Tesina terza media Green Energy

Tesina di: Francesca Migliaccio

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L’energia è la capacità di un corpo di compiere un lavoro ed è misurata in joule.

Le fonti energetiche si dividono in rinnovabili ed esauribili. Le fonti esauribili sono, purtroppo, oggi la principale fonte energetica, ricoprono, infatti, il 90 % del fabbisogno energetico mondiale e producono, altresì, un alto inquinamento, essendo le fonti più inquinanti. Bisognerebbe, allora, cercare di sfruttare maggiormente le energie rinnovabili, non inquinanti e per di più inesauribili. Le fonti rinnovabili sono: l’energia solare, la geotermica, l’idroelettrica, l’eolica, la mareomotrice, le biomasse.

L’ecosistema sostenibile

Un ecosistema è l’insieme di esseri viventi, animali e vegetali, che interagiscono tra loro e con l’ambiente in cui vivono. Ogni elemento di un ecosistema è in equilibrio ecologico con gli altri: se per cause naturali o antropiche (cioè dovuta all’attività umana) questo equilibrio si rompe, l’ecosistema si modifica e a volte corre il rischio di scomparire.

L’insieme degli esseri viventi di un ecosistema è chiamato “componente biotica” (cioè viva), mentre il suolo, le rocce, il clima e tutto ciò che riguarda gli aspetti fisico-chimici del sistema naturale è definito “componente abiotica”. L’interazione tra queste due parti origina uno scambio di materia tra una componente e l’altra ma anche un flusso di energia attraverso la catena alimentare. In un ecosistema possiamo, infatti, individuare i produttori, cioè gli organismi come i vegetali che sono in grado di utilizzare e trasformare la sostanza inorganica (sali minerali, acqua, ecc.) in sostanza organica, utilizzando l’energia luminosa del sole, i consumatori primari, come gli erbivori, che si nutrono dei vegetali e i consumatori secondari o predatori che si cibano di erbivori o di altri predatori. Infine si trovano i decompositori/detritivori che, al contrario di quanto fanno i produttori, demoliscono la sostanza organica e restituiscono all’ambiente (e di conseguenza ai produttori) i composti inorganici; questi ultimi sono costituiti principalmente da batteri e funghi, “aiutati” nel loro compito da alcuni insetti e dai lombrichi.

Maggiore è la biodiversità di un ecosistema, tanto più esso è in salute cioè in grado di affrontare i cambiamenti ambientali senza troppi danni; se tali cambiamenti sono però troppo consistenti e prolungati, gli effetti dannosi saranno maggiormente evidenti.

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Le energie rinnovabili

L’energia solare

L’energia solare è un’energia pulita, inesauribile e distribuita su tutto il globo, anche se in modo non omogeneo, infatti, la distribuzione solare dipende dalla latitudine, dalle stagioni e dalle ore di luce giornaliere. L’unico inconveniente di questa energia è che è una fonte intermittente e variabile. Può essere applicata per: produrre calore a bassa temperatura, produrre calore ad alta temperatura e per la conversione fotovoltaica.

Per la produzione di calore a bassa temperatura si utilizzano i pannelli solari piani (o anche detti collettori solari). Questi sono costituiti da una piastra metallica ricoperta da una lastra di vetro. Al loro interno si trovano delle serpentine in cui circola l’acqua. L’energia solare assorbita dalla piastra riscalda l’acqua che, alla temperatura di 70-80°, confluisce in un serbatoio da cui è prelevata per usi sanitari, per il riscaldamento degli edifici e per la produzione di aria calda per usi agricoli e industriali.

Per la produzione di calore ad alta temperatura sono impiegati i sistemi a torre e i sistemi a collettori parabolici lineari, entrambi raggiungono temperature superiori a 500° e sono adatti alla produzione elettrica.

Il sistema a torre ha superato la fase dimostrativa ma non è ancora in fase di maturità commerciale.

L’impianto è costituito da specchi piani e da un ricevitore posto in cima a una torre al centro dell’impianto. Gli specchi inseguono il moto del sole, riflettendone i raggi sul ricevitore. Al suo interno scorre una miscela di sali fusi, di origine naturale, non infiammabile e non inquinante, che assorbe il calore e lo accumula in dei serbatoi. Con il calore accumulato a 565°, si produce vapore che va ad alimentare una turbina collegata a un alternatore che lo trasforma in elettricità. Il problema di questo impianto è la difficoltà di concentrazione delle radiazioni solari sul ricevitore posto a una distanza che arriva anche a centinaia di metri dagli specchi.

Il sistema a collettori parabolici lineari è la più avanzata tecnologia per la produzione di energia elettrica dal sole. I raggi solari sono raccolti e concentrati da un sistema di specchi parabolici lineari, in grado di catturare le radiazioni solari che sono concentrate su un tubo ricevitore, posto alla base della parabola, in cui scorre un fluido termovettore che si riscalda. Viene, poi, inviato a un serbatoio caldo, dove costituisce l’accumulo di calore ad alta temperatura che consente di immagazzinare l’energia solare e di renderla disponibile con continuità. Da questo serbatoio il fluido arriva a uno scambiatore cui cede parte del suo calore, con cui è creato del vapore che alimenta una turbina collegata a un alternatore. Infine il fluido va nel serbatoio freddo da dove è prelevato e rimesso in ciclo.

Le celle fotovoltaiche (o anche dette pile solari) trasformano direttamente l’energia solare in energia elettrica, sfruttando l’effetto fotoelettrico, cioè la piastra metallica formata da materiali semiconduttori, esposta alla luce, emette elettroni. Una cella fornisce una potenza di circa 1,5 watt alla tensione di 0,6 volt.

Unendo più celle fra loro si forma un modulo, unendo più moduli fra loro si forma un pannello, unendo più pannelli fra loro si forma una stringa, unendo più stringhe insieme si forma un campo.

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Le case isolate possono sfruttare un impianto fotovoltaico dotato di un sistema di accumulo al piombo che fornisca elettricità nelle ore notturne o quando vi è basso irraggiamento.

Inoltre, gli impianti collegati alla rete elettrica possono essere dotati di un impianto solare, quindi, quando il generatore fotovoltaico non riesce a soddisfare il fabbisogno energetico, la rete fornisce l’energia richiesta. Al contrario se il sistema fotovoltaico produce energia in più, può essere trasferita alla rete mediante l’inverter.

L’energia geotermica

L’energia geotermica è inesauribile, pulita e non produce gas serra. È ricavata da giacimenti geotermici. Nella crosta terrestre, le acque piovane s’infiltrano nel suolo permeabile, fino a uno strato impermeabile, vicino al magma, e quindi caldo, dove l’acqua si riscalda, dando luogo a sorgenti termali, geyser, soffioni o fumarole. La temperatura dell’acqua riscaldata varia da 50-60° fino a centinaia di gradi. I fluidi a bassa temperatura sono impiegati nel riscaldamento di edifici e di serre, come accade in Islanda, mentre quelli ad alta temperatura sono impiegati nelle centrali geotermiche.

Nella centrale geotermica, il vapore naturale muove una turbina, collegata a un alternatore che la trasforma in energia elettrica. Il residuo è condensato in una torre di refrigerazione e reiniettato nel sottosuolo. Questo consente il recupero degli scarti e indipendenza dalle ricariche dovute alle piogge.

In Italia la disponibilità di energia geotermica è elevata, ma adesso è sfruttata solo a Larderello in Toscana, che dal 1904 converte il vapore che fuoriesce dai soffioni boraciferi in elettricità.

L’energia idroelettrica

L’energia idroelettrica è inesauribile e importante per i paesi poveri di combustibili fossili.

Nelle centrali idroelettriche si sfrutta la caduta delle acque dei fiumi o dei torrenti e raccolte in bacini artificiali. Le condizioni ideali per lo sfruttamento di questa energia sarebbero grandi altezze di caduta o grandi volumi d’acqua. L’acqua trovandosi ferma ma a una certa altitudine dispone di energia potenziale, cioè l’energia che un corpo possiede quando è forzatamente in quiete. L’acqua raccolta nel bacino è convogliata mediante le condotte forzate. Mentre scende attraverso le condotte forzate, perde gradualmente energia potenziale e acquista energia cinetica, cioè l’energia che un corpo possiede quando è in movimento.

Arrivata alla turbina, con un getto violentissimo, la fa girare, trasformandosi in energia meccanica. Arriva all’alternatore che la trasforma in elettricità e che è collegato al trasformatore che ne aumenta o ne diminuisce la tensione (volt).

Alcune centrali idroelettriche possiedono un impianto di pompaggio dell’acqua, costituito da due bacini, posti uno a monte e uno a valle, collegati mediante condotte forzate. Quando vi è maggiore disponibilità di energia, cioè la notte, l’acqua del bacino a valle è pompata nel bacino a monte attraverso il generatore utilizzato come motore. Mentre, nei momenti di maggiore richiesta di energia, il giorno, l’acqua immagazzinata nel bacino a monte fluisce nel bacino a valle, azionando la turbina e il generatore. Sono più sfruttati questi impianti, perché possono entrare in servizio più rapidamente, per far fronte a imprevisti picchi della domanda e per seguire l’andamento del carico nelle ore di punta. Inoltre, garantiscono la massima disponibilità, continuità e sicurezza di servizio in ogni momento dell’anno, poiché sono svincolate dall’idrologia (si devono solo reintegrare le perdite per evaporazione).

L’energia eolica

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L’energia eolica era sfruttata sin dall’antichità per navigare e nei mulini per macinare i cereali. L’utilizzo elettrico è invece più recente. Inconveniente di questa energia è che può essere sfruttata solo in zone molto ventose e dove la direzione e l’intensità del vento sono abbastanza regolari. Infatti, questi impianti funzionano solo se la velocità del vento è di almeno 12 km/h, ma per questioni di sicurezza, devono essere spenti a velocità superiore di 65 km/h. Negli ultimi anni, questa energia è stata criticata dagli ambientalisti perché sostengono che gli impianti eolici potrebbero rallentare i venti, influendo negativamente sulla vita di alcune specie di uccelli migratori.

L’energia mareomotrice

L’energia mareomotrice sfrutta il diverso livello dell’alta e della bassa marea, ma questo deve essere di almeno dieci metri, cosa molto rara e, quindi, che avviene in pochissime località, come a Saint-Malò, nel Nord della Francia, che dispone di un impianto in funzione dal 1966 e il dislivello è di tredici metri.

L’energia delle biomasse

L’energia delle biomasse è costituita dall’insieme di prodotti che derivano da organismi animali e vegetali e da tutti i rifiuti urbani e agricoli, in cui è contenuta l’energia solare che può essere liberata mediante la combustione. I combustibili sono quei materiali che in presenza dell’ossigeno (comburente) bruciano sviluppando calore, che viene misurato con il potere calorifico.

In Italia sono in funzione impianti che utilizzano i rifiuti urbani e gli scarti dell’industria, dell’agricoltura e dell’allevamento.