Progetto In.F.E.A.

Informazione Formazione

Educazione Ambientale

Az. 1 - “Energie Rinnovabili

e

Risparmio Energetico”

G.A.L. Valle del Crocchio C.da Pedecandela - 88051 Cropani (CZ)

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Informazione, Formazione, Educazione Ambientale

Unione Europea

G.A.L. Valle del Crocchio

C.E.A. Centro di Educazione Ambientale

Ministero dell’Ambiente e Tutela del Territorio

Regione Calabria Assessorato all’Ambiente

LE ENERGIE RINNOVABILI ED IL RISPARMIO ENERGETICO

Il corretto funzionamento della società ed il nostro benessere richiedono fonti energetiche affidabili in grado di soddisfare le nostre esigenze di riscaldamento, illuminazione e forza meccanica.

Vi sono diversi tipi di energia: energia termica, eolica, chimica, idrica, solare, elettrica. Proprio l’energia elettrica è la forma di energia maggiormente utilizzata dall’uomo, grazie alla sua facile trasportabilità, e viene prodotta secondariamente a partire da altre fonti di energia.

La produzione di energia elettrica rappresenta il primo passaggio nel processo che conduce dalla produzione fino all’utilizzazione finale. Le altre fasi del processo sono la trasmissione di energia elettrica attraverso gli elettrodotti e la sua distribuzione agli utenti finali.

L’importanza di tale produzione e distribuzione risiede nel fatto che la società moderna si basa fondamentalmente sul consumo e lo sfruttamento dell’energia.

Un elettrodotto

Osservando la vita quotidiana

ci si rende infatti conto che tutte le nostre attività sono legate all’uso di qualche forma di energia: l’automobile che sfrutta l’energia prodotta dalla combustione dei carburanti, le barche a vela che sfruttano la spinta del vento, gli elettrodomestici e gli utensili che usano l’energia elettrica, le batterie e le pile che usano energia chimica, ecc...

Tra tutte queste forme di energia certamente quella più versatile e che permette un più facile trasporto e la maggior versatilità di trasformazione in altre forme di energia anche a km. di distanza è l’energia elettrica. Essa infatti è facilmente convertibile in movimento (tramite il motore elettrico), in luce.

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Naturalmente affinché l’energia elettrica possa essere usata è necessario produrla. La produzione viene effettuata nelle “centrali elettriche”.

Una centrale elettrica è un impianto industriale atto alla produzione di energia elettrica.

La società moderna si basa in maniera imprescindibile sull’uso dell’energia elettrica, perciò la produzione di tale energia e, conseguentemente, le centrali elettriche hanno

un’importanza tecnologica e strategica fondamentale.

Una centrale elettrica

Le centrali elettriche odierne producono energia avvalendosi di macchine elettriche denominate “alternatori”.

Produzione dell’energia elettrica

Un alternatore

La maggior parte delle tecniche di produzione di elettricità sono basate sull’uso di vapore in pressione, per cui dell’acqua pressurizzata viene scaldata a temperature molto elevate (talvolta anche oltre 600°C) tramite l’utilizzo di un combustibile, il vapore surriscaldato espande in una turbina, a sua volta collegata ad un alternatore. Solo il fotovoltaico, l’eolico, l’idrico e poche centrali nucleari si discostano da questa modalità.

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Le centrali termoelettriche

Le centrali termoelettriche sono sicuramente la tipologia di centrali più diffusa. Il principio di funzionamento di una centrale termoelettrica classica è abbastanza semplice.

Una centrale termoelettrica

Un elemento combustibile (derivati del petrolio, carbone o gas, ma anche, in alcuni casi, biomassa o rifiuti) viene bruciato in modo da sviluppare una notevole quantità di calore; questo calore viene trasmesso a una caldaia,

ovvero un serbatoio contenente acqua, tale acqua viene così trasformata in vapore raggiungendo temperature e pressioni elevate.

Questo vapore viene convogliato verso delle macchine rotanti denominate “turbine a vapore” le quali, grazie alla spinta del vapore, vengono messe in rotazione. Collegati all’albero in rotazione di tali turbine vi sono gli alternatori i quali convertono l’energia meccanica di rotazione in energia elettrica.

Vantaggi

Una turbina a vapore Generalmente le centrali termoelettriche erogano grandi potenze, dell’ordine delle centinaia o migliaia di MW (megawatt) e costituiscono la spina dorsale del sistema di produzione dell’energia elettrica; di solito, quindi, vengono tenute in funzione per lunghi periodi di tempo, costituendo la base della capacità produttiva. Alcuni impianti termoelettrici possono essere polivalenti, ovvero in grado di utilizzare diversi tipi di combustibile.

Svantaggi

I residui della combustione dei combustibili generano una quantità elevata di prodotti inquinanti come i fumi, il particolato fine, gli ossidi di zolfo e azoto e gli idrocarburi aromatici, che possono essere dispersi

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nell’ambiente. I progressi tecnologici degli ultimi anni hanno fatto sì che molte misure per l’abbattimento di tali prodotti fossero implementate nelle centrali (pretrattamento del combustibile, desolforatori, etc.) rendendo queste emissioni meno dannose. Nei paesi meno sviluppati questo tipo di impianti sono spesso molto dannosi, poiché a causa del loro alto costo di costruzione, le strutture di depurazione dei fumi non vengono costruite e ciò le rende delle pericolose fonti di inquinamento.

Fonti primarie di energia

Si accennava prima al fatto che le centrali su menzionate per produrre energia elettrica hanno bisogno di riscaldare l’acqua, cosa che può essere fatta bruciando dei combustibili.

• Combustibili fossili (Idrocarburi e carbon fossile); • Combustibili rinnovabili, la biomassa, gli R.S.U. (rifiuti solidi urbani)

o gli scarti di legname; • Nucleare; • Solare (fotovoltaica e termica); • Eolica; • Idrica (idroelettrica, maree, moto ondoso).

Combustibili fossili

Si definiscono fossili quei combustibili che derivano dalla trasformazione, sviluppatasi in milioni di anni, della sostanza organica in forme via via più ricche di carbonio. Rientrano in questo campo dunque:

Il petrolio ed i suoi derivati; Il carbone; Il gas naturale.

I combustibili fossili (chiamati anche idrocarburi) sono oggigiorno la principale fonte energetica dell’umanità, grazie ad alcune importanti caratteristiche che li contraddistinguono:

Sono facilmente trasportabili;

Sono facilmente stoccabili; Sono utilizzabili con macchine relativamente semplici; Costano poco.

In particolare quest’ultima caratteristica ha fatto sì che lo sviluppo di macchine che possano sfruttare fonti energetiche alternative sia ancora molto lento.

Hanno per contro numerosi svantaggi: • Sono inquinanti, anche se con l’utilizzo di macchine moderne questo

problema si è notevolmente ridotto; • Determinano un incremento di CO2 in atmosfera, un gas non

inquinante ma oggi considerato come il maggiore imputato del surriscaldamento globale;

• Non sono rinnovabili, dato che il processo di fossilizzazione della sostanza organica è estremamente lungo e la quantità che si fossilizza è trascurabile rispetto ai fabbisogni energetici della società in cui viviamo.

Quest'ultima caratteristica, con la conseguenza che i giacimenti vanno esaurendosi mentre le richieste energetiche aumentano (con conseguente aumento del prezzo) ed accompagnata dalla pressione dell’opinione pubblica che vede nei combustibili fossili la principale fonte di danni ambientali, fa sì che quote sempre maggiori di fonti energetiche alternative entrino nel paniere energetico nazionale, europeo e mondiale.

Il petrolio, anche detto oro nero, è un liquido infiammabile, denso, di colore marrone scuro o verdognolo, che si trova in alcuni punti negli strati superiori della crosta terrestre ed è composto da un insieme di vari idrocarburi.

Una raffineria

Il petrolio deriva da depositi di carbonio ed idrogeno esposti ad elevate pressioni e ad elevato calore. Sia la fase liquida oleosa (petrolio) che la fase gassosa (gas naturali) tendono a spostarsi attraverso le rocce porose finché incontrano strati impermeabili del terreno dove tendono a 5

raccogliersi. Dopo il processo di estrazione, il petrolio greggio viene raffinato attraverso la distillazione. Il prodotto finale include cherosene, benzina, paraffina, asfalto, bitumi, ecc...

Gli stabilimenti dove si trasforma il petrolio greggio in prodotti finiti sono detti raffinerie. Nelle raffinerie il petrolio viene sottoposto a trattamenti di raffinazione che consistono nel sottoporlo a temperature sempre più alte tramite le quali si riescono a separare in successione varie sostanze come:

Etere di petrolio: (usato come solvente); Benzina: (combustibile per automobili); Cherosene: (carburante per motori jet); Gasolio: (carburante per motori Diesel / riscaldamento); Olio lubrificante: (olio per motori); Frazioni rimanenti: bitume, asfalto.

Il carbone è un combustibile fossile che si è formato in tempi remoti. Proviene per la maggior parte da antichissime piante acquatiche che, una volta esaurito il loro ciclo vitale, si sono depositate sul fondo di paludi e acquitrini. In un primo momento esse hanno formato uno strato di materiale organico compatto detto torba, sulla quale sono andati accumulandosi numerosi strati di materiale sedimentario.

La pressione e il calore da questi esercitati hanno gradualmente eliminato l'umidità e accresciuto il contenuto di carbonio della torba, formando il carbone.

Il Carbone

Con l'aumentare della profondità aumenta anche la temperatura e la

quantità di carbonio, passando dalle torbe alle ligniti, ai litantraci fino alle antraciti dove il contenuto di carbonio raggiunge il 95% e quindi il suo potere calorifico è molto più alto; è per questo che le antraciti sono il tipo di carbone più pregiato.

Il processo che porta dalla pianta vegetale alla formazione di antracite naturalmente è lunghissimo e può richiedere diversi milioni di anni.

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Estratto dal terreno in miniere sotterranee o a cielo aperto, è un combustibile pronto all’uso, formato da roccia sedimentaria nera o bruna. È composto principalmente da carbonio e idrocarburi, oltre a vari altri elementi assortiti, compresi alcuni a base di zolfo.

Il carbone rimane un carburante assolutamente importante, e produce ancora oggi un quarto dell’elettricità in tutto il mondo.

Negli Stati Uniti circa la metà dell’elettricità è generata dal carbone. In Italia la quota è del 17 per cento. In passato era utilizzato anche per alimentare alcuni mezzi di trasporto, quali le locomotive.

Impatti ambientali dei combustibili fossili

Esempio di disastro ambientale

L'impatto ambientale maggiormente tenuto in considerazione attualmente è l’immissione nell’atmosfera dell’anidride carbonica che deriva dalla combustione dei combustibili fossili. Mentre in passato permanevano dubbi su questa correlazione, recentemente persino l’ONU ha confermato che l’aumento della concentrazione della CO2 ha

una importante influenza nell’aggravare l’effetto serra.

I Termovalorizzatori

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I termovalorizzatori rappresentano l’evoluzione dei ben noti inceneritori di rifiuti. La differenza sostanziale tra questi è che nel termovalorizzatore il calore prodotto dalla combustione dei rifiuti viene utilizzato per produrre energia elettrica in

Un termovalorizzatore

maniera analoga a quanto accade nelle centrali termoelettriche, anche se con rendimenti estremamente più bassi e maggior produzione di sostanze inquinanti.

Funzionamento di un termovalorizzatore

Ecoballe in attesa di essere avviate alla combustione

Affinché tutte le materie e soprattutto quelle plastiche brucino con minor produzione di elementi

tossici (ad esempio le diossine) è necessario raggiungere temperature molto elevate (almeno 850°) ed utilizzare sistemi di abbattimento degli inquinanti molto sofisticati e costosi; in ogni caso le emissioni sono generalmente maggiori e contengono sostanze più nocive rispetto alle centrali termoelettriche tradizionali (ad

esempio diossine o metalli pesanti).

Il caso del nucleare

Sebbene “non fossile”, l’energia nucleare non è tradizionalmente

considerata rinnovabile in quanto, per lo meno per quanto riguarda l’energia nucleare da fissione e il ciclo di reazione che si basa sull’uranio-235 come combustibile, il suo utilizzo dipende comunque da riserve limitate di materiali. L’uranio-235 infatti costituisce solo lo 0,7% del totale dell’uranio presente in natura, e in base alle riserve di uranio fino ad oggi accertate si prevede che al consumo attuale non ne resti che per 200 anni, secondo l’ipotesi più riduttiva.

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Una centrale nucleare

Tuttavia, sono stati dimostrati come effettivamente sfruttabili altri cicli di reazione nucleare da fissione del tipo cosiddetto autofertilizzante realizzati in appositi reattori del tipo detto reattore nucleare veloce autofertilizzante. In questi cicli di reazione, il combustibile è costituito da elementi non presenti in natura e pertanto sintetizzati artificialmente all’interno del reattore stesso a partire da un materiale fertile

la cui abbondanza in natura permette un periodo di sfruttamento al di là della scala dei tempi umani. Ad esempio, uno di questi cicli prevede l’utilizzo di plutonio-239 come combustibile, un elemento non presente in natura e finora sintetizzato artificialmente solo per la produzione di armi nucleari.

In questo tipo di reattori autofertilizzanti dunque, è il reattore stesso che autoproduce il suo carburante, e per tale ragione questo tipo di energia corrisponderebbe alla definizione di energia rinnovabile.

Centrali a fissione nucleare

Le centrali nucleari sono analoghe alle centrali termoelettriche; la differenza sostanziale sta nel tipo di combustibile e di processo tecnologico che viene utilizzato per fornire calore e formare il vapore da inviare alle turbine. Queste centrali ottengono il calore da un processo di fusione/fissione nucleare del combustibile.

Vantaggi

Questa tipologia di centrali produce un’elevatissima potenza a costi più o meno uguali a quelli del carbone, che è attualmente la tecnologia economicamente più conveniente, rappresentando però una soluzione che permette di non dipendere più dai combustibili fossili.

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Le centrali nucleari non hanno emissioni inquinanti di alcun tipo, l’impatto ambientale di una centrale nucleare è estremamente più ridotto di quello di una centrale termoelettrica per via della completa assenza di emissioni di combustione, la radioattività emessa dalle strutture è simile a quella emessa da un orologio da polso.

Svantaggi

La centrale di Chernobyl

Queste centrali sono potenzialmente pericolose, in particolare se mal costruite, mal gestite o lasciate in mano a paesi interessati alla proliferazione militare, giacché le centrali miste civili-militari (come quella di Chernobyl) sono molto più pericolose di quelle civili. Una rottura del sistema di contenimento e raffreddamento della centrale, potrebbe portare alla dispersione nell’ambiente di materiale radioattivo e quindi alla contaminazione di vaste aree (vedi Disastro di Chernobyl): tale rischio, abbastanza basso per le centrali più recenti ed attualmente operative, è viceversa presente per molte delle centrali più vecchie operative in

tutto il mondo.

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Lo smaltimento delle scorie radioattive e lo smantellamento della centrale stessa al termine del suo ciclo vitale (circa 25-30 anni) è un problema non completamente risolto: la Finlandia e la Svezia per esempio hanno individuato facilmente siti sicuri per lo smaltimento delle scorie nei rispettivi territori, grazie alla presenza di zone sismicamente stabili e disabitate.

In Italia invece, con un territorio molto più densamente popolato e quasi tutto a rischio sismico, lo smaltimento resta un problema difficile. Le rigide norme di

Il “Sarcofago” costruito intorno al reattore esploso della centrale di Chernobyl

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sicurezza rendono la costruzione di queste centrali costosa e lenta, anche per la variabilità nel tempo delle stesse norme.

L’avvento di centrali nucleari di quarta generazione dovrebbe risolvere alcuni degli aspetti negativi, ma, per ora, tali impianti sono solamente allo studio e raramente sperimentati realmente (talvolta anche con cattivi risultati).

Energie rinnovabili

Per “Fonte Energetica Rinnovabile” si intende qualsiasi tipo di energia

generata 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", quindi prodotta a partire da una risorsa naturale la cui disponibilità è indipendente dal tasso di consumo. Le forme più frequenti sono:

L’idroelettricità – prodotta dalla forza idraulica; La biomassa – combustibile estratto dai rifiuti di origine animale o vegetale (legno, olio vegetale, cippato, ecc.) ed energia prodotta dalla sua combustione;

L’energia eolica – generata dal vento; L’energia solare – che sfrutta la radiazione solare; L’energia geotermica – che sfrutta il calore della terra; L’energia mareomotrice – che sfrutta la forza delle maree. Esiste una distinzione in uso oggi fra fonti di energia considerate

rinnovabili (il sole, il vento, ecc...), il cui utilizzo attuale non ne pregiudica la disponibilità nel futuro, e quelle non rinnovabili, le quali sia per avere lunghi periodi di formazione di molto superiori a quelli di consumo attuale (in particolare fonti fossili quali petrolio, carbone, gas naturale), sia per essere presenti in riserve non inesauribili sulla scala dei tempi umana (e quindi il nucleare con l'uranio-235), sono limitate nel futuro.

Classificazione delle fonti rinnovabili

Come già enunciato, non esiste una definizione univoca dell’insieme delle fonti rinnovabili, esistendo in diversi ambiti diverse opinioni sull’inclusione o meno di una o più fonti nel gruppo delle "rinnovabili".

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Secondo la normativa di riferimento italiana, vengono considerate "rinnovabili": «...il sole, il vento, le risorse idriche, le risorse geotermiche, le maree, il moto ondoso e la trasformazione in energia elettrica dei prodotti vegetali o dei rifiuti organici e inorganici.»

Una distinzione che spesso viene fatta in tale ambito è quella tra fonti rinnovabili "classiche" (essenzialmente idroelettrico e geotermia) e fonti rinnovabili "nuove", tra cui vengono generalmente incluse l’energia solare, eolica e da biomassa.

Nell’ambito della produzione di energia elettrica le fonti rinnovabili vengono inoltre classificate in “fonti programmabili” e “fonti non programmabili”, a seconda che possano essere programmate in base alla richiesta di energia oppure no.

Nel primo gruppo rientrano “impianti idroelettrici a bacino, rifiuti solidi urbani, biomasse, impianti assimilati che utilizzano combustibili fossili”, mentre nel secondo gruppo (non programmabili) si trovano “impianti di produzione idroelettrici fluenti, eolici, geotermici, fotovoltaici”.

Le energie rinnovabili, da tempo utilizzate in Europa, sono destinate a svolgere un ruolo sempre più importante nell’approvvigionamento energetico.

Correttamente ripartite, le fonti energetiche rinnovabili, in particolare la biomassa, l’idroelettricità, l’energia solare e l’eolica, costituiscono una importante risorsa soprattutto per le zone rurali, dove sono in grado di: 1) migliorare la situazione economica; 2) creare posti di lavoro locali; 3) contribuire a ridurre l’impatto ambientale.

La domanda di energia prodotta da fonti rinnovabili dovrebbe aumentare considerevolmente nel corso dei prossimi decenni. Quali sono le applicazioni delle energie rinnovabili?

Le energie rinnovabili permettono di soddisfare gli stessi bisogni delle altre forme di energia.

Riscaldamento, illuminazione, utilizzo degli elettrodomestici, processi industriali, trasporti, ecc., tutti si fondano sullo sfruttamento di una fonte energetica.

Le fonti energetiche rinnovabili possono essere utilizzate per generare elettricità, analogamente al carbone, all’energia nucleare o al gas.

Possono alimentare aziende agricole, imprese rurali, abitazioni ed edifici per attività varie.

Esse vengono impiegate negli impianti industriali, per il riscaldamento, le apparecchiature elettriche, il trasporto e l’illuminazione: di fatto, tutto ciò che richiede energia. Le energie rinnovabili sono affidabili?

Le energie rinnovabili sono prodotte da fonti estremamente affidabili. Tuttavia, alcune di esse sono intermittenti.

Una turbina eolica, ad esempio, produce energia soltanto quando il vento è sufficientemente forte ed un pannello solare non può evidentemente funzionare di notte.

La biomassa, invece, può essere sfruttata in modo continuo e le centrali idroelettriche di piccola taglia dotate di un serbatoio possono far fronte in ogni momento alla domanda energetica.

Una fonte di energia intermittente non rappresenta necessariamente un problema: è possibile prevedere un dispositivo per immagazzinare l’energia in modo da utilizzarla in seguito (ad esempio, gli accumulatori a grande capacità) o abbinare fonti intermittenti e continue per soddisfare la domanda energetica. L’energia idraulica

Centrali Idroelettriche

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Le ruote idrauliche sono utilizzate da millenni per sfruttare l’energia dei corsi d’acqua.

Le centrali idroelettriche, insieme alle centrali termoelettriche sono state le prime tipologie di centrali in uso. Il principio di funzionamento delle centrali idroelettriche si

Una centrale idroelettrica

basa sull’utilizzo dell’acqua, o meglio della sua energia cinetica, al fine di produrre energia elettrica. Le centrali idroelettriche si suddividono in due tipologie:

Centrali ad acqua fluente

Tali centrali sfruttano l’energia cinetica delle acque fluviali (energia idroelettrica), convogliate in particolari turbine idrauliche messe in rotazione dal flusso dell’acqua. Collegate all’albero rotante delle turbine vi sono gli alternatori che trasformano l’energia meccanica di rotazione in energia elettrica.

Centrali a caduta

Tali centrali sfruttano l’energia potenziale di notevoli masse d’acque poste ad altezza maggiore rispetto a quella di presa (si parla in tal caso di ‘invaso’, o naturale o artificiale creato tramite dighe). L’energia potenziale dell’acqua viene trasformata in energia cinetica facendo confluire l’acqua in condotte forzate nelle quali l’acqua raggiunge notevoli velocità. L’acqua viene poi fatta confluire come nel caso precedente in turbine collegate ad alternatori producendo così energia.

Una turbina idroelettrica

L’impatto ambientale delle centrali idroelettriche è molto minore di quello delle centrali termoelettriche, per via dell’assenza di

fumi. Nel caso di centrali a caduta è necessario mettere in conto le opere idrauliche necessarie (dighe e condotte).

La parte maggiore dell’impatto ambientale si verifica durante la costruzione, a causa degli sbancamenti e delle grandi opere necessarie per realizzare gli invasi ed il sistema di condotte forzate. Le centrali idroelettriche possono avere potenze che vanno da alcuni MW (centrali fluviali) alle decine o centinaia di MW per le grandi centrali a caduta.

Vantaggi

Il principale vantaggio delle centrali idroelettriche è che, una volta costruite, offrono energia a costi molto competitivi e non richiedono combustibili o materie prime; sono una fonte di energia totalmente

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rinnovabile e di fatto illimitata. Inoltre, con una manovra chiamata pompaggio (che consiste nel ripompare l’acqua dai bacini inferiori negli invasi durante le ore notturne, quando la richiesta di energia è minore) si può accumulare energia prodotta dalle altre centrali della rete, per restituirla di giorno nelle ore in cui la domanda di energia raggiunge il massimo.

Un ulteriore vantaggio è legato al fatto che la variazione della produzione di energia può avvenire in maniera molto più rapida rispetto ad una centrale termoelettrica o nucleare, variando la quantità di acqua che viene convogliata alla turbina. Il loro impiego è, infatti, generalmente massimo durante le ore di maggiore consumo energetico.

Svantaggi

Soprattutto le centrali a caduta, che richiedono un intervento edilizio di enormi proporzioni per la realizzazione di laghi artificiali per fungere da invasi, hanno un impatto ambientale di grandi proporzioni, sia nella fase costruttiva delle opere, sia a posteriori nell’impatto visivo ed estetico. Inoltre, il fatto di alterare la portata e la distribuzione delle acque fluviali porta ad un cambiamento del microclima locale, per la maggiore umidità ed evaporazione portata dal lago che funge anche da serbatoio di calore, livellando le temperature fra giorno e notte.

Questo porta in genere a variazioni nella flora e fauna locale; nel caso di bacini montani, si può avere un impatto anche su eventuali ghiacciai nelle vicinanze. Altro svantaggio è dovuto alla naturale sedimentazione, che tende a riempire lentamente l’invaso.

Le moderne turbine idroelettriche, che si fondano sullo stesso principio, producono oggi circa un quinto dell’elettricità generata in tutto il mondo.

Per le grandi centrali idroelettriche è richiesta la costruzione di un bacino artificiale che funga da serbatoio dell’acqua.

La quantità di elettricità generata da una turbina è principalmente in funzione della portata d’acqua e dell’entità del dislivello del suo percorso nella condotta forzata dell’impianto (caduta).

Quanto maggiori saranno la portata e la caduta, tanto maggiore sarà la potenza generata.

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Una volta in servizio, una piccola centrale idroelettrica, ha in linea di massima, una vita media piuttosto lunga: con una manutenzione periodica, la turbina ed il generatore dovrebbero funzionare per circa 40 anni.

In Europa viene attualmente sfruttato soltanto il 40% circa del potenziale idroelettrico totale.

Le grandi centrali idroelettriche possono avere un impatto ambientale particolarmente significativo.

Sebbene gli impianti idroelettrici non siano, di per se, inquinanti, è tuttavia necessario tenere presente una serie di fattori specifici, quali l’incidenza sul paesaggio, il rumore e le conseguenze della deviazione del corso d’acqua sui pesci e sulla fauna in generale.

Le modifiche al regime di un corso d’acqua possono avere conseguenze sugli habitat a valle.

Le varie strutture progettate (diga, condotta, sala turbine, linee elettriche e vie di accesso) avranno inoltre un impatto visivo che dovrà essere preso in considerazione. L’energia da biomassa

Vengono denominate “biomasse” i prodotti agricoli che hanno assorbito l’energia solare e che quindi sono potenziali serbatoi di energia utilizzabile.

Tipico esempio di utilizzo di biomassa per scopi energetici è la combustione di un pezzo di legno; altro esempio è la distillazione di residui agricoli per ottenere alcool (etanolo) combustibile.

La biomassa è il principale combustibile utilizzato da tre quarti della popolazione mondiale, e contribuisce in modo sostanziale all’approvvigionamento energetico di vari Paesi europei.

L’energia prodotta da biomassa può essere sfruttata in vari modi. Il più evidente consiste nell’utilizzare il calore prodotto dalla sua combustione, sia direttamente sia producendo vapore per generare elettricità.

La biomassa può produrre energia in un’unità di cogenerazione (produzione combinata di calore e di elettricità) ed il calore residuo può essere immesso in una rete di riscaldamento o in un processo industriale.

E’ inoltre possibile ottenere energia dalla biomassa tramite gassificazione e la produzione di combustibili liquidi.

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La biomassa utilizzabile a scopo energetico comprende: gli scarti del legno (silvicoltura, segherie, edilizia/industria); il legno delle essenze a crescita rapida (salice, pioppo); i rifiuti agricoli (paglia); gli scarti delle colture saccarifere (barbabietole, canna da zucchero), cerealicole (grano, granoturco), oleaginose (colza, girasole); i rifiuti solidi urbani.

Gli oli vegetali possono essere utilizzati come combustibili per il trasporto: si tratta dei “biocarburanti” che consentono di ottenere prestazioni analoghe a quelle dei carburanti fossili.

Dalla cellulosa si ricava glucosio che, mediante fermentazione, può essere trasformato in alcool, ma mentre il glucosio può solo essere usato come alimento dagli organismi viventi, l’alcool può essere utilizzato sia dagli organismi viventi (come alimento), sia dalle macchine (come carburante), sia come materia prima (al posto del petrolio), in vari processi chimici.

In molti paesi (per es. in Brasile) oltre quattro milioni di veicoli utilizzano l’etanolo ricavato dalla canna da zucchero e quindi già esistono distributori di benzina che forniscono carburante ottenuto dai residui vegetali, un carburante davvero “verde”.

La combustione della biomassa genera emissioni di anidride carbonica, ma il vantaggio rispetto ai combustibili fossili è rappresentato dal fatto che queste emissioni sono equivalenti alla quantità di anidride carbonica assorbita dalla biomassa durante la sua crescita.

Si noti comunque che le fonti bioenergetiche sono meno inquinanti del carbone e del petrolio poiché non rilasciano praticamente alcuna emissione di zolfo nell’atmosfera.

Si prospetta dunque un futuro in cui i residui di coltivazione, ma anche coltivazioni apposite, forniranno, assieme al metano buona parte dell’energia necessaria a far funzionare la nostra civiltà, contribuendo drasticamente a ridurre le quote di petrolio e carbone e il conseguente rischio di inquinamento.

Le biomasse non riusciranno presumibilmente a soddisfare tutti i bisogni dell’umanità, ma daranno un contributo eccezionale proprio perché costituiscono una fonte energetica davvero naturale e rinnovabile.

L’energia eolica

Le centrali eoliche sono centrali che sfruttano la velocità del vento per la produzione di energia elettrica.

Il principio di funzionamento è abbastanza semplice, il modulo base di una centrale eolica è il generatore eolico.

Questa apparecchiatura è composta da un’elica (o al limite una singola pala) collegata ad un albero alla quale è collegato il generatore di corrente.

L’elica e il generatore sono normalmente posti ad altezze elevate in modo da essere attraversati dai venti, venti che mettendo in rotazione l’elica azionano il generatore che produce così energia.

I generatori eolici possono essere di varie dimensioni ed essere utilizzati sia per un uso domestico rurale o in centrali normalmente composte di numerosi generatori.

Vantaggi

Una torre eolica

Come per le centrali solari quelle eoliche non hanno residui, scorie o altri sottoprodotti. Il vento è gratis, quindi l’unica spesa è l’installazione e la manutenzione. Le centrali eoliche hanno un costo di costruzione abbastanza contenuto, 500.000 euro per un aerogeneratore da 1 MW, il quale tende però a lievitare in modo enorme per impianti di dimensioni adeguate alla produzione industriale. A terra occupa meno di 100 metri quadri, quindi non toglie la possibilità di continuare le precedenti attività su quel terreno (es. pastorizia, colture).

Svantaggi

Le centrali eoliche per produrre quantità di energia apprezzabili devono essere costituite da un numero consistente di generatori eolici, che devono essere distanziati per poter sfruttare il vento e per evitare un affollamento che sarebbe sgradevole.

Inoltre, la disponibilità produttiva è molto bassa (14,5%) a causa della discontinuità del vento e, dunque, a parità di potenza nominale installata, una centrale eolica produce un sesto di una centrale nucleare ed un quinto 18

di una centrale a gas, richiedendo in compensazione, dunque, un sovradimensionamento ed un sovracosto pari a 6 volte quello nominale per ottenere le stesse prestazioni effettive.

Si possono installare solo dove c'è abbastanza vento e sono degli impianti moderatamente rumorosi;

Possibili miglioramenti

Vi sono nuove tecniche che permettono di installare aerogeneratori anche dove, fino a qualche tempo fa, non era pensabile. Sono state create nuove forme per le pale degli aerogeneratori, per limitare l’ingombro, sono stati creati alberi di trasmissione lenti, in modo da limitare notevolmente l’inquinamento acustico, e vi sono vari incentivi che permettono di ammortizzare il costo nel giro di pochissimi anni

In questo secolo il sistema è stato adattato per produrre elettricità ed in Europa sono oggi in funzione migliaia di turbine.

I grandi parchi eolici sono in grado di fornire un quantitativo di elettricità sufficiente ad alimentare decine di migliaia di famiglie collegate alla rete, mentre una piccola turbina può soddisfare il fabbisogno di una abitazione o di una azienda agricola isolata, alimentare un sistema di distribuzione di mangime agli animali, stazioni meteorologiche isolate, recinzioni elettriche, sistemi di comunicazione, illuminazione di edifici isolati, alimentazione elettrica di una roulotte, ecc. L’energia solare

Centrali solari termiche

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Il sole fornisce gran parte dell’energia che utilizziamo quotidianamente.

L’energia solare può essere utilizzata sia direttamente per produrre energia elettrica (mediante le cosiddette celle

Un impianto solare

fotovoltaiche costituite da sottili lastrine di materiale semiconduttore che opera la trasformazione), sia indirettamente per produrre calore; in questo secondo caso si può avere calore a bassa temperatura, come nei pannelli solari, oppure calore ad alta temperatura, come negli specchi solari che concentrano l’energia su una caldaia.

Per centrali solari s'intendono le centrali solari termiche, che sfruttano l’energia solare, da non confondersi con i pannelli fotovoltaici che per rendimento, quantità di energia prodotta e costi non possono ancora essere oggi considerate centrali.

Le centrali solari termiche utilizzano come principio di base quello delle centrali termiche classiche, anche in questo caso la differenza sta nel metodo in cui viene scaldata l’acqua della caldaia.

Un pannello solare termico

Normalmente la centrale è formata da una superficie nella quale sono posti centinaia di specchi che concentrano i raggi solari in unico punto centrale (detto fuoco) nel quale si trova la caldaia. Questa colpita da tutti i raggi deviati dagli specchi si scalda fino a raggiungere temperature sufficientemente elevate per completare il ciclo del vapore fino alla turbina.

Vantaggi Notevoli sono i lati positivi di questa fonte di energia. Non ci sono

emissioni inquinanti o di gas serra, non è necessario il trasporto di combustibili, non si producono scorie, la centrale non è pericolosa per gli abitanti nei dintorni, e non si presta a pericolosi attentati terroristici.

Altro vantaggio è che, esclusi i costi di costruzione e manutenzione, si produce energia senza bisogno di materie prime, in quanto la luce solare è gratuita.

Svantaggi Questo tipo di centrali richiedono una superficie di esposizione solare

di dimensioni elevate, che aumenta in funzione della potenza che si vuole produrre. Ovviamente, producono solo se sottoposte a buon irraggiamento 20

solare, può, quindi, essere sufficiente una nuvola per interrompere il processo di produzione.

Gli impianti più moderni, infatti, prevedono di stoccare il fluido ad alta temperatura in appositi serbatoi isolati, che permettono di far funzionare le turbine non solo durante la notte ma con una autonomia di alcuni giorni in caso di cattivo tempo.

Le centrali termiche solari hanno potenze minime rispetto alle centrali termoelettriche che producono tra le 50 e le 200 volte di più.

I costi per la messa in esercizio delle centrali solari sono, inoltre, elevatissimi, anche a ragione della necessità di sovradimensionare le strutture produttive in modo enorme per compensare la bassa disponibilità produttiva generata dalla discontinuità dell’irraggiamento, la quale è dovuta al ciclo solare.

Centrali fotovoltaiche

Le centrali basate su pannelli fotovoltaici convertono direttamente l’energia solare in corrente elettrica sfruttando l’effetto fotovoltaico.

Un impianto di pannelli solari fotovoltaici

Attualmente, un’installazione fotovoltaica è conveniente per utenze private o piccole aziende, che, in questo modo, possono rivendere energia all’azienda elettrica e ridurre il costo energetico; negli ultimi anni, le nuove celle fotovoltaiche basate sul silicio amorfo (o polisilicio) hanno drasticamente ridotto il prezzo dei pannelli, rendendo

maggiormente conveniente l’investimento iniziale.

Vantaggi

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Questo tipo di centrali richiede una bassa manutenzione dato che non sono dotate di complessi impianti ma solamente dei pannelli fotovoltaici che vanno periodicamente puliti ed orientati in direzione del Sole.

Rappresenta, inoltre, una fonte di energia "pulita", dato che non produce alcun tipo di emissione o impatto ambientale, esclusi quelli necessari alla realizzazione dell’impianto stesso di produzione.

Svantaggi

Il principale svantaggio degli impianti fotovoltaici è dovuto alla bassa efficienza dei pannelli ed all’elevato costo dei suddetti pannelli che rende ancora totalmente antieconomica la realizzazione di centrali fotovoltaiche.

Inoltre, si presenta lo stesso svantaggio strutturale già visto per le centrali eoliche: a causa della bassissima disponibilità produttiva (11%), causata a sua volta dalla variabilità nel tempo dell’irraggiamento solare, le centrali solari possono produrre, a parità di potenza nominale installata, solo poco più di un decimo di quanto, con la stessa potenza nominale, sono in grado di generare centrali nucleari, a carbone o a gas, e dunque richiedono, per poter essere sfruttate, un sovradimensionamento originario e strutturale che ne moltiplica di un ordine di grandezza i costi.

Gli unici limiti allo sfruttamento di questo tipo di energia che non è per niente inquinante, sono rappresentati dalla durata del periodo di insolazione, dalla latitudine, la frequenza della nuvolosità e la quantità di ombra, parametri da considerare prima di avviare qualsiasi progetto per lo sfruttamento dell’energia solare.

Le tecniche che sfruttano l’energia solare esercitano sull’ambiente esclusivamente un impatto visivo. L’energia geotermica

L’energia geotermica è costituita da gas e vapori che riscaldati all’interno della crosta terrestre, giungono fino alla superficie.

In questo caso c’è il passaggio da energia termica a energia meccanica e poi elettrica.

Impatto ambientale delle fonti rinnovabili

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Sono fonti di energia che possono permettere uno sviluppo sostenibile all’uomo, senza che si danneggi la natura e per un tempo indeterminato.

Alcune di questi tipi di energia (in particolare quella solare) possono essere microgenerate, ossia prodotte in piccoli impianti domestici che possono soddisfare il bisogno energetico di una singola abitazione o piccolo gruppo di abitazioni.

Questo permette di risparmiare l’energia che si perde nella fase di distribuzione di energia elettrica, per esempio sugli elettrodotti, sebbene comporti anche la necessità di ridefinire la struttura della rete elettrica nazionale.

Si deve comunque ricordare che è ancora oggetto di discussione il fatto che sia realmente possibile soddisfare tutto l’attuale fabbisogno energetico del pianeta solo con il potenziale energetico proveniente da fonte rinnovabile.

Produzione rinnovabile italiana

Nel 2006 l’Italia ha prodotto elettricità da fonti rinnovabili, pari al 15,4% del totale di energia elettrica richiesta, con il 12,05% proveniente da fonte idroelettrica e la restante parte data dalla somma di geotermico ed eolico.

Con tali valori, l’Italia risulta essere il quarto produttore di elettricità da fonti rinnovabili nell’UE, seppur ancora lontana dagli obiettivi comunitari previsti, che prevedono la produzione del 22% di energia richiesta da fonte rinnovabile entro il 2010.

E’ inoltre da notare che negli ultimi anni la produzione rinnovabile italiana è cresciuta molto poco o si è mantenuta pressoché stabile, nonostante una forte crescita della fonte eolica (ma con basse percentuali), a causa di una sostanziale stasi della preponderante produzione idroelettrica, di fatto quasi giunta alla saturazione del potenziale economicamente sfruttabile. Inoltre, nonostante gli incentivi, l’Italia deve anche fare i conti con ritardi legislativi e di adeguatezza delle reti di distribuzione.

Il risparmio energetico e l’utilizzo razionale dell’energia

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Sotto il nome di risparmio energetico vanno diverse tecniche atte a ridurre i consumi di fonti energetiche altrimenti utilizzabili e necessarie allo svolgimento delle varie attività umane, quindi, in concreto, si intende il risparmio di petrolio, metano, combustibili solidi.

Il risparmio energetico è un fine, mentre l'utilizzo razionale dell'energia è il mezzo o il metodo: è ciò che permette, nella pratica, di ridurre il consumo di risorse energetiche altrimenti utilizzabili.

L’obiettivo è la riduzione dei consumi energetici mantenendo stessi comfort e servizi, spesso con risparmio anche economico.

Un esempio di utilizzo razionale dell'energia può essere la migliore coibentazione della casa con un minor consumo di combustibili, (risparmio energetico passivo).

Un altro esempio può essere l’installazione di sistemi di riscaldamento e/o per generazione di energia elettrica tramite pannelli solari termici e fotovoltaici (risparmio energetico attivo) che si traduce in una riduzione del consumo di combustibili.

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.

Uno degli esempi più comuni è dato dalla sostituzione delle lampadine ad incandescenza con quelle fluorescenti che emettono una quantità di energia luminosa diverse volte superiore alle prime a parità di energia consumata.

Anche negli impianti di riscaldamento degli edifici ci sono accorgimenti più o meno semplici per risparmiare energia, come l'uso di cronotermostati ed altri più impegnativi, come la sostituzione degli infissi obsoleti, delle caldaie vecchie e l'isolamento termico delle pareti.

Tutte le volte che spegniamo il televisore, il videoregistratore o lo stereo con il telecomando, l’elettrodomestico entra in stand-by ovvero è in attesa che venga riacceso.

Spie di questa funzione sono delle lucine colorate (generalmente rosse) e orologi digitali che rimangono accesi. Ciò significa che l’apparecchio continua a consumare elettricità: dai 4 ai 12 watt per ora.

Può sembrare poco, ma alla fine dell’anno per ogni elettrodomestico diventano dai 30 ai 90 kwh (kilowattora) di energia elettrica consumata (che corrispondono ad una emissione di 21-64 kg di CO2). Quindi conviene spegnere sempre anche lo stand-by.

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Altra apparecchiatura che sempre più di frequente non viene spenta o viene “messa” in stand-by è il computer.

Si pensi che un PC in stand-by arriva consumare anche oltre i 20 Watt per ora, mentre acceso anche 1 Kwh. Quindi conviene sempre spegnere completamente il computer se non lo si usa per più di mezz’ora. Oltre al PC, ricordarsi di accendere solo quando servono e di spegnerli sempre dopo il loro utilizzo tutti gli accessori e i driver esterni (stampanti, monitor, casse, scanner, modem, ecc.).

Si pensi che se tutti gli italiani spegnessero sempre tutti gli stand-by dei loro elettrodomestici si potrebbero disattivare 3 centrali elettriche di media potenza.