L'Energia

Materie:	Appunti
Categoria:	Fisica
Download:	151
Data:	27.06.2000
Numero di pagine:	19
Formato di file:	.doc (Microsoft Word)

L’energia sulla terra
La massima parte dell'energia disponibile sulla Terra è di origine solare. Fanno eccezione soltanto l'energia che si può estrarre dai combustibili nucleari (uranio e torio fissili), l'energia delle maree, dovuta soprattutto all'azione gravitazionale della Luna sulle masse d'acqua oceaniche, e l'energia geotermica, dovuta al fatto che la temperatura della Terra aumenta man mano che si procede verso il suo centro. Il Sole rappresenta pertanto la fonte di energia per eccellenza nel nostro pianeta. In particolare, i combustibili fossili hanno immagazzinato energia chimica di legame che deriva loro dall'azione di fotosintesi che il Sole ha esercitato in tempi antichi su organismi vegetali; si hanno combustibili solidi (carbone), liquidi (petrolio), gassosi (metano). L'energia del Sole è all'origine del ciclo dell'acqua, che rende possibile lo sfruttamento dell'energia potenziale e cinetica di grandi masse d'acqua, in bacini montani o in corsi d'acqua. L'energia raggiante del Sole fa evaporare grandi quantità d'acqua che condensa sulle nubi e poi precipita e può essere così raccolta in bacini, detti idroelettrici, o sfruttata come energia cinetica del moto di corsi d'acqua (energia idraulica). È ancora l'energia raggiante del Sole che fa muovere grandi masse d’aria nell'atmosfera (energia del vento o energia eolica) e, attraverso il vento, produce il moto ondoso (energia ondosa). Il Sole sostiene ancora il ciclo organico attraverso i processi di fotosintesi clorofilliana dei vegetali, rendendo così possibile l'alimentazione degli animali e dell'uomo, e consentendo l'assunzione di energia chimica attraverso il cibo, in modo da sostituire regolarmente l'energia muscolare consumata nell'attività umana. Infine, è sempre il Sole che controlla controlla le condizioni climatiche (in particolare la temperatura) che rendono possibile il mantenimento della vita sulla Terra. Il Sole rappresenta una sorgente di energia raggiante praticamente inesauribile per il nostro pianeta; pertanto lo studio di tutti i possibili usi energetici della sua radiazione rappresenta uno dei campi di ricerca di nuove fonti di energia più promettenti a breve, a media e a lunga scadenza.
Fonti di energia
Indipendentemente dalla loro origine le fonti di energia si distinguono in fonti primarie e fonti secondarie. Le fonti primarie si dividono a loro volta in fonti rinnovabili e fonti non rinnovabili. Sono fonti primarie rinnovabili:
1) L'energia raggiante del Sole utilizzabile direttamente;
2) L'energia idraulica, o energia idrica;
3) L'energia dei venti, o energia eolica;
4) L'energia del moto ondoso;
5) L'energia delle maree, o energia mareomotrice;
6) L'energia chimica delle sostanze organiche continuamente prodotte sulla Terra (biomasse);
7) L'energia termica de rivante dal gradiente di temperatura della Terra (energia geotermica);
8) L'energia termica derivante dal gradiente di temperatura degli oceani o di altri bacini.
Sono fonti primarie non rinnovabili:
A) L'energia chimica, immagazzinata nei combustibili fossili;
B) L'energia nucleare, immagazzinata nei materiali radioattivi fissili (uranio e torio). Un posto a sé occupa l'energia di fusione nucleare, sulla quale numerose sono le ricerche in corso. Pur non essendo a rigore rinnovabile, in quanto ha come come materia prima l'idrogeno, può tuttavia considerarsi inesauribile, come come è inesauribile l'acqua dei mari.
In alcuni casi l'energia delle fonti primarie può essere utilizzata direttamente, ma generalmente deve essere trasformata in altre forme che costituiscono le cosiddette fonti secondarie di energia. L'utilizzo diretto di energia primaria si ha p. es. nel caso del gas naturale costituito essenzialmente da metano.
Le fonti secondarie di energia più utilizzate sono:
1) l'energia elettrica (nella quale può essere trasformata l'energia proveniente dalla maggior parte delle fonti primarie),
2) la benzina e l'olio combustibile
L'energia elettrica è la fonte di energia più versatile e più pregiata. Essa può essere trasportata a grandi distanze dal luogo di produzione e può essere distribuita agli utilizzatori mediante reti estremamente capillari. Generalmente la conversione dalle fonti primarie all'energia elettrica richiede la conversione in energia termica e/o in energia meccanica. Nella trasformazione dell'energia primaria in energia secondaria, o nel passaggio diretto dall'energia primaria all'energia per gli usi finali, si hanno perdite di conversione. Tali perdite non sono eliminabili: l'energia tende, infatti, in maniera irreversibile a degradarsi, cioè a trasformarsi, dopo una serie di processi anche molto lunga, in calore. L'energia termica è la forma di energia meno pregiata, specialmente se la fonte di energia è a bassa temperatura. Il calore di un sistema a temperatura ambiente non può infatti essere utilizzato proficuamente per produrre lavoro meccanico. Per un sistema di conversione dell'energia è sempre molto importante definire il rendimento h, cioè cioè il rapporto tra l'energia utilizzabile, Eu, e l'energia prodotta Ep: h=Eu/Ep. Esso rappresenta una misura molto significativa dell'efficienza del processo di conversione considerato. Sono di grande interesse, e sono attualmente molto studiati, i sistemi di conversione che consentono il passaggio diretto dalle diverse forme di energia primaria all'energia elettrica. La maggior parte di energia elettrica prodotta nel mondo ha però attualmente origine nelle centrali di concezione tradizionale. A seconda della sua origine, e cioè a seconda del tipo di centrale in cui viene prodotta, si ha quindi energia idroelettrica, energia termoelettrica ,energia geotermoelettrica, energia elettronucleare, ecc. La prospettiva estremamente realistica di un progressivo impoverimento e di una prevedibile estinzione delle fonti tradizionali di energia (carbone, petrolio, metano) ha portato al formarsi di un vivo interesse nei confronti di una serie di fonti energetiche un tempo completamente trascurate a causa dell'abbondanza di carbone e di petrolio. Tra queste fonti hanno particolare interesse l'energia raggiante solare, l'energia nucleare e l'energia geotermica.
Energia solare .
Solo una piccola parte dell'energia prodotta dal Sole raggiunge il nostro pianeta. Il Sole trasforma integralmente una porzione della sua massa in energia raggiante al ritmo di 4 milioni di tonnellate al secondo; l'energia che raggiunge annualmente la Terra è uguale ad “appena” 1018 chilowattore, ma equivale comunque all'energia che si potrebbe ottenere bruciando tutte le riserve di combustibile fossile attualmente note L'energia solare presenta il grande vantaggio di essere pulita (non inquinante) e disponibile gratuitamente in quantità praticamente illimitata nel tempo. Inoltre essa è distribuita uniformemente nel territorio e vi arriva in quantità considerevoli anche in valore assoluto. L'energia raggiante che raggiunge annualmente il suolo italiano equivale a 200-250 volte il fabbisogno nazionale attuale Gli svantaggi principali sono costituiti da un lato dalla bassa densità energetica e dall'altro dalla sua grande variabilità. La quantità di energia raggiante solare che raggiunge l'unità d'area della superficie terrestre dipende dalle condizioni meteorologiche, dalla latitudine, dall'avvicendarsi delle stagioni e del giorno e della notte.
Le principali direzioni di ricerca per lo sfruttamento dell'energia raggiante solare sono sostanzialmente quattro:
1) Conversione in energia termica mediante processi a bassa temperatura , basati su impianti a pannelli solari, o collettori solari, e utilizzati per il riscaldamento e la climatizzazione di abitazioni e per il riscaldamento di acqua (a 50-60 °C) per per uso domestico, sanitario o industriale. I pannelli solari possono essere usati anche per impianti di medie e grandi dimensioni, p. es. per il riscaldamento dell'ambiente e dell'acqua di piscine coperte. Il campo di applicazione in cui le prospettive economiche sono eccezionali è comunque quello della produzione di acqua calda per uso domestico (lavastoviglie, lavabiancheria, ecc.) alla quale in Italia è destinato il 9% dell'energia elettrica consumata. Un pannello solare è sostanzialmente costituito da una piastra, generalmente di rame o di alluminio, in cui una faccia è annerita e esposta alla radiazione solare. L'altra faccia è isolata posteriormente dall'ambiente mediante uno strato di lana di vetro o di poliuretano espanso. Anteriormente, per evitare che il calore sfugga dalla piastra captante e per sfruttare l'effetto serra, il pannello è ricoperto da una lastra di vetro. Il tutto è racchiuso in una cassa esterna di vetroresina o, nei modelli più cari, di acciaio inossidabile. La radiazione solare colpisce la lastra di metallo che si riscalda e il calore prodotto viene assorbito da un fluido, detto termovettore, che circola in una serpentina incorporata nell'intercapedine. Il calore viene poi scambiato dal termovettore con il liquido del circuito utilizzatore, p. es. l'acqua del riscaldamento nel tipo a pannelli radianti. Nella maggior parte degli impianti è previsto un accumulatore di calore (p. es. un contenitore di una grande massa di liquido) che ha la funzione di accumulare energia termica, mediante circolazione naturale o forzata, nei periodi nei quali ne viene prodotta più di quanta ne venga utilizzata. L'energia accumulata viene resa disponibile nei periodi, p. es. di notte, nei quali l'irradiamento solare è scarso o manca del tutto. Negli Stati Uniti si prevede di climatizzare con con energia solare più di dieci milioni di edifici entro il 2010 con un risparmio di 400 miliardi di chilowattore l'anno. Entro il 2050 la voce riscaldamento domestico potrebbe quindi essere cancellata dal bilancio energetico americano. Una seconda applicazione termica a bassa temperatura dell'energia solare è costituita dall'architettura passiva, cioè da un progetto di edifici tale da rendere massimo l'apporto dell'energia solare alla climatizzazione di questi. I processi termici a media temperatura non sono sostanzialmente diversi da quelli a bassa temperatura, ma i pannelli solari sono forniti di specchi parabolici per concentrare la radiazione e sono comandati da sistemi elettromeccanici di inseguimento automatico del Sole nell'arco della giornata. Il grande impianto di dissalazione realizzato a Lampedusa dall'A.G.I.P. è basato appunto su pannelli solari cosiddetti a media concentrazione. I collettori hanno un rendimento del 55% a 100 °C e il serbatoio di accumulo termico ha una temperatura massima di lavoro di 120 °C. L'impianto è in grado di fornire 300 litri all'ora di acqua potabile.
2) Conversione dell'energia solare in energia termica ad alta temperatura per la produzione di elettricità, utilizzata nelle cosiddette centrali solari a torre e specchi (Fig. 1), o centrali solari di prima generazione, e negli impianti del tipo a collettori distribuiti, in cui la concentrazione del calore viene effettuata con con concentratori a forma di cilindro-parabola o di paraboloide. Mentre in in Europa le centrali solari sperimentali non hanno avuto sviluppi soddisfacenti, negli Stati Uniti proseguono le ricerche e gli investimenti, pure notevoli, che tali impianti richiedono. Sotto: Fig. 1
3) Conversione diretta dell'energia raggiante in energia elettrica, realizzata in impianti solari cosiddetti di seconda generazione. Tali impianti sono basati sulla proprietà di alcuni materiali, come l'arseniuro di gallio e, soprattutto, il silicio, di generare energia elettrica quando vengono colpiti dalla radiazione solare. I generatori sono conosciuti come celle o batterie fotovoltaiche, dal nome dell'effetto che è alla base del loro funzionamento. Le celle fotovoltaiche al silicio sono usate ampiamente nei satelliti artificiali dove sono note come batterie solari. Per uso terrestre, le batterie solari trovano già oggi applicazione nell'alimentazione di ponti radio, di rifugi alpini, di boe marine. Le centrali elettriche a batterie solari hanno il grande vantaggio rispetto alle centrali elettriche convenzionali di poter essere distribuite su grandi territori in centrali di piccola e media potenza senza essere concentrate in centrali di grande potenza. Questo fatto è molto importante dal punto di vista del risparmio energetico in quanto il trasporto dell'energia a grande distanza implica grandi sprechi energetici per effetto di dissipazione termica. Si studia la possibilità di costruire anche centrali a batterie solari in orbita stazionaria attorno alla Terra (centrali di terza generazione).
4) Produzione e utilizzo di di biomasse: infatti, i prodotti animali o vegetali possono essere utilizzati per per produrre energia, sia per combustione diretta come si fa bruciando la legna degli alberi, sia indirettamente, mediante particolari processi di fermentazione o di “digestione” anaerobica. Il principio attraverso il quale l'energia raggiante del Sole si trasforma in energia contenuta in masse biologiche, o biomasse, è quello stesso che nel lontano passato è stato alla base della produzione delle immense masse che attualmente costituiscono i combustibili fossili. Per quanto riguarda la produzione di biomasse, la conversione e la fissazione dell'energia solare avvengono in natura attraverso un processo, la fotosintesi, che, utilizzando l'energia dei fotoni solari, trasforma negli organismi vegetali acqua e anidride carbonica in ossigeno e materiale organico (combustibile) ad alto contenuto energetico.
Energia nucleare
Nei reattori nucleari l'energia nucleare viene trasformata in energia termica nel processo di fissione del combustibile (uranio, torio, plutonio); nelle centrali elettronucleari, di cui il reattore costituisce la parte essenziale, tale energia viene trasformata in energia elettrica e immessa nella rete di distribuzione. Ai fini del computo delle risorse energetiche mondiali, è di fondamentale importanza distinguere tra centrali a reattori provati e centrali a reattori avanzati: infatti questi ultimi producono più combustibile nucleare di quanto ne consumino a partire da da un isotopo dell'uranio non fissile. Se si ipotizza lo sfruttamento dell'uranio nei reattori veloci, le risorse di uranio vanno quindi riferite anche a questo isotopo. In futuro, tuttavia, l'energia nucleare sfruttabile sarà quella della fusione nucleare controllata, la cui utilizzazione commerciale è prevedibile – allo stato attuale delle conoscenze tecniche – entro alcuni decenni. Dopo il fallimento della cosiddetta fusione fredda, annunciata con grande clamore nel 1989, la sperimentazione e la ricerca si sono concentrate su quella calda. La fusione nucleare rappresenterebbe, infatti, la soluzione di tutti i problemi energetici del pianeta. Le centrali a fusione, inoltre, non producendo scorie radioattive a lunga vita, permetterebbero di superare il problema oggi assillante dello smaltimento di tali scorie.
La ricerca di nuove fonti a breve termine, le uniche alternative realistiche al petrolio sono il carbone, l'energia nucleare e, per i Paesi in cui questa fonte è ancora disponibile, l'energia idrica. Per i medi e lunghi periodi è invece molto importante la ricerca di fonti alternative accanto al risparmio energetico.
Risparmio energetico.
Nel passaggio da un periodo in cui l'energia è stata consumata (e sprecata) in grandi quantità a un periodo di grande penuria come quello attraversato negli anni Settanta, ha assunto grande importanza il risparmio energetico che è venuto a costituire esso stesso una fonte di energia. In alcuni settori questo risparmio può essere rilevante e in particolare:
1) nell'uso domestico;
2) nell'industria;
3) nei trasporti;
4) nei sistemi di produzione e di trasmissione dell'energia.
Per quanto quanto riguarda le abitazioni, si può ridurre il consumo di combustibile per il riscaldamento mediante:
a) un uso generalizzato di sistemi di isolamento termico, p. es. con doppi vetri alle finestre;
b) la limitazione e il controllo della temperatura, p. es. con termoregolatori;
c) il miglioramento dell'efficienza termica delle caldaie, p. es. con una manutenzione regolare;
d) lo sviluppo e l'impiego di sistemi di riscaldamento più efficienti, p. es. con pompe di calore, teleriscaldamento, utilizzo di energia solare;
e) il controllo automatico del condizionamento e del riscaldamento dei locali, unito all'installazione di impianti di riscaldamento a condensazione. Si può ridurre il consumo di energia elettrica mediante una scelta razionale del sistema di illuminazione, p. es. con l'uso di lampade fluorescenti, e con la scelta e l'uso razionale degli elettrodomestici.
Pagina 1 di 4
L’energia sulla terra
La massima parte dell'energia disponibile sulla Terra è di origine solare. Fanno eccezione soltanto l'energia che si può estrarre dai combustibili nucleari (uranio e torio fissili), l'energia delle maree, dovuta soprattutto all'azione gravitazionale della Luna sulle masse d'acqua oceaniche, e l'energia geotermica, dovuta al fatto che la temperatura della Terra aumenta man mano che si procede verso il suo centro. Il Sole rappresenta pertanto la fonte di energia per eccellenza nel nostro pianeta. In particolare, i combustibili fossili hanno immagazzinato energia chimica di legame che deriva loro dall'azione di fotosintesi che il Sole ha esercitato in tempi antichi su organismi vegetali; si hanno combustibili solidi (carbone), liquidi (petrolio), gassosi (metano). L'energia del Sole è all'origine del ciclo dell'acqua, che rende possibile lo sfruttamento dell'energia potenziale e cinetica di grandi masse d'acqua, in bacini montani o in corsi d'acqua. L'energia raggiante del Sole fa evaporare grandi quantità d'acqua che condensa sulle nubi e poi precipita e può essere così raccolta in bacini, detti idroelettrici, o sfruttata come energia cinetica del moto di corsi d'acqua (energia idraulica). È ancora l'energia raggiante del Sole che fa muovere grandi masse d’aria nell'atmosfera (energia del vento o energia eolica) e, attraverso il vento, produce il moto ondoso (energia ondosa). Il Sole sostiene ancora il ciclo organico attraverso i processi di fotosintesi clorofilliana dei vegetali, rendendo così possibile l'alimentazione degli animali e dell'uomo, e consentendo l'assunzione di energia chimica attraverso il cibo, in modo da sostituire regolarmente l'energia muscolare consumata nell'attività umana. Infine, è sempre il Sole che controlla controlla le condizioni climatiche (in particolare la temperatura) che rendono possibile il mantenimento della vita sulla Terra. Il Sole rappresenta una sorgente di energia raggiante praticamente inesauribile per il nostro pianeta; pertanto lo studio di tutti i possibili usi energetici della sua radiazione rappresenta uno dei campi di ricerca di nuove fonti di energia più promettenti a breve, a media e a lunga scadenza.
Fonti di energia
Indipendentemente dalla loro origine le fonti di energia si distinguono in fonti primarie e fonti secondarie. Le fonti primarie si dividono a loro volta in fonti rinnovabili e fonti non rinnovabili. Sono fonti primarie rinnovabili:
1) L'energia raggiante del Sole utilizzabile direttamente;
2) L'energia idraulica, o energia idrica;
3) L'energia dei venti, o energia eolica;
4) L'energia del moto ondoso;
5) L'energia delle maree, o energia mareomotrice;
6) L'energia chimica delle sostanze organiche continuamente prodotte sulla Terra (biomasse);
7) L'energia termica de rivante dal gradiente di temperatura della Terra (energia geotermica);
8) L'energia termica derivante dal gradiente di temperatura degli oceani o di altri bacini.
Sono fonti primarie non rinnovabili:
A) L'energia chimica, immagazzinata nei combustibili fossili;
B) L'energia nucleare, immagazzinata nei materiali radioattivi fissili (uranio e torio). Un posto a sé occupa l'energia di fusione nucleare, sulla quale numerose sono le ricerche in corso. Pur non essendo a rigore rinnovabile, in quanto ha come come materia prima l'idrogeno, può tuttavia considerarsi inesauribile, come come è inesauribile l'acqua dei mari.
In alcuni casi l'energia delle fonti primarie può essere utilizzata direttamente, ma generalmente deve essere trasformata in altre forme che costituiscono le cosiddette fonti secondarie di energia. L'utilizzo diretto di energia primaria si ha p. es. nel caso del gas naturale costituito essenzialmente da metano.
Le fonti secondarie di energia più utilizzate sono:
1) l'energia elettrica (nella quale può essere trasformata l'energia proveniente dalla maggior parte delle fonti primarie),
2) la benzina e l'olio combustibile
L'energia elettrica è la fonte di energia più versatile e più pregiata. Essa può essere trasportata a grandi distanze dal luogo di produzione e può essere distribuita agli utilizzatori mediante reti estremamente capillari. Generalmente la conversione dalle fonti primarie all'energia elettrica richiede la conversione in energia termica e/o in energia meccanica. Nella trasformazione dell'energia primaria in energia secondaria, o nel passaggio diretto dall'energia primaria all'energia per gli usi finali, si hanno perdite di conversione. Tali perdite non sono eliminabili: l'energia tende, infatti, in maniera irreversibile a degradarsi, cioè a trasformarsi, dopo una serie di processi anche molto lunga, in calore. L'energia termica è la forma di energia meno pregiata, specialmente se la fonte di energia è a bassa temperatura. Il calore di un sistema a temperatura ambiente non può infatti essere utilizzato proficuamente per produrre lavoro meccanico. Per un sistema di conversione dell'energia è sempre molto importante definire il rendimento h, cioè cioè il rapporto tra l'energia utilizzabile, Eu, e l'energia prodotta Ep: h=Eu/Ep. Esso rappresenta una misura molto significativa dell'efficienza del processo di conversione considerato. Sono di grande interesse, e sono attualmente molto studiati, i sistemi di conversione che consentono il passaggio diretto dalle diverse forme di energia primaria all'energia elettrica. La maggior parte di energia elettrica prodotta nel mondo ha però attualmente origine nelle centrali di concezione tradizionale. A seconda della sua origine, e cioè a seconda del tipo di centrale in cui viene prodotta, si ha quindi energia idroelettrica, energia termoelettrica ,energia geotermoelettrica, energia elettronucleare, ecc. La prospettiva estremamente realistica di un progressivo impoverimento e di una prevedibile estinzione delle fonti tradizionali di energia (carbone, petrolio, metano) ha portato al formarsi di un vivo interesse nei confronti di una serie di fonti energetiche un tempo completamente trascurate a causa dell'abbondanza di carbone e di petrolio. Tra queste fonti hanno particolare interesse l'energia raggiante solare, l'energia nucleare e l'energia geotermica.
Energia solare .
Solo una piccola parte dell'energia prodotta dal Sole raggiunge il nostro pianeta. Il Sole trasforma integralmente una porzione della sua massa in energia raggiante al ritmo di 4 milioni di tonnellate al secondo; l'energia che raggiunge annualmente la Terra è uguale ad “appena” 1018 chilowattore, ma equivale comunque all'energia che si potrebbe ottenere bruciando tutte le riserve di combustibile fossile attualmente note L'energia solare presenta il grande vantaggio di essere pulita (non inquinante) e disponibile gratuitamente in quantità praticamente illimitata nel tempo. Inoltre essa è distribuita uniformemente nel territorio e vi arriva in quantità considerevoli anche in valore assoluto. L'energia raggiante che raggiunge annualmente il suolo italiano equivale a 200-250 volte il fabbisogno nazionale attuale Gli svantaggi principali sono costituiti da un lato dalla bassa densità energetica e dall'altro dalla sua grande variabilità. La quantità di energia raggiante solare che raggiunge l'unità d'area della superficie terrestre dipende dalle condizioni meteorologiche, dalla latitudine, dall'avvicendarsi delle stagioni e del giorno e della notte.
Le principali direzioni di ricerca per lo sfruttamento dell'energia raggiante solare sono sostanzialmente quattro:
1) Conversione in energia termica mediante processi a bassa temperatura , basati su impianti a pannelli solari, o collettori solari, e utilizzati per il riscaldamento e la climatizzazione di abitazioni e per il riscaldamento di acqua (a 50-60 °C) per per uso domestico, sanitario o industriale. I pannelli solari possono essere usati anche per impianti di medie e grandi dimensioni, p. es. per il riscaldamento dell'ambiente e dell'acqua di piscine coperte. Il campo di applicazione in cui le prospettive economiche sono eccezionali è comunque quello della produzione di acqua calda per uso domestico (lavastoviglie, lavabiancheria, ecc.) alla quale in Italia è destinato il 9% dell'energia elettrica consumata. Un pannello solare è sostanzialmente costituito da una piastra, generalmente di rame o di alluminio, in cui una faccia è annerita e esposta alla radiazione solare. L'altra faccia è isolata posteriormente dall'ambiente mediante uno strato di lana di vetro o di poliuretano espanso. Anteriormente, per evitare che il calore sfugga dalla piastra captante e per sfruttare l'effetto serra, il pannello è ricoperto da una lastra di vetro. Il tutto è racchiuso in una cassa esterna di vetroresina o, nei modelli più cari, di acciaio inossidabile. La radiazione solare colpisce la lastra di metallo che si riscalda e il calore prodotto viene assorbito da un fluido, detto termovettore, che circola in una serpentina incorporata nell'intercapedine. Il calore viene poi scambiato dal termovettore con il liquido del circuito utilizzatore, p. es. l'acqua del riscaldamento nel tipo a pannelli radianti. Nella maggior parte degli impianti è previsto un accumulatore di calore (p. es. un contenitore di una grande massa di liquido) che ha la funzione di accumulare energia termica, mediante circolazione naturale o forzata, nei periodi nei quali ne viene prodotta più di quanta ne venga utilizzata. L'energia accumulata viene resa disponibile nei periodi, p. es. di notte, nei quali l'irradiamento solare è scarso o manca del tutto. Negli Stati Uniti si prevede di climatizzare con con energia solare più di dieci milioni di edifici entro il 2010 con un risparmio di 400 miliardi di chilowattore l'anno. Entro il 2050 la voce riscaldamento domestico potrebbe quindi essere cancellata dal bilancio energetico americano. Una seconda applicazione termica a bassa temperatura dell'energia solare è costituita dall'architettura passiva, cioè da un progetto di edifici tale da rendere massimo l'apporto dell'energia solare alla climatizzazione di questi. I processi termici a media temperatura non sono sostanzialmente diversi da quelli a bassa temperatura, ma i pannelli solari sono forniti di specchi parabolici per concentrare la radiazione e sono comandati da sistemi elettromeccanici di inseguimento automatico del Sole nell'arco della giornata. Il grande impianto di dissalazione realizzato a Lampedusa dall'A.G.I.P. è basato appunto su pannelli solari cosiddetti a media concentrazione. I collettori hanno un rendimento del 55% a 100 °C e il serbatoio di accumulo termico ha una temperatura massima di lavoro di 120 °C. L'impianto è in grado di fornire 300 litri all'ora di acqua potabile.
2) Conversione dell'energia solare in energia termica ad alta temperatura per la produzione di elettricità, utilizzata nelle cosiddette centrali solari a torre e specchi (Fig. 1), o centrali solari di prima generazione, e negli impianti del tipo a collettori distribuiti, in cui la concentrazione del calore viene effettuata con con concentratori a forma di cilindro-parabola o di paraboloide. Mentre in in Europa le centrali solari sperimentali non hanno avuto sviluppi soddisfacenti, negli Stati Uniti proseguono le ricerche e gli investimenti, pure notevoli, che tali impianti richiedono. Sotto: Fig. 1
3) Conversione diretta dell'energia raggiante in energia elettrica, realizzata in impianti solari cosiddetti di seconda generazione. Tali impianti sono basati sulla proprietà di alcuni materiali, come l'arseniuro di gallio e, soprattutto, il silicio, di generare energia elettrica quando vengono colpiti dalla radiazione solare. I generatori sono conosciuti come celle o batterie fotovoltaiche, dal nome dell'effetto che è alla base del loro funzionamento. Le celle fotovoltaiche al silicio sono usate ampiamente nei satelliti artificiali dove sono note come batterie solari. Per uso terrestre, le batterie solari trovano già oggi applicazione nell'alimentazione di ponti radio, di rifugi alpini, di boe marine. Le centrali elettriche a batterie solari hanno il grande vantaggio rispetto alle centrali elettriche convenzionali di poter essere distribuite su grandi territori in centrali di piccola e media potenza senza essere concentrate in centrali di grande potenza. Questo fatto è molto importante dal punto di vista del risparmio energetico in quanto il trasporto dell'energia a grande distanza implica grandi sprechi energetici per effetto di dissipazione termica. Si studia la possibilità di costruire anche centrali a batterie solari in orbita stazionaria attorno alla Terra (centrali di terza generazione).
4) Produzione e utilizzo di di biomasse: infatti, i prodotti animali o vegetali possono essere utilizzati per per produrre energia, sia per combustione diretta come si fa bruciando la legna degli alberi, sia indirettamente, mediante particolari processi di fermentazione o di “digestione” anaerobica. Il principio attraverso il quale l'energia raggiante del Sole si trasforma in energia contenuta in masse biologiche, o biomasse, è quello stesso che nel lontano passato è stato alla base della produzione delle immense masse che attualmente costituiscono i combustibili fossili. Per quanto riguarda la produzione di biomasse, la conversione e la fissazione dell'energia solare avvengono in natura attraverso un processo, la fotosintesi, che, utilizzando l'energia dei fotoni solari, trasforma negli organismi vegetali acqua e anidride carbonica in ossigeno e materiale organico (combustibile) ad alto contenuto energetico.
Energia nucleare
Nei reattori nucleari l'energia nucleare viene trasformata in energia termica nel processo di fissione del combustibile (uranio, torio, plutonio); nelle centrali elettronucleari, di cui il reattore costituisce la parte essenziale, tale energia viene trasformata in energia elettrica e immessa nella rete di distribuzione. Ai fini del computo delle risorse energetiche mondiali, è di fondamentale importanza distinguere tra centrali a reattori provati e centrali a reattori avanzati: infatti questi ultimi producono più combustibile nucleare di quanto ne consumino a partire da da un isotopo dell'uranio non fissile. Se si ipotizza lo sfruttamento dell'uranio nei reattori veloci, le risorse di uranio vanno quindi riferite anche a questo isotopo. In futuro, tuttavia, l'energia nucleare sfruttabile sarà quella della fusione nucleare controllata, la cui utilizzazione commerciale è prevedibile – allo stato attuale delle conoscenze tecniche – entro alcuni decenni. Dopo il fallimento della cosiddetta fusione fredda, annunciata con grande clamore nel 1989, la sperimentazione e la ricerca si sono concentrate su quella calda. La fusione nucleare rappresenterebbe, infatti, la soluzione di tutti i problemi energetici del pianeta. Le centrali a fusione, inoltre, non producendo scorie radioattive a lunga vita, permetterebbero di superare il problema oggi assillante dello smaltimento di tali scorie.
La ricerca di nuove fonti a breve termine, le uniche alternative realistiche al petrolio sono il carbone, l'energia nucleare e, per i Paesi in cui questa fonte è ancora disponibile, l'energia idrica. Per i medi e lunghi periodi è invece molto importante la ricerca di fonti alternative accanto al risparmio energetico.
Risparmio energetico.
Nel passaggio da un periodo in cui l'energia è stata consumata (e sprecata) in grandi quantità a un periodo di grande penuria come quello attraversato negli anni Settanta, ha assunto grande importanza il risparmio energetico che è venuto a costituire esso stesso una fonte di energia. In alcuni settori questo risparmio può essere rilevante e in particolare:
1) nell'uso domestico;
2) nell'industria;
3) nei trasporti;
4) nei sistemi di produzione e di trasmissione dell'energia.
Per quanto quanto riguarda le abitazioni, si può ridurre il consumo di combustibile per il riscaldamento mediante:
a) un uso generalizzato di sistemi di isolamento termico, p. es. con doppi vetri alle finestre;
b) la limitazione e il controllo della temperatura, p. es. con termoregolatori;
c) il miglioramento dell'efficienza termica delle caldaie, p. es. con una manutenzione regolare;
d) lo sviluppo e l'impiego di sistemi di riscaldamento più efficienti, p. es. con pompe di calore, teleriscaldamento, utilizzo di energia solare;
e) il controllo automatico del condizionamento e del riscaldamento dei locali, unito all'installazione di impianti di riscaldamento a condensazione. Si può ridurre il consumo di energia elettrica mediante una scelta razionale del sistema di illuminazione, p. es. con l'uso di lampade fluorescenti, e con la scelta e l'uso razionale degli elettrodomestici.
Pagina 1 di 4