Produzione dell'energia

LA PRODUZIONE

DELL’ENERGIA

Da dove arriva e dove ci porterà l’energia che utilizziamo

a

Francesco Cancelliere, 5 A A.S. 2010-2011

LA PRODUZIONE DELL’ENERGIA

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LA PRODUZIONE DELL’ENERGIA

INDICE

LA PRODUZIONE DELL’ENERGIA.............................................................................................1

Da dove arriva e dove ci porterà l’energia che utilizziamo 1

INTRODUZIONE..............................................................................................................................4

L’ENERGIA........................................................................................................................................4

I COMBUSTIBILI FOSSILI.............................................................................................................5

Automobili ed effetto serra 6

Le riserve di petrolio 7

L’ENERGIA NUCLEARE.................................................................................................................8

Le centrali Elettronucleari 9

Risvolti ambientali ed economici 10

Futuro del Nucleare 12

LE ENERGIE RINNOVABILI.......................................................................................................13

L’Energia Solare 14

Solare Fotovoltaico15

Fotovoltaico in Italia e nel Mondo17

Solare Termico 18

L’Energia Eolica 19

L’Energia Geotermica 21

L’Energia Idroelettrica 22

CONCLUSIONI...............................................................................................................................23

BIBLIOGRAFIA..............................................................................................................................25

SITOGRAFIA...................................................................................................................................25

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LA PRODUZIONE DELL’ENERGIA

INTRODUZIONE

Il problema legato alla produzione dell’energia ha portato nel corso degli anni a parecchi dibattiti.

Ogni forma di energia, da quella derivata dai combustibili fossili alle rinnovabili, passando per il

nucleare, ha vantaggi e svantaggi. Il mio obiettivo è stato quello di effettuare una ricerca sulle varie

forme di energia, valutando i vantaggi energetici, gli impatti ambientali ed economici che esse

comportano.

Questa “curiositas” è nata dal desiderio di informarmi per valutare cosa votare al referendum del

12-13 giugno sul nucleare, e dalla decisione di frequentare la facoltà di Ingegneria Energetica

all’Università.

L’ENERGIA

L’energia è la grandezza fisica che esprime l’attitudine di un corpo a compiere lavoro. Le fonti

energetiche sono entità in grado di liberare una certa quantità di energia, permettendo quindi

l’effettuazione di un lavoro.

Le forme di Energia sono innumerevoli: si può parlare di energia meccanica, elettrica, termica,

nucleare ecc.

Il problema legato alla produzione di energia a cui accennavo sopra, è dovuto al principio di

conservazione, secondo il quale non è possibile creare energia, ma solo trasformarla.

Da dove dunque prelevare l’energia necessaria, e trasformarla in forme utili alla vita quotidiana?

In natura ogni corpo possiede energia, ma per renderla disponibile all’uomo, questa energia deve

essere trasformata in forme nelle quali può essere facilmente trasportata e utilizzabile. Nell’attuale

fase della tecnologia, la forma energetica più facilmente trasportabile è quella elettrica.

La società umana quindi cerca di trasformare le fonti di energia in energia elettrica, in modo che

questa possa essere resa disponibile in tutti i territori, e possa essere utilizzata per i più comuni

scopi: riscaldamento, luce, ecc.

Oltre all’energia elettrica, altre forme di energia vengono utilizzate, come, per esempio, l’energia

chimica della benzina o del gasolio per far muovere le automobili.

Le fonti energetiche che vengono maggiormente utilizzate sono i combustibili fossili (carbone,

petrolio, ecc..), l’energia nucleare e le cosiddette energie rinnovabili. Pagina 4

LA PRODUZIONE DELL’ENERGIA

I COMBUSTIBILI FOSSILI

I combustibili sono sostanze che con l’ossigeno dell’aria danno luogo a reazioni esotermiche, ossia

con produzione di calore: in pratica sono combustibili le sostanze che bruciano.

I combustibili fossili derivano dalla trasformazione di sostanze organiche in forme più ricche di

carbonio: il carbone, il petrolio e il gas naturale. In passato come fonte di energia era molto usato il

carbone, ma oggi si preferiscono il petrolio e il gas naturale. Questo perché queste sostanze sono più

facili e meno costose da trasportare: esistono infatti oleodotti e metanodotti che si estendono per più

di 3000km, aumentando notevolmente la velocità di trasporto rispetto al carbone.

Nelle centrali termoelettriche si sfruttano questi combustibili per produrre energia elettrica: i

combustibili vengono bruciati, riscaldando l’acqua che si trasforma in vapore. Il vapore muove la

turbina e l’alternatore, il che permette la generazione di energia elettrica.

Il camino serve ad emettere nell’atmosfera i fumi dovuti alla combustione.

Figura 1-Schema di una centrale Termoelettrica Pagina 5

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Automobili ed effetto serra

Un'altra applicazione fondamentale per la società attuale è la produzione di energia per il

movimento. La maggior parte delle automobili funzionano a benzina, derivata dal petrolio, e con

motori a combustione interna. Il carburante viene bruciato, l’energia termica viene trasformata in

energia meccanica che permette il movimento della macchina. Come nelle centrali termoelettriche,

la combustione provoca una produzione di gas inquinanti.

Infatti i combustibili sono formati da atomi di carbone ed ossigeno: per questo, una volta bruciati,

emettono nell’aria CO, e CO2, CH4 e NOX. Questi gas sono i principali responsabili dell’effetto

serra, ossia il fenomeno per il quale la terra trattiene parte del calore proveniente dal sole.

L’effetto serra è un processo naturale, senza il quale peraltro non ci potrebbe essere vita sulla terra:

la temperatura media terrestre è infatti di 15°, contro i -18° che si avrebbero senza effetto serra.

Negli ultimi secoli la quantità di gas serra emessi nell’aria è aumentata in maniera esponenziale: in

180 anni l’anidride carbonica è aumentata di circa il 30%. La concentrazione di anidride carbonica è

rimasta invariata fino ai primi dell’800, ed era di 270ppm (parti per milione). Nel 2006 ha raggiunto

le 330ppm, nel 2010 le 390ppm: dai primi del ‘800 al 2006 c’è stato un aumento pari a quello tra il

2006 e il 2010. Le automobili, le centrali termoelettriche e gli impianti industriali sono i maggiori

responsabili di questo aumento.

Tutto questo ha portato al cosiddetto global warming, ossia un aumento della temperatura media del

pianeta: secondo uno studio delle Nazioni Unite, negli ultimi cento anni la temperatura media

terrestre è aumentata di 0.5°, e il processo è in continuo aumento.

Un’altra teoria afferma che a causa del riscaldamento globale le calotte polari potrebbero

sciogliersi, andando a raffreddare le correnti del golfo del Messico portando a un raffreddamento

delle acque e favorendo la glaciazioni di grandi aree.

La luce invece è in diminuzione: un gruppo di ricercatori dell’Università di S.Diego ha dimostrato

come negli ultimi 30 anni la luminosità media della terra è diminuita del 10%, con alcuni picchi

(Hong-Kong) del 30%. La diminuzione della luce è causata dalle quantità di raggi che non riescono

ad attraversare l’atmosfera: ciò è dovuto all’inquinamento provocato dai gas serra e dal particolato,

ossia dalle polveri sottili. Pagina 6

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Le riserve di petrolio

I combustibili fossili hanno inoltre un altro problema, oltre a quello dell’emissione di gas

inquinanti: non sono infiniti.

Il petrolio viene estratto con ritmi di 80 milioni di barili al giorno, pari a 29 miliardi di barili

all’anno. Il consumo mondiale di energia è in continuo aumento, e così anche i milioni di barili

estratti.

Le riserve mondiali di petrolio si stimano essere intorno 2100Gbo (Giga barrels of oil, ossia miliardi

di barili di petrolio), considerando le 1200Gbo certe e le 900Gbo stimate di siti non ancora scoperti.

Basta fare una semplice divisione tra i miliardi di barili rimasti e i consumi annui per capire che le

riserve di petrolio dureranno, se i consumi pro-capite rimarranno costanti, fino al 2080

(2100Gbo/30Gbo=70).

Inoltre l’occidentalizzazione di paesi quali la Cina porterà ad un aumento sostanziale del consumo

di petrolio: si pensa possa passare dai 6 milioni di barili al giorno del 2006 ai 30 milioni di barili nel

2025, il che accelererà ancora di più i tempi in cui il greggio si esaurirà.

. Figura 2-La curva di Hubbert descrive l'andamento del petrolio disponibile.

Il picco di Hubbert, ossia l’avvenuta estrazione di metà del petrolio presente sulla terra è previsto da

questo grafico intorno al 2005: altri grafici prevedono questo picco tra il 2008 e il 2020. Ciò che

però è evidente è che non è lontano il giorno in cui bisognerà fare a meno del petrolio. Pagina 7

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L’ENERGIA NUCLEARE

L’energia nucleare è la forma di energia che si manifesta durante le trasformazioni del nucleo

atomico.

Gli studi relativi all’energia nucleare sono iniziati alla fine del ‘800, ed hanno portato come prima

applicazione alla costruzione della bomba atomica. Più avanti si è pensato di utilizzare l’energia

derivante dalla scissione dei nuclei atomici per ricavare energia elettrica.

I metodi potenziali per ottenere energia dalla trasformazione di un atomo sono due: la fissione e la

fusione. La fusione è l’unione di due atomi per formarne un terzo di massa superiore, ed è il

processo che avviene nel sole e nelle stelle: per esempio due atomi di trizio e deuterio si uniscono

per formare elio. La fissione è la rottura del nucleo di un atomo: l’atomo viene bombardato da

alcuni neutroni che rompono il suo nucleo, formando due atomi di massa minore.

Figura 3-Fissione Nucleare Figura 4-Fusione Nucleare Pagina 8

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Le centrali Elettronucleari

Attualmente è possibile ottenere solo la fissione nucleare: le centrali nucleari si basano proprio su

questo processo.

Il materiale che viene utilizzato è l’isotopo 235 dell’Uranio, presente in natura per lo 0,7%

dell’Uranio totale: infatti deriva dall’Uranio238, i cui tempi di dimezzamento sono di 4 miliardi di

anni. Per poter essere utilizzato nelle centrali, l’Uranio deve quindi subire un trattamento, volto a

aumentare la percentuale come detto bassa di Uranio 235. La percentuale dell’isotopo 235 nelle

barre dei reattori è del 3,5%.

L’Uranio così arricchito può quindi dare luogo a fissioni nucleari: il suo nucleo si scinde in due

parti, generando un atomo di bario e uno di krypton (generalmente, ma possono anche formarsi

cesio e rubidio, selenio e cesio oppure altre coppie di elementi). Oltre a ciò si generano tre neutroni,

e si perde lo 0,1% di massa. Proprio questa massa persa genera energia, seguendo la legge di

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Einstein: E=mc , in cui E è l’energia liberata, m la massa e c la velocità della luce. Per ogni kg di

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Uranio si perde 1 grammo di massa, e si genera un energia di 25*10 kWh.

In una centrale nucleare, i tre neutroni si scontrano con altri atomi di Uranio, dando origine ad una

reazione a catena. Questa viene controllata da alcune barre di cadmio o boro, per evitare di perdere

il controllo della reazione e fondere il nocciolo, ossia tutto l’insieme delle barre di Uranio e di

controllo contenute in un guscio di cemento armato.

Figura 5-La centrale possiede due circoli di acqua chiusi, più un sistema di raffreddamento. La reazione nucleare

scalda l’acqua che a sua volta scalda altra acqua trasformandola in vapore, il quale fa muovere la turbina e

l’alternatore. Pagina 9

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Risvolti ambientali ed economici

A prima vista, il nucleare sembrerebbe risolvere tutti i problemi: energetici, ambientali ed