L'energia pulita

L’energia pulita

Le possibilità delle fonti di energia alternativa

di Alberti Ruggero

Anno scolastico 2007/2008 • Liceo scientifico statale A. Tosi • Busto Arsizio

Indice

Premessa: l’energia! 4

Energia e sviluppo 4

Combustibili fossili e CO2 5

Una possibile soluzione: l’energia pulita 7

Premessa seconda filosofica: il paradigma! 8

Una questione di paradigma: logica di dominio, Natura e Leopardi 8

La fiamma antica: l’energia geotermica! 10

Cenni storici e sviluppo nel mondo 10

Principi 11

Modalità di sfruttamento 11

Svantaggi 13

Vantaggi 14

The answer is blowin’ in the wind: l’energia eolica! 15

Cenni storici e sviluppo nel mondo 15

Principi 15

Modalità di sfruttamento 16

Svantaggi 20

Vantaggi 21

Andando nel sole che abbaglia: l’energia solare! 23

Cenni storici e sviluppo nel mondo 23

Principi 24

Modalità di sfruttamento 25

Svantaggi 31

Vantaggi 31

L’energia pulita: una valida “alternativa”! 32

Energie alternative o integrative? 32

Strategie energetiche attente all’ambiente 33

Un cambio di paradigma: l’etica della responsabilità 34

Bibliografia! 36

Premessa: l’energia

Energia, sinonimo di potenza e vigore, è parola quasi magica e misteriosa: termine derivato dal greco “energheia” usato dal famoso Aristotele per indicare una forza in atto, è per la fisica moderna la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro. Una definizione apparentemente semplice che cela una realtà articolata e complessa.

Quanta importanza ha, infatti, l’energia nella nostra vita quotidiana? Molta, anzi moltissima: senza energia non ci sarebbe vita, nemmeno quella di ogni giorno! Scaldare ed illuminare le nostre case, andare a scuola o in palestra, anche in bicicletta oppure a piedi, richiede energia. Dovrebbero essere sufficienti questi pochi esempi, scelti tra tanti innumerevoli altri, così tanti da poter riempire decine di pagine...

Energia e sviluppo

Ancora di più l’energia gioca un ruolo fondamentale nella storia dello sviluppo umano, in quanto la possibilità di progresso è strettamente legata alla capacità dell’uomo di sopperire al proprio fabbisogno energetico. Due esempi possono chiarire quanto affermato.

Il primo ci porta in Inghilterra ai tempi della “rivoluzione industriale”, quando la società moderna muoveva i primi passi incerti. La nascita dell’industria, è noto, fu resa possibile da una geniale invenzione tecnologica, la macchina a vapore (la cui paternità è fatta erroneamente risalire all’ingegnere scozzese James Watt, che perfezionò in realtà un modello preesistente).

Questa macchina necessita di calore, così tanto calore che la legna da sola non può fornirlo se non bruciandone ingenti quantità. Che ne sarebbe stato, dunque, della portentosa macchina a vapore senza carbone? Non ci sarebbe stata abbastanza energia per alimentare i macchinari e, di conseguenza, nessuna rivoluzione industriale. Per fortuna l’Inghilterra era in possesso di grandi risorse di carbone e la storia ha seguito il corso che tutti conosciamo.

James Watt, l’ingegnere scozzese che perfezionò la macchina a vapore.

Il secondo esempio ci porta invece ad un discorso attualissimo riguardante le cause del sottosviluppo. Per “mondo sottosviluppato” si intende quell’insieme di paesi le cui popolazioni vivono in uno stato di grave miseria. In molti di questi, in particolare centro africani, l’impossibilità di dare avvio allo sviluppo è strettamente legata alla mancanza sul territorio di valide fonti energetiche che possano trainare un sistema economico di tipo industriale.

L’energia pulita - pag. 3 di 35

Lo sviluppo, dunque, richiede energia. Attualmente il fabbisogno energetico delle attività umane è per il 90% soddisfatto dai combustibili fossili (petrolio, gas naturale carbone), tra questi il petrolio supplisce al 45% della domanda totale. La questione energetica che l’umanità affronta oggi ha origine in questo sbilanciato utilizzo delle fonti energetiche.

Combustibili fossili e CO2

È preoccupazione comune che i combustibili fossili possano esaurirsi in tempi molto brevi. Un bel problema, in quanto la capacità di rinnovo di queste risorse è enormemente inferiore al loro tasso di consumo: gli attuali giacimenti petroliferi si sono formati mediante processi della durata di decine di milioni di anni, mentre l’uomo brucia più di 8200 Mtep (milioni di tonnellate equivalenti di petrolio) di idrocarburi. Se dovessimo rimanere senza combustibile il sistema economico mondiale si arresterebbe.

Tuttavia le previsioni sono rassicuranti e dicono che l’era del petrolio non finirà per mancanza di greggio. Le più recenti stime sulle riserve (cioè sulla quantità di petrolio di buona qualità effettivamente estraibile) e l’incessante progresso della tecnologia nel campo dell’estrazione ci rasserenano: probabilmente avremo greggio a sufficienza per sostenere i nostri consumi dei prossimi decenni.

Il problema vero in effetti è un altro: bruciare combustibili fossili per produrre energia immette nell’atmosfera una quantità per niente trascurabile di anidride carbonica (CO2). Per essere esatti le attività antropiche (trasporti, industria, produzione di energia, ecc.) producono ogni anno 23 miliardi di tonnellate di anidride carbonica. Una cifra impressionante.

Questo dato non può essere ignorato. L’anidride carbonica è un “gas serra”, come altri gas quali metano e ossido di azoto, presenti tuttavia in minore concentrazione nell’atmosfera.

L’energia pulita - pag. 4 di 35

Questi gas hanno la capacità di trattenere sulla Terra le radiazioni infrarosse, e con esse il calore, riflesse dalla superficie terrestre che altrimenti sfuggirebbero nello spazio. Quindi i gas serra si comportano proprio come i vetri di una serra, da cui, per l’appunto, il loro nome. Entro certi limiti, la loro presenza nell’aria è normale; la loro totale assenza trasformerebbe il nostro pianeta in una gelida sfera volante. Basti pensare alla Luna, il nostro satellite senza atmosfera, dove l’escursione termica tra la faccia illuminata e quella in ombra può raggiungere i 100° C.

La concentrazione attuale di gas serra, soprattutto di CO2, è però ben oltre i valori normali, e genera serie preoccupazioni: più questi gas si accumulano nell’atmosfera, tanto più il calore è trattenuto sulla superficie, alterando l’equilibrio energetico terrestre. Normalmente il flusso di energia entrante nell’atmosfera è in media uguale a quello uscente dalla stessa, mentre attualmente l’energia dispersa nello spazio aperto è inferiore a quella acquisita. Questo sbilanciamento si riflette in un aumento della temperatura media del pianeta con significativi cambiamenti climatici.

Cerchiamo di chiarire con qualche dato: nel corso degli ultimi 120 anni la temperatura media terrestre è aumentata di 0,6° C. Anche se si tratta di pochi decimi di grado, è una differenza significativa: solo un paio di gradi di scarto differenziano l’attuale temperatura da quella del periodo intermedio dell’ultima glaciazione di circa 20 mila anni fa.

Naturalmente altri fattori influenzano il riscaldamento globale, tuttavia tutti i recenti modelli di studio sottolineano l’impronta delle attività umane sul cambiamento climatico. In particolare evidenziano come l’aumento di temperatura sia legato all’incremento delle emissioni antropiche di gas serra nell’atmosfera.

Rappresentazione schematica dell’effetto serra

L’energia pulita - pag. 5 di 35

Una possibile soluzione: l’energia pulita

Ancora non siamo in grado di quantificare con certezza le ripercussioni che il cambiamento climatico potrà avere sull’economia mondiale. Le attività agricole, preponderanti nei paesi sottosviluppati, e quelle costiere legate al turismo, fonti rilevanti di introiti nelle economie dei paesi ricchi, potrebbero essere influenzate dalle modifiche climatiche in maniera irreparabile.

È necessario quindi un deciso intervento sulle emissioni di gas serra per cercare in qualche modo di arginarne gli effetti. Una possibile soluzione ci è offerta dalle forme di energia pulita, ovvero dallo sfruttamento di tutte quelle fonti di energia ad emissioni inquinanti nulle o limitatissime.

Nel nostro Paese la sola produzione di energia elettrica è responsabile del 30% delle emissioni di gas serra (dati ministero 2000), in quanto molte centrali sono alimentate da combustibili fossili. Invece le emissioni inquinanti di centrali energetiche pulite sono irrisorie, soprattutto se rapportate a quelle di una normale centrale a combustibili fossili. La soluzione al riscaldamento globale potrebbe essere, dunque, la parziale sostituzione delle normali centrali con altre più moderne che si basino sulle fonti energetiche pulite.

Intraprendere questo percorso, in salita e non privo di inconvenienti, non sarà facile. Ci proponiamo per questo di illustrare tre forme di energia pulita, nello specifico geotermica, eolica e solare, e di mostrarne in maniera schematica le tecnologie, il loro stato dell’arte, i vantaggi e gli svantaggi di una scelta “ecologica”.

L’energia pulita - pag. 6 di 35

Premessa seconda filosofica: il paradigma

Una questione di paradigma: logica di dominio, Natura e Leopardi

La penetrazione delle forme di energia pulita non incontra solo ostacoli tecnici ed economici, facilmente superabili, ma deve anche affrontare una mentalità consolidata. L’energia pulita deve sfidare il “paradigma illuminista” proprio dell’età contemporanea.

Se per paradigma intendiamo quell’insieme organizzato e consolidato di teorie, idee e concezioni sulla base delle quali si formula un giudizio sulla realtà per poi operare in essa o su di essa, è inevitabile definire “illuminista” il paradigma diffuso nella società moderna, estendendo notevolmente il significato di questo termine.

Era proprio dello spirito settecentesco dell’Illuminismo il tentativo di razionalizzare profondamente ogni aspetto dell’essere al fine di soggiogare il mondo e la Natura alla ragione umana; un obiettivo che l’uomo moderno persegue con ancora maggiore tenacia dei suoi antenati. Dunque il paradigma illuminista, come già affermò il filosofo Max Horkheimer, uno dei massimi esponenti della Scuola di Francoforte, è fortemente pervaso da una “logica di dominio” di cui la prassi del Mondo Occidentale non è che un riflesso.

Max Horkheimer, uno dei massimi esponenti della Scuola di Francoforte.

Questo estenuante sforzo trova il suo apice nella moderna società industriale: quando alla fine del XIX secolo furono scoperti i grandi giacimenti di idrocarburi, l’uomo pensò di avere ormai raggiunto la completa indipendenza dalla Natura.

L’incessante ricerca di nuova energia di qualità sempre migliore aveva da sempre costretto l’umanità a rivolgersi al Sole, al vento, alle biomasse (legna e scarti agricoli) o alla forza animale; in ultima analisi era la Natura a dettare tempi e ritmi della vita umana. Il carbone, infatti, non permetteva ancora all’uomo la totale indipendenza: era una materia prima dal basso rendimento e poco sfruttata.

Il petrolio invece era una risorsa dall’altissimo potere energetico le cui riserve parvero, al tempo, praticamente infinite. Un barile di petrolio. L’uomo poteva considerarsi ormai autosufficiente e dominatore: la Natura non doveva più soddisfare la sua domanda energetica.

L’energia pulita - pag. 7 di 35

Rinunciare a questa libertà e quindi superare la logica del dominio non sarà facile. Il primo ostacolo ad una più ampia diffusione delle fonti energetiche pulite e rinnovabili è proprio il loro legame di dipendenza dalla Natura: eolico, solare o geotermico comportano una parziale perdita di indipendenza dal ritmo naturale.

L’“illuminista” moderno fatica ad accettare una simile condizione, è portato a dominare la Natura e vede in lei più che una madre un’odiosa matrigna. Già il grande Leopardi, il cui originalissimo pensiero ha punti di contatto con la cultura illuminista settecentesca, descriveva il rapporto uomo-natura in questi termini.

L’uomo moderno sembra proprio il famoso islandese dell’operetta leopardiana, simbolo di un’umanità che cerca di fuggire dalla Natura in ogni modo. Tuttavia Leopardi, scrivendo quella famosa operetta, ha voluto descrivere il rapporto tra umanità e ambiente avendo ben presenti le limitate possibilità della società di inizio ‘800 di condizionare e controllare la natura.

La società moderna, invece, ha molti più strumenti per influenzare l’ambiente: la scienza e la tecnica ci forniscono le conoscenze necessarie perfino per distruggere completamente la Terra in pochi istanti. Siamo di fronte ad un radicale cambiamento di prospettiva rispetto alla poetica di Leopardi: l’uomo è cresciuto e sembra un “figliastro” indisciplinato e irriconoscente dei doni che madre Natura gli ha offerto.

Giacomo Leopardi, uno dei più grandi letterati italiani.

Fortunatamente la cultura sta cambiando e in molti non pensano più da “illuministi”. Molte nazioni, tra cui paradossalmente proprio l’Islanda, hanno imparato a trovare nella Natura la risposta alle proprie esigenze, in particolare a quelle energetiche. L’uomo può sfruttare quelle risorse infinite che l’ambiente gli fornisce e proseguire il proprio sviluppo in modo sostenibile per il sistema Terra.

In Islanda lo sanno molto bene! In quel freddo paese il 99,9% dell’energia proviene da fonti energetiche rinnovabili, per il 27% da energia geotermica. L’Islandese leopardiano ha instaurato con la Natura una felice convivenza, senza cercare di fuggirla in ogni angolo del globo...

Cerchiamo ora di capire come si possano sfruttare le forme di energia pulita e rinnovabile, partendo, appunto, da quella geotermica.

L’energia pulita - pag. 8 di 35

La fiamma antica: l’energia geotermica

Cenni storici e sviluppo nel mondo

È tutto italiano il primo tentativo di utilizzare l’energia geotermica per produrre elettricità. Nel 1904 a Larderello, Toscana, il principe Piero Ginori Conti accese 5 lampadine mediante una dinamo trascinata da un motore alternativo spinto dal vapore proveniente da sorgenti geotermiche.

Il principe Piero Ginori Conti e il primo generatore funzionante con energia geotermica.

Dopo vari altri esperimenti, nel 1913 entrò in funzione la prima centrale geotermoelettrica al mondo, con un impianto da 250 kW di potenza. La centrale continuò a crescere raggiungendo i 127 MW nel 1944 quando venne distrutta a causa degli eventi bellici. Oggi la gestione dell’energia geotermica in Italia è affidata a Enel GreenPower che detiene le concessioni sull’intero territorio.

Dopo i primi impianti italiani, le centrali geotermoelettriche si sono diffuse nel mondo. Oggi i paesi che sfruttano maggiormente le risorse geotermiche sono Stati Uniti (2900 MW prodotti), Filippine (1900 MW), Messico (760 MW), Giappone (550 MW) e Indonesia (600 MW).

Questi paesi sono tutti limitrofi della cosiddetta “cintura del fuoco”, una vasta regione caratterizzata da intensa attività vulcanica.

L’Italia, con poco meno di 800 MW installati, è l’unico paese ad utilizzare il geotermico al di fuori di quella zona, mantenendo un ruolo di primo piano in Europa sia nell’ambito dello sfruttamento delle fonti geotermiche che dello sviluppo delle relative tecnologie. I principali impianti sono situati in Toscana, nelle aree di Pisa, Siena e Grosseto.

Ricordiamo che l’Islanda con i suoi 480 MW prodotti da fonti geotermali soddisfa il 27% del suo fabbisogno energetico.

Centrale geotermica di Larderello, Toscana

L’energia pulita - pag. 9 di 35

Zone geotermiche; fonte: www.enel.it

Principi

L’energia geotermica è associata al flusso di calore che continuamente risale dall’interno della Terra. Lungo i margini delle placche, dove è intensa l’attività sismica e vulcanica, e in zone caratterizzate da vulcanismo secondario il flusso di calore è più elevato che altrove a causa delle particolari caratteristiche geologiche.

In tali casi le rocce, anche a modeste profondità, sono così calde che l’acqua che vi circola viene riscaldata notevolmente, con temperature che variano dai 50-60° C fino ad alcune centinaia di gradi. A volte è trasformata in vapore e può risalire in superficie producendo soffioni o geyser, ma più spesso rimane intrappolata in profondità.

Lo sfruttamento di questi fluidi caldi consente la produzione di discrete quantità di energia.

Modalità di sfruttamento

Come è possibile sfruttare il calore imprigionato nella Terra? Anzitutto è necessario individuare una riserva geotermica, cioè quella parte delle risorse accessibile che può essere estratta a costi competitivi con le altre fonti energetiche, entro un futuro determinato.

Il primo passo consiste in un progetto di esplorazione della superficie di una data zona. Da qui si ricavano le informazioni necessarie per procedere con eventuali trivellazioni profonde, che rivelino, mediante pozzi, la presenza di fluidi idonei ad essere utilizzati per fini energetici.