AMBIENTE CIBO 4 Emergenze a livello Mondiale ENERGIA … · Dipartimento di ingegneria chimica,...

24/10/2009

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Università di Trieste

Energia e Ambiente: armonia o ostilità ?

Maurizio Fermeglia

Dipartimento di ingegneria chimica, ambiente e materie prime

Università di Trieste

[email protected]

Seminario Energia & Ambiente Trieste, mercoledì 21 ottobre 2009 – slide 2

4 Emergenze a livello Mondiale

CIBOAMBIENTE

ACQUAENERGIA

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La popolazione

mondiale cresce…

…anche se meno degli

anni passati.


Mtoe/anno

1912

~ 1 TW

Un pioniere

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G. Ciamician, Science 1912


1 Mtoe/anno

~ 1.3GW

Energia usata

Mtoe

WWII

15 TW

Quanta energia

utilizziamo ?

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2008 15,000,000,000,000 = 15 TW

2038-2058 32,000,000,000,000 = 32 TW


…da dove proviene l’energia

Price ($/kg) Price ($/mole) Price ($/GJ)

Coal 0,05 1

methane($10/MMBTU) 0,5 0,008 10

gasoline ($2.5/gal) 0,8 0,094 17

hydrogen 2,5 0,005 21

ammonia 0,8 0,013 44

methanol 0,5 0,016 25

ethylene 1,5 0,042 32

bromine 1,0 0,160 1455

Electricity (10c/kW-hr) 27

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Fonti fossili ?

Petrolio: consumi

Petrolio: scoperte


Alternative all’economia basata su

combustibili fossili (Peak Oil, CO2) ?

Non facili, costose

C.A.S.Hall, J.W.Day Jr.,

“Revisiting the Limits to

Growth After Peak Oil”,

Am. Sci. 97 (2009) 230

EROEI

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N2O

CO2

CH4

N2O

CH4

CO2

Variazioni della concentrazione di gas serra in atmosfera


Le emissioni di anidride carbonica

Emissioni Dal 1751 … 1500 miliardi di tonnellate … di cui la metà dal 1975

Nel 2008 … 29000 milioni di tonnellate

Circa 4 % aumento dall’anno

Distribuzione delle emissioni Combustibili Liquidi e solidi 76.7% (nel 2003)

Combustibili gassosi (e.g., gas naturale) 19.2%

Emissioni dalla fabbricazione del cemento 3.8%

Effetto sul climain 100 anni (IPCC) ??

Di chi è la colpa ??

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L’aumento di gas serra in atmosferae’ dovuto alle attivita’ umane


100 0.0740.01850 0.1280.026

I 12 anni più caldi:1998,2005,2003,2002,2004,2006

, 2001,1997,1995,1999,1990,2000

Period Rate

Years /decade

Effetto: aumento di temperatura

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Variazione di temperatura

Superficiale sui

continenti (rosso) e

sugli oceani (blu)

Variazione di temperatura

globale nella troposfera

Altre evidenze sperimentali


Diminuzone della

copertura nevosa

Diminuzione dei

ghiacci marini

Diminuzione di copertura nevosa e ghiacci marini

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Alps

Scioglimento dei ghiacciai


Innalzamento del livello del mare

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Una prova del riscaldamento globale ???


Consumo di energia e PIL …

Ma generiamo solo 16TW

di energia, che

equivalgono a 7500 $ PIL

(se distribuito

uniformemente)

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6.7B

2008

Oggi non riusciamo a generare energia per tutti in

modo equo

E’ difficile immaginare che la cosa migliori nei prossimi 50 anni

Le generazioni future per ‘vivere

bene’…

• La produzione di energia deve

aumentare:

16 TW 32 Tw

E questo comporta…

• Significativo aumento della CO2

con le attuali tecnologie

• …oppure utilizzo di nuove

tecnologie

• …oppure riduzione significativa

della popolazione

• …oppure ridefinizione di „vivere

bene‟

• …oppure una combinazione di

quanto sopra


Oggi: 16TW

6.7 B, di cui alcuni

vivono bene

PIL medio $6500

28 B ton CO2/y

2-5 conflitti in corso

2058: 32 TW

9 B, più propserità

PIL medio $20000

90 B ton CO2/y

Relativa pace sociale?

Raddoppio di CO2?

Esaurimento

combustibili fossili

2058: 16 TW

9 B, meno prosperità

PIL medio $4000

18 B ton CO2/y

CO2 stabile

Conflitto mondiale!Nuovi scenari

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Tirando le somme….

Non esiste una singola tecnologia economicamente accettabile per la produzione di energia da garantire a tutti di vivere “bene”

Dobbiamo … Ridurre la popolazione ad un livello al quale la biomassa possa supportare le richieste di energia del

pianeta Oppure sviluppare nuove tecnologie

Nuove tecnologie basate su Reazioni nucleari controllate Conversione dell’energia solare a combustibili ad alta efficienza . Conversione dell’energia solare direttamente ad elettricità Pannelli solari in orbita. Biocarburanti estratti dalle alghe marine. Batterie per auto elettriche con autonomia di 600 km, e capaci di immagazzinare a lungo anche l'energia

del vento. CO2 trasformato in metallo per essere catturato e sepolto nelle centrali a carbone. … qualcosa d’altro??

… ma abbiamo sempre meno tempo per sviluppare le nuove tecnologie … Sequestro della CO2 Miglioramento dell’efficienza di produzione di energie da fonti fossili Energia da fonti rinnovabili (eolica, biomasse,…) Risparmio energetico (edifici, illuminazione a LED, motori,…)


NON ESISTE UN PROBLEMA DI

MAGGIORE IMPORTANZA!

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La terra è un sistema isolato ….

… eccetto che per l’irraggiamento solare


Conversione di energia solarein energia elettrica: Effetto fotovoltaico

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Nanotecnologie


c-SiThin film

Nano-PV

Nuovi materiali fotovoltaici basati sulle nanotecnologie

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0

20

40

60

80

100

120

140

1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Em

issio

ns,

% o

f 1995 l

eve

l

CO

NOx

PM-diesel

VOC

Benzene

SO2

CO2

Source : European Commission

Progressi significativi nella riduzione di emmissioni

Bisogna concentrarsi su gas serra

Futuro: Ridurre CO2 e mantenere

basse le emissioni


Alcuni progressi si sono fatti ..

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0 20 40 60 80 100

Idroelettrico

Hybrid fuel cell

Ciclo combinato gas

Fuel cell

Carbone

Turbina Gas

Nucleare

Vento

Fotovoltaica

Geotermical

Biomassa1

8

10

25

33

38

43

50*

58*

66*

80

Efficienza delle tecnologie


L’era dell’idrogeno: la transizione non è certa...

Motori a combustione interna

Hanno portato all’era del petrolio

Passato FUTUROTRANSIZIONE

INCERTEZZZA

Pro

du

ct

Perf

orm

an

ce

Tempo

Carbone Petrolio Gas Idrogeno

1.5 : 1 1 : 2 1 : 4 0: 1

Decarbonzzazione

Le Fuel Cell possono

portare all’Era

dell’Idrogeno

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Cella a combustibile – fuel cell


Sviluppo e penetrazione nelmercato

Source: British Petroleum

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L’alternativa ad un futuro basatosull’idrogeno


Commissione Europeasull’energia

Priorità 1: produzione

Riduzione del 20% in emissione gas serra

20% energia da rinnovabili

20% risparmio energetico (per il 2020)

Priorità 2: Fornitura di energia da altri paesi

20% rinnovabili non è sufficiente

Efficienza energetica

Pronti a rispondere in caso di crisi

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Italia: situazione

Fonte: GSE, 2008


Europa: situazione

Fonte: GSE, 2008

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Bilancio elettriconazionale 2007

Fonte: GSE, 2008


Quali possibilità?

Fonti rinnovabili Biomasse: (solo) breve periodo Fotovoltaico: medio lungo periodo Eolico: breve – lungo periodo Dall’acqua tradizionale: idroelettrica -

sfruttata Dall’acqua: maree, onde – costi

investimento Dalla terra: geotermia - trascurabile

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Economy Energy Environment


Economy Energy Environment

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“L’età della pietra non è finita perchè sisono esaurite le pietre; …

… l’età del petrolio non finisce con l’esaurisidel petrolio”

Don Huberts

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