Introduzione al problema energeticole diverse fonti di energia

Luca Castellazzi

XVIII Settimana della cultura scientifica

3 marzo 2008

L’energia è necessaria

L’energia è un elemento essenziale della vita umana

Il consumo individuale è cresciuto di circa 100 volte dall’inizio della civilizzazione

Negli ultimi 150 anni il consumo energetico è cresciuto costantemente del +2-3 % annuo

Questo consumo crescerà nel futuro in quanto:

La popolazione continuerà a crescere;

Miliardi di persone nei PVS aspirano a una vita migliore;

Le attuali disparità tenderanno ad attenuarsi.

Consumi energetici mondiali, 1970-2030

Il 90% dell’incremento della domanda di energia tra oggi ed

il 2030 sarà soddisfatto da combustibili fossili

FONTE: IEA 2004

Evoluzione nelle fonti di energia

Combustibili solidi

Combustibili liquidi

Combustibili gassosi

Fonte: GHK Co.

Evoluzione fonti energetiche

La disparità consumi di energia nel mondo

Usa: 8 TEP/anno a persona

Italia: 3 TEP/anno a persona

Africa: 0,5 TEP/anno a persona

IEA: 2003

LA TERRA DI NOTTE

Le riserve di petrolio e gas naturale (%)

Asia e Pacifico

Paesi dell’ex Urss

America latinae Caraibi

Stati Uniti e Canada

Africa

Europa

Riserve di gas naturale

Riserve di petrolio

Produttori e consumatori di petrolio nel mondo

DATI IN MTEP(MTEP) (FONTE: BP 2004)

Principali scambi commerciali di petrolio

Fabbisogno di energia in Italia e dipendenza energetica

L’Italia importa circa l’ 85 % di fonti primarie

L’Italia consuma in un anno circa 200 MTEP

Le fonti primarie sono indicate equiparandole al petrolio. L’unità di base: il Tonnellata Equivalente di Petrolio “TEPTEP”” I suoi multipli sono: ktepktep (mille tonnellate)MtepMtep (un milione di tonnellate).

Le Tonnellate Equivalenti di Petrolio (TEP)

Un cubo con lato pari alla lunghezza di un campo da calcio

Quanto è grande un Mtep?

100

met

ri

100

met

ri

100 metri100 metri

100

met

ri10

0 m

etri

L’Italia consuma in un anno circa 200 Mtep

Il barile di petrolio

Il petrolio grezzo ha un p.c.i. di 10.000 kcal/kg

1barile petrolio = 159 litri

Consumo medio annuo 1 italiano:

22 barili

I problemi emergenti

Riserve di combustibili fossili

Al consumo attuale, le riserve conosciute sono:

Carbone: 230 anni

Petrolio: 50-80 anni

Gas naturale: 65-100 anni

Uranio235: 54 anni

Questi numeri sono influenzati: positivamente da nuove scoperte di giacimenti negativamente dall’aumento dei consumi

La fine dei combustibili fossili è in vista

E POI??

Fonte ASPO, 2004)

Il picco di estrazione del petrolio

www.peakoil.net

Oltre il picco estrazione petrolio?

Aumento dei prezzi del petrolio

Fase di instabilità politica

FASE DI TRANSIZIONE

Fonti rinnovabili

Vettore energetico IDROGENO

Sviluppo più sostenibile

altri combustibili fossili (carbone e gas) nucleare

VERSO

Le fonti di energia

Le fonti primarie di energia

Idraulica

Eolica

Geotermia

Solare (termico e fotovoltaico)

Biomasse

Maree

NON NON RINNOVABILIRINNOVABILI

RINNOVABILIRINNOVABILI

Petrolio

Gas naturale

Carbone

Uranio

Le fonti rinnovabili sono quelle risorse che si rigenerano nel tempo con

cicli comparabili con quelli del loro consumo;

A differenza dei combustibili fossili, possono considerarsi inesauribili

sole terra

Utilizzodiretto

Utilizzoindiretto

Solare termico

fotovoltaico

Solare termodinamico

Ciclo acqua

Idroelettrico

eolico

geotermiaVento maree

biomasse

Foto

sintesi

sole terra

Utilizzodiretto

Utilizzoindiretto

Solare termico

fotovoltaico

Solare termodinamico

Ciclo acqua

Idroelettrico

eolico

geotermiaVento maree

biomasse

Foto

sintesi

Le fonti di energia rinnovabili

Caratteristiche principali delle FER

Vantaggi

Potenziali enormi

energie pulite a basso impatto ambientale

approvvigionamento gratuito o quasi

risorse locali

vantaggi occupazionali

Svantaggi

potenziali dispersi

discontinuità

aleatorietà

diversa maturità delle tecnologie

Alti costi

Sistemi generazione elettrica

Sistemi termoelettrici

Combustione di fonti rinnovabili:Biomasse

Gas da biomasseRifiuti (civili e industriali)

Gas da rifiuti

Combustione di fonti fossili:Petrolio, Gas naturale, Carbone

Schema di principio di una centrale termoelettrica

Schema liberamente tratto dal testo “Energia per tutti” di Giovanni Vitagliano, 1998.

Centrale Nucleare

Problematiche energia nucleare

“emissioni” di scorie radioattive (ma nessuna emissione gassosa di CO2 , CO, NOx , Polveri etc.)

Sicurezza (incidenti)

Difficile accettabilità

Costi elevati

Le fonti di energia rinnovabili

•Idroelettrico

•Eolico

•Geotermia

•Biomasse

•Solare–Fotovoltaico–Termodinamico–Termico a bassa temperatura

ENERGIA IDROELETTRICA

Centrale idroelettrica

Trasforma l'energia potenziale di una massa di acqua in quiete e/o l'energia cinetica di una corrente di acqua in energia meccanica ed elettrica

ENERGIA EOLICA

Turbina eolica

ROTORE

Centrali eoliche: Wind farm

In Italia: 2730 MWe installati

Consumi di 1500 famiglie

Centrali eoliche: Off Shore

> 7,5

6,5 – 7,5

5,5 – 6,5

4,5 - 5,5

< 4,5

Velocità vento

(m/s)

Risorse Eoliche in europa

Risø National Laboratory

ENERGIA GEOTERMICA

Distribuzione del flusso di calore endogeno

L’energia geotermica è la forma d’energia legata al calore interno della Terra

La temperatura, all’interno del nostro pianeta, aumenta con la

profondità secondo un gradiente geotermico di 3°C ogni 100 metri

Geotermia in Italia

Grande sviluppo settore elettrico: 785 MWe (1,5%)

energia elettrica per 2 MIL di famiglie

L’Italia è il paese geotermicamente più “caldo” di tutta Europa:

vulcani, soffioni boraciferi, sorgenti termominerali

Centrale geotermica

ENERGIA SOLARE

ENERGIA SOLARE

Solare fotovoltaico

Solare termico per riscaldamento acqua

Produzione elettricità

Solare termodinamico

Produzione calore

SOLARE FOTOVOLTAICO

Principio Funzionamento

L’ Effetto fotovoltaico: proprietà di alcuni materiali semiconduttori che, opportunamente trattati, generano elettricità se colpiti dalla radiazione solare

La tecnologia fotovoltaica (FV) consente di trasformare direttamente l'energia solare in energia elettrica.

Applicazioni fotovoltaico

Sistemi isolatiSistemi connessi alla rete

•Centrali di potenza

•Sistemi integrati negli edifici

Nuovo sistema incentivi:Il contoenergia

63 MWp @ 2007

200 MWp @ 2008

+ 500% dal 2005!!

SOLARE TERMODINAMICO

Solare termodinamico

SOLARE TERMICO

Principio funzionamento

sono costituiti da una superficie scura che assorbe la luce solare e la trasforma in calore;

Il calore viene poi trasferito ed immagazzinato in un accumulatore per essere disponibile all’uso finale.

I collettori solari:

Dispositivi che raccolgono ed accumulo l’energia termica del sole

Il sistema solare termico

Esempi di impianti solari termici: settore residenziale

ENERGIA DALLE BIOMASSE

Cos’è la biomassa

Il termine biomassa comprende tutte le

sostanze di origine biologica in forma non

fossile

Biomasse forestali e legna da ardere

Residui agricoli e agroindustriali

Residui allevamenti zootecnici

Colture oleaginose

Colture zuccherino - amidacee

Le biomasse per le bioenergie

La risorsa legno è rinnovabile e “CO2 neutra”

La CO2 emessa in atmosfera

durante la combustione è pari

a quella che la pianta ha

assorbito durante la crescita.

Le biomasse contro l’effetto serra

Conclusione

Tutto il flusso di energia è un inarrestabile corsa verso la degradazione delle energie potenziali delle fonti verso forme di energia a noi più utili

L’energia è preziosa è deve essere conservata il più possibile

Ogni cittadino italiano consuma ogni giorno circa 10 kg di petrolio

Considerando che ai tempi dei romani ogni schiavo era alimentato con 2000-2500 kcal/giorno

Ognuno di noi “dispone” di 100-150 schiavi al giorno per le necessità quotidiane

GRAZIE PER L’ATTENZIONE