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