RINNOVABILI E NON RINNOVABILIlavoro della classe III H a.s. 2014/15

Per ENERGIA si intende la capacità di compiere lavoro

Le fonti di energia possono essere classificate in:• FONTI SECONDARIE: cioè fonti che derivano dalla

trasformazione di altre forme di energia, ad esempio l’energia elettrica che può essere prodotta a partire da una fonte primaria.

• FONTI PRIMARIE: cioè fonti già presenti in natura come ad esempio l’energia solare.

Il tipo di energia più sfruttata dall’uomo è quella elettrica che può essere prodotta mediante fonti rinnovabili o non rinnovabili.

L'ENERGIA

FONTI RINNOVABILILe fonti rinnovabili sono forze della natura

inesauribili:L’ENERGIA SOLAREL’ENERGIA GEOTERMICAL’ENERGIA DELLE MAREEL’ENERGIA EOLICAL’ENERGIA IDRICA

FONTI NON RINNOVABILII combustibili fossili sono fonti di energia non

rinnovabili, cioè una volta consumati non ci sono più.

I combustibili fossili sono: IL PETROLIOIL CARBONEIL GAS NATURALE

FONTI RINNOVABILI

ENERGIA SOLARE: è l’energia fornita dal sole che emana un’incredibile quantità di forza luminosa e calore. Può essere sfruttata per riscaldare l’acqua o per produrre corrente elettrica mediante pannelli fotovoltaici. In alcune case ci sono gli scaldabagni solari. La luce del sole passa attraverso il vetro sopra il pannello e il calore èraccolto da una piastra assorbente sottostante. L’acqua fredda scorre attraverso le condutture al centro del pannello e quando è calda viene conservata in un apposito serbatoio all’interno dell’edificio.

ENERGIA GEOTERMICA: Le temperature nel cuore della terra sono talmente elevate da far fondere la roccia. In alcuni punti, la roccia fusa non è molto distante dalla crosta terrestre e genera calore naturale, detto energia geotermica. Individuato il luogo, si scavano pozzi nel terreno, dove verrà convogliata acqua fredda, che a contatto con le rocce incandescenti si scalda trasformandosi in vapore. Questo verrà poi riportato in superficie e usato per azionare le turbine dei generatori di elettricità.

ENERGIA DELLE MAREE: Le maree, le correnti marine e le onde marine producono energia che un apposito impianto può sfruttare per produrre elettricità.

Il primo e più grande fra questi impianti si trova in Francia, dove è stata costruita una diga di sbarramento sull’estuario del fiume Rance (Rance Tidal Power Station).

Quando le maree entrano ed escono, l’acqua defluisce attraverso canali fino allo sbarramento, azionando le turbine che alimentano i generatori di elettricità.

ENERGIA EOLICA: L’energia eolica, cioè del vento, si può sfruttare mediante i mulini a vento, che sfruttano l’energia cinetica delle correnti atmosferiche. Il mulino a vento fu inventato in Persia, per poter produrre farina anche nei luoghi privi di acqua corrente. Nel 1940 furono usate per la prima volta le turbine eoliche, che sono la versione moderna dei mulini a vento

ENERGIA IDRICA: La centrale idroelettrica sfrutta l’energia potenziale gravitazionale immagazzinata, per esempio, nell’acqua di un lago di montagna, in questo modo: attraverso un condotto l’acqua scende a valle in modo controllato, poi arriva a grande velocità e mette in moto una turbina che è collegata agli alternatori che trasformano l’energia cinetica della turbina in energia elettrica. Attraverso i cavi l’elettricità viene trasportata nelle nostre case. L’acqua, una volta utilizzata, evapora e torna a far parte del ciclo.

FONTI NON RINNOVABILI

IL CARBONE

COS’E’ IL CARBONE

Il carbone è un combustibile fossile o roccia sedimentariaestratto da miniere sotterranee o prodotto artificialmente. È pronto all'uso, di color nero o bruno scuro di roccia abbastanza

leggera. E’ composto da:

- carbonio con un’altissima percentuale del 70-90% , è il materiale organico che brucia e fornisce calore (energia termica) e anidride carbonica.

- il rimanente materiale inorganico è costituito da sostanze argillose e anche da sali di zolfo che con la combustione diventano ceneri e sostanze volatili e inquinanti.

LE ORIGINI DEL CARBONELa sua formazione risale a circa 300 milioni di anni fa, quando un clima caldo ed umido ed un'elevata concentrazione di anidride carbonica favorirono la crescita di alberi giganti: la loro morte e la successiva degradazione hanno portato ai carboni fossili.

Infatti il carbone deriva da grandi cumuli di alberi e di altri tipi vegetali,che hanno subito un processo di carbonizzazione.

LA SUA TRASFORMAZIONE HA RICHIESTO TRE FASI PRINCIPALI:PRIMA FASE

La crescita di grandi foreste in zone paludose: il clima caldo-umido favorisce la crescita di grandi foreste come quella della Gran Bretagna, Germania, Cina . Gli alberi sono molto fitti, più o meno come nella foresta amazzonica di oggi.

SECONDA FASESprofondamento del terreno e copertura delle foreste con strati di sedimenti: il terreno sprofonda lentamente , gli alberi sono sommersi dalle acque e sono coperti dal fango portato dai fiumi. Il fango si trasforma in roccia, che copre e comprime la massa vegetale.

TERZA FASEDecomposizione del legno e carbonizzazione: nell’arco di milioni di anni gli alberi subiscono una trasformazione: i batteri del sottosuolo , per vivere, “divorano” l’idrogeno e l’ossigeno presenti nel legno; alla fine rimane solo il carbonio con piccole quantità di altre elementi.

Nel processo di formazione del carbone

si forma prima la torba, un accumulo di resti vegetali parzialmente decomposti e impregnati d'acqua. Ha un aspetto spugnoso, si usa soprattutto in agricoltura come fertilizzante.

Poi la lignite, un carbone marrone e tenero che contiene il 70% di carbonio, abbastanza giovane e i giacimenti superano anche i 100m sottoterra. Vengono estratte solo in miniere a cielo aperto.

Quindi, il litantrace, il carbone più comunemente utilizzato per la produzione di energia elettrica.

Infine, l'antracite, una roccia nera, lucida e compatta, che ha il piùalto tenore di carbonio (dal 93% al 98%). E' il carbone migliore (con un alto potere calorifico) e meno inquinante, ma viene utilizzato poco perché è difficilmente reperibile e, quindi, molto costoso. Si estraggono fino a 1000m sottoterra.

La formazione di giacimenti di carbone richiede fino a centinaia di milioni di anni, a seconda del tipo di prodotto finale.Il 95% dei giacimenti di carbone si trova nell'emisfero settentrionale

(quasi il 60% è ripartito tra Cina, USA ed ex URSS). In Europa, la fascia dei grandi giacimenti è localizzata nei Paesi centrosettentrionali: Gran Bretagna, Francia settentrionale, Belgio, Olanda, Germania, Polonia e Russia. L'Italia possiede solo piccole quantità di "carboni poveri" (lignite).

Dimensioni del giacimento di carbone

Il carbone si trova in strati paralleli separati da roccia e viene estratto tramite le miniere. Queste possono essere di 2 tipi: sotterranee o a cielo aperto. Le miniere sotterranee sono composte da pozzi verticali dai quali partono tunnel orizzontali, i minatori scendono e rimangono molte ore a lavorare.Per estrarre il carbone da giacimenti che si trovano a una profonditàsuperiore ai 30 metri si possono realizzare tre tipi di miniere:1) pozzi, costituiti da una coppia di condotti verticali che raggiungono i

giacimenti più profondi;

2) a rampa, gallerie inclinate che conducono a depositi di carbone disposti di traverso;

3) a mezza costa, che raggiungono vene di carbone situate nel fianco di una montagna attraverso un unico tunnel

Le miniere a cielo aperto invece si usano quando il carbone si trova abbastanza in superficie, si scava quindi fino a raggiungerlo, a questo punto si estrae normalmente. Questo metodo però ha gravi conseguenze ambientali, infatti si creano enormi crateri, inoltre si sollevano molte polveri tramite scavatori, che si spargono per decine di km.

Il carbone è una fonte di energia ampiamente utilizzata ed è la maggiore fonte combustibile per la generazione di energia elettrica.

Negli impianti di produzione di energia elettrica, il carbone viene bruciato per riscaldare l’acqua fino a trasformarla in vapore che, messo sotto pressione, fa girare una turbina collegata ad un generatore. L’energia meccanica della rotazione viene così trasformata in corrente elettrica.

Nell’antichità era la principale fonte di energia ed era usata soprattutto nella macchina a vapore e per i suoi derivati.

Oggi il carbone viene utilizzato principalmente per produrre energia elettrica: è al terzo posto come quantitàutilizzata dopo il petrolio e il gas naturale.

Oltre che nelle centrali termoelettriche viene usato nei centri siderurgici per alimentare gli altiforni. In questo settore si utilizza il coke, che è un combustibile solido e compatto prodotto scaldando il carbone ad alta temperatura.

IL PETROLIO

Una delle più importanti fonti di energia sfruttate.

Il petrolio ovvero “olio di pietra”, è un liquido denso, oleoso e infiammabile.

Il suo colore è variabile va dal nero al giallo bruno; al peso molecolare è legato anche la sua densità e la sua viscosità.

Il suo peso specifico è inferiore a quello dell’acqua (sulla quale galleggia).

COMPOSIZIONE

Il petrolio è composto da una miscela di idrocarburi, un composto chimico costituito soprattutto da carbonio (80-90%) e, in parte da idrogeno (9-5%) con percentuali minori di ossigeno, azoto e zolfo.

Il petrolio greggio si misura in barili (1 barile = 159 litri)

ORIGINE DEL PETROLIO

La sua formazione ha avuto origine milioni di anni fa.

Deriva da cumuli di sostanze organiche che hanno subito una decomposizione e si sono trasformate in sostanze oleose ricche di energia.

La sua trasformazione ha richiesto tre fasi principali:

a) accumulo di masse di plancton e trasformazione in petrolio attraverso decomposizione senza aria (si forma il cherogene), e degradazione termica.

Sulla terra esistono dei piccoli organismi vegetali e animali che vivono nei mari, che oggi chiamiamo plancton.

Questi organismi nel passato (milioni di anni fa), sono stati ricoperti dalle sabbie e dalle argille trasportate dai fiumi, che si sono trasformate in rocce sedimentarie.

In questo 1° stadio, attraverso una serie di processi biologici e chimici, in particolare la decomposizione ad opera di batteri, la materia organica in assenza di aria si trasformò in cherogene (una miscela di composti chimici organici).

Con la continua crescita delle rocce sedimentarie, si innalzarono le temperature che portarono allo sviluppo di processi chimici di degradazione termica che trasformarono il cherogene in petrolio.

I movimenti tettonici deformavano gli strati orizzontali della crosta terrestre, curvandoli e fratturandoli, da questi spostamenti sono nate le trappole rocciose.

Questa conformazione geologica può avere la forma di: una cupola, un cuneo, un triangolo con il vertice rivolto verso l’alto.

b) nascita di trappole di roccia in seguito a movimenti tettonici.

Mentre gli idrocarburi si generavano,gli strati rocciosi subirono grandi sconvolgimenti

Le trappole rocciose sono formate da diversi tipi di roccia:uno strato di roccia impermeabile, ad esempio l’argilla che forma il

cappello superiore uno strato di roccia porosa sotto lo strato precedente, in cui possono penetrare le sostanze liquide o gassose.

c) Riempimento dei giacimenti, cioè accumulo del petrolio dentro le trappole di argilla o roccia fine.

Le gocce oleose di idrocarburi, man mano che si formavano non rimanevano ferme.

Essendo più leggere dell’acqua presente nel terreno, si spostavano verso l’alto spinte anche dalla pressione dei gas cui erano mescolate.

Questa lenta migrazione termina nella trappola rocciosa, dove gli idrocarburi si accumulano e formano il giacimento di petrolio.

IL GIACIMENTO DI PETROLIO

Il giacimento di petrolio non è un lago sotterraneo, può essere paragonato, invece, a una “spugna di roccia” lunga alcuni km. E larga alcune centinaia di metri, dove le gocce di petrolio occupano i piccolissimi spazi vuoti della roccia porosa.

Processo di perforazione Processo di perforazione • L’estrazione del petrolio è

l’insieme dei processi attraverso cui esso viene prelevato dal sottosuolo.

• L’operazione avviene attraverso il processo di perforazione: lungo foro praticato nel sottosuolo, perforato fino a una profonditàvariabile da poche centinaia di metri fino a 6-8 km. La funzione è quella di mettere in diretta comunicazione gli strati in cui sono accumulati i depositi con la superficie.

Estrazione del petrolioEstrazione del petrolio

Una volta praticato il foro nel suolo si procede con l’inserimento di tubi d’acciaio come rivestimento. Essi vengono successivamente rivestiti in cemento per evitare fughe di petrolio.Il pozzo viene completato inserendo tubi di piccolo diametro (7-12 cm) che trasportano il petrolio in superficie.Il petrolio viene poi immesso negli oleodotti o temporaneamente conservato in serbatoi.

Raffinazione del petrolioRaffinazione del petrolio

Una raffineria di petrolio è uno stabilimento dove si separa il petrolio greggio (formato da kerosene, benzina, gasolio e metano) nei suoi componenti (detti "tagli“). Per separarli l’uno dall’altro si usa il processo di distillazione frazionata, un processo che comporta prima la vaporizzazione e poi la condensazione. Ciò avviene nella torre più alta della raffineria, la torre di distillazione.

PRODOTTI DEL PETROLIO PRODOTTI DEL PETROLIO Maggiori prodotti della raffinazione

Plastica Asfalto Gasolio Oli combustibili Benzina Cherosene Gas petrolio liquefatto (GPL) Oli lubrificanti Paraffina Catrame Paraffina Zolfo (o acido solforico) Coke da petrolio utilizzato come combustibile solido

Il gas naturale

•Il gas naturale è un gas prodotto dalla decomposizione anaerobica di materiale organico.•È incolore e inodore e pesa la metàdell’aria.

Il gas naturale è una miscela di sostanze chimiche, gli idrocarburi, che si trovano allo stato gassoso.Il principale componente del gas naturale è il metano (CH4), ma contiene anche idrocarburi gassosi come etano, propano, butano e pentano.•Si misura in metri cubi (m3).

LA COMPOSIZIONE

Il gas naturale viene estratto da giacimenti misti di gas e petrolio o di solo gas.

Solo dopo la perforazione dei pozzi è possibile accertare il tipo di giacimento.

Appena lo scalpello sfiora la cupola che contiene gas, esso risale nella tubazione verticale spinto dalla pressione

ESTRAZIONE

Il gas viene trasportato attraverso tubi detti gasdotti o metanodotti. Lungo la rete del metanodotto ci sono anche le centrali di stoccaggio.•Vengono utilizzate navi per il trasporto di gas naturale liquefatto, dette metaniere.•La principale difficoltànell’ utilizzo del gas naturale è il trasporto.

IL TRASPORTO

•Come tutti i combustibili, anche il gas naturale, èutilizzato dall’ uomo per la produzione di energia, nelle centrali termoelettriche

USI DEI GAS NATURALI

Gli usi più comuni del gas naturale, sono per cucinare per scaldare l’acqua sanitaria e per il riscaldamento degli edifici.

USO DOMESTICO, COMMERCIALE, INDUSTRIALE

La combustione di gas genera, anche se in misura minore rispetto agli altri combustibili fossili, il gas serra che contribuisce al surriscaldamento del pianeta.L’estrazione, il trasporto e la combustione del gas possono inoltre generare ulteriore inquinamento.

IMPATTI AMBIENTALI DEL GAS NATURALE

CIO’ CHE POSSONO PROVOCARE I COMBUSTIBILI FOSSILI

Questo èuno schema che fa vedere che cosa provocano gli inquinanti prodotti dalla combustione deI combustibili fossili