Il rapporto tra luomo e lambiente. Le fonti di energia rinnovabili Prof.ssa Paola Petrillo.

““Il rapporto tra l’uomo e Il rapporto tra l’uomo e l’ambiente. l’ambiente.

Le fonti di energia rinnovabili”Le fonti di energia rinnovabili”

Prof.ssa Paola Prof.ssa Paola PetrilloPetrillo

L’uomo e le fonti di energiaL’uomo e le fonti di energia

Tutte le grandi trasformazioni della storia Tutte le grandi trasformazioni della storia sono accompagnate da nuovi modi di sono accompagnate da nuovi modi di produrre e consumare energia.produrre e consumare energia.

A partire dalla prima forma di energia A partire dalla prima forma di energia sfruttabile (caloria) i primi ominidi sfruttabile (caloria) i primi ominidi alterarono gli originali equilibri ambientalialterarono gli originali equilibri ambientali


In ecologiaIn ecologia

Mc Nab nel 1963 dimostrò come la Mc Nab nel 1963 dimostrò come la dimensione dei territori di sfruttamento di dimensione dei territori di sfruttamento di un essere vivente dipendono, per i un essere vivente dipendono, per i mammiferi, non solo dalla produttività del mammiferi, non solo dalla produttività del territorio stesso anche dalle dimensioni territorio stesso anche dalle dimensioni corporee. I carnivori necessitano di territori corporee. I carnivori necessitano di territori più vasti degli erbivori a causa della più vasti degli erbivori a causa della maggiore scarsità delle prede. maggiore scarsità delle prede.


La natura onnivora ha consentito all’uomo La natura onnivora ha consentito all’uomo di limitare, rispetto ai carnivori puri, le di limitare, rispetto ai carnivori puri, le proprie necessità territoriali. Il suo impatto proprie necessità territoriali. Il suo impatto ambientale è stato però maggiore per:ambientale è stato però maggiore per:

incremento demografico;incremento demografico;

attività produttiva;attività produttiva;

riduzione della biodiversitàriduzione della biodiversità


Nella storia …Nella storia …

FuocoFuocoVento Vento AcquaAcquaLegname Legname CarboneCarbonePetrolioPetrolioGas naturaleGas naturaleNucleareNucleare


All’inizio della seconda guerra All’inizio della seconda guerra mondialemondiale

21%

7%

72%

petrolio

altre fonti

carbone

Consumo energetico era di 1.2 miliardi di tep

(tonnellata equivalente di petrolio = 10.000.000 Kcal /11.628 KWh)


Nel 1973 Nel 1973

il consumo di energia era di 6 miliardi di tepil consumo di energia era di 6 miliardi di tep

Nel 1997 Nel 1997

il consumo di energia era di 9.5 miliardi di tepil consumo di energia era di 9.5 miliardi di tep


¼ della popolazione consuma i ¾ dell’energia primaria della Terra


L’uomo e le fonti di energiaL’uomo e le fonti di energia

L’energia è tratta dalle L’energia è tratta dalle risorse naturalirisorse naturali. .

La disponibilità di energia è il metro della La disponibilità di energia è il metro della disponibilità delle risorse disponibilità delle risorse


L’uso di combustibili fossili è responsabile delle piogge acide, smog, effetto serra, buco dell’ozono


Il ciclo del carbonioIl ciclo del carbonioECOSISTEMA MARINO ECOSISTEMA TERRESTRE

Diffusione CO2

fotosintesi

CO2 disciolta

fotosintesi respirazione

respirazione

Carbonati nei sedimenti

consumatori

Attività vulcanica

combustioni

Fossilizzazione – combustibili fossili

decompositori

produttori

produttori

decompositori

consumatori

deforestazione

CO2 nell’atmosfera


1 ppm di CO2= 2,1 milioni di tonnellate di C atmosferico


Il triangolo di stabilizzazioneIl triangolo di stabilizzazione


Gestire il problema climaticoGestire il problema climatico

Un cuneo vale 1 miliardo di tonnellate di COUn cuneo vale 1 miliardo di tonnellate di CO22 al 2054 al 2054- per evitare l’emissione del quantitativo di CO- per evitare l’emissione del quantitativo di CO22 corrispondente ad uno corrispondente ad uno

solo dei sette cunei sarebbe necessario: solo dei sette cunei sarebbe necessario:

moltiplicare per 50 la potenza degli impianti eolici oggi installati; moltiplicare per 50 la potenza degli impianti eolici oggi installati; (occorrerebbero 2 milioni di nuove turbine eoliche da 1 MW ciascuna (occorrerebbero 2 milioni di nuove turbine eoliche da 1 MW ciascuna

che dovrebbero essere dislocate su un’area di circa 30 milioni di che dovrebbero essere dislocate su un’area di circa 30 milioni di ettari che è approssimativamente uguale a quella del Wyoming o ettari che è approssimativamente uguale a quella del Wyoming o della Germania.) della Germania.) moltiplicare per 700 quella degli impianti fotovoltaici odierni. moltiplicare per 700 quella degli impianti fotovoltaici odierni.

(occorrerebbero 2 milioni di ettari, equivalenti all’area del New Jersey, (occorrerebbero 2 milioni di ettari, equivalenti all’area del New Jersey, che in parte possono essere recuperati dai tetti delle abitazioni.)che in parte possono essere recuperati dai tetti delle abitazioni.)

Infine, se si volesse ottenere uno dei suddetti cunei di emissione Infine, se si volesse ottenere uno dei suddetti cunei di emissione della COdella CO22 con le biomasse, si dovrebbe coltivare un’area di ben 250 con le biomasse, si dovrebbe coltivare un’area di ben 250 milioni di ettari, pari praticamente a quella dell’India. milioni di ettari, pari praticamente a quella dell’India.


Tecnologie da attuare per il cuneoTecnologie da attuare per il cuneo

Ciascuna strategia per 50 anni previene il Ciascuna strategia per 50 anni previene il rilascio di 25 miliardi di tonnellate di Crilascio di 25 miliardi di tonnellate di C

Efficienza al consumoEfficienza al consumo

Produzione di energia elettricaProduzione di energia elettrica

Cattura del CCattura del C

Fonti di energia alternativeFonti di energia alternative

Agricoltura e foresteAgricoltura e foreste


15 modi per fare un cuneo15 modi per fare un cuneoincrementare l’efficienza di due miliardi di automobili da 12.5 Km con un litro a 25 Km con incrementare l’efficienza di due miliardi di automobili da 12.5 Km con un litro a 25 Km con un litro;un litro;ridurre la percorrenza media di due miliardi di automobili da 16.000 a 8.000 Km l’anno;ridurre la percorrenza media di due miliardi di automobili da 16.000 a 8.000 Km l’anno;tagliare del 25% il consumo di elettricità nelle abitazioni e negli uffici;tagliare del 25% il consumo di elettricità nelle abitazioni e negli uffici;incrementare l’efficienza di 1.600 grandi centrali alimentate a carbone dal 40 al 60%;incrementare l’efficienza di 1.600 grandi centrali alimentate a carbone dal 40 al 60%;sostituire 1.400 grandi centrali alimentate a carbone con centrali alimentate a gas;sostituire 1.400 grandi centrali alimentate a carbone con centrali alimentate a gas;installare CCS* in 800 grandi centrali a carbone;installare CCS* in 800 grandi centrali a carbone;installare CCS in centrali a carbone che producono idrogeno per 1.5 miliardi di veicoli;installare CCS in centrali a carbone che producono idrogeno per 1.5 miliardi di veicoli;convertire il 75% di automobili a synfuel (combustibili sintetici derivati dal carbone) convertire il 75% di automobili a synfuel (combustibili sintetici derivati dal carbone) ottenuto da centrali a carbone con CCS;ottenuto da centrali a carbone con CCS;incrementare di due volte la produzione nucleare attuale per sostituire il carbone;incrementare di due volte la produzione nucleare attuale per sostituire il carbone;incrementare di 40 volte l’energia eolica per sostituire il carbone;incrementare di 40 volte l’energia eolica per sostituire il carbone;incrementare di 700 volte l’energia solare per sostituire il carbone;incrementare di 700 volte l’energia solare per sostituire il carbone;incrementare di 80 volte l’energia eolica per produrre idrogeno per automobili;incrementare di 80 volte l’energia eolica per produrre idrogeno per automobili;alimentare due miliardi di automobili a etanolo, sfruttando un sesto dei terreni coltivabili alimentare due miliardi di automobili a etanolo, sfruttando un sesto dei terreni coltivabili nel mondo;nel mondo;arrestare completamente la deforestazione;arrestare completamente la deforestazione;estendere l’aratura conservativa al 100% dei terreni coltivabili.estendere l’aratura conservativa al 100% dei terreni coltivabili.

* =carbon capture and storage* =carbon capture and storage


Interventi per ridurre l’inquinamento Interventi per ridurre l’inquinamento atmosfericoatmosferico

Riduzione dei consumi di energiaMiglioramento della tecnologia per abbassare le emissioni inquinanti:

1. Sviluppare tecnologie ad alto rendimento energetico

2. Promuovere le fonti di energia rinnovabili3. Produrre merci che richiedono minore

consumo di energia4. Attuare una raccolta e riciclo delle materie

prime


RISORSE NATURALI

MINERARIE

ENERGETICHE

METALLICHE NON METALLICHE

RINNOVABILI NON RINNOVABILI

ALIMENTARI

AGRICOLTURA ALLEVAMENTO PESCA


Fonti energetiche rinnovabiliFonti energetiche rinnovabili

ENERGIA IDRAULICA

ENERGIA GEOTERMICA

ENERGIA EOLICA

ENERGIA SOLARE

BIOMASSE

RIFIUTI


Energia idraulicaEnergia idraulica

Energia contenuta in una massa d’acqua in movimento

precise disponibilità idriche;

specifico contesto geografico con opportuni fenomeni meteorologici


In un bacino idroelettrico viene sfruttata l’energia che una massa d’acqua fornisce quando “cade” da una certa altezza. L’acqua, immessa in bacini o laghi artificiali e poi in tubazioni, raggiunge la centrale e, sotto la sua spinta, fa ruotare una turbina accoppiata ad un generatore di elettricità. L’acqua verrà poi restituita all’alveo naturale.


VantaggiVantaggi

È “pulita”: non produce CO2 né sostanze inquinanti per l’aria e per il suolo

Alto rendimento energetico

Costi di esercizio relativamente bassi


SvantaggiSvantaggi

La costruzione di centrali comporta:Opere di derivazione e captazione che deviano i corsi d’acquaLa formazione di bacini artificiali può modificare il clima e il regime delle acque sotterranee e influire sulle specie animali e vegetaliCostruzione di dighe con rischi di incidenti

Per ridurre al minimo gli svantaggi si costruiscono i micro-hydro (impianti piccoli con salti di poche decine di metri, per produrre energia con un bassissimo impatto ambientale)


In ItaliaIn Italia

L’Italia ha tutte le caratteristiche geologiche, climatiche favorevoli per produrre energia idroelettrica.

Dal 1897 al 1967 è stata la fonte energetica più importante per il Paese

Oggi gli impianti idroelettrici utilizzano l’80% del potenziale energetico disponibile


Origina dal calore proveniente dal sottosuolo : tra i 300 e i 2000 metri di profondità è possibile trovare:

acqua riscaldata da fenomeni geologici

“rocce calde” materiali rocciosi riscaldati da fenomeni vulcanici

Giacimenti a vapore umido e a vapore secco

Energia geotermicaEnergia geotermica


Fluidi a bassa temperatura ( 50 – 60°C)Riscaldamento di edifici e serre

Fluidi ad alta temperatura : vapore per alimentare le turbine e ottenere energia elettricaRocce calde (si inietta acqua fredda nel sottosuolo e si recupera vapore per alimentare la turbina e un generatore elettrico)


In ItaliaIn Italia

1916 : prima centrale a Larderello (Pisa) con produzione di 12 milioni di KWh annueNel 1929 : 60 milioni KWh annueNel 1943: 900 milioni KWh annueAnni ‘50 : 2 miliardi KWh annueAnni ’80: 3,5 miliardi KWh annueNel 2000 con nuove centrali: 8 miliardi KWh annue ( 10% del totale della potenza geotermoelettrica mondiale )


Energia EolicaEnergia Eolica

Energia meccanica del vento ottenuta grazie agli AEROGENERATORI: captazione del vento tramite pale e trasformazione in energia meccanica o elettricaFONTE energetica inesauribile, gratuita e non inquinante.LIMITAZIONI: irregolarità nell’intensità e direzione dei venti (il livello del vento per produrre energia deve essere > 4,4 m/sec)


Potenza eolica installata nel MondoPotenza eolica installata nel Mondo

Dal 1994 al 2004 si va da 1700 a 40000 MW

Nel 2005 si è arrivati a 60.000 MW

USA: 9100 MW

Spagna : 10.000 MW

Germania: 18.000 MW

Danimarca: 3.000 MW

L’Italia non è esposta a venti forti e regolari. (apertura di nuove centrali in Sardegna e all’Aquila)


Fonte di energia più diffusa, disponibile ovunque, gratuita, inesauribile, non dà inquinamento ambientale

Limitazioni:

bassa densità energetica per cui occorrono ampie superfici di raccolta

discontinuità (alternanza giorno/ notte, ciclo delle stagioni, condizioni meteorologiche) per cui occorrono sistemi di accumulo di energia.

Energia solare


Conversione in energia termica mediante processi a bassa Temperatura (50-60°C) grazie ad impianti a pannelli solariConversione in energia termica mediante processi a alta Temperatura (5000 - 6000°C) per produrre elettricità nelle centrali solari a torre e specchi. L’energia solare è riflessa su una caldaia d’acqua e il vapore prodotto viene convogliato su turbine che azionano un generatoreConversione diretta dell’energia raggiante per produrre elettricità grazie ai sistemi fotovoltaici

I principali sistemi di sfruttamento dell’energia solare


è costituito da una piastra di rame o alluminio, che colpita da radiazione solare, si riscalda e trasmette il calore ad un fluido che circola in una intercapedine della lastra. Il calore viene poi ceduto per produrre acqua calda ad uso domestico.

pannello solarepannello solare


Sistemi fotovoltaiciSistemi fotovoltaici

Principio: alcuni semiconduttori (Silicio) emettono elettroni e generano energia elettrica se colpiti da radiazioni solari (CELLA SOLARE)

Le celle collegate in serie o in parallelo costituiscono il MODULO SOLARE (potenza= 40-50 W)

Svantaggi: superfici ampie e costi eccessivi pertanto questo sistema è utilizzabile solo per alimentazioni di utenze isolate


Nel MondoNel Mondo

20 anni fa a Genova la prima centrale solare del mondo con pannelli solari

Tetti fotovoltaici : Taranto 35 KW

Il più grande impianto in Europa è a Serre (Salerno) con 60.000 moduli (3 MW per la produzione di 5 milioni di KWh annue) inferiore solo a quello californiano di 5 MW

Nel 2018 in California si vuole arrivare a 3000 MW


BiomassaBiomassa

Energia solare energia chimica

Sostanza organica di origine:vegetale ottenuta mediante la fotosintesi animale mediante elaborazione dei vegetali attraverso gli anelli della catena alimentare (gli organismi si nutrono di vegetali e assimilano l’energia solare per crescere e riprodursi)

(Metodi per ricavare energia: combustione, fermentazione ...)


BiomassaBiomassa

Cellulosa, zuccheri, oli, amido, proteine...

Alcool etilico CH3CH2OH

( fermentazione dei carboidrati) è un buon combustibile liquido

Biogas: Ammoniaca, Acido solfidrico, Metano (fermentazione anaerobica: demolizione di sostanza organica operata da batteri anaerobi in assenza di ossigeno)

Rifiuti


1 1 Kg di Etanolo dà 7.800 Kcal, la benzina 11.200. Il minore contenuto energetico è bilanciato da una migliore combustione e minori emissioni di inquinanti

In Brasile il 71% delle auto brucia una miscela di benzina/etanolo ( 80-20%) e il 29% solo etanolo

Negli USA le leggi anti-inquinamento impongono l’uso di miscele (90-10%) benzina – etanolo ( potere antidetonante e può sostituire il Pb)


RifiutiRifiuti

Un Italiano produce 1 Kg di rifiuto al giorno, 20 milioni di tonnellate l’anno alle quali si aggiungono 3 milioni di tonnellate provenienti dalle industrie

1Kg = 2000 Kcal

23 miliardi di Kg = 46.000 miliardi di Kcal cioè 5 milioni di TEP ( tonnellata di equivalente petrolio)


Le regole del nuovo sviluppoLe regole del nuovo sviluppo

… indicano le strategie da seguire per riorganizzare sistemi economici in sistemi a sviluppo sostenibileRiformulazione del concetto di rifiutoFonti energetiche rinnovabiliDifesa della Biodiversità

(1987 - Commissione Mondiale per l’Ambiente e lo Sviluppo)


Il rapporto tra luomo e lambiente. Le fonti di energia rinnovabili Prof.ssa Paola Petrillo.

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