Esplorazione delle fonti energetiche: rinnovabili e non rinnovabili

L’energia è una grandezza fisica che permette ad un corpo di compiere un lavoro. Essa è presente nei corpi in forme diverse e tali forme possono cambiare completamente. Chiamiamo fonte di energia tutto ciò che, con determinati procedimenti tecnici, può produrre energia.

Fonti di energia primarie

Le fonti di energia si dividono in primarie e secondarie.

Le fonti primarie sono presenti in natura; esse sono materie di partenza per le diverse trasformazioni che porteranno alla produzione di energia utilizzabile. Rientrano in questa classificazione sia le fonti rinnovabili , dette così perché si rinnovano continuamente e sono praticamente inesauribili, sia le fonti esauribili, destinate cioè ad esaurirsi in tempi più o meno lunghi. Le prime sono l'energia solare, eolica, idroelettrica, geotermica, l'energia delle biomasse; le seconde sono i combustibili direttamente utilizzabili (petrolio grezzo, gas naturale, carbone) o l'energia nucleare.

Le principali fonti primarie presenti sul nostro pianeta sono il Sole, che da solo fornisce più del 90% di tutta l’energia presente sulla Terra ed il calore interno della Terra stessa.

Fonti di energia secondarie

Le fonti energetiche secondarie non sono direttamente disponibili in natura, ma si possono utilizzare solo in seguito ad una trasformazione di energia, come ad esempio l'energia elettrica. Altri esempi di fonti secondarie sono la benzina, il gasolio, il GPL (gas propano liquido) e l’idrogeno.

Le risorse non rinnovabili sono: i combustibili fossili come il carbone, il petrolio, il gas naturale, e gli elementi radioattivi da cui si ricava l’energia nucleare

Combustibili fossili

I combustibili fossili, carbone, petrolio e gas naturale, sono sostanze di origine vegetale e animale presenti nel sottosuolo; essi si sono accumulati con un processo di lenta trasformazione durato milioni di anni.
Il carbone è un combustibile fossile allo stato solido estratto dalla terra in miniere sotterranee o a cielo aperto. Questo combustibile è pronto all’uso e si forma all’interno di rocce sedimentarie. I carboni fossili vengono denominati: torba, lignite, litantrace, antracite a seconda del carbonio che essi contengono.

Hanno un diverso potere calorifico e quindi producono diverse quantità di calore. Il carbone, fra i combustibili fossili, è quello che genera il maggiore inquinamento atmosferico, e viene utilizzato per produrre acciaio ed energia elettrica.

Petrolio e sue applicazioni

Il petrolio, detto anche “oro nero”, è una miscela di idrocarburi (sostanza composta da idrogeno e carbonio) liquidi, deriva dalla fossilizzazione di resti organici animali e vegetali, in genere del plancton (insieme di piccoli animali o vegetali che vivono in acque dolci o salate), in ambiente marino ad opera di batteri.

Il petrolio è la fonte energetica attualmente più utilizzata perché ha un potere calorifico molto alto.

Secondo recenti studi le riserve sono in via di esaurimento ed entro il prossimo decennio si andrà incontro ad una crisi petrolifera.

Per estrarre il greggio, cioè il petrolio allo stato naturale, si eseguono trivellazioni del suolo.

Il greggio, però, non può essere utilizzato così come viene estratto e viene quindi sottoposto a raffinazione, cioè a processi di distillazione frazionata che consentono di separarlo in diverse frazioni:

• Frazione gassosa, formata da gas che vengono utilizzati come combustibili per uso domestico;

• Benzina utilizzata come combustibile per i motori;

• Gasolio e cherosene utilizzati come combustibili per motori diesel e impianti di riscaldamento;

• Oli lubrificanti, usati per lubrificare le parti delle macchine meccaniche;

• Residuo, da cui si ottiene il bitume o asfalto.

Il petrolio, oltre fonte di energia è utilizzato per ricavare plastica, vernice, detersivi.

Gas naturale e metano

Il gas naturale è una miscela di idrocarburi gassosi originato dalla decomposizione di residui organici, animali e vegetali a opera di batteri. Il componente principale è il metano seguito da etano, propano, butano e pentano. La sua origine è simile a quella del petrolio, cioè deriva dalla fossilizzazione di organismi animali e vegetali in ambiente paludoso. Il gas naturale ha un elevato potere calorifico ed è molto abbondante in natura.

Il metano viene estratto con trivellazioni e viene inviato per mezzo di enormi tubature, dette metanodotti, fino alle case.

Energia nucleare

L’energia nucleare è l’energia che tiene unite le particelle che formano il nucleo dell’atomo dell’uranio. Questa energia può essere liberata attraverso una reazione nucleare chiamata fissione. La fissione consiste nella rottura del nucleo di un atomo di uranio per far scaturire una quantità di energia verso l'esterno. Come funziona la fissione? Un neutrone colpisce il nucleo di un atomo di uranio, quest'ultimo si spezza in due frammenti lasciando liberi nello spazio circostante circa 2-3 neutroni che a loro volta colpiscono altri atomi determinando la "reazione a catena" che alimenta automaticamente il sistema. Questa energia si libera sotto forma di calore.

Risorse energetiche rinnovabili

Risorse energetiche rinnovabili

Le risorse energetiche rinnovabili sono quelle che vengono continuamente rinnovate. Esse vengono indicate anche come fonti alternative cioè utilizzate alternativamente alle fonti tradizionali.

Le risorse rinnovabili derivano quasi tutte dal Sole:

• questo produce l’energia solare, che aziona il ciclo dell’acqua che produce l’energia idroelettrica;

• genera il vento, che produce l’energia eolica;

• consente, grazie alla fotosintesi, la formazione delle molecole organiche, che vanno a costituire le biomasse.

L’unica risorsa rinnovabile che non deriva dall’energia solare è l’energia geotermica che è dovuta al calore interno della Terra, la cui temperatura raggiunge circa 7000 °C. Questo calore interno scalda le acque sotterranee che poi risalgono in superficie come vapore.

Energia solare

Il Sole invia sulla Terra una grande quantità di energia. L’energia consente la vita attraverso il ciclo dell’acqua, i venti, il movimento delle masse d’acqua, la fotosintesi.

L’energia del Sole viene utilizzata per produrre calore a bassa temperatura con i pannelli solari: questi sono costituiti da piastre metalliche che catturano le radiazioni solari e trasmettono il calore all’acqua che circola sotto di esse. La produzione di calore ad alta temperatura avviene invece nelle centrali solari, formate da specchi concavi i quali catturano i raggi solari e li inviano su una caldaia la quale produce vapore che viene inviato alla turbina che collegata all’alternatore (apparecchio che ruotando produce energia elettrica) produce energia elettrica. La prima centrale di questo tipo nel mondo è in Sicilia. L’energia solare è gratuita, diffusa ovunque, inesauribile e non produce inquinamento. Tuttavia non viene molto utilizzata perché di notte il sole non c’è e le radiazioni solari variano in relazione alle stagioni e alle condizioni del tempo. Per questo motivo non è una valida alternativa alle fonti energetiche non rinnovabili.

Energia idroelettrica

L’acqua è una delle risorse più abbondanti sulla Terra. La sua energia deriva indirettamente dal Sole, infatti l’acqua passa costantemente dall’idrosfera all’atmosfera in un ciclo continuo, detto ciclo dell’acqua. L’energia del sole, utilizzata per l’evaporazione si accumula nelle nuvole e quando l’acqua ricade al suolo con le precipitazioni, questa energia si trasforma in energia cinetica.

E’ proprio questa energia che, nelle centrali idroelettriche, viene trasformata in energia elettrica . Anche l’acqua del mare possiede energia cinetica, che si manifesta con le onde, provocate dal vento. Lo sfruttamento dell’energia posseduta dalle acque marine è ancora poco diffusa. Una centrale mareomotrice è in funzione in Francia e sul Mar del Nord.

Energia eolica

Gli antichi mulini a vento si sono oggi trasformati nelle cosiddette turbine eoliche in grado di produrre direttamente energia elettrica.

Mulino a vento

Turbine eoliche

Anche l’energia del vento, detta energia eolica, deriva dall’energia del Sole, infatti i venti sono spostamenti di masse d’aria. Essi vengono sfruttati per produrre energia elettrica mediante apparecchi, detti aerogeneratori, che derivano dai mulini a vento, costituiti da pale, che catturano il vento e trasformano, tramite un generatore, la sua energia cinetica in energia elettrica.

Anche il vento è una risorsa inesauribile, gratuita e non inquinante, ma ha lo svantaggio di essere incostante, può essere sfruttato solo quanto soffia per almeno 2000 ore l’anno. In Italia l’Enel ha costruito una centrale in Sardegna.

Energia geotermica

Il calore interno della Terra può essere utilizzato per produrre energia, detta energia geotermica. All’interno della Terra è contenuta una quantità enorme di calore, ma esso può essere sfruttato solo in quelle zone dove si trovano rocce calde, cioè nelle zone vulcaniche. Qui nel sottosuolo, è presente acqua riscaldata dal magma, con opportune perforazioni essa viene raggiunta e il vapore viene inviato alla turbina, collegata all’alternatore che produce energia elettrica.

Biomasse e loro utilizzo

Le biomasse sono tutti i materiali organici che possono essere trasformati in combustibili. L’energia contenuta in questi materiali deriva dall’energia solare, i vegetali catturano l’energia del Sole e la trasformano, con il processo della fotosintesi in energia chimica. Questa energia proviene anche dagli scarti dell’agricoltura e dell’allevamento degli animali sottoposti a particolari processi che li trasformano in combustibili solidi, liquidi e gassosi, utilizzabili per la produzione di calore o di elettricità. Il processo più utilizzato è la fermentazione biologica, che produce alcool o biogas, costituito prevalentemente da metano usato come combustibile per riscaldamento, per produrre carburante per macchine agricole.

Inceneritori e produzione di energia

Gli inceneritori sono impianti principalmente utilizzati per lo smaltimento dei rifiuti mediante un processo di combustione ad alta temperatura (incenerimento) che dà come prodotti finali un effluente gassoso, ceneri e polveri. Negli impianti più moderni, il calore sviluppato durante la combustione dei rifiuti viene recuperato e utilizzato per produrre vapore, poi utilizzato per la produzione di energia elettrica o come vettore di calore (ad esempio per il teleriscaldamento).