energia

Realizzato dagli alunni della
S.M.S. “F. Cilea”- Caivano
I GRANDI
DELL’ENERGIA
I PRINCIPALI
TIPI DI
ENERGIA
FONTI NON
RINNOVABILI
FONTI
RINNOVABILI
RISPARMIO
ENERGETICO
L’ENERGIA
SI
TRASFORMA
L’ENERGIA
PULITA
L’ENERGIA
NUCLEARE
L’ENERGIA SI
CONSERVA
Il FUTURO
•JAMES LOVELOCK
•HEINRICH RUDOLF HERTZ
•ANTONIO PACINOTTI
•ANDRE MARIE AMPERE
•ALESSANDRO VOLTA
James Ephraim Lovelock (nato il 26 luglio 1919), è uno scienziato indipendente, scrittore
e ricercatore ambientalista che vive in Cornovaglia, nel sud ovest dell'Inghilterra. Il suo
maggiore merito scientifico è di aver interpretato, con la teoria di Gaia, la Terra. Egli per
primo ha inteso la Terra con tutte le sue funzioni come un unico super-organismo.
Lovelock nasce a Letchworth Garden City. Studia chimica all'Università di Manchester
prima di trovare impiego come ricercatore presso l'istituto per la ricerca medica con
sede a Londra. Si sposa nel 1942. Nel 1948 riceve un Ph.D. in medicina alla Scuola di
Igiene e Medicina Tropicale di Londra. In seguito negli Stati Uniti conduce numerose
ricerche presso l'università di Yale, il Collegio di Medicina dell'università di Baylor e
infine ad Harvard. Lovelock, un inventore in continua attività, ha ideato numerosi metodi
scientifici, alcuni dei quali adottati dalla NASA nei suoi programmi di esplorazione
planetaria. Proprio durante la sua attività per la NASA Lovelock ha sviluppato la sua
Ipotesi di Gaia.
All'inizio del 1961, Lovelock fu ingaggiato dalla NASA per sviluppare gli strumenti per
l'analisi delle atmosfere extraterrestri e della superficie dei pianeti. Il programma
Viking, che visitò Marte alla fine degli anni settanta, fu in larga parte ispirato dall'ipotesi
che Marte potesse ospitare delle forme di vita, infatti numerosi sensori e gli esperimenti
condotti furono rivolti a cercare conferme sulla presenza di una vita extraterrestre.
Durante il suo lavoro Lovelock si interessò soprattutto dello studio dell'atmosfera
marziana, concludendo che qualsiasi forma di vita marziana si sarebbe dovuta adattare e
perciò alterare. D'altro canto la composizione trovata era in condizioni stabili,
chiusa nel suo equilibrio chimico, con una minima percentuale di ossigeno, metano e
idrogeno, ma con un'altissima concentrazione di biossido di carbonio. Per Lovelock
la differenza essenziale tra l'atmosfera marziana e il miscuglio dinamico-chimico
di quella terrestre consisteva nella totale assenza di forme di vita sul pianeta
rosso. D'altro canto, quando le sonde Viking furono infine lanciate su Marte, la
loro missione era ancora prevalentemente rivolta alla ricerca di vita biologica. Fino
ad ora non è stata trovata alcuna prova dell'esistenza presente o passata di
qualsiasi forma di vita marziana.
Tra i meriti di Lovelock vi è anche quello di aver messo a punto un metodo ancora
utilizzato per lo studio dell'attività dei clorofluorocarburi (CFC) nella deplezione
dello strato di ozono.
Attualmente Lovelock è presidente della Marine Biological Association, nel 1974 fu
nominato membro della Royal Society e nel 1990 fu premiato dalla Reale
Accademia Olandese delle Arti e delle Scienze. Scienziato indipendente, inventore
e autore di numerosi saggi di stampo ambientalista, Lovelock porta avanti i propri
studi in una tenuta-laboratorio in Cornovaglia.
Heinrich Rudolf Hertz (Amburgo, 1857 - Bonn, 1894), dopo aver frequentato una
scuola tecnica privata, si preparò da privatista e si diplomò nel 1875, potendo quindi
accedere all'università per studiare ingegneria, prima a Francoforte e
successivamente a Monaco. Avendo ormai optato per la carriera scientifica ed
accademica, piuttosto che per quella ingegneristica, nel 1878 decise di continuare i
suoi studi all'università di Berlino, con Gustav Kirchhoff e Hermann von Helmholtz, e
si laureò con lode nel 1880. Dopo essere stato per tre anni assistente di Helmholtz,
divenne assistente di fisica teorica all'Università di Kiel. Qui, non avendo a
disposizione dei laboratori, si dedicò agli aspetti teorici della fisica e iniziò a studiare
la teoria elettromagnetica di James Clerk Maxwell. Nel 1885, a 28 anni, Hertz fu
nominato professore di fisica al Politecnico di Karlsruhe. Fin dal 1879 Helmholtz gli
aveva suggerito alcuni esperimenti sui fenomeni elettromagnetici basati sulle
conoscenze teoriche, ma fu solo a Karlsruhe che Hertz trovò le apparecchiature per
realizzarli. In un angolo della sua aula di fisica, generò onde elettromagnetiche
provocando in circuiti elettrici semplici (oscillatori di Hertz), scariche oscillanti di
altissima frequenza, riuscendo poi a captarle con circuiti risonanti rivelatori. I suoi
esperimenti riguardarono tutti gli aspetti delle onde elettromagnetiche: riflessione,
rifrazione, polarizzazione, interferenza e velocità.
Gli studenti di Hertz, impressionati, domandavano come poteva essere utilizzato questo
meraviglioso fenomeno. "Non c'è nessun tipo di utilizzo," rispondeva Hertz "è solo un
esperimento che dimostra che Maxwell aveva ragione. Abbiamo queste misteriose onde
elettromagnetiche che non possiamo vedere ad occhio nudo, ma che ci sono".
Uomo riservato ed apparentemente di scarse ambizioni, Hertz pensava che le sue
scoperte non fossero di alcuna utilità pratica, anche se in realtà porteranno alla
telegrafia senza fili, alla radio, alla televisione, al radar e alla telefonia cellulare!.
Hertz nel 1887 scoprì casualmente anche l'effetto fotoelettrico, mentre effettuava le
sue ricerche sull'elettromagnetismo. Nel 1888, Hertz descrisse in un periodico di
elettrotecnica come riusciva a scatenare onde elettromagnetiche, le cosiddette onde
hertziane, con il suo oscillatore. Il giovane Guglielmo Marconi lesse l'articolo mentre
era in vacanza e concepì l'idea di usare le onde prodotte dall'oscillatore di Hertz.
Nel 1889 fu nominato professore di fisica all'università di Bonn, dove continuò le sue
ricerche sulle scariche elettriche in gas rarefatti. Ha esposto i risultati dei suoi lavori
e le sue elaborazioni teoriche nei saggi Electric waves e Principles of mechanics
(pubblicato postumo).
Dopo parecchi anni di salute malferma, fu colpito da una malattia alle ossa e morì a
neppure 37 anni d'età. In suo onore l'unità di frequenza nel SI è stata chiamata Hertz
(Hz). Un suo nipote, Gustav Ludwig Hertz (1887-1975) ebbe il Premio Nobel per la fisica
nel 1925 (insieme a J. Franck) e il figlio di questo, Carl Hellmuth Hertz, sviluppò la
ultrasonografia medica
(Pisa, 7 giugno 1841 – Pisa, 22 maggio 1912) è stato un fisico italiano. È stato l'inventore
della dinamo.
Laureatosi in matematica con il professore Riccardo Felici, ottiene la cattedra di fisica a
Bologna dove insegna dal 1865 al 1873Tra i suoi allievi c'è Augusto Righi. Dopo un
incarico a Cagliari, nel 1881 passa a Pisa, dove succede al padre Luigi sulla cattedra di
fisica tecnologica.
L'invenzione della dinamo risale al 1858, la costruzione del primo esemplare, realizzato
presso il gabinetto del padre, al 1860.
Nel 1883 diviene socio corrispondente dell'Accademia dei Lincei e, nel 1898, socio
nazionale. Nel 1888 aderisce alla Società dei XL, e nel 1905 è nominato senatore del
Regno d'Italia.
Laureatosi in matematica con il professore Riccardo Felici, ottiene la cattedra di fisica a
Bologna dove insegna dal 1865 al 1873Tra i suoi allievi c'è Augusto Righi. Dopo un
incarico a Cagliari, nel 1881 passa a Pisa, dove succede al padre Luigi sulla cattedra di
fisica tecnologica.
L'invenzione della dinamo risale al 1858, la costruzione del primo esemplare realizzato
presso il gabinetto del padre, al 1860.
Fisico francese scopritore di molte proprietà dei campi elettrici e magnetici.
Il fisico francese André Maria Ampère ha avuto un ruolo fondamentale nella
scoperta delle proprietà dei campi elettrici e magnetici.
In particolare, un esperimento realizzato da Ampère nel 1820 mostrò che tra due fili
paralleli percorsi da corrente elettrica vi è una forza che può essere repulsiva (se le
due correnti hanno lo stesso verso) oppure attrattiva (se le due correnti hanno versi
opposti) e la cui intensità è proporzionale all'intensità di ciascuna corrente.
Insieme ai risultati ottenuti da Oersted e da Faraday, ciò dimostrò che le correnti
elettriche producono campi magnetici e ne risentono l'azione.
Ad Ampère è intitolata l'unità di misura dell'intensità di corrente elettrica nel
Sistema Internazionale.
Nel 1800, come risultato di un disaccordo professionale sul galvanismo sostenuto da Luigi
Galvani, sviluppò la cosiddetta pila voltaica, un predecessore della batteria elettrica, che
produceva una corrente elettrica costante. Volta determinò che la coppia più efficace di
metalli dissimili, producenti elettricità era composta da zinco e argento. Inizialmente
condusse esperimenti con celle individuali collegate in serie, ogni cella era un calice da
vino riempito di salamoia, nel quale erano immersi due elettrodi dissimili. Nella pila
elettrica i calici erano sostituiti da cartone imbevuto di salamoia, e le dimensioni erano
limitate dal peso che la cella inferiore poteva sopportare senza che tutta la salamoia
venisse strizzata fuori dal cartone Il fenomeno alla base del funzionamento della pila
voltaica, per cui tra due conduttori metallici diversi posti a contatto si stabilisce una
piccola differenza di potenziale, prende appunto il nome di effetto Volta. Dai suoi lunghi
esperimenti Volta ricavò tre leggi per descrivere il fenomeno. Volta sposò Teresa
Peregrini, figlia del conte Ludovico Peregrini, nel 1794 e la coppia ebbe tre figli.
In onore del suo lavoro nel campo dell'elettricità, Napoleone lo proclamò conte nel 1810 e
nel 1815 l'imperatore d'Austria lo nominò professore di filosofia a Padova.
Nel 1819 si ritirò a vita privata nella casa di campagna a Camnago dove morì il 5 marzo
1827 a 82 anni.
Energia meccanica
Permette il movimento di una macchina. L’energia
meccanica in meccanica classica, è definita come
somma di energia cinetica ed energia potenziale.
Nel caso di un corpo che si muove sotto l’azione
di sole forze che non compiono il lavoro, per
esempio, forze ortogonali alla direzione del moto,
l’energia meccanica è costante.
Energia idrica
Energia muscolare
Permette all’ uomo e agli animali di compiere movimenti. Per
compiere movimenti e sopravvivere, il corpo umano ha bisogno
di energia. Esso la ricava dal cibo che contiene combinati
variamente: acqua, sali minerali, vitamine, proteine e
grassi.Il corpo umano ricava l’energia da un carboidrato, il
glucosio. Esso si combina con l’ossigeno che respiriamo,
liberando energia. Durante il movimento, spesso il corpo
respira più affannosamente, perché necessita di maggior
ossigeno per produrre energia che serve ad esso.
Energia elettrica
È dovuta al movimento dell’ acqua. Grazie
all’acqua si ottiene su tutta la terra il 6,7% del
fabbisogno energetico e il 20% dell’energia
consumata. Il terzo mondo continua a fare
affidamento su questa risorsa conveniente e
pulita, messa in discussione a causa del grave
impatto ambientale.
È dovuta al movimento di cariche elettriche. La fornitura di
energia si ottiene attraverso un sistema di distribuzione che
parte dagli impianti di produzione, dove l’elettricità si ottiene
mediante trasformazioni da altre forme di energia, e arriva
ai consumatori finali. I complessi sistemi di produzione e
trasmissione dell’ energia di oggigiorno riescono a fornire alta
affidabilità a costi di trasporto vantaggiosi.
Energia solare
È l’energia termica e luminosa del Sole. Questa
energia raggiante è prodotta nel Sole per effetto
di reazioni nucleari e trasmessa alla Terra
sottoforma di radiazioni elettromagnetiche. L’
intensità della radiazione solare, cioè la quantità
di energia che irraggia ogni secondo su 1cm2 di
superficie terrestre, è detta costante.
Energia termica
È posseduta da un corpo caldo ed è dovuta
all’agitazione delle sue molecole; la capacità termica
aumenta all’aumentare della massa, infatti è
necessaria una quantità maggiore di energia per
riscaldare un numero maggiore di molecole. La
relazione che lega la capacità termica di un corpo al
calore specifico e della sostanza di cui è costituito
è C = c m (la capacità termica del corpo è il
prodotto del calore specifico per la massa).
Energia chimica
È posseduta dalle sostanze combustibili che bruciando
producono calore. L’energia chimica è l’energia che
varia a causa della formazione o rottura di legami
chimici di qualsiasi tipo. Essa è sostanzialmente
riconducibile all’energia potenziale dell’interazioni
elettrostatiche delle cariche presenti nella materia
ponderabile, più l’energia cinetica degli elettroni.
Energia nucleare
E’ posseduta dal nucleo degli atomi ”elementi
radioattivi”. Forma di energia immagazzinata nel
nucleo dell’atomo, responsabile dei legami che tengono
uniti i suoi costituenti. Gran parte di questa energia
viene liberata all’esterno sotto forma di energia
cinetica dei prodotti di reazione o di radiazione
elettromagnetica; può quindi essere raccolta e
convertita in altra forma per usi commerciali,
scientifici e militari.
CARBONE
Il carbone si è formato milioni di anni fa, quando intere foreste
furono sommerse dalle acque e ricoperte dai sedimenti. In
ambiente privo di ossigeno, il legno è stato trasformato dai
batteri anaerobi (che vivono in assenza di ossigeno), in carbone
fossile. Esso viene estratto sia da miniere a cielo aperto sia da
quelle sotterranee. Conosciuto fin dall’antichità è stato
sfruttato su larga scala solo a partire dal XIX secolo e da allora
è stato la principale fonte di energia, arrivando a coprire il 90%
del fabbisogno mondiale. Il declino del carbone è iniziato subito
dopo la seconda guerra mondiale ed è stato causato dalla
concorrenza del petrolio, più facile da estrarre e da lavorare. La
crisi petrolifera e gli alti prezzi raggiunti dal petrolio, negli
ultimi anni, hanno fatto ritornare d’attualità il carbone, le cui
scorte non si esaurirono prima di 250 anni.
PETROLIO
Il termine petrolio significa <<olio proveniente dalla pietra>>.
Esso, infatti, è un liquido oleoso di colore bruno verdastro,
costituito da una miscela di idrocarburi. Si trova spesso insieme
al metano, in giacimenti situati a profondità diverse nella crosta
terrestre. Si è formato dalla decomposizione di organismi
animali e vegetali sepolti dai sedimenti nella crosta terrestre e
sotto il fondo marino. I giacimenti vengono raggiunti trivellando
il terreno, e il petrolio viene estratto con particolari pompe e
poi inviato alle raffinerie, dove vengono separate le varie
frazioni di cui è composto. Pur essendo noto fin dall’ antichità, in
alcune zone dove affiorava naturalmente, venne usato solo dal
1859 quando in Pennsylvania si cominciò a estrarlo da pozzi
profondi. Da allora, è divenuto il combustibile più usato per il
riscaldamento e per l’illuminazione.
METANO
Il metano è un idrocarburo presente nel gas naturale dei
giacimenti petroliferi. E’ incolore e inodore ed è il più
semplice degli idrocarburi, avendo la molecola costituita da
quattro atomi di idrogeno e da un atomo di carbonio (CH4). Ha
La stessa origine del petrolio ma, oltre che nei giacimenti, si
trova facilmente anche nelle paludi e nelle miniere. Brucia con
facilità ed è poco inquinante e per queste sue caratteristiche
è particolarmente conveniente per usi domestici.
URANIO
Dopo la seconda guerra mondiale sono entrate in funzione le
prime centrali nucleari, che producono energia elettrica
sfruttando le proprietà di un elemento radioattivo, l’uranio.
L’uranio è un metallo poco abbondante, ma largamente diffuso
nella crosta terrestre;se viene bombardato con un neutrone il
suo nucleo si spezza in due nuclei più leggeri(il bario e il
Kripto). Da questa reazione,detta fissione nucleare, cioè
“scissione del nucleo”, si liberano una notevole quantità di
energia e altri neutroni, che vanno a loro volta a colpire altri
atomi di uranio. Si tratta di una reazione a catena,che una
volta innescata continua da sola,liberando quantità sempre
crescenti di energia. La fissione dell’uranio fu ottenuta per la
prima volta nel 1934 da un gruppo di ricercatori italiani,tra
cui Enrico Fermi. Con tale scoperta si ponevano le basi per lo
sfruttamento su larga scala dell’ energia contenuta
nell’atomo;occorreva però ancora trovare il modo per liberare
lentamente l’ energia prodotta e “controllare”così la reazione
di fissione. Il primo dispositivo in grado di fare ciò fu ideato
da Ferri ed entrò in funzione a Chicago il 2 dicembre 1942.
Tale dispositivo venne chiamato pila atomica o reattore
nucleare.
ENERGIA
SOLARE
L’ energia solare è disponibile in quantità illimitata(non si esaurirà
infatti prima di 5 miliardi di anni) e rappresenta per l’uomo una
risorsa facilmente reperibile e non inquinante. Tuttavia non è
ancora stato trovato un metodo sufficientemente economico per
sfruttarla su larga scala, perché è difficile da captare e da
immagazzinare. Inoltre, la distribuzione dell’energia solare sulla
superficie terrestre dipende dalla latitudine, dalle stagioni e dalle
ore di luce della giornata. L’energia solare è reperibile in quantità
minore proprio nei Paesi più industrializzati, dove è maggiore
richiesta di energia. Il metodo più diffuso e più semplice di
catturare l’energia solare è quello che utilizza i pannelli solari per
la produzione di acqua calda. Le centrali che sfruttano l’energia
solare invece catturano la luce del Sole o attraverso celle
fotovoltaiche o attraverso gli specchi solari. La produzione di
energia elettrica avviene come nelle centrali termoelettriche.
ENERGIA
EOLICA
L’energia del vento o eolica era già sfruttata nell’antichità per la
navigazione e nei mulini a vento per la macina dei cereali, ma l’uso
per ottenere elettricità è abbastanza recente. L’ energia eolica
può essere usata solo nelle zone molto ventose e soprattutto dove
la direzione e l’intensità del vento sono abbastanza regolari. Gli
impianti eolici funzionano se la velocità del vento è di almeno 12
Km/h ma, per questioni di sicurezza, devono essere disinseriti se
la velocità supera i 65 Km/h. Per questo motivo,la produzione di
tale tipo di energia è molto limitata ed è destinata a rifornire
solamente aziende agricole,piccole industrie e paesi. Negli ultimi
anni gli ambientalisti hanno avanzato delle riserve sull’ impianto di
nuove centrali, sostenendo che esse potrebbero rallentare i venti
e perciò modificare le condizioni climatiche di una certa zona,
influendo negativamente sulla vita di alcune specie animali, in
particolare sulla vita di uccelli migratori.
ENERGIA
IDRICA
Per molti secoli l’energia dell’ acqua o idrica, è stata utilizzata
con l’unico scopo di azionare mulini e altre semplici macchine, ma
attualmente è quasi esclusivamente usata nelle centrali
idroelettriche per produrre l’elettricità. Un impianto idrico può
essere sfruttato solo in zone dotate di una particolare struttura
idrogeologica che permette disponibilità costante di acqua.
ENERGIA
MAREOMOTRICE
Anche l’acqua del mare può essere utilizzata per produrre
energia nelle centrali mareomotrici,che sfruttano il diverso
livello dell’alta e bassa marea. E’ però necessario che tale
dislivello sia almeno di dieci metri, cosa che si verifica in
pochissime località della Terra, per cui sono poche le
centrali di questo tipo. Un impianto è in funzione dal 1966 a
Saint-Malò, nel Nord della Francia, dove l’ampiezza della
marea è circa tredici metri.
ENERGIA
GEOTERMICA
Sotto terra,a profondità variabili, vi sono grandi depositi di magma
ad altissime temperature. Il magma, infiltrandosi nelle spaccature
della crosta terrestre può risalire in superficie e riscaldare l’acqua
delle falde acquifere dando origine a sorgenti termali, geyser,
soffioni, fumarole. La crosta terrestre racchiude quindi enormi
quantità di energia geotermica che può essere sfruttata solo in
alcune zone della Terra. In Islanda,per esempio, da molti anni
l’energia geotermica dei geyser,getti d’acqua bollente, viene usata
per riscaldare intere città. In Italia la disponibilità di energia
geotermica è elevata, ma fino ad ora essa viene sfruttata solo a
Lardello, in Toscana, dove fin dal 1904 il vapore che fuoriesce dai
soffioni boraciferi è convertito in elettricità.
ENERGIA
DELLE
BIOMASSE
Per biomassa si intende l’ insieme di prodotti che derivano da
organismi animali e vegetali e perciò anche tutti i rifiuti urbani
e agricoli. In queste sostanze si è accumulata l’energia del
Sole, che può venire liberata mediante combustione o tecniche
di altri tipi. In Italia sono in funzione alcuni impianti che
utilizzano non solo i rifiuti solidi urbani ma anche gli scarti
dell’industria
olearia
e
tessile,
dell’agricoltura
e
dell’allevamento. L’uso di questi impianti è diffuso soprattutto
nelle aziende agricole, perché presenta due vantaggi: con
l’energia ricavata si copre il fabbisogno dell’azienda e, con il
processo di lavorazione per ottenere questa energia si elimina
quasi tutto il materiale inquinante. Dopo la crisi energetica del
1973, le tecniche per ricavare energia dalla biomassa si sono a
poco a poco perfezionate. Sfruttando le fermentazioni
causate da alcuni ceppi di batteri anaerobi si ottiene il biogas,
una miscela costituita per il 70% da metano.
L’energia totale di un corpo soggetto a forze conservative resta costante durante il
suo moto, ovvero l’energia potenziale del corpo si trasforma in energia cinetica e
viceversa, ma il valore della loro somma non varia. Ne è un esempio il pendolo
semplice, che possiede energia potenziale massima nelle posizioni di massima
elongazione, possiede in parte energia potenziale e in parte energia cinetica nei punti
intermedi, e raggiunge energia potenziale nulla, ma il valore massimo dell’energia
cinetica, quando passa per il punto di sospensione. Questo fenomeno esprime un
principio fondamentale della fisica classica, che va sotto il nome di principio di
conservazione dell’energia. Insieme all’analogo principio di conservazione della massa,
è una legge che vale solo per fenomeni classici, ovvero nei quali le velocità dei corpi
sono piccole rispetto alla velocità della luce.
All’energia cinetica o potenziale si possono ricondurre tutte le forme di energia
note: il calore, in effetti, è dovuto al moto (e dunque all’energia cinetica) delle
molecole che costituiscono un corpo a livello microscopico; l’energia chimica
liberata in una reazione è invece una forma di energia potenziale, in quanto deriva
dalle energie di legame fra atomi, a loro volta energie potenziali di una forza
conservativa.
Se le forze presenti non sono conservative, ma dissipative (come, ad esempio,
l’attrito) il principio di conservazione può ancora ritenersi valido, tenendo conto
di tutte le possibili forme in cui parte dell’energia posseduta dal corpo potrà
essersi trasformata (ad esempio, in calore, ovvero energia termica, per il caso
dell’attrito), generalmente però non più però recuperabili come energia
meccanica.
Nell’ambito della meccanica relativistica, ovvero per corpi che si muovono a
velocità paragonabili a quelle della luce, energia e materia possono convertirsi
l’una nell’altra, come si verifica nelle reazioni nucleari: nella fisica moderna
dunque i due principi di conservazione dell’energia e della massa sono unificati.
L’energia luminosa del Sole viene trasformata, grazie alla fotosintesi
clorofilliana, nell’energia chimica contenuta nei vegetali. Attraverso la
digestione questa energia viene resa disponibile per i muscoli che permettono
di compiere un lavoro.
Il carbone, il petrolio e il metano derivano dalla decomposizione degli
organismi, vissuti milioni di anni fa che, grazie all’energia solare, hanno
prodotto materia organica. Da essi, attraverso il processo chimico della
combustione, si ottiene energia termica che può essere trasformata in energia
meccanica, usata per far muovere automezzi e macchine .
L’energia termica del Sole provoca l’evaporazione dell’acqua, che sale sottoforma
di vapore e forma le nuvole. Quando piove l’acqua va ad alimentare i bacini idrici
delle dighe; scorrendo nelle condotte forzate l’energia potenziale dell’ acqua si
trasforma in energia cinetica, che fa girare le pale di una turbina producendo
energia meccanica, quest’ultima verrà trasformata in energia elettrica.
Forma di energia immagazzinata nel nucleo dell’atomo, responsabile dei legami che
tengono uniti i suoi costituenti. Tali legami sono realizzati mediante l’interazione
forte, la più intensa tra le quattro forze fondamentali esistenti in natura.
VANTAGGI: L’analisi dell’equazione di fissione dell’uranio 235 consente di
evidenziare subito il principale vantaggio del nucleare: l’enorme
quantità di energia che ogni singola fissione produce. La quantità di
energia che si può ricavare da un nucleo atomico, infatti, è di gran
lunga maggiore di quella che si ottiene da qualunque reazione
chimica (e quindi anche dalla combustione), cioè dalle
trasformazioni che coinvolgono solo la parte più esterna dell’atomo.
Nella combustione del petrolio, ad esempio, 1 kg di combustibile
produce una quantità di calore che corrisponde a circa 1,6
kilowattora; in una tipica reazione nucleare di fissione, invece, la
stessa quantità di uranio 235 sviluppa calore equivalente a 18,7
milioni di kilowattora. Tenuto conto anche delle fasi di estrazione e
di processamento, inoltre, il costo di produzione dell’energia
nucleare è in assoluto il più basso di tutte le fonti di energia,
rinnovabili e non rinnovabili.
Rispetto ai combustibili fossili, la produzione di energia nucleare non comporta
l’emissione di gas nocivi quali anidride carbonica, ossidi di zolfo e di azoto, principali
responsabili di fenomeni ambientali quali le piogge acide e l’effetto serra. Infine, l’alto
rendimento del combustibile nucleare rispetto a quello fossile comporta anche
vantaggiosi risparmi di spazio in fase di trasporto e in termini di dimensioni degli
impianti.
Le centrali nucleari a fissione producono una quantità di energia molto elevata e
possono raggiungere potenze dell'ordine del GW al pari delle grandi centrali
termoelettriche e di fatto rappresentano oggi l'unica reale alternativa ad esse in
termini di quantità di energia prodotta.
Svantaggi:
Gli svantaggi dello sfruttamento dell’energia nucleare derivano
dall’elevato livello di radioattività che accompagna tutte le fasi del
processo produttivo, dalla reazione di fissione vera e propria fino allo
smaltimento dei rifiuti. Tutta questa radioattività impone una serie di
rigorosissime misure di controllo e protezione nelle diverse fasi di
produzione. Inoltre, per quanto molto piccolo, e per quanto i sistemi di
sicurezza e controllo siano sempre più affidabili, rimane sempre il
rischio di gravi incidenti come quello di Chernobyl. Gli svantaggi
maggiori di una centrale nucleare sono il combustibile nucleare residuo,
le famose scorie radioattive; una volta esaurito l'elemento fissile del
combustibile, restano i suoi sottoprodotti, che non sono fissili ma
radioattivi. Questi sottoprodotti sono una gamma di isotopi con tempo
di dimezzamento molto vario, ma che può arrivare ad alcune migliaia di
anni. Quindi è necessario prevedere sia delle aree di stoccaggio in cui gli
isotopi più radioattivi abbiano il tempo di decadere, sia dei siti di
immagazzinamento definitivo in cui riporre il restante materiale
radioattivo a lunga vita (almeno per alcuni secoli).
(molte decine di volte minore) di quello che scontano ad esempio
reattori come quelli Italiani, il cui smantellamento "accelerato" è stato
deciso per ragioni politiche nella tredicesima legislatura, con un decreto
dell'allora ministro Bersani, per i quali il costo di smantellamento potrà
essere alla fine anche due o tre volte superiore a quello di costruzione.
Un altro problema che accomuna questo tipo di centrali con quelle
termoelettriche è l'elevata quantità di acqua necessaria per il
raffreddamento, acqua che dopo il processo viene
rilasciata a temperature più elevate rispetto a quella dell'ambiente creando uno
sbilanciamento termico con impatti ambientali rilevanti soprattutto sulla fauna e flora dei
fiumi, tale aspetto ha spinto la Francia alla creazione di un sistema di allevamento ittico
che garantisse l'utilizzo economicamente conveniente del calore (che agevola l‘
itticoltura) e allo stesso tempo la salvaguardia dell'ecosistema.
Un altro problema delle centrali nucleari è dovuto al progressivo esaurimento del
combustibile nucleare, con i ritmi attuali di aumento della produzione (+40% negli ultimi
venti anni) si stima che l'uranio presente sia in grado di assicurare circa 50 anni di
attività delle centrali nucleari. Questo problema viene considerato molto meno critico dei
precedenti dato che l'utilizzo di reattori autofertilizzanti potrebbe innalzare
significativamente l'efficienza di utilizzo dell'uranio portando dal 5% degli attuali
reattori ad un teorico 99% di reattori autofertilizzanti di nuova generazione. Vi sono
molti studi su questa nuova generazione di reattori che il progressivo esaurimento
dell'uranio potrebbe rendere molto convenienti, alcuni modelli di FBR (Fast Breeder
Reactors, reattori veloci autofertilizzanti) sono stati costruiti e operano nel mondo
tutt'ora, uno di essi era Superphènix.
Per far fronte a questo problema sono state sviluppate inoltre delle centrali nucleari che
utilizzano il torio al posto dell'uranio come combustibile nucleare. Poiché il torio è molto
più comune dell'uranio potrebbe fornire combustibile per moltissimi secoli, anche se è
necessario un procedimento di fertilizzazione del torio per trasformarlo in uranio fissile.
Come ulteriore vantaggio non sono note, a tutt‘oggi, tecniche per produrre armi nucleari a
partire dal torio e dai rifiuti nucleari delle centrali che lo usano.
40 morti per sindrome acuta da radiazioni, 900 casi di tumore alla tiroide di cui 100 mortali, 3000 km
quadrati evacuati, 135.000 persone sfollate: questi sono i danni umani causati dall'incidente di
Chernobyl, secondo le stime dell'Organizzazione Mondiale della Sanità. Sono danni pesanti, ma siamo
ben lontani da quel «mezzo milione di morti» di cui parlano continuamente i telegiornali in occasione del
ventesimo anniversario dell'incidente. La nube radioattiva che ha investito l'Italia non ha superato le
dosi di una radiografia, per di più diluita nell'arco di una settimana. La nostra lattuga e il nostro latte
non sono mai stati realmente pericolosi. È stato per prudenza estrema che il governo vietò la vendita
della lattuga a foglie larghe, ma noi non abbiamo mai corso alcun rischio reale di esposizione. Anche nella
stessa Ucraina e in Bielorussia (Chernobyl è sul confine fra le due ex repubbliche sovietiche) la
situazione ambientale è critica solo nella «zona rossa» attorno alla centrale, ma il grano prodotto
presentava già allora livelli di contaminazione ai limiti della sensibilità strumentale, tanto che erano
necessari contatori speciali per misurare i livelli bassissimi di radioattività.
Così come sono state sopravvalutate dai media le conseguenze dell'incidente di Chernobyl, le sue
cause sono state sottovalutate. Si parla poco dell'ideologia, delle procedure, dei metodi e degli errori
plateali commessi dalla burocrazia comunista sovietica, da personale poco specializzato e costretto a
rispondere a ordini politici. Chernobyl non è tanto una tragedia nucleare, quanto una tragedia umana
provocata dal comunismo. La notte dell'incidente, all'1 e 23 del 26 aprile 1986, il reattore stava
funzionando in condizioni estremamente instabili. E si trattava di un'esercitazione in cui erano stati
esclusi tutti i sistemi di sicurezza, sia di raffreddamento di emergenza che di spegnimento automatico
del reattore. I soccorsi che furono inviati ad arginare il danno non vennero avvertiti della pericolosità
della radioattività sprigionata, né furono adeguatamente equipaggiati per resistere alle radiazioni: di
fatto furono mandati al macello e costituiscono il grosso delle vittime umane dell'incidente. Furono degli
eroi sovietici: martiri loro malgrado. Altre vittime furono causate dal silenzio delle autorità locali e del
regime di Mosca nei primi giorni successivi alla tragedia.
Di fatto si è giunti a conoscenza di quel che era successo solo quando la nube radioattiva fu rilevata in
Svezia. Probabilmente se il vento l'avesse trasportata verso la Siberia e non verso l'Europa occidentale,
di Chernobyl non si sarebbe parlato fino al collasso dell'Urss, così come avvenne per tutti i numerosi e
gravi disastri ambientali sovietici. Il rifiuto iniziale di aiuti dall'estero (Chernobyl produceva materiale
nucleare
anche per uso militare e l'area in cui è situato era altamente militarizzata all'epoca dell'Urss) ha
ulteriormente peggiorato la situazione per i feriti e le persone esposte direttamente alle radiazioni.
Perché i media hanno sempre pompato gli effetti di Chernobyl e sottaciuto le cause? Mistero. Di sicuro
si tratta di un successo dell'informazione sovietica, un caso non nuovo, il seguito naturale della battaglia
mediatica sulla guerra nucleare che caratterizzò i primi anni '80. Il regime sovietico ha sempre puntato
su una debolezza del carattere occidentale: la tecnofobia.
La paura per le nuove tecnologie fu sempre sfruttata dalla propaganda sovietica per colmare il gap
tecnologico tra il blocco capitalista e quello comunista. Nel corso dell'offensiva «pacifista» dei primi
anni '80, i sovietici riuscirono benissimo ad alimentare la paura della guerra nucleare nelle società
occidentali proprio mentre la Nato stava surclassando (con i Cruise, i Pershing, la bomba al neutrone, le
bombe ad alta precisione) la tecnologia militare nucleare sovietica.
Di fatto si è giunti a conoscenza di quel che era successo solo quando la nube radioattiva fu rilevata in
Svezia. Probabilmente se il vento l'avesse trasportata verso la Siberia e non verso l'Europa occidentale,
di Chernobyl non si sarebbe parlato fino al collasso dell'Urss, così come avvenne per tutti i numerosi e
gravi disastri ambientali sovietici. Il rifiuto iniziale di aiuti dall'estero (Chernobyl produceva materiale
nucleare anche per uso militare e l'area in cui è situato era altamente militarizzata all'epoca dell'Urss)
ha ulteriormente peggiorato la situazione per i feriti e le persone esposte direttamente alle radiazioni.
Il problema del risparmio energetico si è imposto all'attenzione dei paesi sviluppati con la famosa crisi
petrolifera del 1973, scaturita dalla guerra del Kippur fra Egitto e Israele, in seguito alla quale i
produttori arabi di petrolio quadruplicarono il prezzo del greggio, portandolo a 12 dollari il barile (1
barile = 158,987 litri), e ridussero del 5% la quota destinata mensilmente ai paesi europei e agli Stati
Uniti, i maggiori importatori.
L'improvvisa diminuzione della disponibilità di petrolio determinò gravi difficoltà per i governi di tutto
il mondo, che fino ad allora avevano considerato il petrolio una fonte inesauribile di energia, fondando
su tale risorsa lo sviluppo economico dei loro paesi. Particolarmente colpiti dalla crisi furono il Giappone
e l'Europa, che dipendevano quasi completamente dall'importazione, e i paesi in via di sviluppo.
Nella speciale conferenza intergovernativa tenutasi a Washington nel 1974 fu istituita l'Agenzia
Internazionale dell'Energia (AIE), con lo scopo di coordinare la ricerca e lo sviluppo di fonti alternative
di energia e di studiare politiche comuni di risparmio energetico.
Una seconda crisi petrolifera si ebbe nel 1979-80, a seguito del conflitto fra Iran e Iraq, con una
crescita ulteriore del prezzo del petrolio fino a 40 dollari al barile. L'economia mondiale subì un vero e
proprio tracollo. I paesi industrializzati reagirono applicando programmi di riduzione dell'uso
complessivo di combustibili, in particolare dei derivati del petrolio, di sfruttamento di risorse diverse,
quali il carbon fossile e l'energia nucleare, e soprattutto di risparmio energetico.
Costretti dall'aumento di prezzo dei combustibili, e sensibilizzati dall'azione dei governi, i cittadini
cominciarono a risparmiare carburante ed energia, e a utilizzare le risorse disponibili in maniera più
efficiente.
Quando, verso la fine degli anni Ottanta, il fronte comune dei produttori arabi cominciò a rompersi e i
prezzi del petrolio tornarono ad abbassarsi (in alcuni casi sotto i 10 dollari a barile), altri seri motivi
consigliarono di perseverare nel risparmio energetico: la grave situazione dell'inquinamento ambientale
e soprattutto la minaccia del riscaldamento globale.
Non lasciare elettrodomestici in funzione stand-by.
Quando è possibile, scegliere di andare a piedi o di utilizzare trasporti meno inquinanti
come bicicletta, mezzi pubblici. Quando non si può fare a meno di utilizzare la macchina
cercare di organizzarsi in gruppi al fine di ottimizzare il consumo di carburante e
minimizzare le emissioni inquinanti pro capite.
Non sprecare inutilmente acqua calda e preferire energia pulita. Meno consumi, più
energia pulita per salvare il pianeta. Acquistare gli elettrodomestici a basso consumo ed
alta efficienza energetica, ricordando che la buona manutenzione consente di risparmiare
energia.
Non coprire i termosifoni con pannelli, stoffe, tende per permettere una migliore
circolazione dell’aria e quindi una migliore diffusione del calore.
Il fabbisogno di energia dei Paesi poveri è inevitabilmente destinato a crescere, e a noi
popoli ricchi non rimane che una scelta: quella di consumare meno energia. Infatti un’altra
fonte di energia pulita per eccellenza è quella che si ottiene dal suo risparmio e uso più
razionale. Non si tratta di una scelta complicata, soprattutto nelle nostre case: basta
scegliere determinate tecnologie per l’impianto di riscaldamento.
• BIOMASSE
• EOLICA
• GEOTERMICA
• IDROELETTRICA
• SOLARE FOTOVOLATICA
Con il termine biomassa nell’accezione più generale possiamo considerare tutto il
materiale di origine organica sia vegetale che animale. E’ possibile distinguere vere e
proprie materie prime e prodotti di scarto derivati da molteplici attività che
interessano: il comparto agricolo-forestale il comparto industriale ed infine il settore
dei rifiuti solidi urbani. combustibili solidi, liquidi o gassosi derivati da questi materiali
(direttamente o in seguito a processi di trasformazione) sono definiti biocombustibili
mentre qualsiasi forma di energia ottenuta con processi di conversione dai biocombustibili è definita bio-energia.
La conversione energetica avviene principalmente attraverso processi termochimici e
biochimici.
I processi termochimici sono:
Combustione: è il più semplice dei processi termochimici e consiste nell’ossidazione
completa del combustibile a H2O e CO2;
Gassificazione: il processo di gassificazione consiste nella trasformazione di un
combustibile solido o liquido, nel caso specifico della biomassa, in combustibile gassoso,
attraverso una decomposizione termica (ossidazione parziale) ad alta temperatura. Il
gas prodotto è una miscela di H2, CO, CH4, CO2, H2O (vapore acqueo) e N2,
accompagnati da ceneri in sospensione e tracce di idrocarburi (C2H6).
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Il vento, come l’acqua, è una delle fonti energetiche d’origine naturale utilizzate
dall’uomo fin dall’antichità. Di solito si collega l’energia eolica ai tipici mulini a
vento olandesi o al romanzo di Miguel de Cervantes “Don Chisciotte”; in realtà già
nell’antica Mesopotamia (circa 1600 a.C.) il vento veniva sfruttato come forza
motrice alternativa a quella animale in mulini ad asse verticale.
Oggi la macchina che viene utilizzata per la trasformazione dell’energia
meccanica del vento in energia elettrica è detta aerogeneratore: il principio di
funzionamento è lo stesso del mulino ma le pale spinte dal vento sono collegate a
un generatore di energia elettricaL’aerogenatore è costituito da un palo di
sostegno che porta sulla sommità una navicella (la cabina dove è contenuto il
generatore elettrico e un albero di trasmissione). All’esterno della navicella è
collocato il rotore, costituito da un mozzo sul quale sono montate le pale che
intercettano il vento. Le diverse tipologie di aerogeneratore si differenziano
sostanzialmente, indipendentemente dalla taglia e dunque dalle dimensioni, per:
i sistemi di controllo della potenza;
la velocità del rotore che può essere costante o variabile;
la presenza o assenza di un moltiplicatore di giri tra mozzo e generatore.
I fluidi geotermici sono essenzialmente composti da acqua meteorica che penetra
nel sottosuolo e si riscalda a contatto con le rocce calde. Si formano così degli
acquiferi (strati o raggruppamenti di materiale permeabile saturo di acqua)
anche a temperature molto elevate (oltre 300°C). Generalmente tali acquiferi,
oltre all'acqua in fase liquida, possono contenere acqua sotto forma di vapore ad
elevato contenuto energetico. Il fluido sotto forma di vapore può essere inviato
direttamente in una turbina per la produzione di energia elettrica oppure
attraverso uno scambiatore di calore può cedere la sua energia ad un altro fluido
vettore ed infine essere ripompato nel sottosuolo. In questo ultimo caso si parla
di impianto a ciclo binario. E’ sufficiente che il fluido abbia una temperatura di
120° C per poter essere utilizzato, ovviamente maggiore è la temperatura del
fluido maggiore è l’energia potenzialmente producibile.
La produzione geotermica italiana ha una lunga tradizione: la prima vera centrale
geotermoelettrica, Larderello 1, entrò in servizio nel 1913 con un primo gruppo a
turbina da 250 kW. Attualmente in Italia sono presenti 34 impianti geotermici
(33 in Toscana e 1 nel Lazio) con una potenza installata complessiva di 707 MW.
Questi impianti producono annualmente più di 5.000 GWh soddisfacendo già gli
obiettivi che l’Italia si è data, relativamente al geotermico, nei documenti
programmatici per lo sviluppo delle fonti rinnovabili.
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In Italia lo sfruttamento dell’energia idraulica per la produzione di energia
elettrica ha rappresentato la base dell’elettrificazione del paese e può contare
su una tecnologia matura e sulla durata delle opere civili connesse agli
sbarramenti per la creazione di dislivelliAncora oggi l’acqua rappresenta la fonte
energetica rinnovabile più consistente e contribuisce a soddisfare circa il 15%
della richiesta di energia elettrica nazionale. Questa lunga storia di sfruttamento
della risorsa idrica ha fatto si che non ci siano ulteriori margini di sviluppo per
grandi impianti idroelettrici che, sebbene non producano emissioni inquinanti
durante il loro funzionamento, necessitano della costruzione di opere che hanno
un grosso impatto ambientale sul paesaggio, sulla difesa del suolo e sugli altri
utilizzi della risorsa idrica.
Maggiori possibilità di sviluppo esistono al contrario per il cosiddetto minihydro, ovvero piccoli impianti con potenze fino a 10 MW che presentano alcuni
vantaggi:
un limitato impatto ambientale;
una modesta richiesta di manutenzione;
un alto rendimento di conversione energetica.
Sono impianti che sfruttano l’energia solare (fotoni) convertendola direttamente
in energia elettrica. Sono impianti “modulari”: l’unità fondamentale è detta cella
fotovoltaica, generalmente di forma quadrata e superficie di 100 cm2,
funzionante come una batteria. Le celle sono raggruppate in elementi commerciali
unitari detti moduli (mediamente hanno una superficie di 0,5 m2), che una volta
collegati prima in serie (stringhe) e poi in parallelo danno luogo al generatore
fotovoltaico. 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.
La produzione di energia elettrica sotto forma di corrente continua avviene
nella cella fotovoltaica, che può essere descritta come un “foglio” di spessore
molto piccolo, generalmente di silicio, le cui proprietà elettriche vengono
modificate tramite l’impiego di sostanze “droganti”, che cioè si inseriscono tra gli
atomi di silicio modificandone la struttura chimica e di conseguenza il
“comportamento elettrico”.
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 realizzare in uno spessore piccolissimo (0,25 mm –
0,35 mm) una vasta superficie di contatto (detta ‘giunzione’) tra due strati (le
due facce del foglio) aventi potenziale elettrico diverso: permette cioè di
generare una differenza di potenziale fra le due facce esterne del foglio.
I costi di costruzione di una centrale nucleare sono molto elevati, ma una volta
costruita produce energia a costi competitivi, dato il costo dell'uranio non presenta
una variabilità significativa nel lungo periodo. Inoltre non sono legate alle logiche
economiche e speculative che avvolgono il comparto petrolifero. Le centrali nucleari,
a differenza delle termoelettriche, non hanno emissione di fumi perché non
sfruttano un principio di combustione e non provocano quindi nessun inquinamento
atmosferico, ad eccezione del vapore acqueo proveniente dalle torri di
raffreddamento dell'acqua di condensazione, che comunque si condensa in poco
tempo.
L'acqua del ciclo di potenza dei generatori a turbina non ha alcun contatto con il
reattore nucleare, e quindi è esente da qualsiasi forma di emissione radioattiva.
Scorie nucleari, se pure molto poco durevoli in termini di radiotossicità, sono anche
grandi parti delle strutture delle centrali nucleari. La radioattività indotta da
neutroni e gli elementi, ad alta attività ma breve vita, rilasciati dall'operazione
quotidiana del ciclo di raffreddamento sulle parti a contatto con il fluido primario,
determinano la necessità tecnica, per evitare alti costi e rischi per il personale, di
attendere lunghi periodi, dopo la fine delle operazioni produttive e lo spegnimento
del reattore, prima di iniziare lo smantellamento. In Inghilterra, dove per centrali
come quella di Calder Hall sono previsti cento anni di chiusura dopo lo spegnimento, il
costo dello smantellamento si prospetta molto più basso.
IL FUTURO