il carbone, i combustibili fossili. Il metano (CH4), che è un sottoprodotto della decomposizione organica, sta diventando una fonte di idrogeno sempre più importante.
88. 88 6.2 Idrogeno=energia è possibile? Comunemente si pensa all'idrogeno come ad una fonte di energia, in realtà ciò non è esatto in quanto deve essere estratto dall' acqua (elettrolisi) o da combustibili fossili (vari processi termochimici)e ciò comporta un consumo di energia.Per questo è considerato un "vettore" o un "accumulatore" o, come definito in inglese, un "memorizzatore" di energia anche se può diventare uno dei migliori sistemi per il recupero di energia elettrica, perfino migliore dei sistemi idroelettrici, attualmente i più convenienti e quindi i più adottati allo scopo.Le migliori fonti di energia sono quelle rinnovabili, però hanno l'inconveniente di essere discontinue: a volte non c'è vento, fiumi con portata non ottimale, sole coperto, a volte invece di queste fonti ve ne sono in eccesso; sfruttando le caratteristiche di "memorizzatore di energia" dell' idrogeno si potrebbero rendere le fonti rinnovabili pienamente sfruttabili, non solo per ottenere energia; se ci fosse idrogeno in eccesso potrebbe essere usato per ottenere prodotti chimici e/o industriali come ammoniaca (oggi si ottiene da idrogeno petrolifero sopratutto per produrre fertilizzanti), metanolo ( oggi si ottiene da petrolio) ecc. ottenendo così un risparmio/non utilizzo di combustibili fossili (fonte esauribile ed inquinante nell'utilizzo).
Quindi l'idrogeno, allo stato attuale, non è una fonte primaria di energia ma non è neanche un semplice vettore (come lo è ad es. la benzina),ma se permette il recupero di energia altrimenti dispersa o non utilizzabile, può essere considerato una vera e propria fonte di energia primaria e rinnovabile come tutti i sistemi che permettono il recupero e il risparmio energetico.
89. 89 6.2.a Sistemi di produzione dell’idrogeno La produzione mondiale annua di idrogeno è di 44 milioni di tonnellate, ottenuti per il 60% dal processo chimico di reforming degli idrocarburi leggeri ,principalmente il metano, per il 30% dal cracking di idrocarburi più pesanti (petrolio) e per il 7% dalla gassificazione del carbone. Solo il 3% dell'attuale produzione è ottenuta per elettrolisi.L' idrogeno prodotto è impiegato per il 95% nell'industria chimica, che con esso produce ammoniaca, alcool metilico (metanolo) e prodotti petroliferi; il 5% è invece utilizzato dall'industria metallurgica per il trattamento dei metalli.
Principali sistemi produttivi:
Elettrolisi
Steam reforming del metano
Gassificazione del carbone
Pirolisi delle biomasse
Cracking
Ossidazione parziale di idrocarburi
90. 90 L’elettrolisi L'elettrolisi richiede il passaggio di corrente elettrica attraverso l'acqua. La corrente entra nella cella elettrolitica tramite il catodo, un elettrodo caricato negativamente, attraversa l'acqua e va via attraverso l'anodo, un elettrodo caricato positivamente. L'idrogeno e l'ossigeno così separati confluiscono rispettivamente verso il catodo e verso l'anodo.
L'elettrolisi è il metodo più comune per la produzione di idrogeno anche se incontra notevoli ostacoli per la quantità limitata di idrogeno prodotta e per i costi, ancora troppo elevati, dovuti all'impiego di energia elettrica. Attualmente, solo il 4% della produzione mondiale di idrogeno avviene per elettrolisi dell'acqua e solo per soddisfare richieste limitate di idrogeno estremamente puro.
91. 91 Lo steam reforming Lo steam reforming del metano è un processo ben sviluppato ed altamente commercializzato e attraverso il quale si produce circa il 48% dell'idrogeno mondiale. Tale metodo può essere applicato anche ad altri idrocarburi come l'etano e la nafta. Non possono essere utilizzati idrocarburi più pesanti perché essi potrebbero contenere impurità.
Lo SMR implica la reazione di metano e vapore in presenza di catalizzatori. Tale processo, su scala industriale, richiede una temperatura operativa di circa 800 °C ed una pressione di 2,5 MPa. La prima fase consiste nella decomposizione del metano in idrogeno e monossido di carbonio. Nella seconda fase, chiamata "shift reaction", il monossido di carbonio e l'acqua si trasformano in biossido di carbonio ed idrogeno. Il contenuto energetico dell'idrogeno prodotto è, attualmente, più elevato di quello del metano utilizzato ma l'enorme quantità d'energia richiesta per il funzionamento degli impianti fa scendere il rendimento del processo a circa 65%. Tramite assorbimento o separazione con membrane, il biossido di carbonio è separato dalla miscela di gas, la quale viene ulteriormente purificata per rimuovere altri componenti. Il gas rimanente, formato per circa il 60% da parti combustibili, è utilizzato per alimentare il reformer.
Il costo del gas naturale incide fortemente sul prezzo finale dell'idrogeno, secondo alcune analisi costituisce il 52%-68% del costo totale per impianti di grosse dimensioni, e circa del 40% per impianti di dimensioni minori. Ma i costi dello SMR sono notevolmente inferiori a quelli dell'elettrolisi e competitivi con quelli delle altre tecnologie, ed esso comporta inoltre un ridottissimo impatto ambientale.
92. 92 Gassificazione In generale, il processo di gassificazione consiste nella parziale ossidazione, non catalitica, di una sostanza solida, liquida o gassosa che ha l'obiettivo finale di produrre un combustibile gassoso, formato principalmente da idrogeno, ossido di carbonio e da idrocarburi leggeri come il metano .
Tramite la gassificazione il carbone viene convertito, parzialmente o completamente, in combustibili gassosi i quali, dopo essere stati purificati vengono utilizzati come combustibili, materiali grezzi per processi chimici o per la produzione dei fertilizzanti.
La produzione di idrogeno mediante gassificazione del carbone è una tecnologia che trova numerose applicazioni commerciali, ma è competitiva con la tecnologia SMR solo dove il costo del gas naturale è molto elevato .
Per questa tecnologia, il costo della materia impiegata raggiunge quasi il 25% del prezzo dell'idrogeno prodotto. Costo del capitale, manutenzione dell'impianto e smaltimento dei rifiuti solidi, costituiscono altri costi da sostenere. Rispetto alle altre tecnologie quindi, sempre escludendo l'elettrolisi, i costi sono leggermente più elevati ed, allo stato attuale, non è ancora possibile realizzare delle particolari economie di scala.
93. 93 Pirolisi delle biomasse La pirolisi, o distillazione secca, è un processo che per mezzo della decomposizione termica, spezza le molecole complesse delle sostanze organiche in elementi semplici, separati. Essa consiste nel riscaldare la sostanza a 900-1000 °C, in assenza di aria, in opportuni impianti, con ottenimento di sostanze volatili e di un residuo solido.
L'applicazione di calore alle biomasse (legno, grassi e rifiuti agricoli) produce numerosi differenti gas, tra cui l'idrogeno. La ricerca sull'idrogeno è incentrata attualmente sui gas dalle biomasse, a medio potere calorifico, da utilizzare principalmente come combustibili . La produzione dell’idrogeno dalle biomasse, sia tramite gassificazione sia tramite pirolisi, possiede notevoli possibilità di sviluppo tra i processi che utilizzano fonti rinnovabili di energia ). Un importante vantaggio ambientale dell'utilizzo delle biomasse come fonte di idrogeno è che il biossido di carbonio, una delle principali emissioni responsabili dei cambiamenti climatici, emesso nella conversione delle biomasse, non contribuisce ad aumentare la quantità totale di gas nell'atmosfera. Il biossido di carbonio è consumato dalle biomasse durante la crescita e solo la stessa quantità viene restituita all'aria durante il processo di conversione. Purtroppo, però, il contenuto d'idrogeno è solo del 6%-6,5%, rispetto al 25% del gas naturale.
Per questa ragione i costi sono ancora molto elevati e ciò non consente a questi sistemi di essere competitivi con altre tecnologie come, per esempio, il reforming del metano. Di gran lunga, i maggiori costi operativi per questa tecnologia sono legati alla materia da impiegare e quindi sono particolarmente alti per processi che utilizzano biomasse costituite da materiali specifici mentre possono scendere nel caso si impieghino biomasse da rifiuti.
Affinché le biomasse diventino una fonte di idrogeno con costi accessibili, la ricerca deve ancora compiere notevoli passi. Le tecniche per la separazione e la purificazione dell'idrogeno tramite delle membrane selettive o processi catalitici, devono essere migliorate
94. 94 Cracking Il tradizionale processo di cracking dei combustibili fossili sta subendo delle notevoli innovazioni. Esso consiste nella rottura della molecola del metano mediante sistemi termici (con l’utilizzo del calore); esso produce carbone e non monossido di carbonio e non è tra i sistemi più efficienti. Le nuove tecnologie di decomposizione termocatalitica degli idrocarburi, in assenza di aria o ossigeno, eviteranno di sostenere costi per la purificazione dell’idrogeno prodotto tramite l’eliminazione della produzione degli ossidi di carbonio. Ciò avverrà tramite l’identificazione e la modificazione di opportuni catalizzatori a base di carbonio e la successiva ottimizzazione del processo di produzione tramite l’impiego di combustibili liquidi o gassosi. L’obbiettivo primario è, inizialmente, quello di aumentare il contenuto di idrogeno a più dell’85% e di ridurre notevolmente le emissioni di gas inquinanti. Nel 2003 si prevede la sperimentazione dei primi impianti abbinati a celle a combustibile di modesta potenza.
95. 95 Ossidazione parziale degli idrocarburi L'idrogeno può essere ottenuto dall'ossidazione parziale non catalitica, ad una temperatura che varia tra 1300-1500° C, di idrocarburi pesanti, come la nafta. Questa tecnologia può utilizzare qualsiasi genere di idrocarburo che possa essere compresso. In ogni caso l'efficienza complessiva del processo (50%) è minore di quella ottenuta dalla tecnologia SMR (65%-75%) ed è necessario ossigeno puro. L’ossigeno necessario alla reazione, infatti, è quello contenuto nell’atmosfera per cui mescolato con una grande quantità di azoto. Dunque con l’ossidazione parziale si ottiene un flusso di idrogeno impuro fortemente contaminato dall’azoto. Nel caso si utilizzi del metano, l'efficienza di questo processo raggiunge solo il 70% di quella dello steam reforming. Tramite una reazione controllata tra combustibile e ossigeno, si ottiene anidride carbonica, ossigeno e molto calore.
I costi per la produzione di idrogeno tramite combustibili pesanti sono sensibilmente più alti, per stesse quantità di materia impiegata, di quelli relativi all'utilizzo di gas da gassificazione del carbone. Questo è dovuto alla necessità di sostenere il trattamento e la rimozione delle impurità derivanti dal processo.
Anche se i costi di questa tecnologia non sono particolarmente elevati rispetto a quelli degli altri processi, bisogna anche considerare i costi aggiuntivi per l'eventuale pulizia degli impianti, a cui conseguirebbe un aumento del prezzo finale dell'idrogeno.
96. 96 Sistemi e progetti sperimentali per la produzione di idrogeno Tutte le fonti primarie di energia rinnovabili permettono di ottenere idrogeno, seguendo percorsi simili o alternativi, in generale la maggiore convenienza si ha laddove il percorso ha meno passaggi.Lo schema mette bene in evidenza come le fonti di energia alternative siano collegate per metodi di applicazione e sfruttamento,cosa che costituisce un incentivo al loro uso sempre più diffuso.
97. 97 6.3 Cosa ci dobbiamo aspettare dal futuro
Tecniche biochimiche: Alcuni ricercatori stanno sperimentando la produzione di idrogeno dai "rifiuti umidi" o da acque di scarico di processi alimentari tramite bioreattori anaerobici. E' una tecnologia promettente anche se allo stato sperimentale, ricercatori impegnati in vari progetti ritengono di poter arrivare a sistemi commerciali in tempi medio/brevi.
Tecniche fotobiologiche:Consiste nell' utilizzo di energia solare abbinata a sistemi biologici, come alghe, microrganismi e rifiuti organici. In particolare, gli studi sono rivolti all'ingegneria genetica per ottimizzare la produzione di idrogeno da parte di microrganismi fotosintetici.
Tecniche fotoelettrochimiche:Consiste nell' utilizzo di sistemi catalizzatori o semiconduttori che associati all'azione della luce solare sarebbero in grado di scindere le molecole d'acqua .
Termolisi:Consiste nel dissociare le molecole di acqua tramite solo apporto di calore che richiede temperature molto elevate, circa 3000 °C. Sono però notevoli i problemi relativi alla gestione di temperature tanto elevate.
Fotolisi:La scissione dell'acqua si potrebbe realizzare anche per fotolisi, sfruttando cioè solamente la radiazione solare luminosa. I ricercatori che perseguono questo metodo sono ancora lontani, anche concettualmente, dalla soluzione.
98. 98 6.4 Il progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)
99. 99 Cos’è la fusione nucleare? La fusione nucleare è il processo con cui da tempo immemorabile si sprigiona energia nel sole e nelle stelle per le reazioni di fusione tra nuclei d'idrogeno. Il sogno di usare la fusione nucleare per fornire energia e in gran quantità ha rovinato il sonno di molti scienziati fin dagli anni '20 ed è tuttora un problema aperto, se si eccettuano esperimenti in cui l'energia è stata prodotta per una manciata di minuti.
Nella fusione(a caldo) due nuclei leggeri si fondono per ottenere nuclei pesanti, generando grandi quantità di energia grazie al difetto di massa: quando i due atomi si fondono, la loro massa non è pari alla somma delle masse dei due nuclei, ma minore, e la materia si converte appunto in energia,secondo la nota equazione di Einstein E=mc2 che regola le trasformazioni di massa in energia e viceversa. Nonostante la fissione nucleare si più facile da realizzare perché sfrutta una reazione propria di materiali fissili come l'uranio costituiti da nuclei grandi, che spontaneamente si rompono nei prodotti della fissione e nei neutroni,essa non presenta gli indiscutibili vantaggi della fusione,tra cui:
È la forma più “concentrata” di energia che si conosca, e per questo motivo prospetta tutta una serie di nuove applicazioni dirette oltre alla produzione di potenza elettrica. (Prima tra tutte la propulsione spaziale).
È l’energia più pulita che si conosca, non avendo scorie radioattive né dispersione termica apprezzabile
È l’energia più sicura, in quanto ogni interferenza nel processo di fusione conduce inevitabilmente allo spegnimento della reazione
Come tecnologia matura sarà realizzabile quasi ovunque giacché non dipende dalla disponibilità di materie prime: il suo “carburante” si estrae ,come abbiamo visto, dall’acqua.
100. 100 Caratteristiche tecniche del reattore L'ITER è un reattore deuterio-trizio che genera atomi di He e un neutrone.
Il reattore a fusione ITER è una sperimentazione che porterà le soluzioni tecnologiche adottate vicino a quelle necessarie per la futura centrale elettrica a fusione.
I dati tecnici sono i seguenti:
Altezza 24 metri
Larghezza 30 metri
Temperatura di fusione 150 milioni di gradi Celsius
Produrrà energia termica fino a una potenza di 500 MW
Plasma di fusione toroidale con un volume di 800 m3
Confinamento del plasma mediante campi magnetici di diversi tesla
Produzione di energia per un tempo consistente
ITER dovrebbe produrre energia in quantità da cinque a dieci volte superiore a quella necessaria per mantenere il plasma a temperatura di fusione, questo superamento della soglia della convenienza energetica del reattore è un obiettivo primario fino ad ora non raggiunto e che prospetta un uso energetico della fusione. Comunque è importante mettere in evidenza che la potenza generata non potrà essere utilizzata per la produzione di energia elettrica.
Il primo plasma dovrebbe essere generato, secondo la tabella di marcia 2006, entro la fine del 2016 e dovrebbe portare le sperimentazioni verso un mantenimento di questo stato per qualche minuto.
101. 101 Spaccato del reattore
102. 102 Pro e contro Secondo alcuni è un grande passo avanti in quanto le scorie radioattive generate sono di scarsa entità. In particolare il neutrone che dalla fusione di Trizio e Deuterio si genera viene catturato da litio liquido che genera per fissione un atomo di trizio. Il litio viene messo come schermo intorno alla camera di fusione. Le scorie prodotte sono quindi di piccola entità rispetto al quantitativo e alla pericolosità dei reattori a fissione, e sono dovute ad inefficienze del reattore, non intrinseche alla reazione utilizzata per produrre energia, E` necessario inoltre notare che le eventuali scorie radioattive sarebbero attive per un periodo non superiore ai 20 anni (l'emivita del trizio è di tredici anni) diversamente dalle scorie prodotte dalla fissione nucleare che rimangono attive per un periodo dell`ordine dei millenni.La quantità di scorie di un reattore a fusione è stimata di tre ordini di grandezza inferiore rispetto a quella di un equivalente reattore a fissione. Se costruito con i materiali giusti, il reattore a fusione si disattiva in un tempo inferiore al secolo, da confrontare con i tempi geologici per i reattori a fissione.
Per quel che riguarda la pericolosità, il reattore a fusione non ha reazioni a catena che possono fondere il nocciolo; in caso di incidente il peggiore isotopo che potrebbe essere messo in circolazione è il trizio, che decade in 12,3 anni, un’inezia rispetto al tempo di decadimento delle scorie radioattive della fissione. Secondo il premio Nobel Carlo Rubbia si tratta di una ricerca promettente che però ha analoghi inconvenienti della fissione per quel che riguarda la produzione di scorie radioattive. Rubbia non crede nella ecologicità della fusione rispetto alla fissione. “Si sente dire spesso che la fusione D-T è pulita perché non sarebbe altro che l'energia del Sole riprodotta sulla Terra. Nulla di più errato. La reazione del Sole è senza neutroni. La reazione D-T produce invece un neutrone con più di tre quarti dell'energia emessa: questo neutrone è la causa principale delle quantità di scorie radioattive prodotte anche da un reattore a fusione. Inoltre, il principale elemento combustibile, assente nel ciclo solare, è il trizio, un isotopo radioattivo dell'idrogeno, con una vita media di circa 13 anni. Fughe accidentali di trizio potrebbero avere conseguenze non diverse da quelle prodotte da incidenti nucleari da fissione. In sostanza, un reattore a fusione produrrebbe una quantità di radioattività appena inferiore a quella di un reattore a fissione ordinario della stessa potenza, migliorabile con l'uso di materiali più avanzati” .
L’ITER così com'era stato progettato ha un costo troppo elevato che l’Unione Europea potrebbe non riuscire a sostenere .
103. 103 Un sogno ancora irrealizzato: La fusione a freddo Il 23 Marzo 1989 due elettrochimici dello UTAH, Martin Fleischmann e Stanley Pons, annunciarono la scoperta della fusione "fredda". Sembrava che l'uomo potesse avere energia pulita a costi minimi e senza produzione di radioattività. Da allora, il mondo scientifico dibatte, con molto scetticismo, sulla fusione a freddo. Molti scienziati in tutto il mondo studiano e sperimentano.
Due sono i sistemi usati per consentire la fusione a temperatura-atmosfera: “confinamento magnetico” e “confinamento inerziale”. Ad oggi lo stato della ricerca è ancora molto lontano dall'essere in grado di fornire gli strumenti per l'introduzione di centrali che utilizzino la fusione a freddo, ed è dubbio che nell'immediato futuro possano farsi seri passi in avanti.
104. 104 Confinamento del combustibile nucleare Confinamento inerziale
Il combustibile nucleare può essere compresso all'ignizione(possibilità per la reazione di autosostenersi e, dunque, fornire energia ad utilizzatori esterni) con un bombardamento di fotoni, di altre particelle o, naturalmente, tramite un'esplosione. Nel caso dell'esplosione, il tempo di confinamento risulterà essere abbastanza breve. Questo è il processo usato nella bomba all’idrogeno.Altre forme di confinamento inerziale sono state tentate per i reattori a fusione, incluso l'uso di grandi laser focalizzati su una piccola quantità di combustibile, o usando gli ioni del combustibile stesso accelerati verso una regione centrale,
Confinamento magnetico
Un plasma è costituito da particelle cariche che possono quindi essere confinate da una appropriato campo magnetico. Molti campi magnetici possono essere impiegati per isolare un plasma in fusione, tuttavia il plasma interagisce con il campo magnetico influenzando l'efficienza del confinamento e riscaldando il sistema. Due sono le geometrie che ci sono rivelate interessanti per confinare plasmi per fusione: lo specchio magnetico ed il toro magnetico. Storicamente, il tokamak, un confinamento di tipo toroidale, è risultato essere una soluzione relativamente più facile di altre per un'implementazione da laboratorio. Attualmente il più promettente esperimento in questo campo è il progetto ITER.
105. 105 Storia Le guerre arabo-israeliane e la crisi energetica del 1973
106. 106 Le guerre arabo-israeliane Con il termine generico di conflitti arabo-israeliani ci si riferisce alle diverse guerre, alle violenze e le conseguenti implicazioni internazionali tra lo Stato di Israele e i vicini Stati arabi, nonché con la popolazione araba palestinese. Le ragioni di tali conflitti trovano spiegazione spesso in fatti storici molto lontani nel tempo, tra i quali la millenaria diaspora del popolo ebraico o la dissoluzione dell‘Impero Ottomano agli inizi del XX secolo. 1947 – L’ONU predispone un piano di divisione della Palestina in due Stati: uno arabo e l’altro ebraico.
1948 – Nasce lo Stato di Israele.
1948 – Gli Stati arabi rifiutano il piano dell’ONU e attaccano Israele (I Guerra arabo-israeliana). Israele con la sua controffensiva respinge gli Arabi e conquista tutta la Palestina (a eccezione della striscia di Gaza e della Cisgiordania) e la integra nei propri territori.
1956 – Scoppia le II guerra arabo-israeliana che viene interrotta da URSS e USA.
1961 – Il Kuwait diventa indipendente dalla Gran Bretagna. L’Iraq ne rivendica, in base a dubbie argomentazioni, l’annessione ma l’intervento militare britannico vanifica la pretesa.
1964 – Costituzione dell’OLP (Organizzazione per la Liberazione della Palestina) che riunisce i maggiori gruppi nazionalisti palestinesi. Dapprima emanazione della Lega Araba, dopo il 1967 l’OLP conquista l’autonomia e si dà una propria linea politica.
1967 – III guerra arabo-israeliana (Guerra dei sei giorni). Israele sottrae la striscia di Gaza all’Egitto, la Cisgiordania e Gerusalemme Est alla Giordania e le alture del Golan alla Siria. Gaza e Cisgiordania, con una popolazione prevalentemente araba, costituiscono i "Territori Occupati".
1969 – Yasser Arafat diventa Presidente del Comitato Esecutivo dell’OLP.
1970 – Guerra giordano-palestinese (Settembre nero). La Giordania espelle i fedayyin (guerriglieri palestinesi) che spostano le loro basi nel sud del Libano.
1972 – Strage di Settembre Nero, un'organizzazione terroristica palestinese, a Monaco di Baviera: vengono uccisi gli atleti israeliani partecipanti alle Olimpiadi.
1973 – IV guerra arabo-israeliana e nuova sconfitta degli Arabi.
107. 107 . Scoppiò il 15 maggio 1948, subito dopo la proclamazione dello stato ebraico, ma fin dal novembre precedente, dopo l'approvazione del piano di spartizione della Palestina da parte dell'Onu, si erano verificati scontri tra organizzazioni militari e terroristiche sioniste , da una parte, e guerriglieri palestinesi appoggiati da volontari arabi, dall'altra. In questa fase le forze sioniste occuparono centri situati nel territorio assegnato dall'Onu al previsto stato arabo palestinese o alla zona internazionale di Gerusalemme, tra cui Tiberiade, Haifa, Safad e Deir Yassin. Forze regolari arabe varcarono invece i confini della Palestina il 15 maggio: da sud gli egiziani avanzarono verso Tel Aviv, a nord truppe siriane e libanesi occuparono alcune località a ridosso del confine, mentre da est la Legione araba della Transgiordania occupava la Cisgiordania e parte dei quartieri più antichi di Gerusalemme. Il 10 giugno il Consiglio di sicurezza dell'Onu riuscì a imporre una tregua, durante la quale Israele ricevette notevoli rifornimenti che consentirono di scatenare l'8 luglio un'offensiva. Dopo dieci giorni l'Onu impose una nuova tregua, la cui supervisione fu affidata al conte svedese Folke Bernadotte, che però fu assassinato il 17 settembre a Gerusalemme da terroristi sionisti. A metà ottobre le forze israeliane lanciarono una nuova triplice offensiva: verso il deserto del Negev e del Sinai; verso Gerusalemme, dove le loro unità restarono praticamente accerchiate; e verso il confine libanese, che fu varcato. Le successive trattative condussero nei primi mesi del 1949 ad armistizi separati con Egitto, Libano, Giordania e Siria. Israele si trovò così in possesso di un territorio maggiore di quello previsto in origine dal piano di spartizione: circa 20.700 km, con una popolazione di oltre 715.000 ebrei. Imponente fu l'esodo della popolazione araba: circa settecentomila persone lasciarono le proprie case, chi spontaneamente, per sfuggire alle incombenti operazioni militari, chi, e furono i più, perché spinti dal panico ispirato ad arte prima dai sionisti, poi dalle autorità israeliane. Da allora i palestinesi alimentarono, spesso dai paesi arabi confinanti, una incessante guerriglia contro Israele.
108. 108 Seconda guerra arabo-israeliana
109. 109 Terza guerra arabo-israeliana
110. 110 Quarta guerra arabo-israeliana La quarta guerra, detta anche "del Kippur" o "del Ramadan" perché scoppiata in concomitanza con le rispettive festività ebraica e islamica, cominciò il 6 ottobre 1973 con simultanei attacchi egiziani e siriani che, protetti da un'efficace copertura di missili terra-aria sovietici, travolsero le forze israeliane, colte di sorpresa. Il giorno 10, spintisi una decina di chilometri oltre il canale, gli egiziani interruppero l'offensiva, quasi a dimostrare gli obiettivi simbolici dell'attacco (infliggere una sconfitta psicologica all'avversario per gettare le basi di una soluzione negoziata). Avendo concentrato le proprie forze sul molto più importante fronte settentrionale, Israele riusciva frattanto a contenere l'offensiva siriana per passare poi al contrattacco e superare (11 ottobre) anche la linea raggiunta nel 1967. Seguì una controffensiva israeliana nel Sinai: nella notte tra il 15 e il 16 ottobre unità comandate dal generale Sharon varcarono il canale, accerchiando un'intera armata egiziana. In seguito a intense trattative tra Usa e Urss, il Consiglio di sicurezza dell'Onu decretò infine per il 22 ottobre una tregua che venne ignorata da Israele: soltanto il timore di uno scontro diretto tra le due superpotenze riuscì a far rispettare una nuova tregua a partire dal 25 ottobre. Risultato di questa guerra (che, malgrado l'esito vittorioso, lasciò pesanti conseguenze in Israele, ridimensionando il mito della sua invincibilità) fu la pace separata tra Israele ed Egitto mediata dagli Stati uniti grazie all'impegno diplomatico del loro segretario di stato Henry Kissinger e sancita dagli accordi di Camp David (settembre 1978 - marzo 1979). A questi conflitti generali si devono aggiungere la cosiddetta "guerra di logoramento" o "di attrito" sul canale di Suez (marzo 1969 - agosto 1970), la guerra di usura sul Golan (marzo-maggio 1974) e la parziale occupazione israeliana del Libano nel marzo-giugno 1978, reiterata dal giugno 1982 al giugno 1985. Fu questa guerra ad innescare la crisi energetica del 1973,perché i paesi arabi associati all‘Opec decisero di sostenere l'azione di Egitto e Siria tramite robusti aumenti del prezzo del barile ed embargo nei confronti dei paesi maggiormente filo-israeliani.Le misure dell‘Opec portarono a un'impennata nei prezzi del petrolio e misero fine al ciclo di sviluppo economico che aveva caratterizzato l‘Occidente negli anni cinquanta e sessanta. Pesanti furono le conseguenze sull‘industria che per la prima volta si trovò costretta ad affrontare il problema del risparmio energetico.
111. 111 Il problema delle risorse naturali La crisi petrolifera del 1973-74,scoppiata in seguito alla decisione dei paesi produttori di petrolio di quadruplicare il prezzo della materia prima dopo la guerra arabo-israeliana,pose le società industrializzate di fronte a nuovi inquietanti problemi.Primo fra tutti, quello del carattere limitato delle risorse naturali del pianeta:un dato che contraddiceva,almeno in parte,la prospettiva ottimistica di crescita illimitata su cui si era fino ad allora fondata la filosofia ispiratrice della civiltà industriale.Questa prospettiva cominciò ad apparire dannosa oltre che irreale,in quanto portava con sé la tendenza allo spreco energetico ,alla dissipazione delle risorse e alla modifica violenta dell’ambiente.A partire da quegli anni,alla protesta ideologica contro la civiltà dei consumi,si sovrappose una critica animata dai movimenti ambientalisti(o verdi),attenta soprattutto alle tematiche dell’ecologia e volta a diffondere l’esigenza di una maggiore tutela del pianeta e delle sue risorse.
112. 112 Crisi petrolifera e implicazioni 1) si registrò una inflazione galoppante (aumento dei prezzi e minor potere di acquisto del denaro). 2) al crollo dell'attività produttiva, verificatosi in un primo momento, seguì un periodo di stagnazione, cioè di stazionarietà dei livelli di crescita; 3) la combinazione di stagnazione e inflazione fu detta dagli economisti stagflazione. Si trattava di un fenomeno del tutto nuovo e sconosciuto. Non si era verificato nelle crisi precedenti e non se ne trovava notizia dei manuali di economia. Durante la Grande Crisi del 1929, il crollo dell'attività produttiva aveva determinato una caduta dei prezzi (deflazione), confermando, secondo gli studiosi di economia, l'esistenza di un nesso inscindibile tra i due fatti. Ora, invece, accadeva proprio il contrario: la crisi del sistema produttivo era accompagnata da un'ascesa dei prezzi, ossia da inflazione. 4) Sul piano psicologico, la crisi segnò la fine delle illusioni riguardo un processo di sviluppo inarrestabile; 5) evidenziò inoltre la necessità del ricorso ad altre forme di energia. La scelta si orientò prevalentemente sul nucleare: ma in quegli stessi anni prese rilievo la coscienza dei guasti prodotti dalla civiltà industriale, e presero forza correnti di opinione contro il nucleare stesso. Gli ecologisti hanno cominciato a battersi proponendo il ricorso ad energia pulita (solare, geotermica, ecc.); il disastro, verificatosi nell'aprile del 1986, nella centrale nucleare di Chernobil (URSS), ha allarmato il mondo intero: l'uomo può diventare prigioniero e vittima degli ordigni che ha creato.
113. 113 Risparmio energetico e fonti alternative All’ indomani della crisi petrolifera,i governi si mossero soprattutto sulla base di esigenze economiche immediate e promossero politiche di risparmio energetico.Si cercò di alleggerire l’onere delle importazioni di petrolio,limitando la circolazione dei mezzi di trasporto privati,contenendo i consumi di energia elettrica e soprattutto impiegando fonti alternative al petrolio.Alcuni stati (Usa,Francia,Germania federale) puntarono sullo sviluppo delle centrali nucleari, in grado di fornire energia a costi inferiori rispetto alle centrali termoelettriche, ma contestate per i danni irreversibili che possono provocare in caso di incidenti o guasti.Altrove si tentò di sfruttare l’energia solare,la più pulita e inesauribile ma risultata di difficile utilizzazione.Contemporaneamente si cominciò a ridimensionare gli allarmi suscitati dallo shock petrolifero del ’73.La stessa crisi economica degli anni ’70 è vista oggi,più che come il segno di un declino delle società industrializzate ,come l’inizio di una fase di trasformazione dei meccanismi della produzione nei rapporti tra i vari settori dell’economia mondiale.
114. 114 Sviluppo sostenibile Di fronte alle ricorrenti difficoltà di superare l’arretratezza economica, si è affermata la concezione che non mira più a valutare lo sviluppo secondo parametri puramente quantitativi (reddito pro-capite,produttività) ma tende a utilizzare il concetto di sviluppo sostenibile;valuta cioè la crescita in rapporto all’integrità dell’ambiente e delle risorse per realizzare uno sviluppo umano sostenibile che recuperi la centralità dell’uomo e la qualità della vita.I principi dello sviluppo sostenibile sono semplici:1-integrità dell’ecosistema,vale a dire salvaguardia degli habitat e della biodiversità;2-equità sociale;3-efficienza dell’economia che sarà tanto più alta quanto più sarà ridotto l’uso delle risorse non rinnovabili,i combustibili fossili quali petrolio,carbone e gas naturale;4-rispetto delle relazioni tra le attività umane e le dinamiche,più lente,della biosfera. Queste relazioni devono essere tali da permettere alla vita umana di continuare, agli individui di soddisfare i loro bisogni e alle diverse culture umane di svilupparsi, ma in modo tale che le variazioni apportate alla natura dalle attività umane stiano entro certi limiti così da non da non distruggere il contesto biofisico globale e da riportare la velocità del degrado entropico (misura dello stato del disordine di un sistema),cioè la velocità con cui viene dissipata l'energia utile, e il periodo di sopravvivenza della specie umana a livelli di equilibrio.
115. 115 Come realizzare uno sviluppo sostenibile? Per poter realizzare uno sviluppo sostenibile con l’ambiente è necessario:
Comprendere che la specie umana è parte integrante della natura e che la sua esistenza dipende da un mondo naturale “finito” e dalla sua capacità di autorigenerarsi;
Sfruttare le risorse naturali della terra in modo non indiscriminato,al fine di evitare di modificare l’ambiente in modo così drastico da interferire con i processi che sostengono la vita e di distruggere le varietà delle piante e degli animali;
Mantenere intatto il “capitale ecologico” del pianeta,non solo per far fronte ai bisogni delle generazioni presenti,ma anche per assicurare un minimo di giustizia e di equità anche alle generazioni future;
Costringere le attività economiche a tenere conto dei costi di produzione ambientale e a rivolgersi sempre più verso fonti alternative di energia;
Promuovere il legame ,ormai inscindibile, tra sistemi economici e ecologici.
116. 116 Filosofia Il Positivismo come esaltazione della scienza e la nascita dell’ecologia
117. 117 Il Positivismo
118. 118 Il Positivismo Il fatto che il Positivismo sia caratterizzato sin dall’inizio da una celebrazione della scienza,si concretizza in alcune convinzioni di fondo:
La scienza è l’unica conoscenza possibile ed il suo metodo è l’unico valido;pertanto la metafisica è priva di valore e vanno abbandonate tutte le visioni del reale che presuppongano una spiegazione religiosa,metafisica o idealistica;
La filosofia tende a coincidere con tutto il sapere positivo e il suo compito è quello di riunire e coordinare i risultati delle singole scienze;
Il metodo della scienza va esteso a tutti i campi del sapere,anche all’uomo e alla società( a ciò va collegata la nascita della cosiddette scienze umane,la sociologia e la psicologia);
Il progresso della scienza è alla base del progresso umano e lo strumento per una riorganizzazione della vita in società.
119. 119 Positivismo e ecologia
120. 120 Letteratura italiana Dino Buzzati
“Il segreto del bosco vecchio”
121. 121
122. 122
123. 123
124. 124 Considerazioni finali
125. 125 Bibliografia Enciclopedia Multimediale Encarta
Enciclopedia delle Scienze su ambiente e energia
“Dall’ambiente al territorio”,C.Cencini e F.Corbetta Cappelli Editore
“La terra nello spazio e nel tempo”,E.Lupia Palmieri e M.Parotto Zanichelli Editore
“Energia:oggi e domani”,F.Ipollito
Sito internet dell’ENEA e dell’ENEL
Corriere della Sera del 24/04/2006
Newton del Maggio 2006,Febbraio 2006
“Energia storia e scenari”,U.Colombo Donzelli Editore
“Dalla storia al testo dal testo alla storia”,G.Baldi,S.Giusso,M.Razetti,G.Zaccaria Paravia Editore
“Protagonisti e testi della filosofia”,N.Abbagnano e G.Fornero Paravia Editore
“Profili storici”,A.Giardina,G.Sabbatucci,V.Vidotto Edizioni Laterza
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