Sostenibile” · 2013. 11. 27. · “L’ENERGIA dai Fondamenti della Termodinamica allo Sviluppo...

“L’ENERGIA dai Fondamenti della

Termodinamica allo Sviluppo

Sostenibile”

Riccardo Basosi

Dipartimento di Biotecnologie, Chimica e Farmacia e Centro Studi

Sistemi Complessi

Università di Siena

Corso di Formazione sulla Sostenibilità Uni.D.E.A

Siena S. Niccolò– 2 Maggio 2012

EFFETTI DELL’USO DELL’ENERGIA

SULL’AMBIENTE (SO2)

La Schwarzwald: una produzione di

energia dovuta ad una centrale a

Carbone in circa 10 anni ha portato

attraverso lo scarico di entropia

sottoforma di piogge acide, ad una

riduzione drammatica della complessità

ambientale

R. Basosi "“L’energia dai fondamenti della termodinamica allo sviluppo sostenibile”,UNIDEA Siena, 2/5/2012

THE ENERGY-ENVIRONMENTAL ISSUE Trend of CO2 concentration increase and effect on global temperature

Source: CasaKyoto® Meeting


EFFETTI DEL CATTIVO USO DELL’ENERGIA

SULLA SALUTE UMANA


Volume a cura della New York Academy of Science, dicembre 2009, pagg. 327


Non esiste una energia pulita (l’unica energia pulita

è quella che non si usa, cioè risparmiata)

Quasi tutta l’energia sulla terra è derivata o deriva

dal sole


INTERAZIONI TRA ECOSISTEMA

E SISTEMA SOCIO-ECONOMICO

• La crisi dei tre sistemi ambiente, sistema economico e sociale

non è risolvibile intervenendo su di loro separatamente.


SCALA DI QUALITA’ DELL’ENERGIA


First law: the energy of the universe is always constant.

Second law: the entropy of the universe is always

increasing


LA TERMODINAMICA HA IN SE LO SCORRERE

UNIDIREZIONALE DEL TEMPO


L’ORDINE NON SI CREA SPONTANEAMENTE……

….IL DISORDINE SI

Prima….

Dopo….


L’UNIVERSO DIVENTA COSTANTEMENTE E

IRREVERSIBILMENTE MENO ORDINATO DI

QUELLO CHE ERA

L’ordine è una misura del livello al quale le proprietà

complessive di un sistema fisico determinano la

selezione di una particolare disposizione interna delle

parti costituenti.


ORDINE E PROBABILITA’


La probabilità è una dichiarazione circa la

verosimiglianza del manifestarsi di un certo

particolare evento tra tutti i possibili eventi che

possono manifestarsi in un dato sistema.

OGNI SISTEMA LASCIATO A SE STESSO

TENDERA’, IN MEDIA, A RAGGIUNGERE LO

STATO CON PROBABILITA’ MASSIMA.


L’informazione consiste nell’esclusione di alcune tra

le possibili disposizioni alternative di un sistema.

OGNI PROCESSO SPONTANEO E

IRREVERSIBILE CHE SI REALIZZA IN UN

SISTEMA ISOLATO DA’ COME RISULTATO UNA

DIMINUZIONE DI INFORMAZIONE.


To be, or not to be--that is the question:

whether is nobler in the mind to suffer

the slings and arrows of outrageous fortune

or to take arms against a sea of troubles

and by opposing end them.

Arrows and arms suffer troubles

to take the end against sea: to mind

the outrageous slings by opposing the fortune

is nobler or not. That is a question of whether to be

of and/or to be in them

William Shakespeare, Hamlet Act III, Scene I

Order and information


ORDINE E INFORMAZIONE ACCUMULATI IN

MILIONI DI ANNI NEGLI IDROCARBURI

Etano Pentano

Iso-ottano


RISERVE

ACCERTATE

(MILIARDI TEP)

CONSUMO

ATTUALE

(MILIARDI TEP)

DURATA

RISERVE

(ANNI)*

PETROLIO 135 3.2 42

GAS

NATURALE 120 1.8 67

CARBONE 540

2.3

235

URANIO 28 0.6 40

LE RISERVE ENERGETICHE DI NATURA FOSSILE O

FISSILE


Il Medio oriente detiene più del 60% delle riserve

Petrolio: dimensioni dei Paesi basata sulle riserve


BILANCIO ENERGETICO ITALIANO 2010 (AL NETTO DEI

BUNKERAGGI)

Calore a bassa T,

26%

Calore a media T,

6%

Calore ad alta T,

21%

Energia Elettrica

(usi obbligati, 17%)

Combustibili, 35 %

Residenziale, 35%

Commercio, 6%

Industria, 26%

Agricoltura, 2%

Trasporti, 31%


Distribuzione Domanda/Offerta dell’Energia in

funzione della qualità degli Usi Finali

L’elettricità è associata convenzionalmente a T > 1000 C°


P

P

Petrolio

Carbone

Gas

Centrali

termoelettriche

Usi finali

Domanda di

energia

primaria

(100% T)

Energia

elettrica

prodotta

(40% T)

Energia persa in

centrale (60% T)

Energia elettrica persa

negli usi (50%, 20%T))

Energia

utilizzata

(50%, 20%T)

LE PERDITE ENERGETICHE DEL SISTEMA ELETTRICO

ITALIANO


LA RIDUZIONE DEGLI SPRECHI ATTRAVERSO LA

COGENERAZIONE

CLASSICA COGENERAZIONE


LA PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA:

CALDAIE ELETTRICHE, A GAS E SOLARI

Rendimento

Impianti convenzionali I ordine II ordine

Produzione acqua calda,

scaldabagno elettrico 90 5

Scaldabagno a gas 60 10

Riscaldamento ambienti

Caldaia a combustibile liquido 60 5

Radiatori elettrici 90 2

Produzione energia meccanica 30-40 30-40

Impianti solari

Che forniscono fluido a

temperatura poco diversa da

quella di utilizzo

Produzione di acqua calda 70-80

Riscaldamento ambienti 40-60

Produzione energia meccanica 70-80


LA DIFFUSIONE DEGLI SCALDABAGNO

Elettrico

7.000.000

Gas

3.000.000

Gas

Centralizzato

1.500.000

Solare Termico

50.000-100.000


PERCEZIONE

Automobile

14%

Acqua calda

18%

Riscaldamento

26%

Elettrodomes tici

39%

Non sa

3%

REALTA'

Automobile

31%

Acqua calda

8%

Riscaldamento

53%

Elettrodomes tici

8%


The total annual comsumption of Energy (12000 MTep) is equal to:

1/14000 of total annual flux of solar energy

1/40 of total annual wind potentiality

1/9 of total annual biomass potentiality

1,3 x 1014 Tep

The Flux of Renewable Energy


Source: Hessen-Nanotech (2008)

R. Basosi "“L’energia dai fondamenti della termodinamica allo sviluppo sostenibile 2012

GLI SVANTAGGI INTRINSECI DELLE

FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI:

• LA DISPONIBILITÀ È DISCONTINUA.

• HANNO UNA BASSA DENSITÀ DI POTENZA

PER UNITÀ DI SUPERFICIE IMPEGNATA.

• IN ALCUNI CASI ALTO COSTO DELLE

TECNOLOGIE E DEI COSTI DI PRODUZIONE.


Piano d’azione UE per l’EUROPA

Obiettivi al 2020

• Ridurre le emissioni di gas serra del 20%

• Migliorare l’efficienza energetica del 20%

• Incrementare la produzione di energia rinnovabile del 20%


Where are we today in our 2020 goals?

Reduce greenhouse

gas levels by 20%

Increase share of

renewables to 20% 100%

Reduce energy

consumption by 20%

-10% Current trend to

2020 -20%

20%

Current trend to

2020

Current trend to

2020


Quota attuale di energia verde e

obbiettivo al 2020 nei paesi UE


Rinnovabili: 254 miliardi $ nel 2017


Potenza nucleare, eolica e fotovoltaico installata annualmente nel mondo

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

GW

Eolico

Solare

Nucleare


Sviluppo della Ricerca sulla massima efficienza

di celle FV


Installazioni fotovoltaiche in Italia oggi 4550 MW per 6.142.500 MWh/a con risparmio di

3.000.000 t/a CO2 evitata

Kyoto Club

0

50

100

150

200

250

300

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

MW


Potenza fotovoltaica cumulativa mondiale

in presenza di politiche attive

a oggi 67,4 GWp


Energia Eolica

In Italia, la produzione di Energia Eolica è passata da pochi ktep nel

1995, a una potenza di 306 MW nel 2002 e 2123 MW nel 2006, ad oltre

5000 MW ad oggi.


Crescita eolica in Italia


La diffusione degli impianti eolici (MW) in Europa, 2010

Norvegia

314

Finlandi

a 86

Svezia

572

Estonia

32

Irlanda

745

UK

1963

Danimarc

a 3136

Olanda

1560

Lituania

55.5

Polonia

152.5 Germania

20622 Belgio

193 Lussemburgo

35

Francia

1567

Svizzera

11.6

Austria

965

Italia

5180 Spagna

11615

Portogall

o

1716

Grecia

746

Ungheri

a

61

Romania

3

Ucraina

85.5

Slovacchia 5

Rep.Ceca

50

Bulgaria

32

Croazia

17.2


EU reaches 100 GW wind power milestone

Cumulative wind power installations in the EU (GW)


Crescita cumulativa dell’eolico nel

Mondo


Trends in Energy Consumption

Transport sector a growing trend (more than any other sector)

Final energy

consumption in

EU-27, 2009 share

by sector (%).

Source:

EUROSTAT


Energy Growth: Evolution of the World Primary Energy Demand

(source: World Energy Outlook, 2006- IEA)


Gli shock petroliferi: un incentivo a favore di misure d’efficienza

energetica, ma c’è bisogno di interventi strutturali


Disaccoppiamento tra PIL e domanda di

energia


EVOLUZIONE DEI CONSUMI SPECIFICI DEI VEICOLI


EVOLUZIONE DEI CONSUMI SPECIFICI

ELETTRODOMESTICI


I FRIGORIFERI ITALIANI dalla CLASSE F alla A+

dal 2001 al 2009


EVOLUZIONE DEI CONSUMI SPECIFICI PER

RISCALDAMENTO DOMESTICO


Dalla classe G alla classe A in 10 mosse


Le 10 mosse sono:

1. Diagnosi dell’edificio e monitoraggio strumentale

2. Isolamento termico delle pareti e della copertura

3. Isolamento del pavimento e degli impianti termoidraulici

4. Isolamento delle finestre

5. Isolamento dei vetri

6. La ventilazione meccanica controllata

7. Solare termico

8. Pompa di calore e geotermia

9. Fotovoltaico

10.Domotica

Dalla classe G alla classe A in 10 mosse

Risultato:

Una casa certificata, calda e silenziosa.


CONSUMI PRO CAPITE

Toe

USA 9.15

OCSE 3.94

ITALIA 2.8

PCEC-CIS 2.7

RESTO DEL

MONDO

0.68

MONDO 1.33

LE GRANDI DISUGUAGLIANZE


Tabella 1

Fam.2.5 persone uso kWh/a

asciugacapelli 1 h/settimana 26

scaldacqua el. a 40°C 90 l/giorno 1071

illuminazione

1*60+2*100W

5 h/giorno 475

ferro da stiro 4 h/settimana 250

congelatore 24 h/giorno 438

frigorifero 24 h/giorno 438

lavastoviglie 0.5 lavaggi/giorno 341

lavatrice 3 lavaggi/settimana 347

forno elettrico 2 cotture/settimana 158

televisore 5 h/giorno 329

Totale 3 817

Famiglia media (senza scalda acqua elettrico e congelatore) circa 2300 KWh/a

Consumi elettrici famiglia medio/alta italiana circa 3800 KWh/a


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