Energie rinnovabili e non rinnovabili proiettata 2009-10
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Energie rinnovabili e non rinnovabili proiettata 2009-10
Energie rinnovabili e non rinnovabili Richiamiamo alcuni concetti già affrontati con la classe Le fonti di energia a disposizione dell’uomo sono suddivise in due categorie: Fonti rinnovabili Fonti non rinnovabili Sono da considerarsi energie rinnovabili quelle forme di energia generate da fonti il cui utilizzo non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future o che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano o non sono “esauribili” nella scala dei tempi “umani”. Da un punto di vista scientifico tale definizione non ha particolare senso, in quanto nulla si crea o si distrugge e quindi tutte le forme di energia sono rinnovabili, da un punto di vista sociale e, quindi, politico, invece, si crea la distinzione in uso oggi fra fonti di energia considerate rinnovabili (sole, vento, acqua, biomassa, geotermia, ecc...) il cui utilizzo attuale non ne pregiudica la disponibilità nel futuro e quelle non rinnovabili, fossili (petrolio, carbone, metano), e nucleare (uranio), le quali, avendo lunghi periodi di formazione, di molto superiore a quelli di consumo attuale, sono limitate nel futuro. Richiamiamo alcuni concetti già affrontati con la classe Le fonti non rinnovabili sono attualmente sfruttate in larga misura COMBUSTIBILI FOSSILI (CARBONE, PETROLIO, METANO) VANTAGGI: facilmente ricavabili e utilizzabili; possono essere trasportati, immagazzinati e utilizzati quando servono; producono molta energia SVANTAGGI: sono presenti soltanto in alcuni paesi che ne possono determinare disponibilità e prezzo; sono fonti esauribili; quando vengono bruciati producono anidride carbonica, anidride solforosa, ossidi di azoto e polveri, maggiori responsabili dell’effetto serra e dell’inquinamento … inoltre esistono problemi legati alla sicurezza nei trasporti e nella lavorazione. NUCLEARE (URANIO) VANTAGGI: disponibilità elevata; le centrali nucleari non comportano emissione di gas serra; permette sviluppo di centrali di grande potenza che producono energia a basso costo (se non si considerano anche i costi di smaltimento delle scorie radioattive). SVANTAGGI: in caso di incidenti possono essere rilasciate in atmosfera sostanze radioattive molto pericolose; produzione di scorie radioattive; smaltimento di scorie e bonifica in caso di dismissione delle centrali hanno costi alti e sono difficili da realizzare; l’impatto ambientale è elevato (la zona dedicata alla centrale e l’area di rispetto costituiscono una fetta di territorio abbastanza ampio); le centrali, per rispettare le norme attuali, hanno costi di costruzione molto elevati. Le fonti rinnovabili Secondo la normativa di riferimento italiana, vengono considerate “energie rinnovabili”: Energia idroelettrica Energia geotermica Energia solare Energia eolica Energia da biomasse Termovalorizzazione fonte: acqua fonte: terra fonte: sole fonte: vento fonte: biomasse fonte: rifiuti A proposito di quest’ultima, è comunque da notare che solo in Italia (in violazione delle direttive europee in materia) viene considerata rinnovabile totalmente l’energia prodotta dalla termovalorizzazione (cioè dall’incenerimento) laddove l’UE considera invece “rinnovabile” solo la parte organica dei rifiuti (ovvero gli scarti vegetali). Energia idroelettrica Per molti secoli, l’energia dell’acqua è stata utilizzata con il solo scopo di azionare mulini e altre semplici macchine, ma attualmente è quasi unicamente utilizzata nelle centrali idroelettriche per produrre elettricità. Le centrali idroelettriche utilizzano la caduta delle acque dei fiumi e dei torrenti raccolte in grandi bacini artificiali, creati sbarrando le valli con le dighe. L’acqua raccolta viene convogliata attraverso un canale deviatore alle condotte forzate. Il getto violentissimo, che esce sotto pressione dalle condotte, colpisce le pale di una turbina mettendola in rotazione. La turbina è collegata a un generatore di corrente elettrica, un alternatore. Si sfrutta la trasformazione dell’energia potenziale gravitazionale (posseduta dalle masse d’acqua in quota) in energia cinetica nel superamento del dislivello, la quale energia cinetica viene trasformata, grazie all’alternatore accoppiato alla turbina, in energia elettrica. Infine un trasformatore aumenta i valori di tensione della corrente prodotta prima di inviarla alle linee di trasporto, dove appositi trasformatori la abbassano a 220 Volt prima di distribuirla alle utenze domestiche. Esistono vari tipi di diga: nelle centrali a salto si sfruttano grandi altezze di caduta disponibili nelle regioni montane. Nelle centrali ad acqua fluente si utilizzano invece grandi masse di acqua fluviale che superano piccoli dislivelli; per far questo però il fiume deve avere una portata considerevole e un regime costante. In Italia l’energia idroelettrica è già ampiamente sfruttata Per permettere di immagazzinare energia e di averla a disposizione nel momento di maggiore richiesta, sono state messe a punto centrali idroelettriche di pompaggio, nelle quali sono presenti 2 serbatoi a quote differenti collegati attraverso una condotta forzata. La differenza è costituita dal generatore che può funzionare in certi momenti da motore. L’acqua viene pompata (facendo agire il generatore come motore) nel serbatoio a monte sfruttando l’energia prodotta e non richiesta durante la notte cosicché di giorno, quando la richiesta di energia elettrica è maggiore, si può disporre di ulteriori masse d’acqua da cui produrre energia. Questi impianti permettono di immagazzinare energia nei momenti di disponibilità per utilizzarla nei momenti di bisogno. Discussione con la classe Vantaggi 9L’energia idroelettrica è una fonte di energia pulita (non vi sono emissioni) e rinnovabile 9In alcuni impianti specializzati l’acqua può essere accumulata per venir utilizzata nei momenti di maggior richiesta di energia Svantaggi 9L’energia idroelettrica è disponibile solo dove esistono fiumi e bacini idrici naturali o artificiali 9I bacini artificiali possono avere un notevole impatto visivo ed ambientale, modificando l’equilibrio idrogeologico e gli ecosistemi Esempio: grande diga di Assuan in Egitto 9In caso di incidenti alle dighe, si possono causare gravi danni alle popolazioni Esempio: Vajont in Italia e Morvi in India La produzione di energia idroelettrica può avvenire anche attraverso lo sfruttamento del moto ondoso, delle maree e delle correnti marine. In questo caso si parla di energia mareomotrice. Energia geotermica Sotto terra, a profondità variabili, ci sono grandi depositi di magma ad altissime temperature. Il magma, infiltrandosi nelle spaccature della crosta terrestre, può risalire in superficie dando luogo a fenomeni vulcanici, oppure può riscaldare l’acqua delle falde sotterranee La geotermia consiste nel convogliare i vapori provenienti dalle sorgenti d’acqua del sottosuolo verso apposite turbine adibite alla produzione di energia elettrica e nel convogliare il vapore usato in torri di raffreddamento, dove si trasforma in acqua. Questa viene iniettata nuovamente nel sottosuolo. Il principio di funzionamento di una centrale geotermica è alquanto semplice. Il flusso di vapore proveniente dal sottosuolo produce una forza tale da far muovere una turbina, l’energia meccanica della turbina viene infine trasformata in elettricità tramite un sistema alternatore. Un altro impiego: Il calore geotermico può essere incanalato in un sistema di tubature e utilizzato per attività locali di riscaldamento. Nel settore dell’energia geotermica l’Italia occupa una posizione di grande importanza Discussione con la classe Vantaggi 9L’energia geotermica è inesauribile, purchè piova. Il suo sfruttamento non produce emissioni di gas 9E’ rinnovabile 9La re-iniezione dei fluidi già usati nel serbatoio consente un recupero degli scarti e una certa indipendenza dalle ricariche dovute alle piogge 9E’ una forma di energia che può essere utilizzata non solo per produrre energia elettrica, ma anche calore Svantaggi 9La geotermia resta comunque una fonte energetica marginale da utilizzare solo in limitati contesti territoriali Resta in ogni caso una potenzialità energetica da sfruttare laddove possibile, anche sfruttando le potenzialità del riscaldamento geotermico. La geotermia è la fortuna energetica dell’Islanda. La grande isola del nord Atlantico basa l’intera sua esistenza sul naturale equilibrio tra la presenza di acqua calda in profondità e l’atmosfera esterna sotto zero. Energia eolica L’energia eolica è il prodotto della conversione dell’energia cinetica del vento in altre forme di energia. Attualmente viene per lo più convertita in elettricità tramite una centrale eolica, mentre in passato l’energia del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e pre-industriali. Il componente essenziale di un generatore eolico è il rotore, costituito da un certo numero di pale fissate sul mozzo e progettate per sottrarre al vento parte della sua energia cinetica e trasformarla in energia meccanica di rotazione. Il rotore, tramite un moltiplicatore di giri, aziona il generatore elettrico. Discussione con la classe Vantaggi 9E’la prima tra tutte le energie rinnovabili per il rapporto costo/produzione, è stata anche la prima fonte energetica rinnovabile usata dall’uomo 9Non produce residui e non inquina Svantaggi 9Solo alcune località sono adatte all’utilizzo di energia eolica (dove il vento spira con regolarità tutto l’anno) (range ideale di velocità 12-65 km/h; in Italia non molte località presentano le caratteristiche richieste) 9Gli impianti sono costosi e necessitano di ampie superfici 9Impatto ambientale, seppur rivalutato negli ultimi anni. Nella gran parte dei casi infatti i luoghi più ventosi risultano essere le cime e i pendii di colline e montagne, spesso luoghi dove la natura viene protetta e dove gli impianti eolici risultano visibili anche da grande distanza, con un impatto paesaggistico in alcuni casi non tollerabile. Inoltre generano un lieve inquinamento acustico, che in ecosistemi delicati potrebbe influenzare la vita delle specie animali presenti. 9È opinione diffusa che gli impianti eolici possano essere pericolosi per l’avifauna, uccidendo gli uccelli che vi volano in mezzo. In realtà, gli studi condotti hanno rilevato una mortalità bassissima e molto inferiore a quella causata dalle finestre dei normali edifici e dalle automobili. Energia solare Per energia solare si intende l’energia, termica o elettrica, prodotta sfruttando direttamente l’energia irraggiata dal Sole verso la Terra. La quantità di energia solare che arriva sul suolo terrestre è enorme, circa diecimila volte superiore a tutta l’energia usata dall’umanità nel suo complesso. Però è poco concentrata, nel senso che è necessario raccogliere energia da aree molto vaste per averne quantità significative, e piuttosto difficile da convertire in energia facilmente sfruttabile con efficienze accettabili. Non è ancora stato trovato un metodo sufficientemente economico per sfruttarla su larga scala. Energia solare Il metodo più diffuso e più semplice per catturare energia solare è quello che utilizza i pannelli solari piani, che funzionano sfruttando l’effetto serra. I settori di applicazione: 9Produzione di acqua calda nelle abitazioni per usi sanitari 9Riscaldamento di case, uffici, scuole (in questo caso è necessario integrare con un impianto di tipo convenzionale che entra in funzione in caso di necessità) 9Produzione di aria calda per usi agricoli e industriali I pannelli solari sono costituiti da una piastra metallica di colore scuro ricoperta da una lastra di vetro. All’interno della piastra vi sono delle serpentine in cui circola l’acqua. L’energia solare assorbita dalla piastra riscalda l’acqua, che, alla temperatura di 70-80°C, confluisce in un serbatoio da cui viene prelevata per il riscaldamento e per altri usi domestici Energia solare Un altro metodo per catturare energia solare utilizza le celle fotovoltaiche, che trasformano direttamente energia luminosa in energia elettrica. Una piastra metallica, esposta alla luce, emette cariche elettriche; la piastra è formata da materiali semiconduttori (come silicio e arseniuro di gallio). In una centrale fotovoltaica esse vengono riunite in gran numero in una serie di pannelli. Le centrali solari a specchi sono composte da un sistema di specchi che seguono il movimento del sole e concentrano i raggi solari in una caldaia posta in cima a una torre dove scorre acqua destinata a trasformarsi in vapore. Questo viene inviato a una turbina abbinata a un alternatore per la produzione di energia elettrica. Energia solare SISTEMI ISOLATI Gli impianti fotovoltaici possono risolvere problemi relativi all’alimentazione elettrica di utenze particolari, come quelle in località distanti dalla rete di distribuzione e quelle difficilmente raggiungibili (isole minori, zone rurali e montane, riserve naturali, ecc). E’ opportuno dotare questi impianti isolati di un sistema di accumulo che possa fornire energia elettrica nelle ore notturne o con basso irraggiamento SISTEMI COLLEGATI ALLA RETE Impianti stabilmente collegati alla rete elettrica. Nelle ore in cui il generatore fotovoltaico non è in grado di produrre l’energia necessaria a coprire la domanda di elettricità, la rete fornisce l’energia richiesta. Se il sistema fotovoltaico produce energia elettrica in più, la parte eccedente viene trasferita alla rete. Discussione con la classe Vantaggi 9Energia solare è gratuita, inesauribile, diffusa in tutto il mondo e rinnovabile 9Non produce residui e non inquina 9E’ adatta per usi domestici (pannelli solari, celle sui tetti delle case) Svantaggi 9Fonte discontinua: sparisce di notte ed è minore quando è nuvoloso 9Gli impianti sono costosi 9Per produrre grandi quantità di energia è necessario coprire grandi aree con pannelli solari Energia da biomasse Con biomassa si intende materia prima rinnovabile che si ottiene sia dagli scarti e dai residui di attività agricole, zootecniche e forestali sia da coltivazioni espressamente indirizzate alla produzione di energia. Finora in Europa le biomasse sono state utilizzate soltanto per la produzione di calore a bassa temperatura, da utilizzare sia per scopi industriali sia per il riscaldamento delle abitazioni. In via di sviluppo impianti per la produzione combinata di calore ed energia. RESIDUI BIOLOGICI I rifiuti organici degli animali e gli scarti dei prodotti agricoli, se sottoposti a fermentazione, producono biogas. In questo processo i batteri anaerobi trasformano i liquami in gas, come residuo si ottengono dei fertilizzanti. Il biogas è formato per il 60-70% da metano, che è un combustibile e può essere impiegato per produrre energia. Discussione con la classe Vantaggi 9Si possono utilizzare rifiuti o scarti 9E’ rinnovabile Svantaggi 9Possono soddisfare solo in minima parte il fabbisogno energetico 9Adatte solo a usi locali 9Effetti sulla salute di chi lavora negli impianti di produzione di biogas, dove è possibile la produzione di batteri patogeni Diverse zone agricole nella nostra provincia … questa fonte di energia potrebbe avere da noi un discreto sviluppo (sfruttando la biomassa potenzialmente disponibile si produrrebbe energia sufficiente per il fabbisogno di 68000 famiglie) Energia dai rifiuti I rifiuti sono i residui delle attività industriali, artigianali, agricole e dei consumi dei cittadini. Possono avere diverse destinazioni. Oltre che finire nelle discariche o essere raccolti in modo differenziato per subire necessari trattamenti ed essere reinseriti nel ciclo produttivo, possono anche essere utilizzati per produrre energia. I rifiuti devono essere selezionati, preparando miscele di rifiuti con caratteristiche costanti e ben definite, che possono essere utilizzate in impianti idonei come combustibili non convenzionali. Le tecniche di utilizzo dipendono dal tipo di rifiuto: 9Utilizzo in alcuni impianti industriali, come i cementifici 9In apposite centrali termiche 9Utilizzo di biogas ottenuto dai rifiuti mediante fermentazione 9Termodistruzione dei rifiuti in appositi impianti (produzione di energia e distruzione dei rifiuti) Discussione con la classe Vantaggi 9Si possono sfruttare rifiuti (negli inceneritori avviene eliminazione di materiali non biodegradabili e dannosi per l’ambiente) 9In alcuni casi l’impiego di rifiuti al posto di altri combustibili riduce l’emissione di sostanze inquinanti in atmosfera (cementifici) 9Combustione costante ed elevato recupero energetico nelle apposite centrali termiche Svantaggi 9Le emissioni di inquinanti non sono nulle; nel caso di inceneritori possono liberarsi diossine 9Effetti sulla salute di chi lavora in certi impianti (tipo compostaggio, dove è possibile la produzione di batteri patogeni) Presentiamo alla classe alcuni dati CONSUMO DI ENERGIA IN ITALIA PER FONTI carbone 7% 6% petrolio 8% metano 31% 48% fonti rinnovabili ENERGIA DA FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI IN ITALIA importazioni energia elettrica idroelettrico eolico 2% geotermico 30% 53% 5% … richiamiamo anche quanto visto in precedenza relativamente alle fonti non rinnovabili rifiuti solidi urbani legna e assimilati 8% 2% biocombustibili e biogas Spunti di discussione con la classe Riscaldamento del pianeta e incremento della concentrazione atmosferica di anidride carbonica (CO2), uno dei gas serra: ritenuto legato all’uso di combustibili fossili Possibilità di esaurimento dei combustibili fossili Rischi legati al nucleare … Che fare? Dato che la maggior parte dell’energia che utilizziamo oggi è costituita dalle fonti energetiche non rinnovabili, spesso inquinanti e comunque destinate ad esaurirsi, diventa necessario applicare il … Risparmio energetico Sotto il nome di risparmio energetico vanno diverse tecniche atte a ridurre i consumi di energia necessaria allo svolgimento delle varie attività umane. Il risparmio può essere ottenuto sia modificando i processi in modo che ci siano meno sprechi sia utilizzando tecnologie in grado di trasformare l’energia da una forma all’altra in modo più efficiente, sia, dove è possibile, ridurre i consumi. Discussione con la classe Come risparmiare energia? Nei processi industriali (razionalizzazione degli impianti, studiare tecnologie alternative a quelle esistenti) Materiali di rifiuto reciclati Nel settore dei trasporti (usufruendo di trasporti collettivi, che però devono essere efficienti, rapidi ed economici) Nel riscaldamento degli edifici (temperatura, isolamento, manutenzione impianti, ecc.) Nel consumo di energia elettrica degli elettrodomestici Un altro intervento possibile è … lo sviluppo delle fonti energetiche rinnovabili In questo modo riusciremmo a produrre energia con metodi meno inquinanti, sfruttando fonti energetiche inesauribili. Applicando quindi il risparmio energetico e lo sviluppo delle fonti rinnovabili dovremmo essere in grado di ridurre le emissioni di gas serra nell’ambiente, di ridurre gli inquinanti atmosferici e di garantirci uno stile di vita più “salutare” e rispettoso dell’ambiente. Approfondimento Il protocollo di Kyoto È stato creato e ratificato nel 1997 un accordo internazionale noto come protocollo di Kyoto, con il quale 118 nazioni del mondo si sono impegnate a ridurre le emissioni di gas serra per rimediare ai cambiamenti climatici in atto. Grandi assenti furono gli Stati Uniti, i primi produttori di gas serra nel mondo. Per raggiungere questi obiettivi ora si lavora su due vie: il risparmio energetico attraverso l’ottimizzazione sia nella fase di produzione che negli usi finali (impianti, edifici e sistemi ad alta efficienza, nonché educazione al consumo consapevole), lo sviluppo delle fonti alternative di energia invece del consumo massiccio di combustibili fossili. ISO 9004: Qualità verso la sostenibilità L’evoluzione dei modelli organizzativi stanno recependo con forte attenzione il tema dello sviluppo sostenibile. La nuova revisione della norma ISO 9004, da decenni di riferimento internazionale per i Sistemi di gestione per la qualità in ambito aziendale e non, da “Linea guida per il miglioramento delle prestazioni” (nella revisione 2000) sarà intitolata “Managing for sustainability” (nella revisione prevista per gennaio 2009) proprio con l’intenzione di fornire alle organizzazioni una linea guida per conseguire un successo sostenibile.