Sviluppo sostenibile
e
le fonti di energia rinnovabile
Ing. Vincenzo Triunfo
[email protected]
APT Group_Energy_lab
Le fonti di energia rinnovabili sono
Energia da biomassa, biogas
Energia solare
Energia dalle maree
Energia geotermica
Energia eolica
Energia idroelettrica
Attualmente in Italia, per soddisfare il fabbisogno energetico, si consumano
circa 185 Mtep di energia totale, utilizzando diverse fonti primarie, nella tavola
seguente sono specificate le quantità di energia per singole fonti, espresse in
migliaia di tonnellate equivalenti petrolio, (1 tep = 10.000.000 kcal)
Fonti primarie utilizzate nel 2004 [ktep]
petrolio
metano
carboni
97.046
58.128
13.305
52,4%
31,39%
7,18%
nucleare
totali.ktep
12.601
4.120
185.200
6,8%
2,23%
100%
rinnovabili
Energia e combustibili ottenuti dalla trasformazione delle fonti
primarie
En. elettrica
53.586
29%
En. termica
Carburanti
64.166,3
43.746,8
34,6%
23,6%
Usi non
energetici
Perdite
totali.ktep
11.320
12.381
185.200
6,1%
6,7%
100%
Energia dall’acqua
(fiumi e laghi)
Energia dall’acqua (mare)
Principio della colonna d'acqua oscillante (OWC)
o energia dalle onde
energia dalle correnti marine (solo prototipi)
energia dal gradiente
termico (prototipo – Hawai)
energia dalle mree
Aberdeen (Scozia)
1 Mwatt
1,6 Mwatt
1,2 Mwatt
Energia dal vento
Energia da biomassa
S'intende per biomassa ogni sostanza organica derivante
direttamente o indirettamente dalla fotosintesi clorofilliana.
Sfruttamento “naturale”
di una discarica
Funzionamento di un “digestore”
anaerobico per la produzione di
biogas (metano)
Lo sfruttamento delle biomasse potrebbe rappresentare in futuro un modo
intelligente per riciclare tutti gli scarti organici (nei rifiuti, nelle lavorazioni, …..)
Una piccola sorpresa: i biocarburanti
Il bioetanolo
Esempi della quantità di etanolo ottenibile con le
tecnologie standard per ettaro di coltura:
Canna da zucchero:
7tonnellate
Mais:
3 tonnellate
Barbabietola da zucchero:
4 tonnellate
Patate:
3 tonnellate
Volvo
Mercedes
Una piccola sorpresa: i biocarburanti
Il biodiesel
Le materie prime necessarie
sono olii vegetali, anche usati,
aspetto questo che rende molto
interessante l' utilizzo del
biodiesel.
La sua produzione è del tutto ecologica, poiché non presuppone la generazione di residui, o
scarti di lavorazione. La reazione di transesterificazione prevede la generazione di glicerina
quale “sottoprodotto” nobile dall’elevato valore aggiunto, della quale sono noti oltre 800
diversi utilizzi.
L'utilizzo può essere diretto poiché non richiede alcun tipo d’intervento sulla produzione dei
sistemi che lo utilizzano (motori e bruciatori).
• Nell’autotrazione (motori diesel) sia puro che miscelato con il normale gasolio.
• Nel riscaldamento.
Energia geotermica o geotermia
Il termine "geotermia" deriva dal greco "gê" e "thermòs" ed il significato letterale
è "calore della Terra ".
Tale calore è presente in quantità enorme e praticamente inesauribile.
Il calore interno si dissipa con regolarità verso la superficie della terra, la quale
emana calore nello spazio quantificabile in una corrente termica media di 0,065
Watt per metro quadrato.
Oltre alla produzione di energia elettrica, a seconda della temperatura del fluido
geotermico sono possibili svariati impieghi:
acquicoltura (al massimo 38 °C), serricoltura (38 - 80 °C), teleriscaldamento (80 100 °C), usi industriali (almeno 150 °C).
Le centrali geo-termoelettriche
Impianti geotermici in
funzione ad Orbetello
Islanda, USA (Yellowstone-Park),
New Zeland, Australia, Kenya
Impianti geotermici per teleriscaldamento
Il teleriscaldamento è uno dei modi più interessanti per usare
direttamente i fluidi geotermici a bassa temperatura (80 - 100 °C).
Consiste nell'usare il fluido
geotermico per scaldare
direttamente, tramite degli
scambiatori di calore, l'acqua
circolante nei corpi scaldanti
(radiatori, termoconvettori o
pannelli radianti) dell'impianto di
riscaldamento delle abitazioni.
Schema di impianto di teleriscaldamento
tipicamente utilizzato in assenza di acqua
calda o vapore
Energia dal sole: termico e fotovoltaico
L'energia solare è la fonte di energia primaria per eccellenza.
Ogni anno il sole irradia sulla terra 19.000 miliardi di tep (tonnellate
equivalenti petrolio) mentre la domanda annua di energia è di circa 8
miliardi di tep.
Tutta l' energia che oggi utilizziamo ha origine dall'irradiamento
solare, compresi i combustibili fossili.
L’energia solare può essere utilizzata sia in modo diretto (solare
termico) che in modo indiretto (solare fotovoltaico).
Solare termico
Massimo rendimento da tubi
sottovuoto in cui circola un
liquido con alto calore specifico
Solare termico
Sono i primi ad essere stati installati, costano poco e servono
quasi esclusivamente per l’acqua calda sanitaria. Poiché si
raffreddano facilmente nel serbatoio viene posta una resistenza
elettrica per sopperire alle carenze energetiche e di efficienza.
Solare termico
“globo solare” per usi domestici
Esempio di concentratore a
parabola
“forno solare” per ceramica
Solare termico
Esempio di impianto a concentratori
parabolici. Su questo schema l’ENEA
sta sviluppando il progetto Archimede.
Sicuri problemi di impatto ambientale e di controllo della potenza.
Energia dal sole: fotovoltaico
L'effetto fotovoltaico consiste nella trasformazione della luce in energia
elettrica.
E’ noto fin dal secolo scorso, quando si scoprì che era possibile
trasformare direttamente l'energia solare in energia elettrica tramite
una cella elettrolitica senza passare per processi termodinamici. La
prima applicazione commerciale si ebbe nel 1954 negli Stati Uniti,
quando i laboratori Bell realizzarono la prima cella fotovoltaica
utilizzando il silicio monocristallino.
Energia dal sole: fotovoltaico
Energia dal sole: fotovoltaico
Energia dal sole: fotovoltaico
Questi dispositivi anche se molto sofisticati hanno rendimenti piuttosto
modesti, perché?
Per caratteristiche intrinseche ai materiali
costituenti solo una piccola parte dello
spettro solare viene realmente assorbita.
Le efficienze tipiche dei moduli al Silicio di tipo commerciale variano
attorno al 12-15%, con costi vicino a 5 euro per watt.
Energia dal sole: fotovoltaico
Il fotovoltaico offre enormi vantaggi:
•Completamente rispettoso dell’ambiente
•Sfrutta una forma d’energia molto delocalizzata il che permette di produrre energia là dove serve
•Non dipende da alcuna forma primaria di energia
•Produce una forma di energia di tipo “nobile”
•Ma ha un’ enorme svantaggio: i costi ancora troppo alti per un utilizzazione di massa
•E la bassa efficienza gioca un ruolo fondamentale a discapito del rapporto superficie occupata/potenza
prodotta
Il costo così alto è intrinseco al metodo di produzione
(crescita cristallina).
Energia dal sole: fotovoltaico
Sono state sviluppate tecnologie alternative a quella del silicio, per es. nei
laboratori del Dip. di Fisica sono state sviluppate celle solari con una tecnica che si
chiama a film sottili che permette un grande abbassamento dei costi di produzione
senza rinunciare alla buona efficienza.
Vantaggi della tecnologia a film sottili:
Ognuno degli strati ha uno spessore
micrometrico
Si può costrire una macchina in cui entra il
vetro ed esce alla fine il modulo completo
Con questo tipo di tecnologia si può arrivare ad un costo di produzione di circa 0,6
euro per watt.
Un buon vettore energetico
Energia dall’Idrogeno
La pila a combustibile e' un generatore elettrochimico in cui, in linea di principio,
entrano un combustibile (tipicamente idrogeno) e un ossidante (ossigeno o aria)
e da cui si ricavano corrente elettrica continua, acqua e calore . Il combustibile
(idrogeno) e i gas ossidanti (ossigeno dato semplicemente dall'aria) lambiscono
rispettivamente l'anodo e il catodo (sulle facce opposte a quelle in contatto con
l'elettrolito).
QUALCHE DATO ATTUALE

La domanda elettrica mondiale cresce al ritmo del 3% all'anno: i consumi mondiali di

energia potrebbero aumentare del 50% entro il 2030.
I danni ambientali della produzione termoelettrica da combustibili fossili (petrolio,
carbone, ecc.) in Italia sono stimati in 7 miliardi di euro l'anno
La produzione dell'energia elettrica mondiale si basa per il 63% sui combustibili fossili




(non rinnovabili)
In 40 anni il consumo di energia elettrica italiano è quadruplicato e il deficit elettrico,
provocato dallo sbilanciamento fra il fabbisogno di energia elettrica e la produzione
interna, ha raggiunto il 14% nel 2003, equivalente all' importazione di 6500 MW
dall'estero.
I consumi cinesi di petrolio sono aumentati del 615% dal 1999 da 1,3 a 9,3 milioni di
tonnellate all'anno
In Cina il consumo procapite e' di 1,7 barili di petrolio, negli Stati Uniti, è di 28 barili,
nella Corea del Sud di 17 barili, in Giappone di 17 barili, in India di 0,7 barili e in
Vietnam è probabilmente inferiore ad un barile
.