Energie alternative

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Data:	26.06.2006
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Energia di biomassa: i vantaggi

• La biomassa è molto abbondante. Può essere trovata quasi in ogni pezzetto d superfice del pianeta, da alghe, alberi o letame.
• E' rinnovabile. Può essere facilmente rimpiazzata, ad esempio ripiantando gli alberi.
• E' facilmente convertibile in combustibile ad alto potere energetico, come l'alcol o il gas.
• E' economica.
• La produzione di biomassa spesso comprende la rigenerazione di terre desolate (come aree disboscate).
• Essa può anche sfruttare zone inutilizzate in area agricola e creare occupazione nelle comunità rurali.
• Se prodotta da risorse rinnovabili, l'uso di energia di biomassa non provoca un aumento dei livelli di CO2, poiché le piante la riassorbono durante la loro crescta.
• Produce pochissimo zolfo, riducendo così la produzione di piogge acide.
Sorgenti di biomassa

Ci sono molti esseri viventi sulla terra, e molto materiale organico (cioè proveniente da esseri viventi). Tutto ciò può essere considerato comeuna fonte di biomassa.
Piante
Rifiuti industriali
Rifiuti agricoli
Piante
Le piante costituiscono la fonte più comune di biomassa. Sono state utilizzate sotto forma di legno, torba e paglia per migliaia di anni. Oggi il mondo occidentale fa molto meno affidamento su questo combustibile ad alto potere energetico. Questo dipende dall'opinione generale che il carbone, il petrolio o l'energia nucleare siano più puliti, più efficienti e maggiormente in linea con il progresso e la tecnologia. Tuttavia, come potrai scoprire in queste pagine, questa opinione non è corretta. Le piante possono essere coltivate appositamente per la produzione di energia o possono essere raccolte dall'ambiente naturale. Nella foto in basso è rappresentata una foresta pluviale; questi ecosistemi tropicali sono specializzati nella produzione di una vasta quantità di biomassa da un suolo povero.
pluviale in Indonesia
Occorre naturalmente una certa cura nella raccolta e nella gestione di questi ambienti naturali (per saperne di più...).
Le piantagioni di solito usano tipi di piante capaci di produrre una gran quantità di biomassa in tempi brevi e in modo sostenibile. Si può trattare di alberi (come pini ed eucalipti) o altre piante a crescita veloce (come canna da zucchero, mais o soia).
Rifiuti industriali
I rifiuti industriali che contengono biomassa possono essere usati per la produzione di energia. Ad esempio la melma che resta dalla produzione di alcolici (nota come vinaccia) può essere lavorata per produrre gas infiammabile. Altri rifiuti utili comprendono gli scarti della produzione di cibi e la lanugine dall'industria tessile e cotoniera.
Rifiuti agricoli
I rifiuti agricoli sono una fonte potenziale di grandi quantità di biomassa. Essi comprendono: gli scarti dei raccolti (tra cui quelli della selvicoltura), le produzioni danneggiate o in eccesso e lo sterco animale. Se i residui e gli scarti di produzione di canna da zucchero, selvicoltura e grano, oltre al letame, fossero convertiti in energia, si potrebbe soddisfare con essi il 30% della richiesta mondiale.
Metodi per produrre energia dalla biomassa

Il modo più ovvio diestrarre energia dalla biomassa è fare quello che hanno intenzione di fare i signori nella foto, cioè darle fuoco. Nel Terzo Mondo un tale uso della biomassa non è controllato, ma certamente è responsabile di una grossa porzione dell'energia prodotta da biomassa nel mondo, la quale costituisce il 15% dei consumi energetici mondiali. Un problema, con questo sistema, è la sua poca efficienza. Con un fuoco aperto, la maggior parte del calore viene sprecata, piuttosto che essere utilizzata per cuocere o per altri scopi. Un modo di migliorare l'efficienza del focolare, nei paesi in via disviluppo, è la costruzione di cucine con fango e pezzi di ferro. Nella figura sotto puoi vedere un esempio di cucina molto efficiente.

tuttavia, bruciare la biomassa non è l'unico modo di trarne energia.
Gassificazione
Questo processo, il cui uso tipico produce una mistura gassosa infiammabile di idrogeno, monossido di carbonio e metano, oltre a prodotti non infiammabili. Questo risultato viene ottenuto in parte bruciando e in parte facendo cuocere la biomassa (utilizzando il calore della combustione parziale) in presenza di carbone (un sottoprodotto naturale della combustione di biomassa). Il gas così ottenuto può essere usato al posto della benzina e riduce la potenza di uscita dell'autoveicolo del 40%. E' possibile che in futuro questo carburante divenga una tra le fonti di energia principali per gli impianti elettrici.
Digestione anaerobica/Gasificazione
Se un opportuno "cocktail" di batteri viene aggiunto a biomassa ed acqua in un contenitore sigillato (in modo che non vi entri ossigeno), il contenuto presto fermenta. Il prodotto della fermentazione è principalmente metano (un gas infiammabile, lo stesso che usi per il riscaldamento e la cucina in casa), un eccellente combustibile. Questo processo elimina la biomassa dall'acqua e può quindi essere utilizzato anche in un impianto di depurazione.
Fermentazione
Se la biomassa usata proviene da (o può essere trasformata in) zucchero, allora si può aggiungere lievito. La fermentazione che segue produce alcool, che è un combustibile ad alto potere energetico e quindi molto indicato per alimentare autoveicoli. Questo è stato realizzato con successo in Brasile.
Biomassa: I problemi

Quando la biomassa è riconosciuta come la principale risorsa energetica di una regione, diviene difficile fornire sufficiente materia prima. Questo è vero sia se parliamo di una grossa centrale elettrica che di migliaia di cucine a legna. Se la risorsa (la vegetazione locale o i rifiuti organici) non è gestita ed utilizzata in modo efficiente, presso essa sparirà. Una gestione efficiente significa anche assicurarsi che la biomassa non venga utilizzata ad un ritmo maggiore di quello della sua crescita. Significa ancora massimizzare la produzione di biomassa (ad esempio ripiantando le foreste tagliate). Se questo non avviene, ne risulta la deforestazione.
Tra un paio d'anni alcune città europee vedranno i primi autobus azionati
da celle a idrogeno, il carburante più pulito finora immaginabile: non
emette anidride carbonica né altri inquinanti, non contribuisce allo smog
né all'effetto serra.
A Londra l'ha annunciato il ministro dei trasporti in persona, Lord Whitty:
i primi tre autobus con celle a idrogeno arriveranno nella capitale
britannica nel 2003, ha detto giorni fa, e il governo coprirà il costo del
progetto. Per ora si tratta di un progetto sperimentale che coinvolge nove
città (oltre a Londra sono Reykjavik, Stoccolma, Amsterdam, Lussemburgo,
Amburgo, Stoccarda, Barcellona e Oporto) e 27 nuovi autobus a idrogeno.
Dopo la fase sperimentale, nel 2005, altri mezzi pubblici entreranno in
circolazione.
L'idrogeno è l'elemento più leggero e abbondante dell'universo. E' usato
come combustibile per i razzi e in alcune applicazioni industriali. Si può
conservare in forma liquida o gassosa, trasportare con gasdotti o in
cisterne su ruote o rotaia. Ma farne una fonte d'energia quotidiana resta
problematico - a parte il fatto che costa più del petrolio. Le cose
cominciano a cambiare con la tecnologia della cella a combustibile, un
dispositivo elettrochimico che combina idrogeno e ossigeno per produrre
elettricità e vapore acqueo, un po' come una batteria in cui un anodo e un
catodo, separati da un elettrolite, producono corrente elettrica. I
programmi spaziali Usa ne fanno grande uso. Ma le prime celle a
combustibile erano ingombranti e costose, e poco adatte a usi civili. Poco
a poco però la tecnologia migliora, i costi scendono e le dimensioni si
riducono, tanto che celle a combustibile ora sono sperimentate per far
funzionare motori a combustione interna, centrali elettriche, perfino
apparecchiature elettroniche portatili. Certo, è ancora una tecnologia da
perfezionare. La sua efficienza al momento oscilla tra il 40 e il 60%; se
si usa il vapor acqueo (prodotto secondario) per produrre calore, in
cogenerazione, allora l'efficienza sale all'80%. I costi restano non
competitivi rispetto ai combustibili fossili. Ma in futuro potrebbe essere
diverso - soprattutto se cominceremo a prendere sul serio la necessità di
ridurre le emissioni di gas "di serra", prodotte dai combustibili fossili.
Sta di fatto che le celle a combustibile cominciano a entrare nel mercato.
In nord America, la Ballard Power System ha prodotto autobus a celle
d'idrogeno che già circolano a Vancouver, Canada. La città di Chicago
progetta di sperimentare presto simili bus. DaimlerChrysler sta investendo
1,5 miliardi di dollari per la progettazione di celle a combustibile: è la
sua divisione autobus, EvoBus, che produce i veicoli pubblici per il
progetto sperimentale delle città europee. Far funzionare auto individuali
con l'idrogeno è più difficile, per le dimensioni della cella a
combustibile e perché servirebbe un serbatoio troppo grande e pesante - ma
Toyota e Honda e la stessa DaimlerChrysler stanno studiando altri tipi di
celle, alimentate con metanolo o ammonio o addirittura benzina che
trasformano poi in idrogeno e anidride carbonica: simili veicoli potrebbero
arrivare sul mercato già nel 2003 (anche se i benefici ambientali sono
minori, perché le emissioni di anidride carbonica restano, seppure
diminuite rispetto ai motori attuali). Naturalmente introdurre autobus o
automobili a celle a idrogeno significa creare l'infrastruttura relativa,
cioè i distributori del nuovo carburante (a Londra i primi tre autobus
sperimentali saranno riforniti a cura della Bp, British petroleum: le
grandi aziende del petrolio non disdegnano affatto di buttarsi sulle
energie alternative, come già si vede con i pannelli solari).
Secondo il WorldWatch Institute, l'idrogeno sarà la prossima tappa,
definitiva, della "decarbonizzazione" dell'energia (Stato del Mondo 2001,
Edizioni Ambiente: vedi terraterra, 4 aprile). Le migliorie tecnologiche lo
renderanno più maneggevole. Né sarebbe la prima tecnologia "pesante" che si
alleggerisce: e questa potrebbe cambiare il nostro modo di produrre energia.
La Fusione Nucleare consiste nel fondere due nuclei leggeri (es. idrogeno)per formarne uno più pesante (l'opposto della fissione nucleare dove un atomo pesante, es. uranio, viene scisso in atomi più leggeri), con perdita di massa e quindi con liberazione di energia secondo la famosa equazione E=mc2. Il processo è analogo a quello che avviene nel Sole

La prima produzione di energia da fusione nucleare risale al 9 novembre 1991 in Gran Bretagna dove il reattore a fusione sperimentale europeo (Jet) produsse, per la prima volta, energia da fusione nucleare per brevissimo tempo (frazione di secondo)

La realizzazione di tali reattori è però ancora al primo livello di R&S, i passi da compiere per la costruzione del primo reattore commerciale sono tre:
il breakeven, in cui l' energia generata dalla fusione eguaglia quella immessa dall' esterno per mantenere il plasma a temperatura termonucleare. Il breakeven dimostra la fattibilità scientifica del reattore a fusione;
l' ignizione in cui si ha l'autosostentamento della reazione di fusione, ad opera dei nuclei di elio prodotti;
la fattibilità tecnologica quando il rendimento netto di tutto l' impianto è positivo.

La reazione di interesse più immediato è quella che si verifica tra i nuclei di due forme pesanti dell'idrogeno, gli isotopi deuterio e trizio (a temperature di 100 milioni di gradi):
D+T = elio4+ neutrone + 17,6 MeV di energia
Questa reazione è la più facile da realizzare ed è anche la più efficiente al fine della produzione di energia.
Prodotti della reazione sono l'elio4, isotopo dell'elio, detto anche particella alfa che porta, sotto forma di energia cinetica, 1/5 dell'energia totale prodotta nella reazione (3,5 MeV) e un neutrone che ne porta i 4/5 (14,1 MeV).
Il deuterio è abbondante nell' acqua di mare (30 g /m3) mentre il trizio, materiale radioattivo con un tempo di dimezzamento di 12.36 anni, non esiste in quantità apprezzabili in natura e deve quindi essere generato.
Nel futuro reattore a fusione i neutroni, che trasportano l' 80% dell' energia prodotta, saranno assorbiti in un "mantello", posto intorno al nocciolo del reattore stesso, contenente litio ( Li ), che si trasforma in trizio ed elio secondo le reazioni:
Li7 +n= He4+T+n* -2.5 MeV (n*= neutrone lento)
Li6 +n= He4+T + 4.86 MeV

Il litio naturale (di composizione 92.5% Li7, 7.5% Li6) abbonda nelle rocce della crosta terrestre (30 parti su un milione per unità di peso) ed è presente, in concentrazione minore, anche negli oceani.
Il "mantello" di litio contribuisce insieme ad altri materiali a moderare i neutroni.
Fonte ed approfondimenti
www.fusione.enea.it
www.iter.org

Plasma Focus
www.fusion.org.uk
www.abqtrib.com
www.wordiq.com

Ruolo della fusione nucleare nei sistemi energetici futuri.
www.energoclub.it/termofusione.pdf
a cura dell'Ing. Gennari Paolo


Altre reazioni esoenergetiche sono di interesse per la fusione termonucleare controllata, cioè le reazioni che coinvolgono nuclei di deuterio e di elio.
Esse richiedono condizioni più spinte per il plasma (temperature molto più elevate di 100 milioni di gradi)
Una linea di ricerca denominata "Plasma Focus" prevede la fusione di boro ed idrogeno ad energie nell'ordine di 100 keV, si avrebbe produzione di energia elettrica saltando il processo di espansione di vapore in turbina come invece previsto anche nel progetto ITER Fonte
arxiv.org/abs
www.progressiveengineer.com
www.focusfusion.org




La prima produzione di energia per fusione nucleare risale al 9 novembre 1991, in Gran Bretagna il reattore a fusione sperimentale europeo (Jet) produsse, per la prima volta, energia da fusione per brevissimo tempo (frazione di secondo)


La fusione Fredda

La fusione fredda si avvale dello stesso principio fisico della fusione termonucleare ma a temperatura ambiente.
Nella sua configurazione "classica" in una cella elettrolitica si usano due elettrodi: una barra di palladio e un filamento di platino, la soluzione acquosa deve contenere deuterio (isotopo dell'idrogeno con un neutrone nel nucleo) . Apportando elettricità al sistema il deuterio dovrebbe accumularsi in grande quantità nel palladio, che funziona, per la struttura stessa del metallo, come una spugna molto porosa. All'interno del palladio gli atomi di deuterio, man mano che si accumulano in spazi ristretti, saranno costretti ad essere sempre più vicini, fino al punto di fondersi e dare origine ad atomi di elio, con la conseguente emanazione di calore.
Il più noto esperimento di fusione fredda, dopo quello del 1989 di Martin Fleischman e Stanley Pons all’Università dello Utah (molto contestato) é quello condotto all'Oak Ridge National Laboratory del Tennessee, in questo esperimento é stato realizzato un particolare tipo di acetone, sostituendo gli atomi dell'idrogeno contenuti nella molecola dell'acetone con atomi di deuterio (che è uno degli isotopi pesanti dell'idrogeno). Dopo aver raffreddato il liquido fino a 0 gradi, sono state "seminate" nella soluzione, con un impulso di neutroni, bollicine piccole quanto il punto alla fine di questa frase, poi è stata utilizzata un'onda sonora per farle crescere velocemente subito prima dell'implosione. Il risultato sono state bollicine stabili che si sono espanse fino a 1 millimetro di diametro, per poi collassare generando quelli che i ricercatori definiscono come "promettenti segni di fusione": la produzione di trizio, un altro isotopo dell'idrogeno, e l'emissione di neutroni ad alta energia....