Dalle biomasse all'energia elettrica

Scienze (+ ripasso)

• Definizione di energia................................................1 Uranio...............................................16
• Perché l’energia è così importante?....................1 Riciclaggio organico..........................16
• Cosa è l’energia elettrica........................................1
• La vita è l’energia più forte....................................1
• Forme di energia.....................................................2
• Energie rinnovabili e non rinnovabili........................2
• Qualche calcolo sul consumo..................................2
• Il nucleare, fusione o fissione..................................3
• Il funzionamento generale centrale elettrica..............3
• Energie alternative....................................................4
• In Italia.......................................................................5

Storia

• La seconda rivoluzione industriale............................6
• Sviluppo e intervento delle banche...........................7
• Crisi, monopoli...........................................................7
• Nuovi metodi di produzione.......................................7
• Rivoluzione società......................................................7
• Commento..................................................................8

Letteratura

• Filippo Tommaso Marinetti........................................9
• Futurismo letterario....................................................9
• L’automobile da corsa...............................................10

Arte immagine

• Futurismo..................................................................10

Geografia

• Cina...........................................................................11-13

Tecnica

• L’energia si trasforma...............................................14
• Il petrolio ed centrale a carbone...............................15

Definizione di energia

Nel linguaggio quotidiano la parola energia ha conservato il significato etimologico: capacità di compiere lavoro, dal greco en (dentro) e érgon (lavoro). L’energia è la proprietà fondamentale della materia che si esprime ogni volta che una forza “entra in azione”, o, come si dice in termini fisici, ogni volta che si compie un lavoro; ogni cosa che si trasforma contiene una forma di energia. Essa fa sì che le cose avvengano.

L’energia si trova dappertutto intorno a noi, nei mezzi di trasporto, nell’industria, nelle case e anche nel nostro corpo. Anche il calore è un’energia. In realtà l’energia non si crea e neppure si consuma, ma si trasforma continuamente, apparendo di volta in volta sotto varie forme.

Perché l’energia è così importante?

Le persone dipendono in molti modi dall’energia. Il corpo umano immagazzina energia chimica grazie agli alimenti. L’energia è contenuta nei tre elementi base presenti nel cibo: carboidrati, grassi e proteine. Questa serve fra l’altro per il funzionamento degli organi (attività cardiocircolatoria, respiratoria, etc.) e per le attività di termoregolazione (scaldare il corpo in modo da mantenerlo ad una temperatura di poco meno di 37 °C). Si tratta del cosiddetto metabolismo basale, cioè di quel complesso di fenomeni e di trasformazioni chimiche che avvengono all’interno delle cellule e provvedono alla conservazione ed al rinnovamento della materia vivente.

Per molti millenni l’umanità ha tratto energia dal lavoro muscolare degli uomini e degli animali, dal vento, dai corsi d’acqua e dalle biomasse. Nelle grandi civiltà del passato - egizia, cinese, greca, romana - una grande fonte energetica era rappresentata dagli schiavi. Gli schiavi erano in gran parte prigionieri di guerra, ma anche condannati o debitori insolventi. In tempi più recenti la schiavitù si è diffusa particolarmente in America, dove per secoli sono stati deportati milioni di africani da utilizzare in agricoltura e nei lavori più faticosi. Anche se la schiavitù è stata da tempo abolita ufficialmente, qualcosa di non troppo diverso si riscontra ancora oggi in varie parti del mondo. Gli elettrodomestici e le macchine in genere ne sono un chiaro esempio.

Cosa è l’energia elettrica

Per diverse ragioni l’energia viene trasportata e resa disponibile sotto forma di elettricità. L’energia elettrica, infatti, può essere trasportata dai generatori alle utenze mediante una rete di cavi facilmente installabile e senza perdite apprezzabili; può essere trasformata con alto rendimento in energia termica, meccanica e chimica; può alimentare un altissimo numero di apparecchi elettrici ed elettronici e di sistemi di illuminazione; è controllabile istantaneamente nel punto di utilizzo: per accendere o spegnere un dispositivo elettrico è sufficiente lo scatto di un interruttore.

L’elettricità è il movimento di piccole particelle che fanno parte degli atomi e che hanno cariche elettriche: gli elettroni. Ogni elettrone si muove intorno al nucleo (la parte centrale) del proprio atomo, ma quando riceve una quantità di energia sufficiente, “salta” sull’atomo vicino. Qui, a sua volta, un altro elettrone si sposta sull’atomo successivo e così via. In questo modo si crea un flusso di miliardi di elettroni che si spostano nella stessa direzione: l’elettricità appunto, che si diffonde facilmente lungo fili e cavi fin dentro casa e che ti permette di accendere la lampadina.

Non tutti i materiali sono adatti a trasportare l’elettricità: plastica, vetro o legno, per esempio, non lo sono. Altri invece, chiamati conduttori, lo fanno molto bene: i cavi elettrici hanno infatti all’interno fili metallici per il passaggio degli elettroni e sono circondati da una guaina di plastica che serve come isolante. L’elettricità resta all’interno, così se tocchi il filo non prendi la “scossa”.

La vita è l’energia più forte

Se il mondo è così come lo è ora è solo il merito di un’unica forma di energia cioè quella del sole. L’energia solare è la fonte di tutte le altre fonti energetiche disponibili all’uomo. Tenendo conto del fatto che la Terra è una sfera che oltretutto ruota, l’irraggiamento solare medio è, alle latitudini europee, di circa 200 watt/m².

Moltiplicando questa potenza media per metro quadro per la superficie dell’emisfero terrestre istante per istante esposto al sole si ottiene una potenza maggiore della potenza media di una grande centrale elettrica.

La quantità di energia solare che arriva sul suolo terrestre è pari al consumo mondiale di un anno di tutta l’umanità e questa energia rende possibile la vita e da cui derivano più o meno direttamente quasi superiore a tutta l’energia usata dall’umanità nel suo complesso, ma poco concentrata, nel senso che è necessario raccogliere energia da aree molto vaste per averne quantità significative, e piuttosto difficile da convertire in energia facilmente sfruttabile con efficienze accettabili. Per il suo sfruttamento occorrono prodotti tecnologici in genere di costo elevato che rendono l’energia solare notevolmente costosa rispetto ad altri metodi di generazione dell’energia. Lo sviluppo di tecnologie che possano rendere economico l’uso dell’energia solare è un settore della ricerca molto attivo ma che, per il momento, non ha avuto ancora risultati rivoluzionari.

L’energia elettrica è fondamentale per il mantenimento del tenore di vita nelle società altamente industrializzate ed è indispensabile per i paesi in via di sviluppo. A lungo termine, tuttavia, si pone il problema dell’esaurimento dei combustibili fossili e nucleari. All’attuale tasso di consumo, le stime di durata delle scorte vanno da 40-60 anni per il gas naturale e il petrolio, a 200 anni per il carbon fossile. Un problema più pressante è quello dei sottoprodotti della combustione di carbon fossile, gas naturale e derivati del petrolio, che sono estremamente nocivi per l’ambiente. L’accumulo negli ultimi decenni di anidride carbonica, il gas che più contribuisce all’effetto serra, viene considerato il maggiore imputato dell’aumento della temperatura sulla superficie terrestre (riscaldamento globale).

Forme di energia

Energia meccanica

Tra le diverse forme abbiamo l’energia meccanica, che può essere cinetica o potenziale. L’energia cinetica è l’energia legata al movimento degli oggetti. L’energia potenziale dipende dall’altezza che un oggetto ha rispetto al suolo. Se l’oggetto viene lasciato libero e comincia a cadere l’energia potenziale si trasforma in energia cinetica.

Energia termica

L’energia termica, o calore, fa aumentare la temperatura della materia. È l’energia che fa vibrare gli atomi e le molecole della materia.

Energia elettrica

L’energia elettrica permette lo scorrimento di cariche in un circuito elettrico. In natura si presenta ad esempio sotto forma di scariche elettriche dei fulmini. È la forma di energia maggiormente utilizzata dall’uomo, grazie alla sua facile trasportabilità, e viene prodotta secondariamente a partire da altre fonti di energia.

Energia chimica

L’energia chimica è contenuta nei combustibili. Gli atomi sono legati fra loro mediante legami chimici: le reazioni chimiche sono delle trasformazioni che comportano la rottura di alcuni legami e la formazione di nuovi; in questo modo si ha un cambiamento nella composizione della materia, e in alcuni casi la produzione di calore, che può essere utilizzato in diversi modi.

Energia radiante

Il sole ci dà la sua energia radiante, che forma lo spettro elettromagnetico: luce, calore e raggi ultravioletti.

Energia di massa

L’energia di massa ha origine dall’equivalenza tra massa ed energia, stabilita da Albert Einstein nel 1905. È la forma di energia sfruttata nelle centrali nucleari per fornire calore e luce per le nostre case.

Energie rinnovabili e non rinnovabili

Noi usiamo dividere l’energia in due categorie diverse: rinnovabili e non rinnovabili. L’energia rinnovabile è quella che non si esaurirà mai ma non è che è infinita, infatti noi paragoniamo la durata alla vita dell’umanità.

Se il sole si spegne ad esempio noi non ci saremo perché spariremo insieme ad essa o emigreremo per sopravvivere. Ma prima che si spenga il sole nostro devono ancora di anni e noi neanche vedremo il suo spegnimento. Perché il sole diminuisce molto lentamente la sua misura, in quanto la fusione che avviene dentro di esso fa perdere sempre un po’ di materia che si converte in energia.

Infine ci sono le fonti non rinnovabili destinate a consumarsi a breve perché non in grado di rigenerarsi. Di quest’ultima categoria fanno parte i combustibili fossili: metano (2100), petrolio (2050), uranio e carbone (>2250). Sono da considerarsi energie rinnovabili quelle forme di energia generate da fonti il cui utilizzo non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future o che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano o non sono “esauribili” nella scala dei tempi “umani”.

In tal senso, le fonti di energia fossili (petrolio, carbone, gas naturale), e nucleare (uranio, plutonio), avendo in natura lunghi periodi di formazione, di molto superiore a quelli di consumo attuale, sono chiaramente limitate nel futuro e pertanto “non rinnovabili”.

Qualche calcolo (Terawatt)

Senza l’energia tutto si fermerebbe. La Terra attualmente ha bisogno di 15 TW (= 15.000.000.000.000 watt) al giorno. In pratica se una lampadina in media consuma 80 watt quindi noi teniamo costantemente accese 187.500.000.000 lampadine. E la richiesta di energia aumenta sempre più in Italia dello 0,8% annuo. La ricerca di energia elettrica ha caratterizzato molti eventi negli ultimi tempi. Spesso essa era troppo ossessiva ed incauta.

L’effetto serra o il buco nell’ozono o la centrale di Chernobyl ne sono una dimostrazione. Il nostro pianeta è molto sensibile. Le energie non rinnovabili si sono dimostrate inquinanti ma efficienti mentre le altre riescono a produrre molto di meno.

E qui abbiamo 3 alternative: suicidio, migliorare le energie rinnovabili o provare a realizzare la fusione nucleare. Questa ultima non produce scorie ed è più potente della fissione. Non siamo ancora in grado di riprodurla però ma si studia come farlo e a breve sarà disponibile un primo prototipo sperimentale.

L’energia sulla Terra c’è ma non sappiamo ancora sfruttarla. Ad esempio anche l’energia del sole se riuscissimo a captarla tutta avremmo una produzione tripla del nostro bisogno. Anche se questa ultima è difficile: occorrono immensi spazi, non c’è sempre il sole e poi anch’essi hanno bisogno di mantenimenti costosi. Geotermico è poco diffuso e non tutti ne possono disporre.

Il nucleare, fusione e fissione 2

Einstein fu la prima persona ad intuire la possibilità di ricavare energia dal nucleo dell’atomo. E=mc

Nel 1942 il gruppo di scienziati coinvolti nel progetto Manhattan lavorò per la realizzazione in laboratorio della prima reazione a catena controllata. Il progetto aveva scopi militari, era nato durante la seconda guerra mondiale ed era finanziato dal Governo degli USA per dare vita alla prima bomba atomica. Le prime bombe atomiche furono create nel 1945 e furono sganciate sulle città giapponesi di Hiroshima e Nagasaki.

Nel 1945 Eisenhower, Presidente USA del periodo, inaugurò il progetto “Atom for Peace” allo scopo di favorire l’applicazione civile dell’energia nucleare, ed in soli 12 mesi venne realizzata la prima centrale nucleare della storia.

Complessivamente, le centrali nucleari del mondo producono 352 GW, pari al 16% della fornitura globale d’energia. Un dato consistente, ma lontano dai 1000 GW stimati negli anni ’70 per i nostri anni. Infatti l’incidente di Chernobyl degli anni ’80 fermò l’ottimismo verso l’energia nucleare per la consapevolezza delle conseguenze in caso di incidente.

Attualmente le scorie con le più moderne tecnologie non possono essere smaltite in meno di 600 anni! Una centrale nucleare di terzo tipo+ produce 2 tonnellate di scorie. Nonostante il tutto di centrali se ne stanno costruendo ancora.

Le reazioni che coinvolgono l’energia nucleare sono principalmente quelle di fissione nucleare, di fusione nucleare e quelle legate alla radioattività (decadimento radioattivo). Le sostanze usate sono: uranio, plutonio o torio.

La fissione consiste nel rompere il nucleo dell’atomo per farne scaturire notevoli quantità di energia.