Problemi legati all’inquinamento
e forme di energia rinnovabile
Realizzato da:
Luca Patrignani
Prof. Andrea Merli
A. S. 2012-2013
EFFETTO SERRA
CONSEGUENZE EFFETTO SERRA
L’incremento della temperatura della Terra può provocare una serie di effetti ambientali di
notevoli proporzioni. L’aumento del calore e quindi dell’evaporazione dai grandi bacini idrici
comporta un aumento corrispondente della quantità d’acqua in atmosfera e quindi un
aumento delle precipitazioni. Alcuni ricercatori ritengono che queste siano cresciute di circa
l’uno per cento su tutti i continenti nell’ultimo secolo. Le aree poste ad altitudini più elevate
dimostrano incrementi più consistenti, al contrario le precipitazioni sono diminuite in molte
aree tropicali. In ogni caso si nota una maggiore intensità delle piogge e dei fenomeni
meteorologici più violenti (come le tempeste e gli uragani) con un conseguente aumento delle
inondazioni e delle erosioni a carico del terreno. Il riscaldamento globale comporta anche una
diminuzione complessiva delle superfici glaciali. Le grandi masse di ghiaccio della Groenlandia
e dei ghiacciai continentali stanno arretrando notevolmente. L’aumento del volume oceanico a
causa della temperatura più alta e lo scioglimento dei ghiacci provocano anche l’innalzamento
del livello medio del mare. Negli ultimi cento anni è cresciuto approssimativamente di 15-20
cm. Inoltre, in molte zone tropicali già si assiste ad una riduzione dell’umidità del suolo che
comporta una diminuzione nella resa agricola; molte aree, anche in Europa, sono a rischio di
desertificazione. Tutti questi effetti sono già scientificamente evidenti per i molti dati ottenuti
a riguardo e si ipotizza un inasprimento della situazione attuale nel caso in cui le
concentrazioni dei gas serra aumentassero. Da notare che il riscaldamento globale
continuerebbe comunque per secoli anche se venissero stabilizzate le concentrazioni dei gas
serra in atmosfera: date le masse in gioco, le risposte del clima terrestre ai cambiamenti della
composizione dell'atmosfera sono piuttosto lente. Attualmente, se le emissioni continuano a
questo ritmo, si può ipotizzare uno scenario impressionante: i deserti potrebbero espandersi
in terre ora semiaride; le foreste, i polmoni della terra, diminuirebbero ulteriormente nella
loro estensione; intere popolazioni, ora in regime di sussistenza, non avrebbero più risorse
idriche a disposizione; città costiere e numerose isole scomparirebbero nel mare.
Protocollo di
Kyoto
Ozono
L'ozono presente a
livello del suolo (ozono
"cattivo") non va
confuso con l'ozono
"buono" che si trova in
una particolare fascia
dell'atmosfera posta fra
i 20 e i 30 km di altezza,
che ci protegge dalle
componenti dannose
dei raggi solari.
CFC
CFC
Col nome commerciale di freon (DuPont de Nemours, USA) è identificata
una famiglia di composti chimici derivanti dal metano e dall'etano per
sostituzione degli atomi di idrogeno con atomi
dialogeni (cloro, fluoro, bromo). Chimicamente questo tipo di composti
appartengono alla famiglia degli alogenuri alchilici. Talvolta tali composti
vengono chiamati impropriamente clorofluorocarburi (abbreviato in CFC).
Questo tipo di composti fu sintetizzato a partire dal 1931 e trovò
inizialmente applicazione come fluido refrigerante nei cicli frigoriferi a
compressione. Alcuni di questi composti (in particolare quelli
contenenti cloro) sono stati banditi dal protocollo di Montreal del 1990,
eccetto che negli usi per cui non si possono trovare gas sostitutivi.
Le Fonti
Rinnovabili
L’Energia
Solare
I Pannelli Fotovoltaici
La radiazione solare può essere sfruttata non
solo per produrre calore, ma anche elettricità
in modo pulito e rinnovabile.
I pannelli fotovoltaici, più propriamente
detti moduli fotovoltaici, consentono di
trasformare l’energia del sole in energia
elettrica. Il processo fotovoltaico di
trasformazione dell’energia del sole in
elettricità avviene nelle celle fotovoltaiche,
sottili fette di silicio sottoposte a complessi
trattamenti chimici e fisici, che collegate in
serie compongono il modulo fotovoltaico.
Partendo dal lato da esporre al Sole, il
modulo si presenta con una fibra di vetro,
copertura resistente che lo protegge dagli
urti, seguita dalle celle fotovoltaiche,
collegate tra di loro in modo da avere le
prestazioni elettriche desiderate, che
appoggiano su un elemento plastico
posteriore che conferisce rigidità al modulo.
Una cornice in alluminio anodizzato,
resistente quindi alle corrosioni, chiude il
tutto. Nella parte posteriore si ha infine una
cassetta da cui fuoriescono i 2 cavi elettrici (+
e -) provenienti dalle celle.
Centrali solari a specchi
Nelle centrali solari i raggi del sole vengono
convogliati dagli specchi su una caldaia dove
il calore trasforma l'acqua in vapore che
viene spinto a pressione verso una turbina. Il
vapore viene ricondensato e mandato
nuovamente alla caldaia dove ricomincia il
ciclo. L’acqua che vi si trova viene
surriscaldata ad altissime temperature così
da far funzionare una turbina collegata ad un
alternatore. La centrale solare non si
esaurisce ma ha dei costi di manutenzione
molto alti.
Gli specchi della centrale devono seguire il
movimento del Sole quindi ogni specchio ha
un costoso motore. La centrale occupa una
superficie molto grande, per poter catturare
maggiori raggi solari.
L’energia del Sole non è presente di notte e
diminuisce se il cielo è nuvoloso.
Pannelli solari per la produzione
di acqua calda per uso domestico
Il Sole può regalarci tranquillamente
l'80 - 95 % dell'acqua calda che tutti i giorni
utilizziamo per lavarci le mani, per fare la
doccia, per lavare le stoviglie, o anche per
lavare gli indumenti, se si riesce a collegare il
proprio impianto solare anche all'ingresso
dell'acqua calda per la lavatrice o per la
lavastoviglie. I risultati sono ottimi anche nel
Nord Italia se i prodotti sono di buona
qualità, come i nostri, e l'impianto è ben
dimensionato. Mentre nel Sud Italia i
rendimenti sono eccellenti anche per i
periodi invernali, al Nord Italia invece si
riescono ad ottenere buoni risultati se si
installa un pannello in più, o se si prevede un
buon serbatoio capiente, in modo da
compensare i giorni nuvolosi, visto che un
buon serbatoio mantiene l'acqua in
temperatura anche per diversi giorni.
Le Piogge Acide
Le Piogge
Acide
Il fenomeno della deposizione acida,
maggiormente noto con il termine
di piogge acide, consiste
nella deposizione acida umida ovvero
la ricaduta dall'atmosfera sul suolo di
particelle acide, le molecole acide
diffuse nell'atmosfera vengono
catturate e deposte al suolo da
precipitazioni quali: piogge, neve,
grandine, nebbie, rugiade, ecc.; Tale
processo si distingue dal fenomeno
della deposizione acida secca nella
quale la ricaduta dall’atmosfera di
particelle acide non è veicolata dalle
precipitazioni ed avviene per effetto
della forza di gravità. In questo caso si
parla quindi di depositi secchi.
Una pioggia viene definita acida
quando il suo pH è minore di 5. La
composizione
delle deposizioni acide umide è data
per circa il 70% da anidride solforica,
che reagisce in acqua dando acido
solforico. Il rimanente 30% risulta
principalmente costituito dagli ossidi
di azoto.
Energia Eolica
Storia Energia Eolica
Il vento ha svolto per molto tempo un ruolo importante nella storia della civiltà umana. Il primo uso conosciuto del vento risale a 5000
anni fa, in Egitto, dove si usavano barche a vela per attraversare il Nilo da sponda a sponda o per navigarlo controcorrente. Il primo
mulino a vento, formato da delle pale attaccate ad un asse per produrre un moto circolare, potrebbe essere stato costruito nel 2000
a.C. nell’antica Babilonia. Nel decimo secolo d.C si cominciano a vedere i primi mulini a vento dotati di notevoli dimensioni in una zona
tra l’attuale Iran e l’Afghanistan orientale. Venivano usati per la macinazione del grano. Il mondo occidentale ha scoperto il mulino a
vento molto più tardi: i primi riferimenti scritti riguardanti macchine funzionanti che sfruttavano il vento cominciano a partire dal XII
secolo. Anche queste macchine venivano usate per la macinazione del grano. La stessa parola “mulino” deriva da mola, la ruota in
pietra impiegata nelle macine. Sono passati ancora alcuni secoli prima che i mulini a vento fossero modificati per pompare acqua ed
aiutare a liberare gran parte del territorio dell’Olanda dalle acque. In Olanda i mulini svolgevano quindi un doppio ruolo: da un lato
inviavano le acque verso i canali di drenaggio, dall'altro venivano impiegati per macinare il grano, segare il legno o spremere l'olio. La
familiare fattoria con mulino a vento si sviluppa negli Stati Uniti a partire dalla seconda metà del 19° secolo. Nel 1889 esistevano già
ben 77 fabbriche a mulino a vento negli Stati Uniti e fino alla fine del secolo il mulino a vento costituiva una delle maggiori esportazioni
americane. Fino all’avvento del motore diesel, molte linee ferroviarie transcontinentali negli Stati Uniti dipendevano da grandi mulini a
vento che erano necessari per pompare l’acqua per le locomotive a vapore. Nel 1888 Charles F. Brush aveva però già realizzato la prima
turbina eolica in grado di produrre energia elettrica. Per la prima volta qualcuno ha l’idea di usare il vento per produrre energia
elettrica: l’ambizione visionaria di Charles F. Brush avrà l’effetto di rivoluzionare lo sfruttamento della forza del vento. E’ per questo che
negli anni tra i 1930 ed il 1940 vennero costruite migliaia di piccole turbine eoliche negli Stati Uniti per la produzione di energia elettrica
per l’illuminazione delle fattorie (illuminazione costituita di solito da un massimo di due lampadine), per caricare batterie elettriche o
per alimentare apparecchi radio. Queste turbine eoliche non erano collegate a nessuna rete elettrica e servivano piuttosto per ovviare
alla mancanza della rete elettrica in zone lontane dalle grandi città. Negli anni successivi al 1950 però la rete elettrica pubblica venne
estesa anche in zone precedentemente inaccessibili e anche questo tipo di turbine eoliche rimase senza mercato per i venti anni
successivi. All’inizio degli anni ‘70 l’interesse per le turbine eoliche si risveglia. Si comincia a parlare di “fine del petrolio” e si fanno le
prime previsioni sulle conseguenze dell’inquinamento atmosferico a causa della massiccia combustione di petrolio e derivati del
petrolio. E’ l’inizio di una nuova rivoluzione nel campo dell’energia eolica. In molti paesi del mondo vengono portati avanti dei
programmi energetici che prevendono lo sfruttamento dell’energia eolica. Da questo momento in poi i tipi di turbina eolica che
vengono sviluppati sono innumerevoli, alla ricerca di una sempre migliore efficienza nello sfruttamento dell’energia del vento. Per avere
anche solo una parziale idea della varietà di forme e profili alari delle turbine eoliche potete leggere il mio articolo: tutti i tipi di turbine
eoliche.
Energia Eolica
L'energia eolica è l'energia ottenuta dal vento ovvero il prodotto della
conversione dell'energia cinetica, ottenuta dalle correnti d'aria, in altre
forme di energia (meccanica o elettrica). Oggi viene per lo più convertita in
energia elettrica tramite una centrale eolica, mentre in passato l'energia
del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice
per applicazioni industriali e pre-industriali (come ad esempio nei mulini a
vento). Di fatto è stata la prima forma di energia rinnovabile, assieme a
quella idraulica, scoperta dall'uomo dopo il fuoco (si pensi alle vele delle
navi) e una tra quelle a sostegno della cosiddetta economia verde nella
società moderna. Le applicazioni più tipiche sono i parchi eolici, sebbene
possa essere sfruttata anche in installazioni stand-alone su piccola scala.
Mulini a Vento
Energia Idrica
Storia Energia Idrica
Migliaia di anni fa l'uomo ha imparato a sfruttare l'energia meccanica prodotta dalla caduta
dell'acqua. Già Greci e Romani usavano dei mulini ad acqua per macinare il grano. A
Barbegal, in Francia, nei pressi di Arles, importante porto che riforniva Roma di grano, sono
stati trovati dei mulini idraulici a otto ruote che sfruttavano contemporaneamente lo stesso
corso d'acqua (310 d.C.). In Europa, però, lo sfruttamento dell'energia idraulica per ricavare
lavoro meccanico si sarebbe massicciamente diffuso solo nei secoli XII e XIII. Il principale
utilizzo riguardava il settore agricolo e quindi la macinazione, mediante mulini ad acqua, di
granaglie, ma anche olive, sale e altri minerali. Seppure molto meno diffusi dei mulini, tra il
Cinquecento e il Seicento, sono stati realizzati altri macchinari alimentati dalla corrente dei
ruscelli. Uno dei più prolifici inventori di queste macchine fu proprio Leonardo da Vinci.
Sempre nel Medioevo, trovò grande diffusione anche la ruota ad acqua inventata dai greci:
una specie di mulino che serviva per sollevare l'acqua e fu utilizzato per la bonifica dei terreni
paludosi, l'irrigazione e nell'attività mineraria. La ruota idraulica, corredata di albero a camme,
permise, inoltre, di riprodurre un movimento verticale discontinuo, come quello del martello.
Essa fu così utilizzata per stampare tessuti e azionare mantici che servirono a sviluppare
maggiormente l'attività metallurgica. Un progresso tecnico di enorme portata si è avuto in
seguito all'evoluzione della ruota idraulica nella turbina, cioè in un apparecchio capace di
trasformare l'energia meccanica in energia elettrica. La nascita della turbina idraulica risale
alla fine dell'Ottocento. Da allora questa tecnologia è stata ulteriormente perfezionata e oggi il
rendimento complessivo degli impianti più moderni supera l'80%. Ciò vuol dire che, se
l’energia dell’acqua è pari a 100, l’energia utile fornita da un impianto idroelettrico è pari a 80.
L'energia idroelettrica è una fonte di energia alternativa e rinnovabile, che sfrutta la trasformazione dell'energia
potenziale gravitazionale, posseduta da una certa massa d'acqua ad una certa quota altimetrica, in energia
cinetica al superamento di un certo dislivello; tale energia cinetica viene infine trasformata in energia elettrica in
una centrale idroelettrica grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina. L'energia idroelettrica viene ricavata
dal corso di fiumi e di laghi grazie alla creazione di dighe e di condotte forzate. Esistono vari tipi di diga: nelle
centrali a salto si sfruttano grandi altezze di caduta disponibili nelle regioni montane. Nelle centrali ad acqua
fluente si utilizzano invece grandi masse di acqua fluviale che superano piccoli dislivelli; per far questo però il
fiume deve avere una portata considerevole e un regime costante. L'acqua di un lago o di un bacino artificiale
viene convogliata a valle attraverso condutture forzate, trasformando così la sua energia potenziale in energia di
pressione e cinetica grazie al distributore e alla turbina. L'energia cinetica viene poi trasformata attraverso il
generatore elettrico, grazie al fenomeno dell'induzione elettromagnetica, in energia elettrica. Per permettere di
immagazzinare energia e di averla a disposizione nel momento di maggiore richiesta, sono state messe a punto
centrali idroelettriche di generazione e di pompaggio. Nelle centrali idroelettriche di pompaggio, l'acqua viene
pompata nei serbatoi a monte sfruttando l'energia prodotta e non richiesta durante la notte cosicché di giorno,
quando la richiesta di energia elettrica è maggiore, si può disporre di ulteriori masse d'acqua da cui produrre
energia. Questi impianti permettono di immagazzinare energia nei momenti di disponibilità per utilizzarla nei
momenti di bisogno. L'energia idroelettrica è una fonte di energia pulita (non vi sono emissioni), integrativa ,(da
non confondere con alternativa), e rinnovabile, tuttavia la costruzione di dighe e grandi bacini o invasi artificiali,
con l'allagamento di vasti terreni, apporta sempre e comunque un certo impatto ambientale che nei casi più gravi
può provocare lo sconvolgimento dell'ecosistema della zona con grandi danni ambientali, come è successo con la
grande diga di Assuan in Egitto, oppure rischi di tipo idrogeologico come accaduto nel disastro del Vajont. La
produzione di energia idroelettrica può avvenire anche attraverso lo sfruttamento del moto ondoso, delle maree e
delle correnti marine. In questo caso si parla di energia mareomotrice.
Energia Idroelettrica
Bacini
Idroelettrici
Turbina
Idraulica
Turbine
Turbina
a Vapore