SCUOLA DI POLITICA

LEZIONE XVIApprovvigionamento idrico ed

energia

CICLO DELL’ACQUACome ci hanno da sempre insegnato l’acqua

ha una sua genesi e trasformazione ciclica.Quello che noi andremo a studiare sono i

metodi di estrazione e di salvaguardia della qualità dell’acqua destinata al consumo umano.

STRUTTURA DI UN ACQUIFERO – ACQUIFERO ORIZZONTALE

Acquifero è il nome dato a quello spazio del sottosuolo che contiene ed è in grado di rilasciare acqua. In figura abbiamo un acquifero in zona pianeggiante.

i vantaggi sono quelli di una distribuzione lineare della falda.Gli svantaggi sono che bisogna salvaguardare l’intera area

STRUTTURA DI UN ACQUIFERO – ACQUIFERO COLLINARE

L’acquifero collinare (a parità di permeabilità dell’ammasso solido) avrà un andamento simile a quello del rilievo, tanto più ribassato quanto maggiore sarà la permeabilità. In prossimità del mare vi sarà da tenere

presente anche la quota a cui sarà presente l’acqua salmastra.

STRUTTURA DI UN ACQUIFERO – ACQUIFERO CONFINATOUno strato permeabile, interposto fra due strati

impermeabili, da luogo ad un acquifero confinato. Se gli strati sono concavi e il pozzo viene scavato nella parte di maggiore concavità si ha un pozzo artesiano.

Ovvero si assiste ad una risalita in pressione dell’acqua. Le aree da preservare risultano essere solo quelle di ricarica.

ACQUIFERO – FALDA SOSPESA

Quando lo strato impermeabile si trova ad una certa quota rispetto alla falda freatica di base, si genera una falda sospesa.Il rischio in questo caso è di

perforare con il pozzo lo strato impermeabile e perdere quella energia potenziale naturale dell’acquifero sospeso con costi maggiori per il sollevamento. Se immaginiamo la linea grossa come il profilo di una collina abbiamo la situazione che si riscontra nel basso ionio catanzarese. È evidente il danno che si verifica se si perfora la base della falda sospesa

OPERE DI CAPTAZIONE, POZZI VERTICALISono da distinguere i pozzi da

accumulo (praticamente tutti i pozzi di raccolta delle acque piovane) dai pozzi di perforazione, generalmente molto più profondi.

I pozzi di perforazione o trivellazione utilizzano mezzi meccanici e necessitano di specifiche autorizzazioni e progetti per evitare di perforare strati impermeabili o di rimanere troppo superficiali ed emungere acque inquinate.

OPERE DI CAPTAZIONE ORIZZONTALI – CANALI DI DRENAGGIO

Le opere di Captazione orizzontali sono note da secoli e sono utilizzate appunto per recuperare l’acqua da falde sospese, senza perforare lo strato impermeabile.

In passato si scavavano veri e propri canali percorribili dall’uono, ora si utilizzano le stesse macchine della perforazione verticale solamente debitamente inclinate.

ACCUMULO E DISTRIBUZIONE - SERBATOI

Per ottenere una distribuzione efficace è necessario che gli accumuli per la distribuzione siano messi ad altezza sufficientemente elevata per garantire la pressione da impiegare.

L’accumulo in serbatoi è comunque indispensabile sia per i trattamenti antibatterici (clorazione o trattamento ad ultravioletti) sia per ottimizzare il consumo dell’acqua. Dall’acquedotto infatti l’acqua arriva in continuo mentre dai consumi domestici viene prelevata in modo discontinuo. Se così non fosse, la portata dell’acquedotto dovrebbe essere elevatissima.

ACCUMULO E DISTRIBUZIONE - ACQUEDOTTI

Gli antichi acquedotti utilizzavano prevalentemente la gravità come metodo di trasporto e distribuzione ed è per questo che vediamo ancora oggi i resti di lunghissimi acquedotti fuori terra lasciati dai romani. Ora invece gli acquedotti sono per la maggior parte interrati ed utilizzano il principio dei vasi comunicanti e, dove non è sufficiente, si usano delle pompe di sollevamento.

ACQUA BENE LIBERO?Alla luce di quanto detto ci resta una

considerazione da fare.L’acqua potabile per giungere sulle nostre

tavole deve subire un certo numero di trasformazioni, trasporti, analisi etc.

Indipendentemente da chi la va a cercare ed estrarre (stato o privati), si deve sostenere un costo.

L’unica acqua “bene libero” può essere considerata quella dei fiumi e delle sorgenti, se raccolte nei luoghi in cui scorrono naturalmente.

Vi fidereste a bere l’acqua dei fiumi?

ENERGIA – MUSCOLAREDa sempre chi detiene

l’energia detiene la ricchezza!

Nell’antichità l’energia più diffusa era quella muscolare e quindi le economie che potevano contare su un maggior numero di schiavi od animali da soma erano anche le più ricche e sviluppate.

ENERGIA DALL’ACQUA – MULINI

La prima forma di energia non “muscolare” imbrigliata dall’uomo è quella dei mulini ad acqua. Essi fornivano sia l’energia per la macinazione di granaglie che l’energia per i magli utilizzati in siderurgia. L’unico problema era garantirsi la costanza dell’approvvigionamento dell’acqua. In alcuni casi si usavano anche per il sollevamento dell’acqua da mandare nei canali irrigui.

ENERGIA DALL’ACQUA – DIGHE E TURBINE

L’evoluzione dei mulini è rappresentata dalle turbine idrauliche che producono energia dai laghi artificiali. Le cose principali da considerare sono:

Il salto d’acqua La costanza

dell’approvvigionamento L’impermeabilizzazione

dell’invaso

ENERGIA DALL’ACQUA - MAREEOggi esistono diversi progetti di sfruttamento delle maree, che comportano metodi

diversi di sfruttamento dell’energia: sollevamento di un peso in contrapposizione alla forza di gravità; compressione dell’aria in opportuni cassoni e movimentazione di turbine in seguito

alla sua espansione; movimento di ruote a pale; riempimento di bacini e successivo svuotamento con passaggio in turbine.Quest’ultimo sembra dare i migliori risultati, nell'effettivo impiego. Il problema più

importante allo sviluppo di tale tecnologia resta comunque lo sfasamento tra massima ampiezza di marea disponibile (la cui cadenza è prevedibile sulla base delle fasi lunari e solari) e domanda di energia nelle ore di punta. Infatti nei giorni di insufficienza nell'afflusso d’acqua la produzione di elettricità cesserebbe. In Francia nei pressi di Saint-Malo esiste un grosso impianto di questo genere.

In una tipica centrale ad energia mareomotrice l'acqua affluisce e defluisce in un vasto bacino, passando attraverso una serie di tunnel nei quali, acquistando velocità, fa girare delle turbine collegate a generatori.

Durante la bassa marea l'acqua del bacino defluisce verso il mare aperto, mettendo nuovamente in rotazione la turbina.

Quando il livello del mare ricomincia a salire e l'onda di marea è sufficientemente alta, si fa fluire l'acqua del mare nel bacino e la turbina si mette nuovamente in rotazione.

Per ottenere la produzione di energia sia con marea crescente che calante, si utilizzano particolari turbine reversibili, che funzionano cioè con entrambe le direzioni del flusso.

ENERGIA DALL’ACQUA – MAREE (LIMITI) limiti principali di queste centrali sono:Il costo di installazione elevatoLa difficoltà di collocazione (indicativamente, i siti

idonei devono avere ampiezze di marea superiore ai 3 metri e topografia favorevole all’installazione)

La discontinuità nella produzioneL'erosione delle coste creata dalle centrali che

modificano i flussi di mareaLa tendenza alla sedimentazione all'interno del

bacino (soprattutto se collocate alla foce dei fiumi)

Il disturbo per l'ecosistema, in particolare per la fauna ittica.

ENERGIA DAL CARBONE - GIACIMENTI

I giacimenti di carbone sono molto accentrati in zone continentali con sedimenti antichi e indisturbati.

I giacimenti più importanti sono nel bacino della Rhur in Alsazia e nella Lorena ed in Scozia. Questo fece la fortuna di Francia Germania e Inghilterra nel XIX secolo.

In Italia il carbone si trova quasi esclusivamente in Sardegna, ma altamente esplosivo.

Il carbone può essere generato anche dalla combustine controllata del legno.

Per la sua genesi il carbone contiene numerose impurità (silicio, etc) che, non partecipando alla combustione, si disperdono nell’aria e possono avere effetto cancerogeno.

ENERGIA DAL CARBONE - ALTOFORNIGli altoforni usano come fonte energetica la polvere

di koche che riesce ad avere una combustione ad alta efficienza energetica e quini consente di raggiungere alte temperature.

Non è possibile spegnere gli altoforni perché l’energia di attivazione è elevatissima, di conseguenza anche gli altoforni dovrebbero essere localizzati nelle vicinanze degli impianti di estrazione.

ENERGIA DAL CARBONE – CALDAIE A VAPORE

Utilizzando il potere calorifero del carbone e l’acqua si genera vapore che, aumentando di volume, trasferisce energia a degli appositi dispositivi che possono essere pistoni, nel caso di locomotive, o turbine, in caso di centrali elettriche.

ENERGIA DAL CARBONE - GASSIFICAZIONE

In un gassificatore il materiale carbonioso subisce diversi differenti processi:Il processo di pirolisi avviene riscaldando in assenza di ossigeno e vengono liberati composti gassosi quali idrogeno e metano e viene ottenuta una carbonizzazione, con il risultato di una perdita in peso superiore al 70% per il carbone. Viene prodotto anche catrame. Il processo dipende dalle caratteristiche del materiale carbonioso e determina la struttura e composizione del carbone, che subirà successivamente le reazioni di gassificazione.Il processo di combustione avviene quando i prodotti volatili e parte del carbone reagiscono con l'ossigeno formando diossido e monossido di carbonio (ossidazione parziale), liberando calore necessario per le successive reazioni di gassificazione.Il processo di gassificazione avviene quando il carbone reagisce col diossido di carbonio e col vapor d'acqua producendo monossido di carbonio e idrogeno:C + CO2 → 2 COC + H2O → CO + H2Inoltre, il monossido di carbonio prodotto reagisce col vapore acqueo producendo una reazione d'equilibrio detta reazione di spostamento del gas d'acqua:CO + H2O ⇄ CO2 + H2 In pratica, dopo l'iniziale pirolisi una quantità limitata di ossigeno viene introdotta nel reattore in modo che parte del materiale organico bruci producendo monossido di carbonio ed energia, utile per la reazione successiva che converte ulteriore materiale organico in idrogeno ed altro monossido di carbonio.

Il gas così prodotto può essere utilizzato in un qualsiasi motore a combustione interna e viene chiamato “carbone pulito” perché non contiene impurità e scorie tipiche del carbone usato direttamente

IDROCARBURI - GIACIMENTI

Questo è uno schema tipo di giacimento. Non sempre però i giacimenti sono così benevoli da essere già in pressione.

IDROCARBURI GASSOSIIl principale componente del gas naturale è

il metano (CH4), la più piccola e leggera fra le molecole degli idrocarburi. Normalmente contiene anche idrocarburi gassosi più pesanti come etano (CH3CH3), propano (CH3CH2CH3) e butano (CH3CH2CH2CH3), nonché, in piccole quantità, pentano.

Sono sempre presenti modeste percentuali di gas diversi dagli idrocarburi, ad esempio anidride carbonica (CO2), azoto, ossigeno (in tracce), gas nobili e solfuro di idrogeno (H2S).

Il solfuro d'idrogeno e il mercurio (Hg) sono considerati i contaminanti più nocivi, che devono essere rimossi prima di qualsiasi utilizzo.

Il Metano è il gas che può raggiungere più facilmente la combustione perfetta.

GAS DI PETROLIO LIQUEFATTO (GPL)La composizione del GPL non è definita esattamente, infatti le

specifiche di fornitura danno delle tolleranze su composizione e densità, per il propano commerciale la densità è compresa tra 505 e 530 kg/m3 con un potere calorifico che non deve essere inferiore a 10.950 kcal/kg (o 45,8 MJ/kg), con un contenuto di zolfo massimo di 50 ppm.I componenti sono compresi tra C3 e C4, con una limitata presenza di pentano (solo nei GPL provenienti da raffineria). I componenti sono quindi scelti tra butano, propano e pentano, essendo il propano il componente principale.

Data l'elevatissima purezza degli alcani impiegati, che derivano normalmente da processi di cracking catalitico e successive distillazioni, il GPL brucia integralmente producendo (se l'ossigenazione è sufficiente) CO2, H2O e NOx, lasciando pochissime scorie, analogamente agli alcani più leggeri, quali il metano.

BENZINE La benzina è un prodotto distillato

dal petrolio greggio a una temperatura che si aggira fra i 30 e i 210 °C. Da un litro di petrolio, solo il 10% diventa benzina dopo la prima semplice distillazione. Utilizzando le frazioni più pesanti (gasolio pesante e residui di distillazione) si possono ottenere molecole più piccole adatte a essere usate come benzina, grazie a un trattamento detto cracking attraverso il quale gli idrocarburi di maggior peso molecolare vengono frammentati in presenza di un catalizzatore

GASOLIO Il gasolio ottenuto da fonti non rinnovabili è

detto semplicemente gasolio, o in inglese, petrodiesel. La qualità del gasolio ottenuto in questo modo è fortemente legata a quella del greggio di origine e alla modalità di distillazione. È un prodotto della distillazione frazionata del petrolio greggio, oppure dal cracking (operazione attraverso la quale gli idrocarburi di maggior peso molecolare sono frammentati in presenza di un catalizzatore). La temperatura media d'uscita del gasolio dalla torre di frazionamento è di circa 350 °C.

LIMITI NELL’USO DEL PETROLIO Oltre ai limiti tecnologici ed ambientali,

nell’improntare la politica energetica sul petrolio si deve tener conto dell’elevato concentrazione geografica dei giacimenti.

ENERGIA DALL’ARIA – MULINI A VENTO

Anche il vento, come l’acqua, fu utilizzato in passato come forza motrice, soprattutto in quei luoghi dove l’acqua non era abbondante (Spagna) o dove il terreno pianeggiante non dava all’acqua una elevata forza motrice.

Il difetto principale era l’incostanza del vento

ENERGIA DAL VENTO – PALE EOLICHE

L’evoluzione moderna dei mulini a vento sono le pale eoliche che hanno però il difetto di un grande impatto visivo in grado di stravolgere totalmente il paesaggio. Ultimamente però si stanno diffondendo delle minipale eoliche della potenza dai 3 ai 6 KW.

ENERGIA DALLA TERRA - GEOTERMIA

La Geotermia sfrutta il salto di calore che si genera tra sottosuolo e superficie per generare energia. Il primo esempio di sfruttamento della geotermia in Italia è quello di Larderello.

La presenza di un ammasso caldo sotterraneo nelle vicinanze della falda acquifera genera vapore che resta parzialmente intrappolato da uno strato impermeabile. La perforazione libera questo vapore che aziona una turbina.

ENERGIA DALLA TERRA - MINIGEOTERMICO

Un impianto geotermico è  formato da 3 parti principali:-sonde geotermiche (speciali tubature introdotte nella terra per poter scambiare calore), -pompa di calore (generatore che produce calore preso dalle sonde inviandolo al sistema di distribuzione)  -impianto di distribuzione del calore con sistemi a bassa temperatura. 

Il calore diffuso dai vapori viene immesso in un impianto di tubature adoperato per riscaldare locali di attività, serre e impianti termali. Sta crescendo anche la minigeotermia nei condomini per riscaldamento e condizionamento. Per il raffrescamento delle abitazioni si può utilizzare il pavimento radiante dove l’acqua è rinfrescata tra i 18° e 20° C grazie alla pompa di calore che inverte il suo ciclo.

ENERGIA DAL SOLE – SOLARE TERMIC0

I pannelli termici sono come una centrale di produzione di energia termica, e si differenziano dai sistemi fotovoltaico utilizzati per produrre energia elettrica.Il principio che governa questo sistema è quello della termodinamica, in base al quale avviene la trasmissione del calore da un corpo caldo ad uno freddo. In questo caso il corpo caldo è il sole, che con i propri raggi sprigiona energia negli spazi circostanti, e il corpo freddo è il fluido che scorre all’interno del pannello termico. I pannelli colpiti dai raggi del sole così si riscaldano. Il sistema funziona quindi senza alcun uso di combustibile.

L’acqua viene riscaldata ad una temperatura di 45 – 50°

ENERGIA DAL SOLE - FOTOVOLTAICO

La tecnologia fotovoltaica consente di trasformare direttamente l'energia della radiazione solare in energia elettrica, con un'efficienza tra il 16% e il 18% per una singola cella fotovoltaica monocristallina.Questa tecnologia sfrutta l'effetto fotovoltaico basato sulle proprietà di alcuni semiconduttori, in grado di convertire l'energia della radiazione solare in energia elettrica, senza parti meccaniche in movimento e senza l'uso di alcun combustibile.