Date post: | 01-May-2015 |
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““Il rapporto tra l’uomo e Il rapporto tra l’uomo e l’ambiente. l’ambiente.
Le fonti di energia rinnovabili”Le fonti di energia rinnovabili”
Prof.ssa Paola Prof.ssa Paola PetrilloPetrillo
L’uomo e le fonti di energiaL’uomo e le fonti di energia
Tutte le grandi trasformazioni della storia Tutte le grandi trasformazioni della storia sono accompagnate da nuovi modi di sono accompagnate da nuovi modi di produrre e consumare energia.produrre e consumare energia.
A partire dalla prima forma di energia A partire dalla prima forma di energia sfruttabile (caloria) i primi ominidi sfruttabile (caloria) i primi ominidi alterarono gli originali equilibri ambientalialterarono gli originali equilibri ambientali
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In ecologiaIn ecologia
Mc Nab nel 1963 dimostrò come la Mc Nab nel 1963 dimostrò come la dimensione dei territori di sfruttamento di dimensione dei territori di sfruttamento di un essere vivente dipendono, per i un essere vivente dipendono, per i mammiferi, non solo dalla produttività del mammiferi, non solo dalla produttività del territorio stesso anche dalle dimensioni territorio stesso anche dalle dimensioni corporee. I carnivori necessitano di territori corporee. I carnivori necessitano di territori più vasti degli erbivori a causa della più vasti degli erbivori a causa della maggiore scarsità delle prede. maggiore scarsità delle prede.
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La natura onnivora ha consentito all’uomo La natura onnivora ha consentito all’uomo di limitare, rispetto ai carnivori puri, le di limitare, rispetto ai carnivori puri, le proprie necessità territoriali. Il suo impatto proprie necessità territoriali. Il suo impatto ambientale è stato però maggiore per:ambientale è stato però maggiore per:
incremento demografico;incremento demografico;
attività produttiva;attività produttiva;
riduzione della biodiversitàriduzione della biodiversità
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Nella storia …Nella storia …
FuocoFuocoVento Vento AcquaAcquaLegname Legname CarboneCarbonePetrolioPetrolioGas naturaleGas naturaleNucleareNucleare
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All’inizio della seconda guerra All’inizio della seconda guerra mondialemondiale
21%
7%
72%
petrolio
altre fonti
carbone
Consumo energetico era di 1.2 miliardi di tep
(tonnellata equivalente di petrolio = 10.000.000 Kcal /11.628 KWh)
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Nel 1973 Nel 1973
il consumo di energia era di 6 miliardi di tepil consumo di energia era di 6 miliardi di tep
Nel 1997 Nel 1997
il consumo di energia era di 9.5 miliardi di tepil consumo di energia era di 9.5 miliardi di tep
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¼ della popolazione consuma i ¾ dell’energia primaria della Terra
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L’uomo e le fonti di energiaL’uomo e le fonti di energia
L’energia è tratta dalle L’energia è tratta dalle risorse naturalirisorse naturali. .
La disponibilità di energia è il metro della La disponibilità di energia è il metro della disponibilità delle risorse disponibilità delle risorse
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L’uso di combustibili fossili è responsabile delle piogge acide, smog, effetto serra, buco dell’ozono
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Il ciclo del carbonioIl ciclo del carbonioECOSISTEMA MARINO ECOSISTEMA TERRESTRE
Diffusione CO2
fotosintesi
CO2 disciolta
fotosintesi respirazione
respirazione
Carbonati nei sedimenti
consumatori
Attività vulcanica
combustioni
Fossilizzazione – combustibili fossili
decompositori
produttori
produttori
decompositori
consumatori
deforestazione
CO2 nell’atmosfera
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1 ppm di CO2= 2,1 milioni di tonnellate di C atmosferico
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Il triangolo di stabilizzazioneIl triangolo di stabilizzazione
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Gestire il problema climaticoGestire il problema climatico
Un cuneo vale 1 miliardo di tonnellate di COUn cuneo vale 1 miliardo di tonnellate di CO22 al 2054 al 2054- per evitare l’emissione del quantitativo di CO- per evitare l’emissione del quantitativo di CO22 corrispondente ad uno corrispondente ad uno
solo dei sette cunei sarebbe necessario: solo dei sette cunei sarebbe necessario:
moltiplicare per 50 la potenza degli impianti eolici oggi installati; moltiplicare per 50 la potenza degli impianti eolici oggi installati; (occorrerebbero 2 milioni di nuove turbine eoliche da 1 MW ciascuna (occorrerebbero 2 milioni di nuove turbine eoliche da 1 MW ciascuna
che dovrebbero essere dislocate su un’area di circa 30 milioni di che dovrebbero essere dislocate su un’area di circa 30 milioni di ettari che è approssimativamente uguale a quella del Wyoming o ettari che è approssimativamente uguale a quella del Wyoming o della Germania.) della Germania.) moltiplicare per 700 quella degli impianti fotovoltaici odierni. moltiplicare per 700 quella degli impianti fotovoltaici odierni.
(occorrerebbero 2 milioni di ettari, equivalenti all’area del New Jersey, (occorrerebbero 2 milioni di ettari, equivalenti all’area del New Jersey, che in parte possono essere recuperati dai tetti delle abitazioni.)che in parte possono essere recuperati dai tetti delle abitazioni.)
Infine, se si volesse ottenere uno dei suddetti cunei di emissione Infine, se si volesse ottenere uno dei suddetti cunei di emissione della COdella CO22 con le biomasse, si dovrebbe coltivare un’area di ben 250 con le biomasse, si dovrebbe coltivare un’area di ben 250 milioni di ettari, pari praticamente a quella dell’India. milioni di ettari, pari praticamente a quella dell’India.
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Tecnologie da attuare per il cuneoTecnologie da attuare per il cuneo
Ciascuna strategia per 50 anni previene il Ciascuna strategia per 50 anni previene il rilascio di 25 miliardi di tonnellate di Crilascio di 25 miliardi di tonnellate di C
Efficienza al consumoEfficienza al consumo
Produzione di energia elettricaProduzione di energia elettrica
Cattura del CCattura del C
Fonti di energia alternativeFonti di energia alternative
Agricoltura e foresteAgricoltura e foreste
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15 modi per fare un cuneo15 modi per fare un cuneoincrementare l’efficienza di due miliardi di automobili da 12.5 Km con un litro a 25 Km con incrementare l’efficienza di due miliardi di automobili da 12.5 Km con un litro a 25 Km con un litro;un litro;ridurre la percorrenza media di due miliardi di automobili da 16.000 a 8.000 Km l’anno;ridurre la percorrenza media di due miliardi di automobili da 16.000 a 8.000 Km l’anno;tagliare del 25% il consumo di elettricità nelle abitazioni e negli uffici;tagliare del 25% il consumo di elettricità nelle abitazioni e negli uffici;incrementare l’efficienza di 1.600 grandi centrali alimentate a carbone dal 40 al 60%;incrementare l’efficienza di 1.600 grandi centrali alimentate a carbone dal 40 al 60%;sostituire 1.400 grandi centrali alimentate a carbone con centrali alimentate a gas;sostituire 1.400 grandi centrali alimentate a carbone con centrali alimentate a gas;installare CCS* in 800 grandi centrali a carbone;installare CCS* in 800 grandi centrali a carbone;installare CCS in centrali a carbone che producono idrogeno per 1.5 miliardi di veicoli;installare CCS in centrali a carbone che producono idrogeno per 1.5 miliardi di veicoli;convertire il 75% di automobili a synfuel (combustibili sintetici derivati dal carbone) convertire il 75% di automobili a synfuel (combustibili sintetici derivati dal carbone) ottenuto da centrali a carbone con CCS;ottenuto da centrali a carbone con CCS;incrementare di due volte la produzione nucleare attuale per sostituire il carbone;incrementare di due volte la produzione nucleare attuale per sostituire il carbone;incrementare di 40 volte l’energia eolica per sostituire il carbone;incrementare di 40 volte l’energia eolica per sostituire il carbone;incrementare di 700 volte l’energia solare per sostituire il carbone;incrementare di 700 volte l’energia solare per sostituire il carbone;incrementare di 80 volte l’energia eolica per produrre idrogeno per automobili;incrementare di 80 volte l’energia eolica per produrre idrogeno per automobili;alimentare due miliardi di automobili a etanolo, sfruttando un sesto dei terreni coltivabili alimentare due miliardi di automobili a etanolo, sfruttando un sesto dei terreni coltivabili nel mondo;nel mondo;arrestare completamente la deforestazione;arrestare completamente la deforestazione;estendere l’aratura conservativa al 100% dei terreni coltivabili.estendere l’aratura conservativa al 100% dei terreni coltivabili.
* =carbon capture and storage* =carbon capture and storage
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Interventi per ridurre l’inquinamento Interventi per ridurre l’inquinamento atmosfericoatmosferico
Riduzione dei consumi di energiaMiglioramento della tecnologia per abbassare le emissioni inquinanti:
1. Sviluppare tecnologie ad alto rendimento energetico
2. Promuovere le fonti di energia rinnovabili3. Produrre merci che richiedono minore
consumo di energia4. Attuare una raccolta e riciclo delle materie
prime
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RISORSE NATURALI
MINERARIE
ENERGETICHE
METALLICHE NON METALLICHE
RINNOVABILI NON RINNOVABILI
ALIMENTARI
AGRICOLTURA ALLEVAMENTO PESCA
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Fonti energetiche rinnovabiliFonti energetiche rinnovabili
ENERGIA IDRAULICA
ENERGIA GEOTERMICA
ENERGIA EOLICA
ENERGIA SOLARE
BIOMASSE
RIFIUTI
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Energia idraulicaEnergia idraulica
Energia contenuta in una massa d’acqua in movimento
precise disponibilità idriche;
specifico contesto geografico con opportuni fenomeni meteorologici
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In un bacino idroelettrico viene sfruttata l’energia che una massa d’acqua fornisce quando “cade” da una certa altezza. L’acqua, immessa in bacini o laghi artificiali e poi in tubazioni, raggiunge la centrale e, sotto la sua spinta, fa ruotare una turbina accoppiata ad un generatore di elettricità. L’acqua verrà poi restituita all’alveo naturale.
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VantaggiVantaggi
È “pulita”: non produce CO2 né sostanze inquinanti per l’aria e per il suolo
Alto rendimento energetico
Costi di esercizio relativamente bassi
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SvantaggiSvantaggi
La costruzione di centrali comporta:Opere di derivazione e captazione che deviano i corsi d’acquaLa formazione di bacini artificiali può modificare il clima e il regime delle acque sotterranee e influire sulle specie animali e vegetaliCostruzione di dighe con rischi di incidenti
Per ridurre al minimo gli svantaggi si costruiscono i micro-hydro (impianti piccoli con salti di poche decine di metri, per produrre energia con un bassissimo impatto ambientale)
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In ItaliaIn Italia
L’Italia ha tutte le caratteristiche geologiche, climatiche favorevoli per produrre energia idroelettrica.
Dal 1897 al 1967 è stata la fonte energetica più importante per il Paese
Oggi gli impianti idroelettrici utilizzano l’80% del potenziale energetico disponibile
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Origina dal calore proveniente dal sottosuolo : tra i 300 e i 2000 metri di profondità è possibile trovare:
acqua riscaldata da fenomeni geologici
“rocce calde” materiali rocciosi riscaldati da fenomeni vulcanici
Giacimenti a vapore umido e a vapore secco
Energia geotermicaEnergia geotermica
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Fluidi a bassa temperatura ( 50 – 60°C)Riscaldamento di edifici e serre
Fluidi ad alta temperatura : vapore per alimentare le turbine e ottenere energia elettricaRocce calde (si inietta acqua fredda nel sottosuolo e si recupera vapore per alimentare la turbina e un generatore elettrico)
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In ItaliaIn Italia
1916 : prima centrale a Larderello (Pisa) con produzione di 12 milioni di KWh annueNel 1929 : 60 milioni KWh annueNel 1943: 900 milioni KWh annueAnni ‘50 : 2 miliardi KWh annueAnni ’80: 3,5 miliardi KWh annueNel 2000 con nuove centrali: 8 miliardi KWh annue ( 10% del totale della potenza geotermoelettrica mondiale )
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Energia EolicaEnergia Eolica
Energia meccanica del vento ottenuta grazie agli AEROGENERATORI: captazione del vento tramite pale e trasformazione in energia meccanica o elettricaFONTE energetica inesauribile, gratuita e non inquinante.LIMITAZIONI: irregolarità nell’intensità e direzione dei venti (il livello del vento per produrre energia deve essere > 4,4 m/sec)
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Potenza eolica installata nel MondoPotenza eolica installata nel Mondo
Dal 1994 al 2004 si va da 1700 a 40000 MW
Nel 2005 si è arrivati a 60.000 MW
USA: 9100 MW
Spagna : 10.000 MW
Germania: 18.000 MW
Danimarca: 3.000 MW
L’Italia non è esposta a venti forti e regolari. (apertura di nuove centrali in Sardegna e all’Aquila)
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Fonte di energia più diffusa, disponibile ovunque, gratuita, inesauribile, non dà inquinamento ambientale
Limitazioni:
bassa densità energetica per cui occorrono ampie superfici di raccolta
discontinuità (alternanza giorno/ notte, ciclo delle stagioni, condizioni meteorologiche) per cui occorrono sistemi di accumulo di energia.
Energia solare
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Conversione in energia termica mediante processi a bassa Temperatura (50-60°C) grazie ad impianti a pannelli solariConversione in energia termica mediante processi a alta Temperatura (5000 - 6000°C) per produrre elettricità nelle centrali solari a torre e specchi. L’energia solare è riflessa su una caldaia d’acqua e il vapore prodotto viene convogliato su turbine che azionano un generatoreConversione diretta dell’energia raggiante per produrre elettricità grazie ai sistemi fotovoltaici
I principali sistemi di sfruttamento dell’energia solare
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è costituito da una piastra di rame o alluminio, che colpita da radiazione solare, si riscalda e trasmette il calore ad un fluido che circola in una intercapedine della lastra. Il calore viene poi ceduto per produrre acqua calda ad uso domestico.
pannello solarepannello solare
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Sistemi fotovoltaiciSistemi fotovoltaici
Principio: alcuni semiconduttori (Silicio) emettono elettroni e generano energia elettrica se colpiti da radiazioni solari (CELLA SOLARE)
Le celle collegate in serie o in parallelo costituiscono il MODULO SOLARE (potenza= 40-50 W)
Svantaggi: superfici ampie e costi eccessivi pertanto questo sistema è utilizzabile solo per alimentazioni di utenze isolate
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Nel MondoNel Mondo
20 anni fa a Genova la prima centrale solare del mondo con pannelli solari
Tetti fotovoltaici : Taranto 35 KW
Il più grande impianto in Europa è a Serre (Salerno) con 60.000 moduli (3 MW per la produzione di 5 milioni di KWh annue) inferiore solo a quello californiano di 5 MW
Nel 2018 in California si vuole arrivare a 3000 MW
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BiomassaBiomassa
Energia solare energia chimica
Sostanza organica di origine:vegetale ottenuta mediante la fotosintesi animale mediante elaborazione dei vegetali attraverso gli anelli della catena alimentare (gli organismi si nutrono di vegetali e assimilano l’energia solare per crescere e riprodursi)
(Metodi per ricavare energia: combustione, fermentazione ...)
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BiomassaBiomassa
Cellulosa, zuccheri, oli, amido, proteine...
Alcool etilico CH3CH2OH
( fermentazione dei carboidrati) è un buon combustibile liquido
Biogas: Ammoniaca, Acido solfidrico, Metano (fermentazione anaerobica: demolizione di sostanza organica operata da batteri anaerobi in assenza di ossigeno)
Rifiuti
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1 1 Kg di Etanolo dà 7.800 Kcal, la benzina 11.200. Il minore contenuto energetico è bilanciato da una migliore combustione e minori emissioni di inquinanti
In Brasile il 71% delle auto brucia una miscela di benzina/etanolo ( 80-20%) e il 29% solo etanolo
Negli USA le leggi anti-inquinamento impongono l’uso di miscele (90-10%) benzina – etanolo ( potere antidetonante e può sostituire il Pb)
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RifiutiRifiuti
Un Italiano produce 1 Kg di rifiuto al giorno, 20 milioni di tonnellate l’anno alle quali si aggiungono 3 milioni di tonnellate provenienti dalle industrie
1Kg = 2000 Kcal
23 miliardi di Kg = 46.000 miliardi di Kcal cioè 5 milioni di TEP ( tonnellata di equivalente petrolio)
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Le regole del nuovo sviluppoLe regole del nuovo sviluppo
… indicano le strategie da seguire per riorganizzare sistemi economici in sistemi a sviluppo sostenibileRiformulazione del concetto di rifiutoFonti energetiche rinnovabiliDifesa della Biodiversità
(1987 - Commissione Mondiale per l’Ambiente e lo Sviluppo)
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