Trasformazione dell'energia

Riccardo Comparelli III A SCIENZE

FONTI DI ENERGIA NELLA STORIA

L'uomo primitivo sfruttava solo i muscoli per adempiere alle proprie esigenze vitali.

Il primo vero passo significativo venne fatto quando cominciò a costruire strumenti

che amplificavano le sue forze.

L'energia elettrica dei fulmini accende in maniera naturale il fuoco: mezzo milione di

anni fa l'uomo preistorico impara prima a conservarlo e poi ad accenderlo egli

stesso, mediante la scintilla prodotta per sfregamento

di frammenti di selce: si inaugura l'era energetica del

legno. Il fuoco, dispensatore di calore ed energia, gli

permette di sopravvivere durante le glaciazioni, apre la

strada a nuove straordinarie scoperte e contribuisce

anche a migliorare le condizioni di salute. Gli effetti

non tardano a manifestarsi con un aumento della

popolazione.

All'incirca 5.000 anni fa l'uomo cacciatore comincia a coltivare la terra con l'aiuto di

animali che aveva addomesticato: questo processo di passaggio dalla caccia

all'agricoltura è detto rivoluzione neolitica e costituì, insieme alla padronanza del

fuoco, il vero cambiamento nella diffusione della specie umana sulla terra.

L'uso del fuoco non significò soltanto la

possibilità di scaldarsi e cuocere il cibo:

l'uomo imparò anche a cuocere l'argilla per

costruire recipienti, a fondere la sabbia per

produrre vetro, ad estrarre metalli dalle

rocce e forgiarli per fabbricare strumenti e

armi. 1/15

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Il lavoro degli uomini è stato per molti secoli la principale fonte energetica. Nella

lunga epoca dello schiavismo, organizzando gruppi disciplinati militarmente, si

riescono a realizzare vere e proprie "mega-macchine" ad altissima efficienza: si

costruiscono edifici monumentali, si muovono le macine dei mulini e gli argani, le

navi a remi solcano i mari. Nel Medioevo il grande sistema energetico muscolare va

in crisi: il prezzo degli schiavi è proibitivo e una forte crisi demografica provoca una

carenza di manodopera.

Grazie al potere e alle ricchezze della Chiesa, i monasteri diventano i centri

all'avanguardia nella cultura e nelle attività agricole e artigianali: qui vengono

realizzate delle macchine per produrre e utilizzare energia a partire dalle tre fonti di

energia disponibili: acqua (mulini, argani), vento (mulini, velieri), trazione animale.

L'enorme progresso tecnico-scientifico che si

realizza nel Rinascimento e nei secoli

successivi determina la trasformazione delle

vecchie botteghe artigiane in piccole industrie,

e aumenta la domanda di energia. Le ruote ad

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acqua si perfezionano, si moltiplicano, forniscono abbondante energia meccanica.

Tuttavia molte industrie richiedono anche energia termica, e per produrla c'è ancora

solo la legna e il carbone vegetale (suo derivato).

Il grande salto nei consumi energetici è avvenuto in coincidenza con un'altra

rivoluzione che fu determinata dall'invenzione della macchina a vapore, che

consentì di sfruttare sistematicamente e su larga scala l'energia prodotta dalla

combustione di una fonte non rinnovabile: il carbone.

L'Inghilterra del XVIII secolo è il "luogo economico" nel

quale avvenne la prima rivoluzione industriale, che pose

le basi del moderno modo di produzione delle merci. La

prima rivoluzione industriale fu una rivoluzione

energetica sia dal punto di vista culturale e scientifico che sotto il profilo pratico. 3/15

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Nel 1807 viene montata una macchina a vapore su una nave e nel 1825 una

locomotiva a vapore muove il primo treno. Con la diffusione delle macchine a

vapore aumentano le richieste di carbone: l'Inghilterra, grazie ai suoi grandi

giacimenti e alla facilità di trasporto, consolida le posizioni di avanguardia delle sue

industrie e vende carbone in quasi tutta Europa.

La storia energetica dell'uomo non si è fermata al carbone. Il 29 Agosto 1859 venne

scavato con successo a Titusville in Pennsylvania (Stati Uniti), il primo pozzo di

petrolio, ma bisognò attendere circa vent'anni perché qualcuno desse un sensibile

impulso alla ricerca e alla commercializzazione di questo combustibile.

Nel 1880 un industriale americano, John Rockfeller, fondò la Standard Oil, destinata

a diventare la prima grande compagnia petrolifera a livello mondiale. Quindici anni

più tardi, la sua attività fu favorita da un altro personaggio divenuto leggendario,

Henry Ford, che applicò il motore a scoppio alle prime automobili prodotte su scala

industriale, superando definitivamente la trazione a vapore e inaugurando l'era del

petrolio.

Inoltre rispetto al carbone, il petrolio e i sottoprodotti della sua raffinazione erano

più pratici da usare e più puliti: quindi, quando cominciò a diffondersi l'elettricità,

nella seconda metà del XIX secolo, il petrolio si propose come combustibile ideale

per produrre il calore necessario ad azionare le turbine a vapore, nelle centrali

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* *

termoelettriche , laddove non fosse possibile installare centrali idroelettriche . In

Italia le prime industrie tessili che sorgono al Nord (es. Villaggio Crespi d’Adda),

traggono la loro energia dalle centrali idroelettriche delle vallate prealpine. La

combustione del carbone prima, e del petrolio poi, forniranno l'energia per produrre

vapore acqueo nelle centrali termoelettriche.

La crescita industriale, la diffusione dell'automobile e l'uso dell'elettricità fecero

aumentare a dismisura la richiesta di energia in Europa e in USA finché non ci si rese

conto che le riserve mondiali dei combustibili fossili non erano illimitate e prima o

poi si sarebbero esaurite. Così iniziò ad intensificarsi la ricerca di nuove fonti di

energia. Fin dalla prima metà del 1900 sono emerse chiaramente le possibilità di

sfruttamento di altre forme di energia: l'energia nucleare*, l'energia solare*,

l'energia geotermica*.

Le fonti fossili hanno fornito energia per un periodo relativamente breve e

sembrano destinate a uscire di scena; la fissione nucleare ha mostrato numerosi e

gravi limiti energetici, economici ed ecologici (Giappone 2011).

Come potrà l'uomo in futuro soddisfare le proprie esigenze energetiche?

Lo sviluppo dell'umanità si è basato spesso sulle fonti rinnovabili e in particolare

*

sull'energia solare, energia eolica*, idrica* e delle biomasse e si spera che anche il

futuro sia basato su queste fonti con l'aggiunta della geotermia.

Ma per far ciò bisogna attuare importanti modifiche nel nostro modo di vivere e di

produrre. Sarà necessario passare dall'attuale modello di sviluppo caratterizzato da

grandi concentrazioni industriali e urbane e da grandi consumi ad un modello che,

basato sul risparmio di energia, faccia coincidere il benessere con la qualità dell'aria

che respiriamo, del cibo che mangiamo, del paesaggio che abbiamo intorno, del

lavoro che facciamo.

* Scheda dettagliata a fine testo 5/15

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SCHEDE TECNICHE

Centrale TERMOELETTRICA

Una centrale termoelettrica “tradizionale” utilizza i combustibili fossili, carbone, gas o petrolio, per

produrre energia elettrica che viene inviata nella rete elettrica nazionale.

Una centrale termoelettrica è generalmente composta da tre sezioni fondamentali:

• la caldaia che effettua la conversione dell’energia chimica contenuta nei combustibili in

energia termica del vapore;

• la turbina meccanica che converte l’energia termica del vapore in energia meccanica;

• l’alternatore che converte l’energia meccanica in energia elettrica.

La combustione di fonti fossili nelle centrali termoelettriche libera in atmosfera notevoli quantità

di anidride carbonica (CO ) e di altri gas ad effetto serra.

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Una centrale termoelettrica, può funzionare e produrre energia indipendentemente dai fattori

meteorologici.

In un impianto termoelettrico convenzionale solo il 38% circa dell'energia termica liberata dalla

combustione nella caldaia viene convertita in energia elettrica. Il restante 62% viene dissipato

nelle successive conversioni dell'energia (da chimica a termica, da termica a meccanica, da

meccanica a elettrica) e come calore residuo dei fumi della ciminiera e del vapore avviato alla

condensazione e recuperato come acqua calda da rimandare alla caldaia per un nuovo ciclo.

L'energia elettrica prodotta e immessa in rete viene trasportata, per mezzo di opportuni

elettrodotti, alle stazioni di trasformazione dove altri trasformatori la rendono disponibile alle

richieste delle varie utenze. 6/15

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SCHEDE TECNICHE

Centrale IDROELETTRICA

Si sfrutta l’energia dell’acqua acc diga) oppure fiumi per

umulata in un serbatoio (es. quella dei

azionare una turbina meccanica. La turbina meccanica è collegata ad un alternatore il quale

trasforma l’energia cinetica (di rotazione) della turbina in energia elettrica la quale

opportunamente trasformata, verrà immessa nella rete di distribuzione.

Lo schema impiantistico generale di un impianto idroelettrico comprende:

• un’opera di sbarramento dell’alveo del corso d’acqua a monte dell’impianto, costituita da

una traversa o una diga;

• una vasca di calma per la sedimentazione della sabbia trasportata dalla corrente;

• un canale di derivazione, che può essere in tutto o in parte in galleria;

• una o più condotte forzate che convogliano l’acqua alle turbine idrauliche;

• un impianto di produzione dell’energia elettrica, in cui sono installate uno o più gruppi

turbina-generatore;

• un canale di restituzione dell’acqua turbinata nell’alveo del corso d’acqua a valle

dell’impianto.

Le principali caratteristiche di un impianto idroelettrico sono:

• impatto ambientale;

• energia attualmente prodotta pari al 10% del fabbisogno di energia complessivo del Paese;

• potenziale a livello italiano quasi completamente sfruttato. 7/15

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SCHEDE TECNICHE

Energia NUCLEARE

Il primo reattore nucleare per la produzione di energia a scopo commerciale fu realizzato alla fine

del 1942in USA a Chicago da un gruppo di ricercatori italiani, tra cui Enrico Fermi, nel quadro di un

programma che mirava alla produzione di motori atomici per sommergibili e fu chiamato pila

atomica o reattore nucleare.

Le centrali nucleari producono energia elettrica sfruttando le proprietà di un elemento radioattivo,

l’uranio. Se questo metallo viene bombardato con un neutrone il suo nucleo si spezza in due nuclei

più leggeri. Da questa reazione detta fissione nucleare (cioè scissione del nucleo) si liberano una

notevole quantità di energia e altri neutroni che colpiscono a loro volta altri atomi di uranio. E’ una

reazione a catena che una volta innescata continua da sola liberando quantità sempre maggiori di

energia.

Durante le reazioni sono prodotte le cosiddette scorie radioattive, elementi che emettono

radiazioni anche per migliaia di anni, contaminando tutto ciò con cui vengono a contatto.

La produzione di energia con gli impianti esistenti basati sulla fissione nucleare comporta notevoli

rischi, legati alla possibilità di guasti, con conseguente emissione di sostanze radioattive, e al

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problema dello smaltimento delle scorie. Si spera che, soprattutto dopo i tragici incidenti nelle

centrali di Three Mile Island (USA, 1979), di Cernobyl (URSS, 1986) e di Fukushima (Giappone,

marzo 2011), molti Paesi modificheranno le proprie scelte nel campo nucleare. E’ recentissima la

dichiarazione del primo ministro giapponese di ripensare seriamente alla politica energetica del

Paese dopo il disastro nucleare a Fukushima Daiichi. Infatti da qui al 2030 saranno obbligatori sui

tetti dei nuovi edifici in costruzione del Giappone i pannelli fotovoltaici.

Negli ultimi sessant'anni è stato profuso un notevole sforzo teorico e sperimentale per mettere a

punto la fusione nucleare per generare elettricità e proprio nel gennaio 2011 a Bologna è stato

realizzato un innovativo processo di fusione nucleare fredda, utilizzando nichel ed idrogeno,

capace di produrre una energia incredibilmente superiore a quella utilizzata per creare la reazione.