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Le fonti di energia rinnovabili
XVIII Settimana della cultura scientifica Introduzione al problema energetico le diverse fonti di energia Luca Castellazzi 3 marzo 2008 L’energia è necessaria L’energia è un elemento essenziale della vita umana Il consumo individuale è cresciuto di circa 100 volte dall’inizio della civilizzazione Negli ultimi 150 anni il consumo energetico è cresciuto costantemente del +2-3 % annuo Questo consumo crescerà nel futuro in quanto: La popolazione continuerà a crescere; Miliardi di persone nei PVS aspirano a una vita migliore; Le attuali disparità tenderanno ad attenuarsi. Consumi energetici mondiali, 1970-2030 FONTE: IEA 2004 Il 90% dell’incremento della domanda di energia tra oggi ed il 2030 sarà soddisfatto da combustibili fossili Evoluzione nelle fonti di energia Combustibili solidi Combustibili liquidi Combustibili gassosi Evoluzione fonti energetiche Fonte: GHK Co. La disparità consumi di energia nel mondo IEA: 2003 Usa: 8 TEP/anno a persona Italia: 3 TEP/anno a persona Africa: 0,5 TEP/anno a persona LA TERRA DI NOTTE Le riserve di petrolio e gas naturale (%) Riserve di gas naturale Riserve di petrolio Paesi dell’ex Urss Stati Uniti e Canada America latina e Caraibi Europa Africa Asia e Pacifico Produttori e consumatori di petrolio nel mondo Principali scambi commerciali di petrolio DATI IN MTEP(MTEP) (FONTE: BP 2004) Fabbisogno di energia in Italia e dipendenza energetica L’Italia importa circa l’ 85 % di fonti primarie L’Italia consuma in un anno circa 200 MTEP Le Tonnellate Equivalenti di Petrolio (TEP) Le fonti primarie sono indicate equiparandole al petrolio. L’unità di base: il Tonnellata Equivalente di Petrolio “TEP” I suoi multipli sono: ktep (mille tonnellate) Mtep (un milione di tonnellate). Quanto è grande un Mtep? Un cubo con lato pari alla lunghezza di un campo da calcio L’Italia consuma in un anno circa 200 Mtep 100 metri Il barile di petrolio 1barile petrolio = 159 litri Il petrolio grezzo ha un p.c.i. di 10.000 kcal/kg Consumo medio annuo 1 italiano: 22 barili I problemi emergenti Riserve di combustibili fossili Al consumo attuale, le riserve conosciute sono: Carbone: 230 anni Petrolio: 50-80 anni Gas naturale: 65-100 anni Uranio235: 54 anni Questi numeri sono influenzati: positivamente da nuove scoperte di giacimenti negativamente dall’aumento dei consumi La fine dei combustibili fossili è in vista E POI?? Il picco di estrazione del petrolio www.peakoil.net Fonte ASPO, 2004) Oltre il picco estrazione petrolio? Aumento dei prezzi del petrolio Fase di instabilità politica FASE DI TRANSIZIONE altri combustibili fossili (carbone e gas) nucleare VERSO Fonti rinnovabili Vettore energetico IDROGENO Sviluppo più sostenibile Le fonti di energia Le fonti primarie di energia Petrolio NON RINNOVABILI Gas naturale Carbone Uranio Idraulica Eolica RINNOVABILI Geotermia Solare (termico e fotovoltaico) Biomasse Maree Le fonti di energia rinnovabili Le fonti rinnovabili sono quelle risorse che si rigenerano nel tempo con cicli comparabili con quelli del loro consumo; A differenza dei combustibili fossili, possono considerarsi inesauribili Caratteristiche principali delle FER Vantaggi Svantaggi Potenziali enormi potenziali dispersi energie pulite a basso impatto ambientale discontinuità approvvigionamento gratuito o quasi aleatorietà risorse locali diversa maturità delle tecnologie vantaggi occupazionali Alti costi Sistemi generazione elettrica Sistemi termoelettrici Combustione di fonti fossili: Petrolio, Gas naturale, Carbone Combustione di fonti rinnovabili: Biomasse Gas da biomasse Rifiuti (civili e industriali) Gas da rifiuti Schema di principio di una centrale termoelettrica Schema liberamente tratto dal testo “Energia per tutti” di Giovanni Vitagliano, 1998. Centrale Nucleare Problematiche energia nucleare “emissioni” di scorie radioattive (ma nessuna emissione gassosa di CO2 , CO, NOx , Polveri etc.) Sicurezza (incidenti) Difficile accettabilità Costi elevati Le fonti di energia rinnovabili •Idroelettrico •Eolico •Geotermia •Biomasse •Solare –Fotovoltaico –Termodinamico –Termico a bassa temperatura ENERGIA IDROELETTRICA Centrale idroelettrica Trasforma l'energia potenziale di una massa di acqua in quiete e/o l'energia cinetica di una corrente di acqua in energia meccanica ed elettrica ENERGIA EOLICA Turbina eolica ROTORE Centrali eoliche: Wind farm In Italia: 2730 MWe installati Consumi di 1500 famiglie Centrali eoliche: Off Shore Risorse Eoliche in europa Velocità vento (m/s) > 7,5 6,5 – 7,5 5,5 – 6,5 4,5 - 5,5 < 4,5 Risø National Laboratory ENERGIA GEOTERMICA L’energia geotermica è la forma d’energia legata al calore interno della Terra Distribuzione del flusso di calore endogeno La temperatura, all’interno del nostro pianeta, aumenta con la profondità secondo un gradiente geotermico di 3°C ogni 100 metri Geotermia in Italia L’Italia è il paese geotermicamente più “caldo” di tutta Europa: vulcani, soffioni boraciferi, sorgenti termominerali Grande sviluppo settore elettrico: 785 MWe (1,5%) energia elettrica per 2 MIL di famiglie Centrale geotermica ENERGIA SOLARE ENERGIA SOLARE Produzione elettricità Solare fotovoltaico Produzione calore Solare termodinamico Solare termico per riscaldamento acqua SOLARE FOTOVOLTAICO Principio Funzionamento La tecnologia fotovoltaica (FV) consente di trasformare direttamente l'energia solare in energia elettrica. L’ Effetto fotovoltaico: proprietà di alcuni materiali semiconduttori che, opportunamente trattati, generano elettricità se colpiti dalla radiazione solare Applicazioni fotovoltaico Sistemi connessi alla rete Sistemi isolati •Sistemi integrati negli edifici •Centrali di potenza Nuovo sistema incentivi: Il contoenergia 63 MWp @ 2007 200 MWp @ 2008 + 500% dal 2005!! SOLARE TERMODINAMICO Solare termodinamico SOLARE TERMICO Principio funzionamento I collettori solari: Dispositivi che raccolgono ed accumulo l’energia termica del sole sono costituiti da una superficie scura che assorbe la luce solare e la trasforma in calore; Il calore viene poi trasferito ed immagazzinato in un accumulatore per essere disponibile all’uso finale. Il sistema solare termico Esempi di impianti solari termici: settore residenziale ENERGIA DALLE BIOMASSE Cos’è la biomassa Il termine biomassa comprende tutte le sostanze di origine biologica in forma non fossile Biomasse forestali e legna da ardere Residui agricoli e agroindustriali Residui allevamenti zootecnici Colture oleaginose Colture zuccherino - amidacee Le biomasse per le bioenergie Le biomasse contro l’effetto serra La risorsa legno è rinnovabile e “CO2 neutra” La CO2 emessa in atmosfera durante la combustione è pari a quella che la pianta ha assorbito durante la crescita. Conclusione Tutto il flusso di energia è un inarrestabile corsa verso la degradazione delle energie potenziali delle fonti verso forme di energia a noi più utili L’energia è preziosa è deve essere conservata il più possibile Ogni cittadino italiano consuma ogni giorno circa 10 kg di petrolio Considerando che ai tempi dei romani ogni schiavo era alimentato con 2000-2500 kcal/giorno Ognuno di noi “dispone” di 100-150 schiavi al giorno per le necessità quotidiane GRAZIE PER L’ATTENZIONE