POSTAZIONE 7: SOLE, L`ENERGIA PIÙ PULITA

POSTAZIONE 7: SOLE, L’ENERGIA PIÙ PULITA
APPROFONDIMENTI
1.
Risposta alle domande
Possiamo utilizzare la luce del Sole per ottenere energia elettrica?
Cosa sappiamo: sul tetto di tante case possiamo osservare dei pannelli neri che si chiamano pannelli solari.
Esistono anche dei giocattoli che funzionano con dei piccoli pannelli che producono energia elettrica.
Nel 1905 Albert Einstein diede la spiegazione di un fenomeno particolare che di chiama effetto
fotoelettrico: illuminando delle placche metalliche cariche elettricamente queste perdevano carica
elettrica. Scoprì in sostanza che luce era in grado di far muovere le cariche elettriche. Per questo studio
Einstein meritò il premio Nobel nel 1921. L’effetto fotovoltaico era già stato osservato per la prima volta da
Alexandre Edmond Bécquerel nel 1839 e in seguito da altri scienziati nella seconda metà del XIX secolo. È
stato però necessario aspettare parecchio tempo, fino agli anni ’60 del secolo scorso, perché questa
scoperta portasse a delle applicazioni pratiche e ancora qualche altro decennio per arrivare agli attuali
pannelli solari. Se il principio è semplice, arriva la luce e partono le particelle cariche che generano la
corrente elettrica, il modo con cui avviene non lo è altrettanto e per capirlo bisogna conoscere com’è fatta
la materia e in particolare quei specifici materiali che si chiamano semiconduttori, materiali che si
comportano normalmente come isolanti ma che in determinate condizioni diventano facilmente
conduttori.
Come possiamo usare la luce del Sole di notte?
Cosa sappiamo? Le case isolate in montagna hanno dei pannelli che sono in grado di dare la luce anche di
notte. Ci sono dei caricatori per telefonino o per altri apparecchi che funzionano con delle celle solari, si
caricano quando c’è il Sole ma poi funzionano anche al buio.
I pannelli solari da soli non sono in grado di “trattenere” l’energia elettrica prodotta di giorno fino alla
notte, occorre quindi un dispositivo che conservi la carica elettrica come ad esempio delle batterie
ricaricabili. Vi sono in commercio delle luci da giardino che si accendono da sole al crepuscolo. Funzionano
con un pannello solare che carica delle batterie e una fotocellula, cioè un interruttore, che non fa passare
corrente se c’è luce e la lascia passare se invece è buio. In questo modo si ricaricano le pile e si utilizza la
loro energia solo quando è buio oppure, più in generale, quando si decide di utilizzarla.
@ CERDD, 2015
1/7
POSTAZIONE 7: SOLE, L’ENERGIA PIÙ PULITA
2. Che cosa ne pensano Gaia e Fiammetta
Visto? A nuove sfide troviamo sempre delle soluzioni, in questo caso ecologiche!
L’energia può essere prodotta in modi diversi perché si possono usare differenti fonti, sia rinnovabili che
non. Tra le fonti non rinnovabili troviamo i principali combustibili fossili (carbone, petrolio, gas) e l’energia
nucleare.
I combustibili fossili
I combustibili fossili sono il risultato della trasformazione di sostanze di natura organica che si sono
arricchite di carbonio. Il loro utilizzo è aumentato notevolmente nel corso dell’ultimo secolo e grazie allo
sfruttamento di riserve accumulatesi in milioni di anni abbiamo potuto far fronte alla crescente domanda di
energia. Tuttavia il loro impiego, oltre ad esaurire col tempo queste risorse, pone diversi problemi di tipo
ambientale. Infatti l’uso di carbone, petrolio e, in parte, anche gas (metano) è considerato la principale
causa dei cambiamenti climatici avvenuti negli ultimi anni. L’energia nucleare invece, pur essendo poco
dannosa per il clima, presenta non pochi problemi legati alla radioattività (la trasformazione dei nuclei
atomici che permette di passare da un elemento all’altro della tavola periodica1), alla sicurezza e
soprattutto allo smaltimento delle scorie radioattive.
Le energie rinnovabili
Per questi motivi, soprattutto negli ultimi decenni, si sta dando sempre maggiore importanza alle energie
rinnovabili che in proporzione causano pochissimi problemi all’ambiente. Esse derivano da fonti il cui
impiego non pregiudica il loro utilizzo anche per le generazioni future, perché si rigenerano almeno alla
stessa velocità con cui vengono consumate. Vi sono diversi tipi di energie rinnovabili ad esempio l’energia
solare, eolica, delle maree, geotermica, del legno, idroelettrica, ecc.
L’energia solare
L’energia del Sole può essere utilizzata sia per produrre elettricità sia calore. Per produrre energia elettrica
dal Sole esistono due modi: con i pannelli fotovoltaici o con i pannelli solari a concentrazione. I primi
sfruttano delle particolari proprietà di alcuni elementi, detti semiconduttori, che possono produrre energia
elettrica quando ricevono luce. I pannelli solari a concentrazione invece sono composti da una serie di
specchi che concentrano i raggi del Sole su un tubo che contiene un liquido che si scalda (detto
fluidotermovettore) o verso una torre in cui vi è una caldaia piena di sali che col calore fondono e da cui si
ricava energia. Vi sono centrali a concentrazione in diversi paesi con molto sole come Stati Uniti e Spagna.
Negli USA ad esempio, la centrale di “Mojave Desert” , costruita nel 2013, è in grado di produrre energia
elettrica che serve a ben 750'000 abitazioni.
1
Fonte: Enciclopedia Treccani
@ CERDD, 2015
2/7
POSTAZIONE 7: SOLE, L’ENERGIA PIÙ PULITA
La diffusione del solare nel mondo
La produzione di energia elettrica a partire dalla luce del Sole è diventata ormai, a livello mondiale, la terza
fonte rinnovabile per potenza dopo l’eolico e l’idroelettrico. Secondo l’EPIA, l’Associazione Europea
dell’Industria Fotovoltaica, ogni anno si produce un quantitativo di elettricità in grado di rispondere alle
necessità di ben 20 milioni di case (80 miliardi di kWh). È in Europa che al momento l’energia solare è più
utilizzata (75% della potenza installata). Seguono Giappone, USA e da qualche hanno la Cina.
Il solare in Europa …
Nel 2014 in Italia il solare copriva l’8% del fabbisogno elettrico, in Germania il 6% mentre in Grecia
ammontava al 5,8% (fonte EIA). L’energia prodotta a partire dalla luce del Sole raggiunge inoltre sempre
nuovi record. Ad esempio il 17 maggio 2014, una domenica, in Germania l’energia prodotta da Sole e vento
ha coperto bel il 67% del fabbisogno di energia elettrica e il solare da sola ben il 30%.
… e in Svizzera
Nel nostro paese, l’energia proveniente dal Sole ha una grande potenzialità. Una ricerca dell’International
Energy Agency (IEA, PVPS, 2002) afferma infatti che se installassimo dei pannelli solari sui tetti e le facciate
degli edifici più esposti al Sole potremmo produrre un quantitativo di energia in grado di coprire più di un
terzo del nostro fabbisogno (34,6%).
Questo potenziale è in parte ripreso nella politica energetica della Confederazione che afferma che entro il
2050 gli impianti fotovoltaici potrebbero coprire il 20% del fabbisogno di energia elettrica (fonte UFE).
Sole e vento fanno bene al clima
Secondo un importante studio del Joint Research Center, l’energia prodotta da fonti rinnovabili darebbe
oltre a ciò il maggior aiuto nel mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici. L’impiego delle fonti rinnovabili
riduce infatti notevolmente le emissioni di CO2, uno dei principali gas che causano l’effetto serra.
È vero, però le energie rinnovabili devono ancora crescere e non tutti i problemi sono
risolti!
Negli ultimi decenni il consumo di energia è continuato a crescere a livello mondiale causando notevoli
danni all’ambiente in tutte le diverse fasi della produzione dell’energia (dall’approvvigionamento delle fonti
fino alla loro trasformazione nelle fasi di utilizzo). Molto dipende dal tipo di combustibile impiegato, oggi
ancora in gran parte fossile.
Lo sfruttamento dei combustibili fossili per produrre energia e il grande consumo che ne facciamo
provocano le elevate emissioni di gas responsabili dell’effetto serra (es. CO2 ). Per questo i combustibili
fossili possono essere considerati fra i principali fattori responsabili del cambiamento del clima e di
conseguenza possiamo dire che sono corresponsabili anche della perdita di biodiversità, ma anche di
inondazioni e di altri tipi di eventi climatici estremi che cambieranno sul medio periodo il clima così come
oggi lo conosciamo.
@ CERDD, 2015
3/7
POSTAZIONE 7: SOLE, L’ENERGIA PIÙ PULITA
La produzione da energie rinnovabili
In questo contesto, l’impiego delle energie rinnovabili, anche se in costante aumento a livello mondiale,
non è ancora elevato e sufficiente a ridurre i rischi climatici. Come si può ben vedere dalla tabella
sottostante.
Fonte: Assoelettrica
Figura 1: Il contributo al 2011 delle diverse fonti di energia primaria (fonte IEA Key World Energy statistics
2013) Le fonti fossili (gas, petrolio e carbone) superano ancora il 60% del totale.
In Europa, la situazione è un po’ migliore, ma anche nel vecchio continente c’è ancora molto da fare. Nel
2012 la produzione da fonti rinnovabili quali il solare, l’eolico, la biomassa, l’idroelettrico e la geotermia
hanno superato il 27% e sono in continua crescita. Il solare però, pur aumentando costantemente e in
modo significativo, copriva nel 2012 ancora solo il 2% .
Mix elettrico europeo. Fonte ENTSO
Nel nostro paese la situazione dell’energia solare è più bassa che nel resto dell’Europa. Nel 2012
raggiungeva un misero 0,5%, indice di poco interesse politico, mentre nella vicina Germania l’energia solare
arrivava a ben il 4,8%. Questa situazione dovrebbe farci riflettere e agire di conseguenza a sostegno di una
politica energetica che favorisca di più le energie rinnovabili come quella solare.
@ CERDD, 2015
4/7
POSTAZIONE 7: SOLE, L’ENERGIA PIÙ PULITA
Mix elettrico Svizzera. Fonte ENTSO
Mix elettrico Germania. Fonte ENTSO
ENTSO: European Network of Transmission System Operators for Electricity
Il problema dell’energia sprecata …
Nel nostro paese, così come nel resto del mondo, si spreca tantissima energia che potrebbe essere
risparmiata evitando quindi inutili inquinamenti. Secondo uno studio dell’Agenzia Svizzera per l’Efficienza
Energetica (S.A.F.E.) in Svizzera 1 Kilowattora su 3 prodotto è sprecato. Si è calcolato che si potrebbe quindi
risparmiare annualmente quanto prodotto da circa 2 centrali nucleari, semplicemente impiegando le
migliori tecnologie disponibili (efficacia) e adottando un serio approccio di risparmio energetico (efficienza).
Ad esempio, impiegando dei lampioni a LED invece di quelli attuali per illuminare le strade si potrebbero
ridurre fino al 50% i consumi per l’illuminazione pubblica. Politiche di questo tipo favorirebbero
l’innovazione, ridurrebbero i costi perché si riducono i consumi e porterebbero benefici all’ambiente.
… e l’impossibilità per tutti di disporre di energia
Purtroppo, nonostante si sia ben consci dell’importanza che ha l’energia, non tutti nel mondo la possono
utilizzare allo stesso modo. Infatti il 50% dell’energia prodotta è consumata da solo un miliardo circa di
persone, mentre il miliardo più povero ne usa solo il 4%. Nel mondo poi vi sono ancora oggi milioni di
persone che non ne hanno accesso in alcun modo.
@ CERDD, 2015
5/7
POSTAZIONE 7: SOLE, L’ENERGIA PIÙ PULITA
3. Cosa fare in classe
Al giorno d’oggi si trovano in commercio diversi apparecchi che funzionano con dei piccoli pannelli: torce
luminose, lampadine da giardino, carica-batterie dei cellulari, ecc. che possiamo utilizzare in classe per fare
i nostri piccoli esperimenti. Vi sono poi cataloghi specializzati in oggetti didattici dove si possono acquistare
elementi per costruire circuiti con panneli solari o kit di montaggio già pronti con i quali poter sviluppare
non solo le competenze scientifiche e tecnologiche ma anche le abilità manuali.
Magari i bambini stessi hanno a casa qualche dispositivo che non conoscevamo. Il consiglio è quindi quello
di raccoglierli e studiarli con la classe.
Dirigibile solare ad aria calda
Un gioco molto divertente per grandi e piccoli che funziona con l’energia solare è questo dirigibile. Si può
comperare in diversi negozi o cataloghi. L’aria al suo interno si scalda grazie ai raggi del Sole e come per
magia il dirigibile comincia a volare! Nota importante: l'esperimento funziona solo quando le temperature
esterne non sono troppo basse e deve essere tenuto legato con un filo perché non voli via e diventi fonte di
inquinamento.
Nel sito http://scatoladieinstein.com/ si possono trovare altri giochi con i pannelli solari e i rimandi per
l’acquisto.
@ CERDD, 2015
6/7
POSTAZIONE 7: SOLE, L’ENERGIA PIÙ PULITA
Per approfondire
Parte scientifica
AAVV. Effetto fotovoltaico [capitolo]. In : Corso di meccanica, macchine ed energia. Bologna : Zanichelli,
2012. Vol. 1, cap. 18, paragrafo 5. Disponibile all’indirizzo :
http://online.scuola.zanichelli.it/pidatellameccanicafiles/vol1/approfondimenti/Zanichelli_Pidatella_approfondimento_1_18.pdf (consultato il 02.10.2015)
SCIENZA GIOVANE. L’effetto fotovoltaico [pagina web]. In : sito di Scienza Giovane. Data di aggiornamento
12.04.2006. Disponibile all’indirizzo : http://www.scienzagiovane.unibo.it/pannelli/3-effettofotovoltaico.html (consultato il 01.10.2015)
Parte ambientale
AAVV. Giocambiente [sito web]. [s.d.]. Disponibile all’indirizzo :
http://www.giocambiente.it/approfondimenti/nodo/le-fonti-di-energia-rinnovabili/535 (consultato il
01.10.2015)
Gioco online per ragazzi sull’energia (Fondazione Lombardia per l’ambiente)
MERVIC, Miljenko. Energioco : salviamo il pianeta risparmiando energia e denaro [gioco didattico]. Melide
: Adventerra games, 2011.
Adventerra games, gioco didattico da tavolo sull’energia per ragazzi a partire da 12 anni
MICHEL, François. L’energia a piccoli passi [libro]. Milano : Motta Junior, 2003.
PAROLINI, Giuditta. Energia e lavoro [voce enciclopedica online]. In : Treccani la cultura italiana. Data di
pubblicazione 2005. Disponibile all’indirizzo: http://www.treccani.it/enciclopedia/energia-elavoro_%28Enciclopedia_dei_ragazzi%29/ (consultato il 01.10.2015)
SUPSI Dipartimento ambiente costruzioni e design. E-Detective - Il caso dell'energia scomparsa [progetto
didattico]. In : Sito della SUPSI. Copyright 2015. Disponibile all’indirizzo :
http://www.supsi.ch/isaac/formazione/formazione-sensibilizzazione/E-Detective.html (consultato il
02.10.2015)
E-Detective - Il caso dell'energia scomparsa, progetto scolastico proposto dalla SUPSI per le classi di scuola
media
Parte didattica
GIARDINO DELLA SCIENZA. Scatola di Einstein [sito web]. [s.d.]. Disponibile all’indirizzo :
http://scatoladieinstein.com/ (consultato il 02.10.2015)
@ CERDD, 2015
7/7