Sostenibilità: Ambiente - Economia - Sociale

Polo Scolastico n. 3 – Fano

Istituto Professionale Statale Industria e Artigianato

“Alessandro Volta”

SOSTENIBILITA’Ambientale – Economica -

Sociale

IPSIA “A. Volta” Fano

SOSTENIBILITA’AMBIENTALE, ECONOMICA, SOCIALE

Classe 5^ T.I.En.

In collaborazione con

Confindustria Pesaro Confindustria Ancona

SOSTENIBILITA’IPSIA “A. Volta” FanoAMBIENTALE, ECONOMICA, SOCIALE

La sostenibilità è la caratteristica di un processo o di uno stato che può essere mantenuto a un certo livello indefinitamente. In anni recenti questo concetto è stato applicato più specificamente agli organismi viventi e ai loro ecosistemi.

Con riferimento alla società, tale termine indica un "equilibrio fra il soddisfacimento delle esigenze presenti senza compromettere la possibilità delle future generazioni di sopperire alle proprie" (Rapporto Brundtland del 1987).

La sostenibilità può essere trattata anche parlando dello sviluppo di una società, che deve tener conto dei settori sociale, economico e ambientale senza trascurare nessuno dei tre.


Ridurre il consumo di energia del 20% entro il 2020: questo è l'obiettivo che l'UE si è fissata nell'ambito del piano d’azione 2007-2012 per l’efficienza energetica. Per conseguirlo servono azioni concrete, soprattutto per quanto riguarda il risparmio di energia nel settore dei trasporti, l'elaborazione di norme minime di efficienza energetica per le apparecchiature che consumano energia, la sensibilizzazione dei consumatori a favore di comportamenti razionali e volti al risparmio, il miglioramento dell'efficienza nella produzione, nel trasporto e nella distribuzione dell'energia termica ed elettrica o ancora lo sviluppo di tecnologie energetiche e l'efficienza energetica nell'edilizia.


Affrontare il tema della sostenibilità comporta la gestione di un sistema complesso, con tante variabili interagenti. Consapevoli di questo, i gruppi di lavoro hanno cercato di declinare approccio e proposte riguardanti alcuni dei settori in gioco, a partire da una riflessione su precedenti esperienze sul tema delle energie rinnovabili e sugli elementi di criticità emersi – per esempio: centrali fotovoltaiche di elevata potenza collegate alla rete a media e alta tensione, e non al servizio dei paesi limitrofi, problemi di insufficienza dimensionale della rete nazionale, centrali geotermiche ed eoliche con problemi di impatto ambientale e di consenso, etc.


Da queste criticità, e da incontri con l’Azienda di riferimento, GreenerG, è derivata l’ipotesi principale per uno sviluppo sostenibile: passare, nel nostro paese, da un modello di sviluppo storicamente caratterizzato da imprese ad alta intensità di capitale e bassa occupazione (per es. petrolchimico e automobilistico) a un modello di impianti di dimensioni limitate, produzione decentrata e uso integrato delle varie forme di energia da fonti rinnovabili, in funzione di una maggiore sostenibilità economica (presenza diffusa di PMI) e sociale (occupabilità e lavoro qualificato).


I gruppi di lavoro, sul tema della sostenibilità, hanno sviluppato il proprio intervento nella direzione di specifici settori: veicoli elettrici e veicoli a idrogeno, per una mobilità sostenibile a breve e media scadenza, e minieolico e geotermico, per una sostenibilità ambientale e sociale (economica e occupazionale).

Mini eolico Auto elettricheGeotermico Auto a idrogeno

MINI EOLICO

Diego ArceciNicola BarbieriDavide BergamottiEndri ElmaziAlessandro GrottaroliGiovanni Napoletano


Gli impianti eolici hanno subito un notevole sviluppo negli ultimi anni: la produzione di energia elettrica attraverso generatori eolici esclude l'utilizzo di qualsiasi combustibile, quindi azzera le emissioni in atmosfera di gas a effetto serra e altri inquinanti

Inoltre, mini e micro-eolico rispettano l'ambiente perché hanno dimensioni contenute e non producono inquinamento estetico e acustico.


Impianti di grandi dimensioni hanno provocato proteste per inquinamento acustico ed estetico, a causa della modifica della sky-line del territorio.


Per questo motivo la nostra proposta è quella di investire sul mini e microeolico, che presentano dimensioni notevolmente ridotte: si possono installare anche nei giardini delle case o sui tetti dei palazzi, in quanto riescano a utilizzare anche venti più deboli, e quindi ottenere una fonte di energia rinnovabile, che non produce inquinamento ottico, risponde ai problemi di consenso e inoltre riduce i tempi di ritorno degli investimenti.

Il settore degli impianti minieolici ha notevoli possibilità di crescita perché può riferirsi a utenze isolate, a piccole utenze sia civili che industriali e anche a utenze di tipo agricolo.

Tali impianti di piccola taglia hanno il pregio di un bassissimo impatto visivo e ambientale e quindi potrebbero avere una utilizzazione entro le aree di interesse naturale e/o soggette a vincoli di protezione.



Vanno inoltre nella direzione di una produzione diffusa nel territorio per l’auto-consumo, e non verso le grandi centrali, che forniscono corrente alla rete elettrica.In questo modo, ogni utenza potrà essere energicamente autosufficiente, influenzando un tipo di sviluppo economico sostenibile per quanto riguarda occupabilità e investimenti iniziali.

Il tempo di vita di un impianto ammonta a circa 20 anni. L'impianto funziona in modo autonomo senza richiedere interventi operativi. Periodicamente occorre verificare il buon funzionamento di tutti i componenti. Per gli impianti da qualche decina di kW si procede annualmente a una verifica di corretto funzionamento.


La “Libellula” è il minieolico ideato da Renzo Piano, si trova a Rovereto, in Trentino. Il progetto è stato realizzato in collaborazione con Enel Green Power e ha dato luogo a una nuova generazione di impianti eolici, con minor impatto ambientale e una maggiore efficienza anche nei momenti di minore corrente ventosa.

L’impianto ha una capacità di 55 kW, lo scarso impatto ambientale e la possibilità di sfruttare venti anche di soli 2 metri al secondo sono le caratteristiche che rendono questo nuovo impianto particolarmente efficace. In particolare, la soluzione delle due pale (invece delle tre solitamente presenti negli impianti) consente, qualora inutilizzate per assenza di vento, la quasi totale “scomparsa” nel panorama collocando le stesse in linea con la torre.

Esempi significativi


In Olanda, un team di architetti ha progettato delle turbine eoliche a forma di albero - Power Flower - che presentano le pale sulla sommità di rami curvi che danno alle strutture l’aspetto di veri e propri alberi di colore bianco.

Le Power Flower, per le loro dimensioni ridotte, possono coesistere con l’ambiente senza problemi, riuscendo anche a dare una particolare connotazione artistica a uno strumento di raccolta dell’energia.

Ogni installazione può avere 3 o 12 rami, e alla fine di ognuno di questi vi è una speciale elica in grado di raccogliere il vento da qualunque direzione.

Le Power Flower che sfruttano Eddy sono di facile installazione (richiedono meno di un’ora per il montaggio) e possono supportare venti di oltre 190km/h, riuscendo a produrre una quantità di energia che va dai 13 kw/h per quanto riguarda la struttura a 3 rami fino ai 55 kw/h di quella con 12.Il rumore è inoltre notevolmente ridotto rispetto alle normali pale eoliche.


Questo è stato reso possibile grazie alla creazione di una nuova turbina - Eddy - in fibradi carbonio e acciaio, di dimensioni ridotte.Si possono così sfruttare spazi come quelli cittadini, che non potevano essere presi inconsiderazione con le normali pale eoliche.

Tornado Like è un prototipo di struttura eolica senza pale, che si propone come alternativa ai classici aerogeneratori, contestati spesso per la loro presenza imponente sul paesaggio naturale.

La struttura è conica e di ridotte dimensioni (massimo tre metri di altezza, un decimo rispetto agli aerogeneratori a pale) e il suo funzionamento è basato su un semplice concetto: l’aria penetra dalla base e viene poi trasformata in un vortice fino a raggiungere la sommità del dispositivo, dove viene trasformata in energia elettrica per mezzo di alcune turbine.


Questo apparecchio può sfruttare anche i venti più deboli (fino a una velocità di 2 m/s), consentendo quindi di utilizzare l’energia eolica anche in zone non caratterizzate da forti venti. Inoltre la resa energetica sarebbe superiore a quella di un normale aerogeneratore, con un costo inferiore del 30%. Tra pochi mesi il prototipo verrà testato da un consorzio di aziende toscane e marchigiane, in collaborazione con l’Università delle Marche e il CNR di Firenze.

Federico BallottiFabio Cafiero

Soufian El HasbaouiNicola Prussiani


GEOTERMIA


Dal 1765 i livelli di anidride carbonica atmosferica sono aumentati da circa 280 parti per milione (ppm) a più di 350 ppm mentre la concentrazione di metano è più

che raddoppiata.Le variazioni dei gas-serra che si sono già verificate dovrebbero finire per

provocare un incremento della temperatura media globale tra 0,8 e 2,6 gradi Celsius.

Quello degli ultimi 25 anni è il riscaldamento più consistente registrato da quando esistono strumenti di misurazione della temperatura.

La tecnologia delle pompe di calore geotermiche

Le componenti di un impianto a energia geotermica sono sostanzialmente tre:una o più pompe di calore normalmente collocate all'interno dell'edificio,un insieme di tubi interrati per scambiare calore con il terreno e un sistema di scambio di calore con l'ambiente interno.


A differenza dei sistemi a combustibile, che producono gas serra e contribuiscono al riscaldamento globale, le pompe di calore geotermiche usano energia rinnovabile (prodotta in maniera pulita,ad esempio integrandola con impianto fotovoltaico) comportando la più bassa emissione di gas serra.


Lo scambio di calore con il terreno avviene attraverso un insieme di tubi in polietilene che possono essere interrati orizzontalmente, anche a pochi metri di profondità oppure verticalmente se lo spazio attorno all'edificio è limitato. La loro applicabilità si estende a una vasta gamma di costruzioni: abitazioni residenziali, villette, edifici commerciali, scuole, piscine, serre, capannoni, hotel e uffici.


Un’unica centrale gestisce il riscaldamento, il condizionamento, la deumidificazione e una buona parte dell’acqua calda sanitaria. In realtà fa molto di più: consuma in assoluto il minimo quantitativo di risorse naturali (indirettamente attraverso l’energia elettrica che lo alimenta). Sebbene collocato internamente l’intero apparato è particolarmente silenzioso.Il sistema è molto sicuro: non c’è combustione, fiamma aperta, gas nell’aria che respiri, residui di particolato che si depositano nell’ambiente dove si vive o si lavora.Gli impianti geotermici hanno una storia di lunga vita con bassa manutenzione.

Ca’ Virginia


Il terreno perde energia negli anni, quindi si deve stare attenti a come mettere le sonde. Un esempio è a Ca’ Virginia, nel pesarese, dove al posto di fare 60 buchi di profondità elevate, hanno preferito farne 120 sugli 8 metri di profondità in modo da non rovinare, appunto, il terreno.L’energia geotermica viene ottenuta grazie all’impiego di pompe di calore;

l’unico svantaggio è che per azionare la pompa di calore si deve utilizzare energia elettrica: la soluzione è rappresentata da un impianto integrato fotovoltaico-geotermico.Grazie all’impianto geotermico, Ca’Virginia può sfruttare il calore naturale della terra per alimentare i propri servizi e per riscaldare l’ambiente.

Normalmente gli impianti geotermici vengono installati in palazzi di nuova costruzione; grazie a una tecnologia all’avanguardia, ora gli impianti geotermici possono essere costruiti anche in edifici già esistenti.


Per attingere al calore si scende a 115 metri di profondità e, con l'aiuto di una pompa per i momenti di picco, si ottiene acqua calda ed energia sufficiente per riscaldare (o raffreddare) gli appartamenti. Il tutto abbattendo del 79% i costi di riscaldamento, del 30% il fabbisogno di energia termica e del 70% le emissioni di CO2.

Da un progetto di Isabella Goldmann, architetto responsabile del coordinamento dei progettisti e della direzione lavori, a Milano, in corso Vercelli, con un intervento di riqualificazione energetica per passare dalla classe G, alla B. utilizzando un moderno macchinario già impiegato negli Usa e nel resto d’Europa, si è riusciti a scavare nei garage dei palazzi.

Michele FrancioniLoris Mezzolani Ernesto Pagano


MOBILITA’ SOSTENIBILEVEICOLI ELETTRICI

Luca De AngelisSimone Droghini Amine Fadli

Auto Elettrica City Car

Uno dei metodi che si potranno sviluppare nel futuro per limitare l’inquinamento, è quello di produrre veicoli elettrici che usino, come alimentazione, elettricità fornita da energie rinnovabili, così da ridurre l’emissione di Co2



Schema veicolo Propulsione Elettrica

• L’auto elettrica consuma tre volte in meno di un motore a scoppio, di conseguenza abbatte l’inquinamento; se alimentata con energia da fonti rinnovabili, le emissioni sono nulle.


Criticità dei veicoli elettrici autonomia limitata peso della batteria tempi di ricarica


Un veicolo elettrico utilizza energia chimica immagazzinata in batterie ricaricabili. Le batterie ricaricabili sono di diverse tipologie: zinco-aria, piombo-acido, Ni-Cd, Ni-Mh, Li-Ion. Le batterie sono il componente più costoso dei BEV (Battery Eletric Vehicle).BEV si serve di motori e azionamenti elettrici invece di motori a combustione.

Il mercato dei BEV ha utilizzato i progressi ottenuti nel settore dell’elettronica di consumo.

Batterie


Il tempo di ricarica viene determinato principalmente dalla corrente trasmissibile da parte della connessione alla rete elettrica. La connessione standard per abitazioni prevede una potenza di 3KW. La batteria di una macchina elettrica si può caricare del 70% in poco meno di un ora, per il restante 30% della ricarica ci vorranno almeno 4 ore.

Le batterie agli ioni di litio possiedono un valore di mercato, se riutilizzate, e questo rappresenta un aspetto che rende economicamente conveniente e agevole il loro riciclaggio.Al termine del ciclo vitale, una batteria al litio conserva il 70-80% di capacità residua per continuare a immagazzinare energia. Le batterie possono pertanto essere rigenerate per il settore della componentistica dei veicoli elettrici o in altri settori industriali.

Per la sostituzione delle batterie già esiste un distributore automatizzato (l’equivalente di un attuale distributore di benzina) dove un braccio meccanico toglie le batterie scariche e le sostituisce con altre cariche.

Per un ottimale bilancio energetico è auspicabile che l’energia per la ricarica delle batterie sia fornita da fonti energetiche rinnovabili

(ad es. fotovoltaico).


E' in progettazione, da parte di varie società, un sistema per ricaricare le auto tramite pannelli solari fotovoltaici, installabili sulle tettoie dei

parcheggi aziendali o di casa.


Oggi il maggiore ostacolo all’uso dei veicoli elettrici è la loro limitata autonomia.

Una proposta per l’utilizzo immediato dei veicoli elettrici potrebbe essere la costituzione di nodi di scambio alle periferie delle città, ove le merci vengono caricate su veicoli elettrici, che riforniranno i negozi e i supermercati nel centro storico della città.

Una operazione analoga potrebbe essere svolta da un parco macchine elettriche per non residenti (tipo car sharing).

Marco Bernardini Antonio IoppoloOltjan Troka Francesco Vegliò


MOBILITA’ SOSTENIBILEVEICOLI A IDROGENO

Per una mobilità sostenibile si dovranno trovare soluzioni adeguate: l'idrogeno potrà essere prodotto, con piccoli elettrolizzatori, usando direttamente l'elettricità fornita localmente da fonti rinnovabili, dunque in maniera fortemente "distribuita" sul territorio e a basso costo.

Ma mentre con le auto elettriche si è costretti a ricaricare le batterie, con gli elettrolizzatori non si ha tale problema, poiché l'idrogeno prodotto può essere conservato.


Motori a combustione interna

Nei veicoli con motori a combustione interna, l’idrogeno può essere impiegato in sostituzione della benzina; il vantaggio consiste nell’utilizzo di veicoli vicini all’attuale produzione.

Il problema di tali veicoli sta nel rifornimento: l’idrogeno in forma gassosa è altamente esplosivo, difficile da trasportare, difficile da condensare se non ad alte pressioni e notevoli ingombri.

Dal punto di vista progettuale la principale criticità dell'utilizzo dell'idrogeno resta la sua elevata infiammabilità. I serbatoi devono pertanto consentire maggiori standard di sicurezza rispetto ai tradizionali serbatoi diesel o benzina.


Motori a Fuel Cell

Il principio di funzionamento è molto simile a quello di una pila, la differenza sta nel fatto che negli accumulatori gli elettrodi sono generalmente attivi e si consumano.

Nelle celle a combustibile i reagenti gassosi vengono forniti con continuità agli elettrodi: la batteria non si esaurisce e non richiede ricarica, funziona fino a che vengono forniti ai due elettrodi un combustibile e un ossidante.

Le fuel cell presentano un costo 10 volte maggiore rispetto alle moderne batterie. Attualmente, per migliorare l'efficienza di conversione dell'idrogeno in elettricità (oggi del 40-60%) e la durata delle celle a combustibile, si lavora su nuove tecnologie.



I veicoli a idrogeno sono considerati veicoli ecologici per la loro caratteristica di non emettere gas serra o gas inquinanti, inoltre sono silenziosi, quindi contribuiscono a ridurre l’inquinamento acustico.Il residuo della combustione dell'idrogeno è rappresentato soltanto dal vapore acqueo.

Da uno studio dell’Istituto Nanoscienze del CNR, è stata individuata una tecnica, con possibili sviluppi futuri, che sfrutta il grafene (strato monoatomico di carbonio) per assorbire e rilasciare idrogeno; per ora presenta difficoltà a livello ingegneristico e a livello economico.


L’idrogeno sarà una eccellente fonte energetica, ma quando effettivamente sarà utilizzato su larga scala? Sono essenzialmente due i problemi: il primo è che non esistono ancora tecnologie per immagazzinarlo in piccoli serbatoi adatti alle auto, il secondo problema è dato dagli interessi economici costituiti (esempio multinazionali di prodotti petroliferi) che non sono certo interessati allo sviluppo di questa soluzione energetica.


Diego Arceci Federico BallottiNicola Barbieri Davide Bergamotti Marco Bernardini Fabio CafieroLuca De Angelis Simone Droghini Soufian El HasbaouiEndri ElmaziAmine Fadli Michele FrancioniAlessandro Grottaroli Antonio Ioppolo Loris MezzolaniErnesto Pagano Nicola PrussianiGiovanni NapoletanoOltjan TrokaFrancesco Vegliò

5^ T.I.En.Tecnico delle Industrie Elettroniche

a.s. 2011-2012

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Education

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