Energia rinnovabile in Italia

Sono da considerarsi energie rinnovabili quelle forme di energia generate da

fonti che si rigenerano o non sono "esauribili" nella scala dei tempi "umani".

Denominate anche “fonti di energia alternativa”, si tratta soprattutto di solare,

geotermico, biomasse, eolico e idroelettrico.

Il fabbisogno energetico italiano dipende, oggi, solo per il 16% da fonti di energia

rinnovabile.

Tuttavia, l'aumento continuo del prezzo del petrolio e la necessità di ridurre le

emissioni di gas serra, hanno portato numerosi scienziati, ingegneri, economisti e

politici a lanciare una campagna a favore delle energie rinnovabili.

Per Carlo Rubbia, premio Nobel per la Fisica nel 1984,

la prima fonte di energia resta il solare. Come ha spiegato in

una recente intervista:

“Una superficie ben soleggiata di 200 chilometri

quadrati potrebbe produrre da sola l'energia equivalente

a quella prodotta da tutte le fonti fossili del pianeta”.

Le regioni italiane che potrebbero essere vocate a

sfruttare l'energia solare sono quelle del Sud e le isole,

dove “ sarebbe possibile produrre energia con fonti rinnovabili al 100%”.

La Toscana, il Lazio e la Campania potrebbero sfruttare il geotermico, mentre tutta

la penisola potrebbe sfruttare le biomasse perchè ci “sono 300 mila ettari non

utilizzati dove si potrebbero coltivare piante non ad uso alimentare ma solo per la

produzione di energia”.

ENERGIA SOLARE

All'interno del Sole, attraverso reazioni nucleari, nuclei di idrogeno si fondono

insieme, formando nuclei di elio: in questo processo si ha una leggera perdita di

massa, che si trasforma in energia radiante. L’energia prodotta nel nucleo migra

verso l’esterno.

La radiazione emessa è di due tipi: elettromagnetica e corpuscolare.

La prima si estende dai raggi X fino alle onde radio; la gamma dello spettro

visibile corrisponde al circa il 50% dell'intera energia emessa dal Sole e raggiunge

la superficie terrestre in 8 minuti e mezzo illuminandola e riscaldandola. Le

radiazioni ultraviolette, invece, non raggiungono, se non in minima quantità, la

superficie terrestre. Infatti, l'ultravioletto viene assorbito dall’atmosfera.

La radiazione corpuscolare, costituita da ioni (per lo più di Idrogeno) e da

elettroni, dà luogo al "vento solare". Infatti le particelle della zona più esterna 2

del Sole possiedono sufficiente energia cinetica per sfuggire all’attrazione

gravitazionale della stella e disperdersi per tutto il sistema solare.

Il vento solare che raggiunge il nostro pianeta è assai rarefatto, ma interagisce

con lo strato esterno dell’atmosfera provocando disturbi delle trasmissioni radio a

grande distanza e dando origine alle aurore polari.

L’energia prodotta dall’attività solare è stimata in 5,2x10 chilocalorie al minuto.

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Si tratta di un’enorme quantità di energia, ma la Terra, a causa della notevole

distanza che la separa dal Sole, ne riceve una frazione estremamente piccola. Al

limite superiore dell’atmosfera, su ogni cm di superficie ideale perpendicolare

2

alla direzione della radiazione giungono mediamente 2 calorie al minuto, con

piccole variazioni provocate dall’andamento del fenomeno delle macchie solari e

dalla variazione della distanza Terra-Sole. Questa quantità, detta costante

solare, ha una propria unità di misura: il langley, che corrisponde a 1 cal/cm .

2

Di questa energia, solo una parte raggiunge la superficie della Terra:i gas

dell’atmosfera e le nubi ne assorbono il 18%, il 31% è eliminato con la rifrazione

atmosferica di pulviscolo e vapore acqueo, mentre il 51% riesce ad arrivare fino

alla superficie del pianeta. Quest’ultima è la radiazione globale, che in parte

raggiunge il suolo sotto forma di raggi solari diretti (radiazione diretta), in parte

come luce diffusa dall’ aria, dalle nubi e dal pulviscolo (radiazione diffusa).

Anche la superficie terrestre a sua volta riflette una piccola parte, circa il 4%, della

radiazione solare. In conclusione, la radiazione effettiva, cioè l’energia che

viene realmente assorbita dal pianeta, ammonta al 47% della radiazione solare

originaria. 3

Per misurare le ore di insolazione diretta, cioè

durante le quali il disco solare non è coperto da

nubi, già dalla metà del 1800 si usava un

apparecchio chiamato eliofanografo.

I raggi solari, attraverso la sfera di cristallo pieno,

bruciano una striscia di carta sensibile posta su una

guida sottostante, orientabile in rapporto alla

latitudine.

Riportata qui sotto c'è una mappa della radiazione solare che arriva sulla

superficie terrestre. I numeri indicano quanta energia arriva, mediamente, su un

metro quadrato di terreno orizzontale. In Italia arrivano circa 1400 Kilowattora per

metro quadro all'anno, con punte fino a 1700 nelle zone costiere del Sud. Ciò

significa che in media (tra giorno e notte, inverno ed estate, nuvole e bel tempo),

su un metro quadrato, arrivano 160 Watt ogni ora. Questa energia luminosa può

essere convertita in energia elettrica con i pannelli fotovoltaici con un'efficienza

intorno al 10% ed in calore con gli impianti solari termici con un'efficienza tra il 30

ed il 60%.

L’energia solare è la fonte di energia più diffusa, disponibile ovunque e in quantità

che sono, almeno in teoria, largamente superiori ai fabbisogni energetici. La sua

utilizzazione, tuttavia, pone problemi tecnici ed economici complessi, legati alla

bassa densità energetica della radiazione solare, alla sua discontinuità

(dovuta all’alternanza tra ore diurne e notturne, ma anche al ciclo delle stagioni),

alla sua aleatorietà (determinata dalle mutevoli condizioni meteorologiche) e, 4

infine, al valore modesto dei rendimenti di conversione. L’insieme di questi

fattori determina un divario notevole tra le capacità potenziali di sfruttamento

dell’energia solare e le possibilità pratiche di impiego.

SOLARE TERMICO

La conversione dell’ energia della radiazione solare in calore è uno dei modi più

conosciuti e sfruttati per utilizzare l’energia solare. I parametri chiave per il

progetto di un impianto solare sono la temperatura, la latitudine e le

caratteristiche della superficie assorbente.

L’applicazione più comune è il collettore solare termico, ovvero una lastra

metallica dalla superficie annerita. Esposto al sole, assorbe calore e lo cede al

fluido che viene fatto circolare all’interno dell’impianto. Esistono impianti ad aria,

impianti ad acqua e impianti ad altro fluido.

In base al tipo di moto del fluido si dividono tra attivi e passivi, ossia sistemi in

cui la circolazione dell’acqua può avvenire per effetto dell’azione di una pompa

(sistemi attivi o a circolazione forzata) o per circolazione naturale, sfruttando i

moti convettivi naturali (sistemi passivi). Tali moti si instaurano nei fluidi a causa

della differenza di temperatura di masse adiacenti: le masse calde, dotate di

minor densità, tendono a salire al di sopra di quelle più fredde.

Esistono due tipi di impianti: a bassa e ad alta temperatura.

Nel primo caso si usano pannelli solari piani,

sensibili sia alla luce diretta che a quella diffusa, che

permettono la produzione di acqua calda e il riscaldamento

di edifici.

Nel secondo caso, meno comune, si usano sistemi di specchi

parabolici che catturano e immagazzinano energia in un fluido

salino. Tale energia viene poi utilizzata per azionare turbine e

quindi generatori di elettricità. Si tratta del solare

termodinamico a concentrazione. La temperatura raggiunta è

maggiore rispetto agli specchi piani e l’energia si può

accumulare sotto forma di calore per giorni, così da essere

impiegata quando realmente serve. 5

Gli impianti termodinamici sono ideali per la produzione di elettricità su larga

scala, rimpiazzando così le centrali termiche convenzionali senza cambiamenti

della struttura della rete. Essi sono già presenti in California e in Spagna, ed entro

il 2009, anche a Siracusa entrerà in funzione una centrale di questo tipo.

Si tratta del primo prototipo del progetto Archimede di Carlo Rubbia, secondo

cui tale tecnologia verrà applicata in futuro anche in Calabria, Puglia e Lazio.

Il progetto è così chiamato, perché il fisico sembra essersi ispirato a quanto

accadde a Siracusa nel 212 a.C., quando Archimede utilizzò degli specchi per

concentrare i raggi del Sole sulle navi romane che assediavano la sua città.

Rispetto a tale progetto gli esperti si dividono: c’è chi sostiene che i costi sono

troppo alti e c’è chi è ottimista e ritiene che questo nuovi impianti faranno

dimenticare l’ insuccesso di Adrano. Infatti, la prima esperienza italiana nel solare

termodinamico è stata realizzata agli inizi degli anni ottanta con la costruzione di

una grande centrale ad Adrano, in provincia di Catania. L’ impianto siciliano ha

inghiottito molti fondi e prodotto poca energia, ma nel frattempo le tecnologie si

sono evolute.

FOTOVOLTAICO

Nel fotovoltaico si sfrutta la proprietà di alcuni materiali

semiconduttori, opportunamente trattati, di generare

energia elettrica se colpiti dalla radiazione solare.

Un dispositivo fotovoltaico è in grado di trasformare

direttamente la luce solare in energia elettrica,

sfruttando il cosiddetto effetto fotoelettrico.

L'effetto fotoelettrico è noto dalla fine dell'800, ma la sua

spiegazione risale al 1905 ad opera di Albert Einstein

che per questo motivo ottenne nel 1921 il premio Nobel.

La faccia esposta al raggio solare viene

drogata generalmente con piccole

quantità di fosforo, mentre la faccia

opposta viene drogata con atomi di boro.

Questa procedura permette di generare

Il dispositivo che opera la conversione energetica è detto cellula fotovoltaica,

una differenza di potenziale fra le due

generalmente di forma quadrata e superficie di 100 cm .

2

facce esterne del foglio. La zona

Può essere descritta come un “foglio” di spessore molto piccolo, generalmente

compresa tra le due facce (giunzione)

di silicio, le cui proprietà elettriche vengono modificate tramite l’impiego di

diventa sede di un forte campo elettrico.

sostanze “droganti”, che cioè si inseriscono tra gli atomi di silicio

A questo punto, quando la parte esterna

modificandone la struttura chimica e, di conseguenza, il “comportamento

(cioè esposta alla radiazione solare) della

elettrico”. cella fotovoltaica viene colpita da un

fotone si genera un flusso di elettroni, e

quando la cella è collegata ad un 6

utilizzatore, queste cariche danno luogo

ad una circolazione di corrente elettrica.

Più celle assemblate insieme (di norma 36) formano un modulo fotovoltaico,

che eroga una potenza di 40-50 W. I moduli montati su strutture di sostegno sono

detti pannelli, vengono orientati lungo l’asse Est-Ovest e inseguono il moto

apparente del Sole ruotando attorno al loro asse.

Accanto al generatore, occorre prevedere un sistema di accumulo (in genere

costituito da batterie simili a quelle utilizzate per le auto), per soddisfare la

richiesta di energia durante le ore notturne.

Nel mondo esistono anche impianti in cui l’elettricità in più prodotta durante il

giorno dagli impianti fotovoltaici è inviata tramite linee di corrente a siti di

stoccaggio ad aria compressa vicino alle città, che durante la notte producono

elettricità da destinare al consumo.

In questi progetti, l’elettricità entrante alimenta motori e compressori che

pressurizzano l’aria e la inviano in caverne vuote, miniere o falde acquifere. Una

volta rilasciata, l’aria viene riscaldata bruciando piccole quantità di gas naturale; i

gas ad alta temperatura in espansione muovono turbine che generano elettricità.

Un esempio di tale tecnologia si trova in Alabama.

In Italia attualmente esistono tre centrali

fotovoltaiche collegate alla rete di

distribuzione.

La centrale di Serre, in provincia di Salerno,

è la più grande centrale fotovoltaica

europea.

Breve storia del fotovoltaico

 Nell'aprile del 1954 fu annunciata alla stampa la scoperta da parte dei

Laboratori della Bell (Stati Uniti) della prima cella fotovoltaica al silicio.

 La grossa spinta allo sfruttamento dell'energia solare venne dall'industria

aerospaziale, con l'inizio della corsa allo spazio verso la fine degli anni