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ALMA MATER STUDIORUM
Università degli Studi di Bologna
Facoltà di Chimica
Tesina sull’intervento del prof. Vincenzo Balzani “Il ruolo della scienza in un mondo fragile”
corso interdisciplinare
‘Riflessioni su Scienza e Societ{’
CHIAR.MA
PROF.SSA MARGHERITA VENTURI
ESAMINANDA
LAURA PALTRINIERI
Anno Accademico 2009-2010
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INDICE
Premessa
1. L’energia
1.1 L’energia e la sua storia
2. Combustibili fossili e Energia dell’atomo
2.1 Carbone
2.2 Gas naturale
2.3 Petrolio
2.4 Crisi Energetica ed Energia nucleare
3. L’uomo e l’Ambiente
3.1 Cambiamenti climatici
3.2 Intelligenza Ecologica
4. Nuove Prospettive
4.0 Premessa
4.1 Energie rinnovabili
4.2 Energia dal sole
Fonti
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PREMESSA
Il contenuto di questa tesina prende spunto da un seminario tenuto dal Professor Vincenzo Balzani
articolato in una serie di incontri dal contenuto interdisciplinare intitolato ‘Riflessioni su Scienze e
Societ{’1
La mia attenzione si è concentrata in particolare sul tema dell’Energia, sviluppando un breve iter che,
partendo dalle tipologie di fonti energetiche, passa attraverso le problematiche etiche ed ecologiche
riguardanti il loro utilizzo fino a toccare nuove prospettive scientifiche e tecnologiche nell’ambito delle
energie rinnovabili.
Ho scelto questo tema in quanto ritengo che, come studentessa di chimica, sia necessario portare la
questione energetica dal un piano puramente scientifico e didattico ad un livello più vicino alla nostra
realtà quotidiana; L’interesse per l’argomento è ancora più giustificato dalla evidente crisi energetica
ed ambientale che la nostra ‘’astronave terra2 ‘’ sta affrontando.
1 V. Balzani,”Il ruolo della scienza in un mondo fragile” dal seminario “Riflessioni su scienze e società”, Universit{ di Bologna Dipartimento di Chimica
2 Cfr. Vincenzo Balzani e Nicola Armaroli ‘Energia per l’Astronave Terra’, Bologna Zanichelli 2008.
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ENERGIA
1.1 L’energia e la sua storia
Tutto ciò che noi facciamo e tutto ciò che ci circonda appartiene al concetto di Energia.
Per definire in modo più appropriato l’Energia, è necessario partire dalla nozione di lavoro.
Il lavoro viene definito come quella forza necessaria per spostare in una determinata direzione una
massa.
La capacità di compiere un lavoro (ad esempio quello di alzare un oggetto da un tavolo) è l’Energia,
mentre la rapidità in cui viene impiegata questa energia si definisce potenza.
Esistono varie forme di energia utilizzate nella nostra esperienza quotidiana: energia termica, chimica,
elettrica, elettromagnetica, cinetica, gravitazionale e nucleare.
Spesso le varie forme di energia possono convertirsi l’una nell’altra, allora diventa necessario
descrivere l’energia non attraverso sue svariate forme, ma dalle sue fonti.
La fonti possono essere primarie cioè reperibili direttamente in natura (combustibili fossili, energia
solare, uranio..) oppure secondarie, fonti prime ritrasformate in altre forme di energia (ad esempio dal
petrolio ricaviamo la benzina).
Definire l’energia solamente da un punto di vista descrittivo e categorico non è esauriente. Da sempre
l’uomo si interroga sul perché delle cose, guardando al di là di ciò che semplicemente osserva e
cercando in questo modo di costruire un ponte tra il fenomeno sperimentale e le leggi teoriche che lo
governano; è da questa base che nascono i tre Principi Fondamentali della Termodinamica.
Credo sia utile, prima di inoltrarci nella questione energetica, dare una idea dell’affascinante aspetto
scientifico che la riguarda, presentando quindi una breve descrizione di almeno i primi due principi
che governano l’Energia.
5
Il Primo Principio afferma che l’energia dell’universo è costante, cioè che la sua quantità non cambia.
Come descrive il Prof. Balzani nel suo libro3, questo principio è oggettivamente una buona notizia,
tranne per “chi vuole stare a dieta”: l’energia del cibo o la si spende con l’esercizio fisico e mentale, o la
si accumula sotto forma di grasso.
Il Secondo Principio è possibile descriverlo in vari modi, il più affascinante e sorprendente dei quali
(soprattutto per i più disordinati) consiste nel fatto che l’entropia dell’universo sia sempre in aumento.
Questo significa che l’universo, e tutto ciò che lo riguarda, passa spontaneamente da una situazione di
ordine ad una di disordine. La forma di energia più ‘disordinata’ è il calore e per questo ogni azione che
compiamo o che facciamo compiere ad un oggetto comporta, anche se talvolta in piccolissime
percentuali, una dissipazione termica.
Un altro modo per descrivere il Secondo Principio asserisce che in un sistema isolato l’energia termica
si trasferisce sempre da un corpo a temperatura più alta ad uno a temperatura più bassa. Quindi se
vogliamo fare fluire il calore in direzione contraria dobbiamo fornire energia (questo spiega il perchè
un frigorifero per funzionare deve essere collegato ad una corrente elettrica).
Dopo avere fatto un breve descrizione di carattere scientifico dell’Energia, elencandone la
caratteristiche e le leggi che la governano, si passa a trattare un argomento che tocca più da vicino il
nostro rapporto quotidiano con l’energia: l’utilizzo di combustibili fossili.
3 Cfr. Vincenzo Balzani e Nicola Armaroli ‘Energia per l’Astronave Terra’ , Zanichelli 2008, cap.1, p.21-26
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COMBUSTIBI FOSSILI ED ENERGIA DELL’ATOMO
Per combustibile si intende una sostanza che possiamo bruciare per ottenere energia, mentre il
termine fossile indica la presenza di resti di organismi viventi vissuti milioni di miliardi di anni fa.
I combustibili fossili utilizzati per produrre energia sono: Carbone, Gas Naturale e Petrolio; essi sono la
principale fonte di energia in nostro possesso, sulla quale si basa l’intera economia mondiale.
2.1 Carbone
Il carbone è un minerale organico con una struttura molecolare molto complessa. Esso si è formato da
resti di piante preistoriche, circa 350 milioni di anni fa, in un ambiente paludoso e carente di ossigeno.
Le principali riserve di Carbone sono localizzate nell’Ex-URSS, Cina e Stati Uniti.
Fig.1: Distribuzione di Carbone stimata nell’anno 2008 4
Il carbone trova il suo più vasto utilizzo per la produzione di energia nel settore industriale, mentre nei
paesi meno sviluppati viene utilizzato anche come combustibile per uso domestico.
4 Fig.1: mappa fornita dal sito http://www.bgr.bund.de (ultima consultazione in data 01/06/2010)
7
Nonostante le grandi disponibilità e i bassi costi di trasporto, il carbone non viene considerato il
combustibile più vantaggioso in quanto è il più inquinante di tutti. Questo anche a causa della sua
struttura molecolare alquanto complessa che produce una combustione dalla quale derivano
numerosi sottoprodotti, molti dei quali gas serra e idrocarburi policiclici aromatici (IPA petrogenici)
noti per il loro alto contenuto cancerogeno.
C + O2 → CO2 + 394 kJ/mol
Carbone: 1 g di C produce 3,66 g di CO2 e 32,8 kJ di calore.
2.2 Gas Naturale
Il Gas naturale è una miscela di idrocarburi a basso peso molecolare , il componente principale è il
metano (CH4 al 70-90%), altri componenti secondari sono etano (CH3CH3), propano (CH3CH2CH3) e
butano (CH3CH2CH2CH3). Il gas naturale si trova per la maggior parte disciolto nel petrolio grezzo o
intrappolato nella crosta terrestre (esistono immense riserve di gas naturale non convenzionale, i gas
idrati, abbandonati nei sedimenti marini e nelle aree a Nord del pianeta: Siberia e Alaska)
Fig.2: Distribuzione di Gas Naturale (476 trillion m³) stimata nel 2008 5
5 Fig.2: mappa fornita dal sito http://www.bgr.bund.de (ultima consultazione in data 01/06/2010)
8
Le riserve accertate di gas naturale nel 2005 ammontano a circa 1.633 1017 litri6, ma molti suppongono
che esistano altrettante riserve non ancora scoperte.
Le nazioni che possiedono importanti quantitativi di gas Naturale sono Unione Sovietica (30%), Iran
(16%) e Qatar (15%)6 (vedi fig.2).
L’uso del gas naturale è incrementato negli ultimi decenni a fronte di un’ alta richiesta energetica nel
settore domestico e industriale (specialmente nelle industrie chimiche come materia prima), ma anche
per questioni economico-ambientali.
A differenza del carbone e del petrolio, il gas naturale presenta una combustione più pulita, cioè
produce meno CO2 e non contiene impurezze inorganiche e organiche.
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 892 kJ/mol Metano: 1 g di CH4 produce 2,74 g di CO2 e 55,6 kJ di calore
La sua lavorazione è relativamente semplice, i costi e i tempi di costruzione delle centrali a gas di
ultima generazione sono molto competitive rispetto alle altre tecnologia termoelettriche.
Tuttavia uno dei principali svantaggi di questo combustibile è che il metano è esso stesso un gas serra
molto più potente di CO2.
L’uso massiccio del metano e soprattutto il suo trasporto lungo i gas dotti provoca inevitabilmente
delle perdite, specialmente a causa di cattive manutenzioni.
Inoltre negli ultimi anni l’utilizzo del gas naturale ha provocato gravi tensioni a livello politico ed
economico, quali ad esempio quelle tra Russia e Ucraina che nel 2009 hanno portato alla chiusura del
‘rubinetto del gas’ causando gravi problematiche in tutta Europa (Italia inclusa).
6 Dati forniti da Earthtrends.wri.org informazioni relative all’anno 2005 (ultima consultazione in data 01/06/2010)
9
2.3 Petrolio
Il petrolio è una miscela complessa di idrocarburi alinfatici e aromatici, con piccole quantità di altri
composti contenenti zolfo, azoto ed ossigeno.
Le riserve principali di petrolio si trovano in Arabia Saudita, Iraq e Iran.
Fig.3: Distribuzione di Petrolio (405 Gt) stimata nel 2008 7
Il petrolio è il combustibile fossile più utilizzato ed anche il più recente; la moderna industria del
petrolio nasce nel 1859 quando Edwin L.Drake costruì un pozzo per l’estrazione a Oil Creek in
Pennsylvania. Negli ultimi 150 anni il petrolio è stato il protagonista assoluto di tutta la crescita
tecnologica ed industriale mondiale, tuttavia, essendo una energia non rinnovabile, è necessario
domandarsi fino a quando la nostra economia possa basarsi sull’utilizzo di tale fonte energetica.
7 Fig.3: mappa fornita dal sito http://www.bgr.bund.de (ultima consultazione in data 01/06/2010)
10
Molte sono le previsioni e le opinioni a riguardo: il primo che
tentò di dare una risposta a tale questioni fu il geologo King
Hubbert della Shell Oli8 che nel 1956, analizzando l’economia
petrolifera statunitense, costruì una ‘curva a campana’ (vedi
figura a lato) localizzando il ‘picco di produzione’ per gli USA
(cioè il momento in cui la domanda di petrolio non può più
essere compensata da un offerta economicamente accettabile) tra gli anni 1968-1971.
La previsione fu azzeccata.
Dalla teoria di Hubbert , si sono sviluppate numerose correnti di pensiero che vedono contrapposti da
una parte i pessimisti, geologi appartenenti alla scuola di Hubbert, i quali prevedono che il picco
mondiale sia già passato e che le stime di riserve disponibili siano gonfiate dai governi dei paesi
produttori per tenere alta la propria quota OPEC e mantenere un prestigio economico.
Dall’altra gli ottimisti, i quali considerano che esistano numerose riserve di petrolio non ancora
sfruttate, specie nel sottosuolo marino, e che con il miglioramento della tecnologia e delle tecniche
estrattive si possa ottenere uno estrazione a prezzi più bassi.
Nonostante le varie teorie a riguardo credo sia necessario focalizzarsi sul fatto che il petrolio sia un
combustibile fossile causa, quindi, di inquinamento ambientale (vedi la recente esplosione di una
piattaforma petrolifera nel Golfo del Messico che ha causato la fuoriuscita in mare di tonnellate di
greggio provocando una ‘catastrofe nazionale’) ed emissione di gas serra.
C8H8 + 15O2→ 8CO2 + 9H2O + 5460 kJ/mol Benzina: 1 g di C8H8 produce 3,08 g di CO2 e 47,8 kJ di calore
Inoltre, essendo le risorse concentrate in poche zone, l’accesso alle riserve di petrolio è causa gravi
problematiche politiche ed economiche: basti pensare alla Guerra del Golfo.
8 Cfr: Ugo Bardi ,‘La fine del petrolio’, Editori riuniti 2003, p.85-106
11
2.4 Crisi energetica ed Energia Nucleare
Nei paragrafi precedenti è stato fatto un breve riassunto sui combustibili fossili e sul loro utilizzo;
questo tipo di energia, considerando l’organizzazione della nostra civiltà moderna e globalizzata, è
basilare; tuttavia viene naturale pensare che non possa essere l’unica strada percorribile.
I combustibili fossili presentano chiaramente enormi problemi per quanto riguarda sia le loro limitate
risorse (anche se è opinabile l’identificazione di una precisa data di fine sia ha comunque la certezza
che finiranno) sia l’inquinamento, sia infine le preoccupanti conseguenze ambientali di cui ci
occuperemo nel capitolo successivo 9.
Molti ritengono che l’unica strada percorribile sia quella di puntare su una nuova fonte energetica, più
pulita e più economica, l’energia dell’atomo10.
L’energia nucleare nasce dall’intuizione di un grande fisico italiano, Enrico Fermi, che nel 1945 riuscì a
dimostrare che fosse possibile ottenere enormi quantità di energia attraverso una reazione che
coinvolgesse i nuclei degli atomi, reazione che venne chiamata Fissione nucleare.
Nell’esperimento Fermi utilizzò come reagente uno degli elementi più pesanti conosciuti a quel tempo:
l’atomo di Uranio.
Dalla brillante intuizione del fisico italiano si sono sviluppate le prime centrali nucleari basate su
uranio fissile 235U (presente allo 0.7% rispetto all’altro isotopo 238U)
L’energia nucleare è in effetti un’ energia pulita e, a differenza del petrolio e degli altri combustibili
fossili, non comporta emissioni di gas serra.
Tuttavia l’energia atomica presenta altrettante problematiche, di diversa natura, ma ugualmente
pericolose.
Una delle maggiori critiche rivolte al nucleare riguarda il fatto che sia una energia di tipo non
rinnovabile, pertanto i paesi che intendono percorrere la strada del nucleare non possono mirare ad
9 Cfr infra. Vedi cap.4 “L’uomo e l’ambiente”
10 Cfr. European Nuclear Society vedi sito www.euronuclear.org (ultima consultazione in data 01/06/2010)
12
una indipendenza energetica; le riserve di uranio sono per la maggior parte localizzate in poche aree
geografiche: Australia (36%), Canada (15%), Kazakistan (14%), Nigeria (8%)11.
fig.4: Distribuzione di Uranio (18.2Mt) stimata nel 2008 12
Inoltre l’uranio utilizzato per la fissione (uranio fissile) è l’isotopo 235U presente solo al 0.7%
dell’uranio esistente.
Alcuni scienziati ed ingegneri per ovviare al problema delle limitate disponibilit{ dell’elemento
promuovono la costruzione di centrali a reattori detti “autofertilizzanti”, dove l’uranio 238 (fertile; non
è quello utile alla fissione) viene convertito in plutonio 239 (fissile).
Su questo punto vi è un inconveniente: il plutonio 239 viene utilizzato per la costruzione di bombe e,
indipendentemente dalla sua radioattività, è estremamente tossico.
11 Dati forniti da Earthtrends.wri.org informazioni relative all’anno 2005 (ultima consultazione in data 01/06/2010)
12 Fig.4: mappa fornita dal sito http://www.bgr.bund.de (ultima consultazione in data 01/06/2010)
13
Un’altra importante problematica riguardante la scelta dell’energia nucleare risiede nella questione
dello smaltimento delle scorie. Esse contengono elementi radioattivi pericolosi per tempi variabili, ma
che possono arrivare a decine di migliaia di anni.
Ad esempio, l’131I (elemento molto dannoso per la salute) ha un tempo di dimezzamento di soli 8
giorni, mentre il 239Pu di 24.000 anni.
Esiste pertanto il problema di conservare le scorie per tempi lunghissimi in siti che devono essere
messi in sicurezza sia da eventualità naturali (terremoti, inondazioni..) che da possibili furti, con
conseguenti problemi etici riguardo alle generazioni a venire.
Ad esempio il contestato sito di deposito dello Yucca Mountain nel Nevada per le scorie radioattive
degli Stati Uniti è costato miliardi di dollari e non è ancora adibito all’utilizzo13.
13 Informazioni ufficiali sul sito www.yuccamountain.org
14
L’UOMO E L’AMBIENTE
3.0 Premessa
L’utilizzo di combustibili fossili (fonti non rinnovabili) e soprattutto l’eccessivo consumo di energia
causano gravi conseguenze non soltanto all’economia e agli assetti politici del nostro paese, ma anche
a livello ambientale in quanto essi sono una pericolosissima fonte di inquinamento.
E’ invitabile che l’emissione continua di gas serra (come è stato precedentemente dimostrato
attraverso semplici reazioni) e di altri sottoprodotti di combustione gravi pesantemente sull’intero
ecosistema del nostro pianeta.
Non bisogna pensare al fenomeno dell’inquinamento come ad un evento marginale e circoscrivibile ai
soli poli industriali del mondo, è invece lecito porre il problema su un piano globale di fronte al quale
non si può essere indifferenti.
3.1 Cambiamenti Climatici
E’ dai tempi della rivoluzione industriale che non abbiamo mai smesso di emettere nell’atmosfera gas
serra (soprattutto CO2, ma anche cloro-fluoro carburi, metano e ossido nitroso) ad un ritmo superiore
alle capacità di smaltimento del pianeta, specialmente durante la rapida crescita economica ad alta
intensità energetica degli ultimi 60 anni (basti pensare all’enorme crescita industriale e tecnologia di
paesi come Cina e India, prima ritenuti paesi di “serie B”).
Per gas serra si intendono quelle sostanze che permettono ai raggi solari di raggiungere la superficie
terrestre ma, assorbendo nell’infrarosso, trattengono il calore riemesso dalla terra: questo fenomeno
genera un innalzamento globale della temperatura terrestre.
La conseguenza diretta del riscaldamento globale sono i cambiamenti climatici , i quali stanno avendo
un impatto diretto sul nostro stile di vita.
15
Alcuni scienziati ritengono che sostenendo un tale questo ritmo di crescita sia probabile che, per la
fine del secolo, l’innalzamento della temperatura terrestre arrivi a toccare 5°C in più rispetto al
periodo pre-industriale14 , e che un simile incremento di temperatura potrebbe sconvolgere il clima e
l’ambiente in modo tanto grave da scatenare massicci spostamenti di popolazione e conflitti su scala
globale. Nonostante le numerose prove a riguardo 15, esiste ancora una stretta cerchia di negazionisti
le quali sostengono che non esista una diretta connessione tra attività umana e cambiamenti del clima,
ma che lo scioglimento dei ghiacciai e l’innalzamento della temperatura siano semplicemente parte di
una fase geologica che il nostro pianeta sta attraversando 16.
3.2 Intelligenza ecologica
Il panorama che ci attende, viste le conseguenze di un uso improprio dell’energia, non è dei più
speranzosi. E’ certo che continuando sulla strada scelta dai nostri predecessori non possiamo che
aspettarci un peggioramento della situazione.
Pertanto credo che mai come adesso sia necessario scegliere di percorrere la via, non immediata, di un
progressivo rinnovamento dell’ utilizzo dell’Energia, più sobrio ed intelligente.
Per fare questo reputo sia fondamentale iniziare a sviluppare una “intelligenza ecologica” , cioè un
intelligenza capace di ≪comprendere e di apprendere dall’esperienza, in modo da interagire
efficacemente con l’intero pianeta17≫.
Un intelligenza di questo tipo, che mostra la capacità di riconoscere la rete nascosta di relazioni
interconnesse tra le attività umane e i sistemi della natura, non può che essere accompagnata da uno
stile di vita più sobrio, caratterizzato da un discernimento meno superficiale sul consumo e l’uso degli
14 Cfr. Nicholas Stern ‘Un piano per salvare il pianeta’, Feltrinelli 2009, cap.1, pag.21
15 Cfr. Copenhagen Climate Change 2009, vertice sui cambiamenti climatici tenutosi tra 45 capi di stato con l’obiettivo di trovare una intesa globale per la riduzione della emissione di gas serra. Informazioni sul sito www.copenhagenclimatecouncil.com 16 Cfr. Nongovernmental International Panel on Climate Change (NIPCC), informazioni sul sito ufficiale www.nipccreport.org
17 Dal libro ‘Intelligenza ecologica’ di Daniel Goleman, Rizzoli 2009 cap.4 pag 54
16
oggetti e dell’energia. Credo sia necessario abbandonare progressivamente la mentalità “usa e getta” ,
per fare spazio ad un atteggiamento che mostri maggiore responsabilità nei confronti di ciò che
consumiamo.
Mi chiedo come sia possibile continuare a costruire una società eccessivamente consumistica e al
contempo pretendere una crescita umana e responsabile verso ciò che ci circonda, è necessario invero
abbandonare o trascurare una delle due cose.
Infatti, come sostiene il Prof. Vincenzo Balzani durante il seminario “Riflessioni su scienze e societ{”,
la terra ha risorse limitate e non possiamo pretendere di crescere all’infinito: attualmente noi
consumiamo più di quanto la terra possa darci, la nostra impronta ecologica (cioè la superficie di terra
capace di fornire risorse per l’uomo) è pari a 9.5 ettari per persona negli USA e a 0.8 ettari per persona
in India, a fronte di una biocapacità di 1.8 ettari per persona.
Esiste pertanto un evidente problema di sostenibilità ecologica, che non può essere risolto con un
aumento dei consumi e della produttività, è lecito iniziare a mettere in discussione l’assioma felicit{ =
sviluppo e consumo.
In questo gli scienziati hanno un enorme responsabilità nel trovare nuove forme di energia volte verso
una prospettiva di futuro nel rispetto delle persone e dell’ambiente.
17
NUOVE PROSPETTIVE
4.0 Premessa
Come abbiamo visto i combustibili fossili o la scelta dell’energia nucleare non possono essere l’unica
fonte energetica a nostra disposizione in quanto comportano diversi problemi: primo tra tutti
l’esaurimento delle riserve e il loro dislocamento disomogeneo, che comporta conflitti e tensioni tra
stati; non meno importante è la questione dell’inquinamento e l’emissione di gas serra.
Per questo la comunità scientifica da anni è in ricerca di nuove fonti di energia, che siano il meno
inquinanti possibile, ma soprattutto, non esauribili.
Una via facilmente percorribile è quella che punta all’utilizzo delle energie rinnovabili, più efficenti ed
ecologiche: energia eolica, energia che deriva dall’acqua e, la più importante, l’energia solare.
4.1 Energia rinnovabile
Esistono varie tipologie di energia rinnovabile , cioè forme di energia che provengono dalla natura e
che quindi sono fonti inesauribili: tra le più importanti vi è l’energia eolica.
La produzione di energia eolica costituisce infatti una delle maggiori novità del settore energetico degli
ultimi trent’anni: l’Europa mira ad installare altri 180 000MW eolici (oltre ai 94 000 MW attuali) entro
il 2020 per soddisfare il 13% del fabbisogno elettrico continentale e dare un contributo decisivo
all’ambizioso obiettivo di produrre energia con fonti rinnovabili per il 20% entro quella data18 .
Pertanto viste le dimensioni che sta assumendo diventa scontato considerare l’energia eolica non più
alternativa, ma convenzionale. Uno dei problemi maggiori riguardante l’utilizzo di tale forma di
energia è la non continuità: dipendendo dalle correnti e dalla potenza dei venti non è sempre possibile
mantenere la stessa quantità di energia nel tempo.
18 Cfr. V.Balzani N.Armaroli, “Energia per l’astronave Terra”, Zanichelli2008, cap.8, pag. 174
18
Questo problema di intermittenza fa sì che le centrali ad energia eolica siano localizzate in determinate
zone come le grandi distese tra gli Stati Uniti e il Canada, la Germania e zone della Cina dove sono
maggiori le correnti d’aria19. Inoltre è necessario considerare che, a causa della discontinua erogazione
di energia, le centrali forniscono solo un 45% di potenza effettiva rispetto a quella nominale.
Tuttavia i limiti di questo tipo di tecnologia sono accompagnati da altrettanti pregi, basti pensare che
un impianto eolico da 10 MW e sufficiente per fabbisogni elettrici di 4000 famiglie europee medie e
l’impianto è di facile costruzione e manutenzione.
Un’altra forma di energia rinnovabile utilizzata soprattutto in Italia consiste nello sfruttamento della
caduta di acqua per generare energia meccanica o elettrica: questo avviene attraverso la costruzione
di dighe dotate di una tecnologia relativamente semplice e, a differenza dell’energia eolica, non
presenta problemi di intermittenza energetica.
Nel mondo di oggi sono in funzione 800 000 dighe mentre il 15% dei consumi elettrici italiani è
coperto da energia idrica20
Nonostante l’energia idroelettrica sia stata la protagonista assoluta (nell’ambito delle energie
rinnovabili) nel secolo scorso, attualmente la costruzione di dighe è andata rallentando.
La causa prima di questo rallentamento è l’enorme impatto ambientale che la costruzione di bacini
idroelettrici comporta, non solo sull’ecosistema, ma anche sulle persone; basti pensare ai numerosi
esodi forzati di intere cittadine per la creazione di spazi necessari o ad alcuni gravissimi incidenti
come quello alla diga del Vajont nel 1963, che provocò la morte di migliaia di persone.
Inoltre studi recenti hanno dimostrato che nelle zone tropicali i bacini idroelettrici possono
trasformarsi in grandi produttori di gas serra a causa della decomposizione di materiale organico nelle
loro acque calde e stagnati.
19 Cfr. Informazioni sui dati ottenute da World Wind Energy Report 2008 of World Wind Energy Association, febbraio 2009, www.wwindea.org/home/images/stories/worldwindenergyreport2008_s.pdf (ultima consultazione 01/06/2010)
20 Cfr. V.Balzani N.Armaroli,“Energia per l’Astronave terra”, Zanichelli 2008, cap.8, pag.181
19
4.2 Energia dal sole
Abbiamo visto i limiti e i pregi di alcune delle energie rinnovabili più utilizzate, tuttavia non è ancora
stata elencata la più importante: l’energia del sole.
Si tratta di un fonte di energia che ha molte prospettive di sviluppo e utilizzo in numerosi campi, non
solo per quanto riguarda l’energia termica, ma anche quella elettrica e meccanica.
Tutto il nostro ecosistema si basa sull’irraggiamento di calore da parte del Sole sulla terra: le piante
grazie all’energia del sole sviluppano la fotosintesi naturale, una reazione chimica che permette la
trasformazione di sostanze a basso contenuto energetico (H2O e CO2) in sostanze ad alto contenuto
energetico (O2 e carboidrati), il processo di fotosintesi è anche alla base della formazione dei
combustibili fossili (petrolio, gas metano e carbone).
Tuttavia il suo processo di produzione è estremamente più lento rispetto a quello necessario per
consumarli.
Possiamo dire che l’energia del Sole è la più importante e la più potente a nostra diposizione,
soprattutto perché la si può trovare ovunque.
Numerose sono le forme di applicazione che l’uomo ha inventato:
- pannelli solari: consiste nella conversione di energia solare in calore a bassa temperatura. Un
pannello solare di circa 3m2 è sufficiente per fornire acqua calda ad uso domestico per una famiglia
media, generalmente ha la durata di 30 anni e richiede poche manutenzioni
- pannelli fotovoltaici: permettono la conversione di energia luminosa in energia elettrica, il loro
funzionamento è dovuto un materiale semiconduttore (silicio) che assorbendo luce origina un
movimento di cariche elettriche all’interno di una cella fotovoltaica. Questo tipo di tecnologia sta
sempre più prendendo spazio, i paesi leader in questo campo sono Germania e Giappone, tuttavia
rimane una energia molto costosa e che necessita di ampi spazi per l’installazione.
20
Uno dei maggiori pregi di questa tecnologia è che consente di produrre energia là dove serve,
senza una costosa rete di distribuzione a lunga distanza, ed è quindi particolarmente adatta per i
paesi più poveri i quali non avrebbero delle risorse economiche per fare fronte al problema.
Fig.5: Produzione mondiale di pannelli fotovoltaici (in MWp)21
- Biomasse e biocombustibili: Come descritto precedentemente il processo di fotosintesi produce
idrocarburi, cioè masse vegetali e marine in grandi quantità ogni anno. Le biomasse sono dei
“combustibili solari” che possono essere bruciati per produrre energia in sostituzione ai
combustibili fossili. Un esempio è il biodisel che si produce da oli vegetali, oppure il bioetanolo che
sfrutta piantagioni ricche di carboidrati come il mais o la canna da zucchero.
Nonostante questa sia una energia di facile estrazione e rinnovabile è comunque importante
considerare il fatto che non sia pienamente pulita ed economica; la maggior parte delle
piantagione risiedono in Brasile o in altre zone ben localizzate, quindi l’utilizzo di tali combustibili
comporta necessariamente costi di trasporto; inoltre sono necessari numerosi ettari di terreno per
la coltivazione, il che comporta l’uso di numerose quantit{ di acqua per l’ irrigazione; per finire,
molti trovano discutibile la scelta di costruire impianti di coltivazione per soddisfare bisogni
secondari e non i bisogni di milioni di esseri umani che soffrono la fame.
21 Tabella fornita da “Report of the basic Energy Sciences Worshop on solar Energy Utilization” Washington DC, Aprile 18-21,2005 vedi: http://www.sc.doe.gov/bes/reports/files/SEU_rpt.pdf
21
- Fotosintesi artificiale: si tratta di un meccanismo che simula la fotosintesi naturale, ma che mira
alla produzione di combustibili. Il principio di base prevede l’utilizzo iniziale di acqua, la quale
viene ≪caricata≫ di energia sotto forma di luce solare portando alla separazione di due
componenti: idrogeno (combustibile) e ossigeno (comburente). Quando i due componenti si
ricombinano producono energia termica restituendo come sottoprodotto l’acqua.
Questa tecnologia è ancora in fase di studio e di sviluppo, ma se approfondita può portare un
svolta nell’ambito energetico.
Dopo questo breve elenco delle fonti di energia rinnovabili sembra lampante constatare che, come
ha sostenuto il prof. Vincenzo Balzani nel corso del suo seminario, la scelta dell’energia solare
accompagnata da un utilizzo più sobrio dell’energia sia l’unica strada percorribile per fare fronte
all’enorme problema energetico che stiamo affrontando.
Infatti le previsioni dei prossimi 30 anni riguardo ad un utilizzo invariato dei combustibili fossili
prevedono un aumento decisivo dei consumi fino ad arrivare a quantità sicuramente non
compensabili con le risorse che abbiamo a disposizione.
Fig.6: Development of Primary Energy Consumption Worldwide (cumulative) and Projections of IEA until 2030 (sources: BP and IEA, 2008)
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FONTI
Seminario:
[1] V.Balzani,”il ruolo della scienza in un mondo fragile”, Riflessioni su Scienze e società, Università
Alma Mater di Bologna (06 marzo 2010)
Libri:
[2] N.Armaroli, V.Balzani, Energia per l’astronave terra, Zanichelli 2008
[3] N.Armaroli,V.Balzani, Energia oggi e domani, Bonomia University Press 2004
[4] Nicholas Stern, Un piano per salvare il pianeta, Feltrinelli 2009
[5] Daniel Goleman, Intelligenza Ecologica, Rizzoli 2009
[6] Ugo Bardi, La fine del petrolio, Editori Riuniti 2003
Siti internet:
[7] www.bgr.bund.de : mappe sulla distribuzione delle risorse dei combustibili fossili
[8] http://Earthtrends.wri.org : informazioni e dati combustibili fossili ed energia nucleare
[9] www.euronuclear.org : European Nuclear Society
[10] www.yuccamountain.org : sito ufficiale del deposito di scorie nucleari statunitensi
[11] www.copenhagenclimatecouncil.com: informazioni sui cambiamenti climatici
[12] www.nipccreport.org: informazioni sui negazionisti riguardo ai cambiamenti climatici
[13] www.wwindea.org: info. Energia eolica consultazione del World Wind Energy Report (PDF)
[14] www.sc.doe.gov/bes/reports/files/SEU_rpt.pdf : informazione e tabelle riguardanti
l’energia solare nelle sue più svariate applicazioni.