Risorse rinnovabili

Il futuro dell’energia è nelle fonti rinnovabili perché i consumi energetici sono in continuo aumento nel mondo e le riserve di combustibili fossili sono destinate ad esaurirsi nel giro di alcuni decenni. Per fare fronte alle richieste energetiche attuali e dei prossimi anni è necessario perciò rivolgersi alle energie rinnovabili. Oggi soltanto una piccola parte della produzione energetica mondiale proviene da fonti rinnovabili, poiché il loro costo è ancora molto elevato.

L’energia idrica

L’acqua costituisce una fonte di energia utilizzabile per produrre movimento e quindi lavoro. Attualmente l’acqua è la fonte rinnovabile più sfruttata nel mondo e anche nel nostro paese. Oggi l’energia dell’acqua in caduta viene sfruttata nelle centrali idroelettriche dove provoca la rotazione di alcune grandi turbine elettromagnetiche che trasformano l’energia cinetica in energia elettrica.

L’energia eolica

L’energia eolica è quella del vento,cioè uno spostamento più o meno rapido di masse d’aria. Le barche a vela e i mulini a vento sono esempi di utilizzo diretto dell’energia eolica poiché coinvolgono solo energia cinetica,cioè di movimento. L’energia del vento può però essere trasformata in energia elettrica negli aerogeneratori,formati da gigantesche eliche montate su una torre e collegate ai dispositivi che trasformano l’energia cinetica in energia elettrica. In zone molto ventose del Nord Europa e degli Stati Uniti sorgono le wind farm, vaste estensioni coperte da un gran numero di aerogeneratori. Italia sono chiamati campi eolici e la loro realizzazione e ancora in fase sperimentale. La produzione di energia elettrica con aerogeneratori è possibile e conveniente nelle zone dove i venti mantengono direzione e intensità regolari e soffiano a più di 12 km/h per almeno 85 giorni l’anno.

Le biomasse

Le biomasse sono tutte le sostanze di origine biologica. Rientrano nella categoria delle biomasse materiali come il legno,la paglia,gli scarti dell’industria agroalimentare,i rifiuti organici degli allevamenti,ma anche la frazione organica dei rifiuti urbani (l’umido) e le alghe. Sono considerate fonti energetiche rinnovabili perché si riformano in tempi brevi. Il modo più semplice per ricavare energia dalle biomasse, e utilizzato fin dall’antichità,è quello di bruciarle per ricavarne calore. Possono anche essere trasformate con processi chimici e biologici per ottenere biocarburanti(biodiesel,etanolo,metano,ecc),utilizzabili sia per i mezzi di trasporto sia per alimentare centrali elettriche. Il tipo di processo e il tipo di biocarburante che se ne ricava dipendono dal materiale di partenza.

Il Sole è una fonte di energia inesauribile e pulita che può essere sfruttata in vari modi. Le tecnologie attuali che consentono di utilizzare l’energia solare si dividono in due grandi gruppi:Le tecnologie dette del solare termico e le tecnologie fotovoltaiche.
Le tecnologie fotovoltaiche consentono la trasformazione diretta dell’energia luminosa in energia elettrica. Si basano sull’effetto fotovoltaico,cioè sulla capacità di alcuni materiali,come il silicio ,di generare una corrente elettrica quando sono colpiti dalla radiazione solare. I panelli fotovoltaici possono essere di due tipi: - Grid-connected,cioè collegati alla rete elettrica, in modo che nelle ore in cui non c’è luce a sufficienza la rete elettrica copra la richiesta di energia. Si utilizzano anche per l’alimentazione elettrica di edifici di grandi dimensioni. - Stand alone,cioè impianti isolati. Sono di dimensioni inferiori e sono dotati di batterie che si caricano quando c’è luce ed erogano energia anche quando la luce non è sufficiente . Si utilizzano per piccole apparecchiature come lampioni stradali,stazioni di rilevamento e trasmissione dati,apparecchiature per il pompaggio dell’acqua. Nelle centrali elettriche fotovoltaiche una grandissimo numero di generatori fotovoltaici fornisce l’energia elettrica che viene immessa nella rete di distribuzione del’energia.
Le centrali elettriche solari più avanzate e che producono elettricità a costi inferiori sono di tipo termodinamico e sfruttano la radiazione solare per generare il vapore necessario ad azionare le turbine di un generatore. Sono impianti che occupano vaste superfici,situate in zone dove l’insolazione è abbondante tutto l’anno. Le torri solari a eliostati sono formate da una grande distesa di speciali specchi(chiamati appunto eliostati) che possono ruotare inseguendo i raggi del sole e che li riflettono su un ricettore montato in cima a una torre,al centro del sistema di specchi. Nella torre il calore solare e trasmesso a un fluido che lo accumula e con il quale si produce vapore che fa girare un turbo-generatore elettrico.
I concentratori parabolici lineari,invece,sono specchi disposti in file che raccolgono la radiazione solare e la concentrano lungo un solo asse focale. In corrispondenza dell’asse focale degli specchi è posizionato un lungo tubo ricevente:questo contiene un fluido termovettore che si riscalda e viene convogliato a una stazione di potenza localizzata al centro del sistema di specchi. Qui il calore solare è trasformato in vapore alo scopo di far funzionare un turbo-generatore elettrico.
Le tecnologie del solare termico invece producono calore(e non elettricità) e sono quindi utilizzate per il riscaldamento degli ambienti e per la produzione di acqua calda. Si basano sull’utilizzo di collettori di energia(pannelli solari)che riscaldano un fluido,generalmente acqua miscelata ad altre sostanze. Questo fluido è in grado di trattenere il calore accumulato e di cederlo poi all’acqua del’impianto idraulico dell’edificio o di quello di riscaldamento.

L’energia geotermica

L’energia geotermica si deve al calore naturale presente nelle profondità del terreno. La temperatura interna del nostro pianeta,infatti,cresce di circa 3°C ogni 100 m di profondità. Questo aumento di temperatura con la profondità è chiamato gradiente geotermico e in alcune zone della Terra assume valori anche superiori ai 3°/100m. Esistono zone della Terra dove la particolare disposizione degli strati di roccia e la presenza di acque che circolano nel sottosuolo creano depositi di fluidi geotermici che assorbono il calore delle rocce circostanti. Questi fluidi geotermici possono raggiungere la superficie naturalmente o artificialmente ,attraverso un pozzo perforato,e venire utilizzati per mettere in azione un sistema di turbine e generatori con cui si produce energia elettrica.

L’energia dell’idrogeno

L’idrogeno è l’elemento più abbondante dell’universo. Sulla Terra è molto raro allo stato elementare,cioè puro,ma è molto abbondante combinato in composti,primo tra tutti l’acqua (H2O); inoltre si trova anche nelle sostanze organiche e in molti minerali. Il nome idrogeno significa “generatore d’acqua”;infatti è composta da due atomi di idrogeno e da uno di ossigeno:quando questi due elementi si combinano tra loro trasformandosi in acqua , liberano energia termica o , con l’uso di particolari dispositivi chiamati celle a combustibile, possono produrre energia elettrica. Una cella a combustibile funziona come una pila:produce elettricità attraverso un processo elettrochimico;nella cella l’idrogeno e l’ossigeno si combinano tra loro trasformandosi in acqua,generando un flusso di elettroni.
A differenza delle pile,le celle a combustibile non si esauriscono,poiché il combustibile viene continuamente immesso nella cella dall’esterno. Poiché ogni singola cella produce una modesta quantità di energia elettrica,di solito si collegano più celle in serie per formare una batteria. Possono essere utilizzate per alimentare i veicoli a trazione elettrica,ma anche per la produzione di elettricità su larga scala. Il loro utilizzo è del tutto pulito: il gas di scarico delle automobili a idrogeno è formato soltanto da vapore acqueo. Il principale ostacolo alla maggiore diffusione delle celle a idrogeno è attualmente il costo,dovuto principalmente alla produzione dell’idrogeno puro. L’idrogeno può essere infatti ricavato da combustibili fossili con tecnologie ormai collaudate,ma questa strategia non è auspicabile perché riporterebbe al problema dell’esaurimento delle riserve di petrolio e metano ed è inoltre accompagnata dalla produzione di anidride carbonica. L’idrogeno si può ottenere anche per elettrolisi dell’acqua, che è la scissione delle molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno attuata per mezzo dell’elettricità. Se l’elettricità necessaria a questo processo proviene da fonti rinnovabili,possiamo avere una fonte energetica rinnovabile e pulita.