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.