SISSIS A. A. 2006-2007VII ciclo

MATERIA: LABORATORIO DI GEOGRAFIAPROF. SSA GIAMPORCARO

Classe AD4 (M-Z)LEILA ORLANDO

UNITA’ DIDATTICA:L’UOMO E L’ENERGIA

Liceo psico-socio-pedagogicoClasse: I E

Prof. Leila Orlando

Le fonti energeticheFonte di energia: Qualunque organismo ha bisogno di energia per vivere.Tutto ciò che produce energia è una "fonte di energia". Il Sole è la principale fonte di energia della Terra.

L'evoluzione della società umana richiede un apporto di energia sempre maggiore e questo ha portato allo sviluppo di strutture atte alla produzione di energia e al suo immagazzinamento.

Fino a circa un secolo fa anche nel mondo industrializzato, ma ancora oggi in innumerevoli regioni della Terra, le fonti di energia più impiegate sono state l'energia umana e l'energia animale.

Fonti primarie e secondarieLe fonti energetiche si dividono in:

Fonti primarie: se sono utilizzabili direttamente, così come si trovano in natura. Sono fonti primarie il carbone, il petrolio, il gas naturale, la legna, i combustibili nucleari, il sole, il vento, le maree, i laghi montani e i fiumi (da cui è possibile ottenere energia idroelettrica) e il calore della Terra che fornisce energia geotermica.

Fonti primarie e secondarie

Fonti secondarie: sono quelle che derivano dalla trasformazione di fonti d'energia primaria: ad esempio, la benzina, che deriva dal trattamento del petrolio grezzo e l'energia elettrica ottenuta dalla conversione di energia meccanica (centrali idroelettriche, eoliche) o chimica (centrali termoelettriche) o nucleare (centrali nucleari).

Centrale idroelettrica Centrale nucleare

Fonti rinnovabili e non rinnovabiliLe fonti primarie si distinguono, a loro volta, in:

Fonti rinnovabili: forniscono energia che si rigenera in continuazione mediante trasformazioni chimiche (come le biomasse) o fisiche (come l'energia idrica, solare, eolica, ecc). In particolare il sole, il vento, il ciclo dell’acqua, le maree, il calore della Terra sono fonti inesauribili, sempre disponibili e che non finiranno mai.

Centrale eolica Pannelli solari

Fonti rinnovabili e non rinnovabili

Fonti non rinnovabili (o esauribili): hanno tempi di rigenerazione talmente lunghi (milioni di anni) che una volta sfruttate si considerano esaurite. Sono quelle che si sono formate nel corso di milioni di anni, come i combustibili fossili (petrolio, carbone, gas naturale). La disponibilità di queste fonti, per quanto grande, è limitata ed esse costituiscono una sorta di magazzino energetico della Terra.

Attualmente, solo il 14% dell'energia consumata nel mondo è prodotta da fonti rinnovabili. Tutto il resto deriva da fonti non rinnovabili, perlopiù da combustibili fossili (78%).

carbone

Il consumo di energia

I consumi pro-capite di energia sono difficili da quantificare con precisione, si cela inoltre il grave problema del divario tra il Nord e il Sud del mondo.

Un cittadino statunitense consuma in media 8 tonnellate di petrolio, contro lo 0,07 degli africani, cioè oltre 50 volte di più.

I paesi ad avanzato sviluppo consumano i 7/8 dell’energia prodotta annualmente pur rappresentando, le loro popolazioni, appena un quarto di quella mondiale.

Energia dal petrolio La moderna civiltà industriale dipende in larga

misura dal petrolio, che costituisce la principale fonte di energia in tutto il mondo.La formazione del petrolio ha avuto inizio molti milioni di anni fa, nel seguente modo:

- i resti degli organismi viventi si depositarono nel terreno

- in assenza di aria, poi, le sostanze organiche furono attaccate e decomposte dai microrganismi

- a poco a poco, quindi, il carbonio e l'idrogeno presenti, prevalsero sugli altri elementi, fino a formare il petrolio.

Il petrolio viene estratto con delle torri di trivellazione, e in mare aperto facendo ricorso a delle piattaforme petrolifere.

Estrazione del petrolio

Piattaforma petrolifera

Energia dal petrolioDalla lavorazione del petrolio si ricavano:

la benzina, il gasolio e il cherosene.

I Paesi più ricchi di petrolio si trovano in Medio Oriente, nelle due Americhe, in Africa settentrionale e nei Paesi dell'ex Unione Sovietica.

Molti Paesi industrializzati, tra i quali l' Italia, non dispongono di giacimenti di petrolio e devono quindi ricorrere alle importazioni.

Durante la combustione, il petrolio produce le seguenti sostanze inquinanti:

- anidride carbonica, responsabile dell'effetto serra- biossido di azoto e ossidi di zolfo, responsabili della pioggia acida

- particelle di polvere, responsabili dello smog.

Estrazione del petrolio

Energia idraulica L'uso dell'energia idraulica risale all' antichità. Già gli antichi Greci e Romani, infatti, usavano ruote idrauliche mosse dall'acqua corrente per ottenere la macinazione del grano.

Nell' Ottocento, con la costruzione di condotte e grandi dighe di sbarramento dei fiumi, l'energia idraulica giocò un ruolo importante nell'ambito della rivoluzione industriale.

L'energia idraulica è ottenuta sfruttando la caduta dell'acqua attraverso un dislivello, per cui è una risorsa naturale disponibile ovunque esista un sufficiente flusso d'acqua.

Attraverso delle condotte l'acqua entra nelle turbine ed esce da un canale di scarico.

Le turbine funzionano secondo lo stesso principio delle antiche ruote idrauliche, con in più il fatto che le turbine stesse sono collegate ad un generatore in grado di produrre energia elettrica.

Energia idraulicaL'energia idraulica contribuisce all'incirca per 1/4 alla generazione dell'energia elettrica prodotta in tutto il mondo.

L'impatto ambientale dell'energia idraulica non è trascurabile perchè richiede la costruzione di opere imponenti, quali:

- dighe

- laghi artificiali

- canali di deviazione

-sistemazione di grandi turbine e generatori elettrici.

diga

Energia dal carbone Il carbone è un combustibile di origine vegetale, infatti è così che si forma:

- nelle passate ere geologiche gran parte della superficie terrestre era occupata da paludi in cui cresceva una vegetazione lussureggiante

- mano a mano che morivano, le piante venivano sommerse dall'acqua

- di conseguenza subivano un lento processo di fossilizzazione, che consiste nella perdita di atomi di idrogeno e di ossigeno, con conseguente accumulo di un'alta percentuale di carbonio

- in tal modo si formarono i primi giacimenti di torba che, gradualmente ricoperti da strati di terreno, in milioni di anni sono stati compressi e progressivamente trasformati in carbone.

Il carbone viene classificato secondo la sua età.

A partire dal più giovane, si distinguono: la torba, la lignite, il litantrace e l' antracite.

L'unico tipo di carbone che si trova in Italia (Sardegna) è la lignite.

miniera di carbone

Energia dal carboneIl carbone è oggi usato soprattutto nelle centrali termoelettriche, dove il calore che si sprigiona dalla sua combustione, viene usato per riscaldare l'acqua presente in una caldaia.

Il vapore che di conseguenza viene prodotto, mette in movimento una turbina, che collegata ad un generatore, produce energia elettrica.

La combustione del carbone sviluppa:- biossido di azoto e ossidi di zolfo, responsabili delle piogge acide

- anidride carbonica, responsabile dell' effetto serra- polveri, responsabili dello smog.

centrale termoelettricaa carbone in Germania

Energia nucleare

Con energia nucleare si intendono tutti quei fenomeni in cui si ha la produzione di energia in seguito a trasformazioni nei nuclei atomici. L'energia nucleare insieme a quella solare è una fonte di energia primaria.L’energia nucleare è data dalla fissione (la rottura di nuclei pesanti come quello dell'uranio) o dalla fusione (l'aggregazione di nuclei leggeri come quelli dell'idrogeno) del nucleo di un atomo. La prima persona che intuì la possibilità di ricavare energia dal nucleo dell’atomo fu lo scienziato Albert Einstein.

Albert Einstein

Schema di un atomo

Energia nucleare: la centrale nucleare

ll funzionamento di una centrale nucleare è molto simile a quello di una centrale termoelettrica con la differenza che l’acqua viene riscaldata da un reattore nucleare dove l’uranio viene fissato.

La produzione di energia con i reattori nucleari presenta però i seguenti inconvenienti:

- se vengono a contatto con un organismo vivente, le particelle emesse dagli elementi radioattivi producono danni molto gravi, come malattie ereditarie e difetti genetici

- esiste il problema dello smaltimento del materiale di scarto a seguito del funzionamento dei reattori nucleari, materiali di scarto che restano infatti radioattivi anche per migliaia di anni.

In attesa di risolvere i problemi connessi al suo impiego, molti Paesi, tra cui l' Italia, hanno deciso di non usare l'energia nucleare.

centrale nucleare di Chernobyl

Energia geotermica L'energia geotermica sfrutta il calore presente nelle profondità terrestri. Una fonte di calore usata fin dall'antichità sono state le sorgenti termali.

Nelle zone che presentano fenomeni di vulcanismo non violento e costante nel tempo, riscaldandosi le acque nelle vicinanze, viene prodotto vapore e acqua calda (fluidi geotermici) che man mano salgono in superficie.

I vapori e l'acqua calda che fuoriescono dal suolo, avendo temperature anche superiori ai 100° C, possono essere utilizzati come fonte di calore oppure per produrre energia elettrica.

Lo sfruttamento dell'energia geotermica è economica è di facile utilizzo, ma richiede grandi tubature che alterano il paesaggio.

Un fenomeno di vulcanismo: il geyser

Affresco raffigurante le terme romane

Energia solare La fonte dell'energia solare è il Sole.

Come quasi tutte le stelle, il Sole è un'immensa sfera di gas elio incandescente che, per tale motivo, è simile ad una centrale che produce un'enorme quantità di energia termica.

Una piccola parte della suddetta energia giunge fino a noi qui sulla Terra.

il Sole

Energia solareL'energia solare è l'energia prodotta sfruttando direttamente l'energia termica del Sole che appunto arriva sulla Terra, e precisamente:

- utilizzando le cosiddette celle fotovoltaiche: sono in sostanza delle sottili lamine di silicio che, colpite dai raggi solari, producono energia elettrica.

- utilizzando i cosiddetti pannelli solari per produrre calore. I pannelli solari invece sono costituiti in sostanza da un contenitore che racchiude una serpentina in cui circola dell' acqua.

Siccome per produrre energia a sufficienza occorrono molte celle fotovoltaiche e molti pannelli solari, attualmente, l'impiego dell'energia solare, basta a soddisfare solo una parte esigua delle necessità energetiche.

Parco di celle fotovoltaiche

Pannelli solari

Energia eolicaLo sfruttamento del vento come fonte di energia risale ad epoche lontanissime.

Usando i cosiddetti mulino a vento, si riusciva infatti a convertire l'energia del vento in energia meccanica, con quest'ultima che veniva soprattutto usata per la macinazione del grano.

Il mulino a vento sfrutta l'azione di pale che, ruotando sospinte dal vento, determinano il movimento di un albero di trasmissione.

In Europa i mulini a vento furono introdotti intorno al dodicesimo secolo.

mulino a vento

Energia eolicaGli antichi mulini a vento si sono oggi trasformati nelle cosiddette turbine eoliche, in grado di produrre direttamente energia elettrica, e che, sempre azionate dall'energia del vento, sono dotate di pale che facilmente si mettono in rapida ed efficace rotazione.

Per aumentare la quantità di energia, le turbine eoliche spesso sono collegate insieme a formare delle vere e proprie centrali eoliche.

In Italia le centrali eoliche producono solo una parte esigua delle necessità energetiche.

centrale eolica

Energia dal metano Il metano fu scoperto nei pressi del lago Maggiore da Alessandro Volta, che per primo ne studiò le proprietà combustibili.

In natura si trova sotto forma di gas, e soprattutto in giacimenti sotterranei. Il metano ed il petrolio spesso si trovano negli stessi giacimenti, e ciò perchè la formazione del metano è identica a quella del petrolio.

Anche il metano, ha avuto inizio milioni di anni fa:

- i resti degli organismi viventi si depositarono nel terreno

- in assenza di aria, poi, le sostanze organiche furono attaccate e decomposte dai microrganismi

- a poco a poco, quindi, il carbonio e l'idrogeno presenti, prevalsero sugli altri elementi, fino a formare il metano.

Alessandro Volta (1745-1827)

Energia dal metano

Il metano, una volta estratto da sotto la terraferma o da sotto i fondali marini, viene immesso nei metanodotti.

I metanodotti sono fatti di grandi condotte che si diramano via via in condotte più piccole, e che appunto convogliano il metano ad una rete di distribuzione che lo fa arrivare:

- o presso le abitazioni, dove viene usato per cucinare, per riscaldare gli ambienti e per produrre acqua calda

- o presso le centrali termoelettriche, dove viene appunto usato per produrre energia elettrica.

Il metano, quando brucia, non genera fumo e, rispetto al petrolio e al carbone, produce una minor quantità di sostanze inquinanti.

Energia dalle biomasse In relazione alle fonti di energia, quando si parla di biomassa, ci si riferisce all'energia che si può ottenere dai combustibili biologici, come: legna, letame e scarti delle coltivazioni agricole.

È una forma di energia rinnovabile che è spesso minimizzata e non possiede la stessa ribalta mediatica dell'eolico e del fotovoltaico.

Energia dalle biomasse Alcuni esempi di sfruttamento delle biomasse:

- il legno che brucia

- i rifiuti animali che, attraverso la fermentazione, possono essere usati per produrre gas combustibili

- gli scarti vegetali che, lavorati e distillati, originano un alcol che può essere usato per far muovere macchine di vario tipo.

scarti vegetali

Energia dall’ IdrogenoL’idrogeno naturale è un gas incolore, inodore e non è velenoso.

La combustione dell’idrogeno non presenta particolari problemi e dà luogo ad emissioni molto meno inquinanti rispetto ad altri combustibili.

Alimentando il bruciatore della caldaia di casa o un motore a scoppio con questo gas si potrebbe produrre energia evitando le emissioni di sostanze nocive.

Nel settore del trasporto su gomma già nei primi anni Settanta un ingegnere torinese aveva sviluppato un sistema per utilizzare l’idrogeno nelle automobili. Questa possibilità ha poi assunto un’importanza strategica con lo sviluppo delle celle a combustibile avvenuta negli ultimi decenni.

Bus a idrogeno

L’attività di trasporto e conservazione si rivela particolarmente difficoltosa, infatti, questo gas è infiammabile, poco denso e si disperde nell’aria con molta facilità. La conservazione e il trasporto sono quindi aspetti che rendono ancora difficile l’utilizzo dell’idrogeno su vasta scala.

Attualmente molte case automobilistiche stanno realizzando modelli sperimentali di automobili e di autobus a idrogeno, ed alcuni prototipi già circolano in diverse città italiane ed estere.

Il problema per lo sviluppo dei veicoli a idrogeno, oltre a quello della produzione di tale  combustibile, è che manca una rete di distribuzione e di stazioni di rifornimento per questo gas.

Energia dall’ Idrogeno

Auto a idrogenoal distributore

La sfida del ventunesimo secolo La continua crescita della popolazione mondiale e la naturale aspirazione dei paesi in via di sviluppo a raggiungere livelli di vita vicini a quelli dei paesi industrializzati sono le principali cause della crescita inarrestabile della domanda di energia e del contemporaneo aumento delle emissioni di gas serra, prima fra tutte l’anidride carbonica.

Soddisfare tale domanda, mantenendo questi gas a livelli non pericolosi per l’ambiente (oltre che, naturalmente, garantire l’approvvigionamento energetico) rappresenta la sfida tecnologica del nuovo secolo.

La sfida del ventunesimo secolo

Una sfida che può essere vinta solo con:

• l’aumento dell’efficienza dei sistemi e la riduzione del consumo di idrocarburi

•  l’espansione dell’impiego di fonti a basso o nullo contenuto di carbonio quali gas naturale, energie rinnovabili ed alternative

• la separazione dell’anidride carbonica prodotta nella trasformazione dei combustibili fossili

• l’aumento, infine, del potenziale di assorbimento della stessa CO2 da parte dell’ecosistema