Energia - Dall'800 a oggi, guardando al futuro

Dall’800 a oggi, guardando al futuro

© Alessandro Sebastian Podda

Liceo Scientifico Tecnologico “Michele Giua” – Assemini, CA

Anno scolastico 2008/2009

Indice

1. Premessa

2. Storia dell’energia

2.1 L’energia dall’Ottocento a oggi. Tappe fondamentali.

2.2 Il dramma della bomba atomica.

3. L’energia oggi

3.1 Gli idrocarburi.

3.2 Il petrolio e il processo di raffinazione.

3.3 L’energia dell’atomo: centrali nucleari.

4. L’energia del futuro

4.1 Energia del Sole.

4.2 Energia idroelettrica, marina e geotermica.

4.3 Gli impianti eolici e l’impatto ambientale.

4.4 I termovalorizzatori e l’energia da biomasse.

5. Considerazioni finali

6. Bibliografia

Discipline

Storia, chimica, scienze naturali, fisica

Premessa

Un’indagine IPSOS del 2009 rivela che oltre il 70% degli italiani si interessa di problematiche ambientali; gli scenari e le previsioni sul clima per il futuro ci offrono dati tutt’altro che confortanti; l’attività umana genera l’emissione, ogni anno, di 23 miliardi di tonnellate di CO nell’aria.

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Parlare di energia significa necessariamente preoccuparsi anche dell’impatto ambientale ad essa collegato. L’energia ha assunto ormai da diversi decenni un ruolo chiave nello sviluppo dei Paesi industrializzati. Assicurarsi le risorse energetiche e produrre energia significa accelerare i processi produttivi, sostenere l’economia.

Nell’anno della crisi economica diventa perciò impossibile non fare i conti col portafoglio: investire in fonti rinnovabili o continuare a fare affidamento sul petrolio ancora per diversi decenni?

Una centrale nucleare. Dal 1900 a oggi il nucleare ha rappresentato uno dei temi centrali del dibattito energetico.

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In particolare, l’Italia si sta impegnando a trovare un’efficace soluzione alternativa al combustibile fossile? Il nucleare rappresenta realmente un’ancora di salvezza per la produzione energetica del nostro Paese? È evidente che questi interrogativi non possano essere affrontati da punti di vista troppo superficiali.

In queste pagine verranno perciò riproposti i passaggi chiave della storia dell’energia; le sfide che l’umanità ha affrontato per arrivare a soddisfare il proprio fabbisogno energetico. Da Joule a Watt, passando per Einstein, conosceremo i personaggi che hanno permesso alla parola energia di assumere un ruolo centrale nella nostra vita di tutti i giorni.

Partendo dalle considerazioni storiche, sarà possibile analizzare gli aspetti cruciali del dibattito energetico del 2009, con lo sguardo rivolto al futuro.

Saranno discussi, senza entrare nel dettaglio, i vantaggi e gli svantaggi derivanti dal passaggio dal combustibile fossile alle fonti rinnovabili (solare, geotermico, eolico); l’impatto ambientale e le considerazioni etiche che da esso derivano; l’importanza che assume la tecnologia nell’ambito del dibattito energetico.

È evidente, sarebbero necessarie tantissime pagine per esaminare con completezza tutti questi aspetti. Tuttavia ci limiteremo a porre le basi ed i punti di partenza per un’analisi più approfondita.

Storia dell’energia

L’energia dall’Ottocento a oggi. Tappe fondamentali

Già agli inizi del XIX secolo, con la Rivoluzione industriale si assiste in Europa ad un incremento notevole della produzione economica. Il lavoro in fabbrica assume rapidamente un ruolo centrale nella vita sociale ed economica delle capitali europee e l’esigenza del capitalismo di ottimizzare la produzione è accompagnata spesso da grossi investimenti nei settori delle nuove tecnologie.

È nel 1619, ad utilizzare la prima accezione moderna del termine energia.

Johannes Keplero

Ma bisognerà aspettare la prima metà dell’Ottocento per stabilire il concetto fisico di energia: “la capacità di un sistema di produrre lavoro”.

Un modello di motore a vapore. Grazie ad esso, il carbon fossile diventerà la prima fonte di energia.

Il perfezionamento della macchina a vapore, opera di James Watt nel 1769, e la sua diffusione in larga scala grazie all’applicazione nei mezzi di trasporto (tra cui navi e locomotive) saranno due passaggi importantissimi che porteranno ad un rapido incremento della produzione di carbone.

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In pochi anni, la sua estrazione a livello mondiale diventa dieci volte superiore. L’Inghilterra, grazie ai suoi giacimenti, ne è la principale produttrice, non a caso patria della Rivoluzione Industriale.

Alle ricerche nei campi della meccanica si affiancano gli studi fisici: Alessandro Volta nel 1799 brevetta la pila, in grado di generare corrente elettrica.

James Joule, grazie ai suoi esperimenti nei primi anni dell’Ottocento, dimostra che l’energia in un sistema termodinamico si conserva e che anche il calore è una forma di energia. In suo onore, l’unità di misura dell’energia è il joule (N m).

Attorno al 1850 personalità del calibro di James Maxwell e Heinrich Hertz portano avanti importanti studi sull’elettromagnetismo.

Pochi anni prima Thomas Edison perfezionava il funzionamento della lampadina a incandescenza, di cui esistevano già alcuni progetti (tra cui quello dell’italiano Alessandro Cruto).

Nel 1895 il premio Nobel per la fisica Wilhelm Röntgen scopre i raggi X; tale scoperta sarà molto importante, negli anni seguenti, per lo sviluppo del nucleare, grazie al contributo dei coniugi Curie alcuni anni dopo.

Il ventesimo secolo segna la svolta più importante nella storia dell’energia.

Il brevetto, sviluppato dagli italiani Eugenio Barsanti e Felice Matteucci nel 1853, del primo motore a combustione interna funzionante (oggi chiamato motore a scoppio) fa lievitare la domanda di miscela liquida di idrocarburi già nota nell’antica Grecia, petrolio.

L’ampia diffusione del motore a scoppio avviene di pari passo con lo sviluppo di un’industria petrolifera per l’estrazione e la raffinazione; le benzine, prodotti della distillazione del petrolio, costituiscono i carburanti necessari per il suo funzionamento.

Lentamente il petrolio andrà a soppiantare il carbone e diventerà una delle principali materie prime nel mondo. La sfida per il controllo delle risorse petrolifere sarà una tra le più importanti del XX secolo.

Cause economiche dei conflitti militari

La Prima Guerra Mondiale rappresentò un banco di prova importante per le grandi potenze europee per garantirsi l’accesso al petrolio. Le potenze dell’Intesa potevano contare infatti sul controllo di molte regioni del Medio Oriente ricche di giacimenti.

L’Inghilterra in particolare utilizzava la nafta, derivato del petrolio, per alimentare i potenti motori della Royal Navy. La minaccia tedesca ai protettorati inglesi e russi in Persia contribuì allo scoppio del conflitto.

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La Grande Guerra richiese un dispiegamento di mezzi nettamente superiore ai precedenti conflitti. Le industrie, i macchinari, le flotte, ma in generale tutto il settore dell’industria pesante contribuì fortemente al progresso energetico.

Nonostante la Guerra, tuttavia, un contributo fondamentale a questo progresso fu apportato da due personalità importantissime: Max Planck e Albert Einstein.

La teoria dei quanti e quella della relatività, introdotte rispettivamente dai due scienziati tedeschi, rappresentano i pilastri della fisica moderna.

In particolare Einstein introdusse il concetto di particella di energia, che Lewis successivamente coniò col termine fotone, e scoprì l’equivalenza tra massa ed energia.

Albert Einstein, considerato tra i più grandi fisici di tutti i tempi.

L’equivalenza è sintetizzata dall’ormai nota formula E = mc².

Questa scoperta gettò le basi scientifiche per la ricerca sull’energia nucleare. Einstein intuì infatti uno stretto legame tra l’equivalenza di massa-energia e la radioattività (emissione di energia spontanea da parte di alcuni elementi).

Egli ipotizzò anche che le stelle producessero luce attraverso reazioni che dipendessero da questo principio.

Nel frattempo il Pianeta è sconvolto da un altro evento drammatico: la Seconda Guerra Mondiale.

Il dramma della bomba atomica

Le teorie di Einstein furono riprese dal fisico italiano Enrico Fermi.

Trasferitosi in America a causa del conflitto mondiale, convinse l’allora Presidente degli USA Roosevelt a finanziare un progetto di ricerca sul nucleare, temendo che la Germania di Adolf Hitler avesse già iniziato degli studi a riguardo.

Nel dicembre 1942 l’equipe di Fermi riuscì ad ottenere la prima reazione artificiale di fissione nucleare, utilizzando l’isotopo 235 dell’uranio.

Si giunse alla conclusione che era possibile realizzare una bomba che sfruttasse tale reazione.

Il governo USA finanziò il Progetto Manhattan per effettuare ulteriori ricerche; nel 1945 venne testata la prima bomba atomica in New Mexico.

Meno di un mese dopo il neo-eletto Presidente degli Stati Uniti Harry Truman diede ordine di sganciare due bombe atomiche sulle città giapponesi di Hiroshima e Nagasaki.