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Le fonti di energie rinnovabili:prospettiveL'energia idroelettrica è una fonte rinnovabile giàampiamente sfruttata. La legna da ardere, anch'es-sa rinnovabile, è ancora il combustibile più diffusoin molti Paesi poveri. Lo sfruttamento di altre ener-gie rinnovabili, nel mercato mondiale dell'energia,oggi copre una frazione minima ma destinata a cre-scere. Esse sono principalmente: l'energia idroelet-trica, l'energia solare termica e fotovoltaica, il vento, lebiomasse e i rifiuti solidi organici.

Al termine della Secondaguerra mondiale i mezzi ele ricchezze furono impie-gati per la ricostruzionedelle città (palazzi,fabbriche, uffici ecc.)e, in seguito, percreare un nuovo

modello di sviluppo consumistico, cioè un nuovomodo di vivere, basato sull'acquisto, il possesso e ilconsumo continuo di beni materiali. Le esigenze ener-getiche diventarono enormi, di dimensioni mai cono-sciute nella storia.

L'energia, nel ventesimo secolo,significa essenzialmente fonti fos-sili, una risorsa non rinnovabile. In seguito alla crisi petroliferadegli anni settanta, il mondooccidentale ha reagito rapida-mente alla nuova situazioneadottando contromisure chehanno permesso, nel 1986, di

riportare i prezzi del petrolio allostesso livello in cui si trovavano nel 1973, attraverso: il rispar-mio energetico, e quindi la riduzione della domanda di ener-gia; l'incremento delle importazioni da paesi produttori ester-ni all'OPEC; la valorizzazione di giacimenti prima non utilizza-ti, perché non convenienti economicamente (Mare del Nord,Alaska); la ricerca di fonti diverse dal petrolio (si ha un ritorno

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Le fonti di energie rinnovabili: prospettive

all'uso del carbone, lo sviluppo delle centrali nucleari e, piùmarginalmente, l'uso delle fonti di energia rinnovabili).

Il settore delle energie rinnovabili sta conoscendo in quasitutti i Paesi tecnologicamente più avanzati uno sviluppointenso in tutti i settori e, soprattutto, in quelli eolico e foto-voltaico. In Italia, nonostante qualche eccezione, si registraun forte ritardo nella produzione di fonti alternative di energiaed una scarsa commercializzazione delle tecnologie ad esselegate. Tuttavia, negli anni più recenti sono state prese deci-sioni che potrebbero cambiare questa situazione, ad esem-pio i recenti impegni presi dal nostro paese con la sottoscri-zione del Protocollo di Kyoto.

Il ciclo dell'energia solare

Quasi tutta l'energia che usiamo ci viene, direttamente o indi-rettamente, dal Sole. I raggi del Sole illuminano e riscaldano lasuperficie esposta della Terra, innescando il ciclo di evapora-zione e ricaduta dell'acqua, permettendo così la vita sul nostropianeta: fanno crescere la vegetazione (legna da ardere, ali-menti per l'uomo e gli animali), scaldano l'aria e provocano iventi. Ogni ciclo vitale sul nostro pianeta è legato all'energiache ci viene dal Sole. All'energia assorbita dal Sole si devonoanche i combustibili fossili: carbone, petrolio e gas naturale,infatti, non sono altro che energia solare assorbita centinaia dimilioni di anni fa e immagazzinata nelle viscere della Terra. Dato il lungo periodo necessario alla loro formazione, questiultimi rappresentano oggi forme di energia non rinnovabile, al

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Alla scoperta dell’energia

Protocollo di Kyoto: Firmato nel dicembre del1997, il protocollo di Kyotoindica gli obiettiviinternazionali per la riduzionedi sei gas cosiddetti adeffetto serra, ritenutiresponsabili delriscaldamento globale delpianeta che potrebbe portarea gravissime modifiche delclima. L'obiettivo fissato èuna riduzione media del 5,2per cento dei livelli diemissione del 1990, nelperiodo 2008- 2012. Peralcuni Paesi è prevista unariduzione maggiore (8 percento l'Unione europea, 7 percento gli Stati Uniti, 6 percento il Giappone). Per altriPaesi, considerati in via disviluppo, sono stati fissatiobiettivi minori. Per la Russiae l'Ucraina, ad esempio,l'obiettivo da raggiungere è lastabilizzazione sui livelli del1990. Gli Stati Unitiattualmente si rifiutano diratificare l'accordo.

contrario di altre fonti, come quella idroelettrica e del vento,che sono invece rinnovabili. L'energia del Sole può essereutilizzata anche direttamente, tramite i pannelli solari termicie fotovoltaici.

Temperatura del pianeta Terra

Una parte dello strato di gas che circonda la Terra (atmosfe-ra) funziona da filtro dei raggisolari - che quindi non diventanodannosi per l'uomo (radiazioneu.v.) - e da coperchio, in partico-lare le nubi, l'anidride carbonica,il metano, capaci di trattenereparte del calore che gli stessiraggi trasportano (radiazionei.r.). Si calcola che se non ci fossel'atmosfera la Terra avrebbe unatemperatura media di meno 20gradi centigradi! Grazie alla pre-senza dell'atmosfera invece, laTerra ha una temperatura mediadi +17 gradi centigradi. Il nostroecosistema è mantenuto a questatemperatura media principalmente dai raggi che la stessaTerra riemette e che l'atmosfera trattiene. E' esperienzacomune che se il cielo notturno è limpido le mattine sono piùfredde di quando il cielo è coperto. Questo è l'effetto serra.(vedi anche pag. 72)

Energia solare termica

L'energia che ci viene dal Sole può essere facilmente conver-tita in calore (energia termica). I floricoltori e gli agricoltori datempo sfruttano il fenomeno nelle serre. Si possono cosìriscaldare gli ambienti e l'acqua per usi domestici e sanitari.Questo si ottiene con i pannelli solari termici, con i quali l'ac-qua può essere riscaldata fino a 70 - 80°C. Il rendimento deipannelli solari è aumentato negli ultimi decenni, rendendocommercialmente competitive varie applicazioni nell'edilizia,nel settore dei servizi e nell'agricoltura.

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Radiazione u.v: radiazione ultravioletta.Radiazione elettromagneticadi lunghezza d'onda moltopiccola. I raggi UV sonoconvenzionalmenteclassificati in tre bande: gliUV-A e UV-B (responsabilidell'abbronzatura) possonocausare irritazione cutanea(eritemi) ed infiammazioneoculare (congiuntivite) in casodi esposizione prolungata nonprotetta; e gli UV-C, i piùenergetici e dannosi, chefortunatamente non giungonosulla Terra. A circa 20 km dialtezza nell'Atmosfera, infatti,essi vengono filtratidall'ossigeno dando origineall'ozono.

Radiazione i.r.: radiazione infrarossa.Invisibile all'occhio umano,può essere rilevata come unasensazione di tepore sullapelle. Generalmente laradiazione IR trovainnumerevoli campi diapplicazione: comunicazionisenza filo (ad es. neicomputer portatili), rilevatoridi movimento e sensoriantincendio.

Nel mondo sono installati oltre 30 milioni di metri quadri dipannelli solari. In Italia l'applicazione dei pannelli solari è anco-ra poco diffusa, anche se in crescita.In ogni caso, va ricordato che questa fonte di energia rinnova-bile, così come il solare fotovoltaico, copre tuttora in misuraminima i consumi globali.

Pannelli solari

Per convertire il più possibile in calore l'energia solare, i pan-nelli devono essere scuri. Il pannello (o collettore) solare ècomposto da una superficie piana contenente un fluido cheassorbe buona parte dell'energia solare. Il fluido trasferisce ilcalore all'acqua contenuta in un serbatoio isolato termicamen-te. Un metro quadrato di collettore solare può scaldare a 45-60°C tra i 40 ed i 300 litri d'acqua in un giorno a secondo del-l'efficienza, che varia con le condizioni climatiche e con la tipo-logia di collettore, tra 30% e 80%. I sistemi solari per scaldarel'acqua sono, in genere, utilizzati per gli usi domestici di singo-le famiglie. Si tratta di impianti di 4-6 m2, con serbatoio di 150-300 litri, che consentono di produrre acqua calda a tempera-ture non elevate (55-65°C), tuttavia adatte agli usi di cucina,bagni, riscaldamento. Le tecnologie ad alta temperatura (checonsentono di arrivare a temperature dell'ordine di 500-600gradi centigradi) richiedono sistemi di specchi per concentra-re i raggi del sole sul contenitore del fluido.

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Storia e prospettive del solare termico

La radiazione solare è stata sfruttata dall'uomo fin dall'originedei tempi per riscaldare l'ambiente e nell'agricoltura. Il primostadio nei processi di utilizzazione è costituito dalla “raccolta”,che oggi avviene in tre modi: collettori termici, collettori foto-voltaici, collettori biologici. Il primo pannello solare per scaldare l'acqua fu costruito neldiciottesimo secolo da uno scienziato svizzero. Si trattava diuna semplice scatola di legno con un vetro nella parte espostaal sole e la base di colore nero, capace di assorbire la radiazio-ne solare e di intrappolarla nella scatola stessa grazie a unlocale "effetto serra" e alla scarsa dispersione, dovuta allecaratteristiche termiche isolanti del legno. Il pannello consenti-va di raggiungere temperature di circa 87 ºC.Nel mondo sono installati oltre 30 milioni di metri quadri dipannelli solari di cui 3 milioni nell'Unione Europea.

Il solare termico in Italia

In Italia, le prime tracce di interesse per que-sto settore risalgono ai primi anni '60. I primimodelli di scaldacqua solari commerciali abassa temperatura iniziarono a diffondersiintorno al 1975. In Italia l'applicazione deipannelli solari per scaldare l'acqua può esse-re ancora molto potenziata. Nel 2000 sonostati installati circa 25.000 m2, molto pochianche rispetto a paesi più freddi (per esempiol'Austria o la Germania), più sensibili a que-stioni economico ambientali relative a questosettore. Il parco del solare termico in Italia è oggi di 350.000 m2, l'utiliz-zo maggiore è dovuto all'utenza domestica, ad impianti di pre-valente utilizzo estivo ed alle piscine.L'esperienza italiana di maggior rilievo nel solare termico amedia temperatura è stata realizzata agli inizi degli anniottanta con la costruzione di una grande centrale ad Adrano,in provincia di Catania. L'impianto, chiamato Eurelios, è costi-tuito da una torre centrale alla sommità della quale è posta lacaldaia riscaldata dalla radiazione riflessa da un campo dispecchi. La centrale ha la potenza di 1MW.

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Energia solare fotovoltaica

Nell'aprile del 1954 fu annunciata alla stampa la scoperta daparte dei Laboratori della Bell (Stati Uniti) della prima cellafotovoltaica al silicio, che segnava la tappa decisiva nello svi-luppo della tecnologia per convertire direttamente l'energiasolare in energia elettrica. Questo avviene sfruttando l'effetto fotovoltaico e i dispositivisi chiamano appunto celle fotovoltaiche. Il rendimento è del-l'ordine del 10%, ossia circa un decimo dell'energia luminosaincidente è convertita in energia elettrica.La grossa spinta allo sfruttamento dell'energia solare vennedall'industria aerospaziale, con l'inizio della corsa allo spazioverso la fine degli anni cinquanta e la messa in orbita deiprimi satelliti. La necessità di alimentare i circuiti elettrici deisatelliti ha dato un notevole impulso allo sviluppo della tec-nologia fotovoltaica. I sistemi fotovoltaici offrono vantaggi ambientali, in quanto nonproducono emissioni chimiche, termiche o acustiche. Essi,inoltre, non hanno parti in movimento e sono, quindi, affidabilie necessitano di poca manutenzione.

Moduli fotovoltaici

Il dispositivo più elementare capace di operare tale conver-sione è la cella fotovoltaica. Molte celle assemblate e colle-gate tra di loro in una unica struttura formano il modulo foto-voltaico. Un modulo fotovoltaico tipo è costituito da 36 celle,

ha una superficie di circa mezzometro quadrato ed eroga, in condi-zioni standard ottimali, circa 50W,ossia l'energia sufficiente a far fun-zionare due lampadine da 25W. Oggistanno uscendo sul mercato anchemoduli fotovoltaici che non sono fattiassemblando celle, ma vengono rea-lizzati direttamente a partire da unalastra di vetro su cui vengono depo-sitate pellicole sottili (films) di mate-riale semiconduttore. Si ritiene chequesti nuovi dispositivi fotovoltaiciporteranno ad una diminuzione

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Effetto fotovoltaico: Si basa sulla proprietà chehanno alcuni materialisemiconduttoriopportunamente trattati (fracui il silicio) di generaredirettamente energia elettricaquando vengono colpiti dallaluce (radiazioneelettromagnetica).

sostanziale dei costi di produzione. Uno dei limiti dell'energiasolare sta nel fatto che è fornita, in ogni area della Terra, inmodo intermittente; per il suo sfruttamento è, dunque,necessario poterla raccogliere e conservare, oppure connet-terla con la rete locale di distribuzione.

Prospettive di sviluppo

La capacità mondiale di produzione di celle fotovoltaichenegli ultimi anni è in costante crescita. L'aumento della pro-duzione è impressionante, comparabile con quello delleindustrie che producono dispositivi elettronici. Tuttavia que-sta grande quantità è stata realizzata in buona parte conapplicazioni ad “alto costo”: i moduli attuali vengono vendu-ti ad un prezzo ancora molto alto.Per abbattere il costo dei moduli è necessario ancora un pro-gresso in tre direzioni: efficienza dei moduli; costo di produ-zione; crescita del volume di produzione.Ovviamente, il terzo fattore è legato alsecondo. La maggior parte dei dispositivi foto-voltaici attuali si basa sul silicio cri-stallino e policristallino, sfruttan-do una tecnologia molto simile aquella usata per la realizzazionedei chip in elettronica, quindi èdifficile pensare a grandi diminu-zioni di costi. I nuovi dispositivi basati sui filmssottili dovrebbero consentire unasignificativa riduzione dei costi di pro-duzione, e quindi una crescita del volumedi vendita. Gli esperti concordano sul fatto che la sorte "fina-le" del fotovoltaico (e in generale delle fonti rinnovabili) si gio-cherà su tempi lunghi in tutto il mondo (ma particolarmentenei paesi sviluppati che sono i più “energivori”) su uno scac-chiere che dovrà necessariamente considerare il progressivoimpoverimento delle risorse di combustibili fossili. In Italia attualmente esistono tre centrali fotovoltaiche colle-gate alla rete di distribuzione. La centrale di Serre, in provincia di Salerno, è la più grandecentrale fotovoltaica europea.

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Semiconduttore:Materiale che ha le seguentiproprietà fisiche: laconducibilità elettrica,inferiore a quella dei metalli,cresce all'aumentare dellatemperatura quindi aumentase il materiale è colpito daradiazione. Semiconduttoritipici sono il silicio (Si) el'arseniuro di gallio (GaAs). Isemiconduttori costituisconoil nucleo essenziale deidispositivi elettronici.

Energia eolica

I generatori eolici o aerogeneratori convertono direttamentel'energia cinetica del vento in energia meccanica (rotazionedelle pale), che viene a sua volta utilizzata per la generazionedi energia elettrica. I generatori moderni sono i figli dei mulini a vento medioeva-li. Un moderno generatore può erogare una potenza elettricadi 3 Megawatt, sufficiente per servire più 150.000 abitazioni.L'energia eolica ha il pregio di essere una fonte rinnovabilema, naturalmente, può essere sfruttata dove il vento c'è esoffia con intensità e regolarità sufficienti.

Benefici globali e costi

L'energia eolica è una fonte rinnovabile, in quanto non richie-de alcun tipo di combustibile, ma utilizza l'energia cineticadel vento. L'impatto ambientale è limitato. Gli aerogeneratorinon provocano emissioni dannose per l'uomo e per l'ambien-te, non hanno alcun tipo di impatto radioattivo o chimico,visto che i componenti usati per la loro costruzione sonomaterie plastiche e metalliche. Nonostante questo, numero-se critiche di tipo ambientalistico sono state fatte a questigeneratori, in particolare per quanto riguarda l'impatto visivoed acustico. Si valuta che nel mondo ci siano circa 20 milio-ni di MW di potenza eolica utilizzabili. L'eolico è caratterizza-

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to, come le altre tecnologie che utilizzano fonti di energia rin-novabili, da costi di investimento elevati in rapporto ai ridotticosti di gestione e manutenzione. Comunque sia, l'eolico haraggiunto un buon livello di maturità tecnologica e costi diproduzione dell'energia elettrica sufficientemente bassi daconsentirne, con incentivi eco-nomici, la diffusione nel mercatoenergetico. In Germania, per incentivare la dif-fusione dell'energia eolica, loStato sovvenziona i produttori. E' certo che, come nel caso dellealtre tecnologie, i costi diminuiran-no con gli sviluppi della ricercatecnologia e all'aumentare delladiffusione degli impianti: negli ulti-mi 20 anni i costi si sono già ridot-ti a un quinto.Tuttavia, non tutti i luoghi del pia-neta risultano idonei all'installa-zione di impianti eolici: per l'irre-golarità dei venti in certe regioni,oppure per la loro debolezza,visto che per essere sfruttabilidevono soffiare a una velocitànon inferiore ai 4 m/s e per alme-no un centinaio di giorni all'anno.In Italia i siti convenienti nonsono molti.

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Rifiuti e riciclaggio

Le attività umane e industriali producono anche “rifiuti”, ossiaqualcosa che normalmente, non viene utilizzato. In unasocietà economicamente sviluppata la quantità media dirifiuti domestici è di circa una tonnellata all'anno per perso-na. Negli ultimi decenni ci si è resi conto che buona parte diquesti rifiuti può essere riutilizzata per estrarne energia o rici-clata per risparmiare materie utili.

Definizione di Biomassa

Il termine Biomassa definisce l’insieme di una gran quantitàdi materiali di matrice organica. Sono da escludere le plasti-che e i combustibili fossili. La biomassa rappresenta unaforma di accumulo dell'energia solare. Questa, infatti, con-sente alle piante di convertire l'anidride carbonica in materiaorganica, tramite il processo di fotosintesi, durante la lorocrescita. In questo modo vengono fissate complessivamentecirca 200.000.000.000 di tonnellate di carbonio all'anno, conun contenuto energetico dell'ordine di 70·103 Mtep.La biomassa, utilizzabile ai fini energetici, consiste in tutti queimateriali organici che possono essere utilizzati direttamentecome combustibili, cioè trasformati incombustibili solidi, liquidi o gassosi. Le biomasse possono, quindi, esserecostituite da: residui delle coltivazionidestinate all'alimentazione umana oanimale o piante espressamente col-tivate per scopi energetici. Altre importanti fonti dibiomassa sono: residuidal campo forestale,scarti di attività indu-striali, come i trucioli dilegno, scarti delleaziende zootecniche e laparte organica dei rifiuti urbani. La biomassa è ampiamentedisponibile ovunque e rappre-senta una risorsa locale, pulitae rinnovabile. L'utilizzazione

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Fotosintesi clorofilliana:processo biochimico che sisvolge nei vegetali grazie allaclorofilla e che, sotto l'azionedella luce, permette latrasformazione dell'acqua edell'anidride carbonica incomposti organici.

Mtep: sigla per indicare un milione(M) di tonnellate equivalenti dipetrolio (tep)

delle biomasse per fini energetici non contribuisce all'effettoserra, poiché la quantità di emissioni nocive (anidride carboni-ca) rilasciata durante la decomposizione, sia che essa avven-ga naturalmente, sia per effetto della trasformazione energeti-ca, è equivalente a quella assorbita durante la crescita dellabiomassa stessa; non vi è, quindi, alcun contributo nettoall'aumento del livello di anidride carbonica nell'atmosfera.

Biomassa ed energia primaria

Si valuta che in media, prima della Rivoluzione Industriale,oltre l'80% dell'energia complessiva disponibile provenissedalle piante, dagli animali e dal lavoro muscolare dell'uomostesso. A buona ragione l'epoca che precedette laRivoluzione industriale, come già illustrato nel primo capitolodi questo volume, può essere definita “Civiltà del legno”.L'uso dei metalli era limitato agli attrezzi agricoli e soprattut-to alle armi. Oggi, nei paesi industrializzati, il legno e la vege-tazione utilizzati come combustibili rientrano prevalentemen-te nella categoria delle biomasse. Nel 1700, l'impiego mon-diale di biomassa (prevalentemente legna) crebbe da circa700 milioni di tonnellate a quasi due miliardi, equivalenti a

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quasi 700 milioni di tonnellate di petrolio, con notevoli riper-cussioni ambientali. Intorno al 1900 l'energia ricavata daicombustibili fossili eguagliò, quindi superò, quella ricavatadalla biomassa. La legna non è, dal punto di vista industria-le, un buon combustibile, mentre il carbon fossile è dotato diun ben più alto potere calorico.Impiegata ampiamente nel passato, oggi la biomassa è sfrutta-ta come combustibile soprattutto nei paesi tecnicamente menosviluppati. Nuove tecnologie per uno sfruttamento più efficacedelle biomasse sono state sperimentate negli ultimi anni.

Utilizzo della biomassa

La biomassa è ampiamente disponibile ovunque e rappre-senta una risorsa locale rinnovabile. Ancor oggi la popolazio-ne mondiale soddisfa circa il 12% del proprio fabbisogno pri-mario di energia con biomassa. In Europa il contributo diquesta fonte al soddisfacimento dei fabbisogni primari dienergia è del 3%; l'Italia, con il 2% del proprio fabbisognocoperto dalle biomasse, è al di sotto della media europea.All'avanguardia nello sfruttamento delle biomasse comefonte energetica sono i Paesi del centro-nord Europa, chehanno installato grossi impianti di cogenerazione e teleri-scaldamento alimentati da biomasse. Tale contributo sale al35% nei paesi in via di sviluppo (combustione di legna, pagliae rifiuti animali), dove tuttavia viene utilizzata con tecnologiea bassissimo rendimento energetico e con l'aggravante dinon rimpiazzare la biomassa sottratta all'ambiente con nuovecoltivazioni (il rapporto fra ettari disboscati e rimboscati ognianno in Asia, per esempio, è attualmente di 25/1).

Situazione italiana e proiezioni

Da alcuni anni anche in Italia sono in corso o in programmanumerose iniziative per la realizzazione di impianti di produzio-ne di elettricità da fonti rinnovabili. Si stima che la potenza elet-trica alimentata da fonti rinnovabili passerà dai 17.100 MW del1997 a circa 24.700 MW nel 2012. Contemporaneamente, ilconsumo di petrolio diminuirà da circa 90 a circa 80 milioni ditonnellate, per anno. Le fonti rinnovabili più promettenti sonole biomasse e il biogas.

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Cogenerazione: Produzione combinata dienergia elettrica e calore. Puòessere realizzata mediante:1. il vapore prodotto da unacentrale termica può essereprelevato per alimentareprocessi industriali, per ilriscaldamento urbano, ecc.2. una turbina a gas o unmotore a combustioneinterna, destinati allaproduzione elettrica, mentre ilcalore viene ottenuto dai gasdi scarico. Un impianto dicogenerazione consente diottenere un notevolebeneficio nel contenimentodei consumi rispetto a unagenerazione separata dienergia elettrica e termica equindi una riduzione dei costie dell'impatto ambientale.

Teleriscaldamento: Sistema di riscaldamento diun quartiere o di una città,che utilizza a distanza ilcalore prodotto da unacentrale termica, da unimpianto a cogenerazione oda una sorgente geotermica.In un sistema diteleriscaldamento il caloreviene distribuito agli edificitramite una rete di tubazioniin cui fluisce l'acqua calda o ilvapore.

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