Fonti di energia rinnovabili e non rinnovabili - Prof. Tarola, Appunti di Energia per l'ambiente

Scarica Fonti di energia rinnovabili e non rinnovabili - Prof. Tarola e più Appunti in PDF di Energia per l'ambiente solo su Docsity! CAP. 1 ENERGIA In termini fisici, l’energia è la proprietà di compiere un lavoro da parte di un sistema materiale. L’energia e le sue trasformazioni sono regolate da alcune leggi fondamentali: il primo principio della termodinamica dice che l’energia non si crea e non si distrugge; è quindi possibile la trasformazione dell’energia ma senza alcun cambiamento della sua quantità complessiva presente nel sistema isolato. Il secondo principio della termodinamica ci dice invece che in ogni trasformazione energetica si passa da una forma di energia più pregiata ad una meno pregiata: l’energia è quindi uno stock di capacità spendibile ma non reintegrabile. COMBUSTIBILI NATURALI Sono sostanze in grado di reagire con l’ossigeno dell’aria per produrre energia termica. Sono costituiti prevalentemente da carbonio e idrogeno e, in quantità minore, da ossigeno, acqua e sostanze minerali. Esistono poi combustibili sintetici che si ottengono mediante trattamenti fisici o chimici di altri prodotti. Per la valutazione della qualità dei combustibili sono importanti il potere calorifico e la composizione chimica, che influisce sul primo e sulle possibilità di impiego. Il potere calorifico è la quantità di calore sviluppata nella reazione di combustione. FONTI ENERGETICHE PRIMARIE Fonti fossili come carbone e petrolio, fonte nucleare dalla fissione dell’uranio e dalla fusione del deuterio e del trizio, e fonti rinnovabili come l’energia idraulica, eolica, geotermica, solare e quella derivante dai rifiuti o dai biocombustibili. Le fonti energetiche primarie non sono sostituibili tra loro, poiché hanno caratteristiche intrinseche diverse che riguardano il tipo di energia prodotta (termica, meccanica, elettrica), la disponibilità, i costi di approvvigionamento, i costi di trasformazione, l’impatto ambientale e i rischi associati. RENDIMENTO DELLE TRASFORMAZIONI ENERGETICHE Il rendimento (R) di una trasformazione energetica è definito come il rapporto tra l’energia ricavata (fornita dal sistema) e l’energia consumata (fornita al sistema). L’unità di misura fondamentale dell’energia è il joule (j), mentre a fini pratici della misura dell’energia termica si è adottata la caloria (cal). Quando si debbono valutare quantità di energia sui consumi o sulle riserve energetiche di un paese viene utilizzato come unità di misura la “tonnellata equivalente di petrolio (tep)” o “la tonnellata equivalente di carbone (tec)” che esprimono quindi la quantità di energia liberata dalla loro combustione. Nella valutazione complessiva dell’energia è importante tenere conto del tempo impiegato a compiere un certo lavoro; si indica col nome di potenza il lavoro compiuto nell’unità di tempo. Il passaggio da una forma all’altra di energia non è mai totale: durante la trasformazione si producono delle perdite. CARBON FOSSILE Il carbon fossile è una fonte energetica storica in quanto è stata la prima materia energetica che ha contribuito allo sviluppo industriale. Di fronte all’aumento del fabbisogno di energia termica si affermò l’esigenza di integrare la disponibilità dei combustibili vegetali (legna) con il carbone, in grado di fornire una quantità di energia termica tre volte maggiore di quella ottenibile dalla legna. Per carbon fossile s’intendono quei materiali organici sedimentari di origine vegetale accumulatisi nell’era paleozoica in bacini paludosi (più di 300 milioni di anni fa), dove hanno subìto un processo di lenta decomposizione in condizioni anaerobiche (assenza di ossigeno). Tale processo di carbogenesi avviene per effetto combinato di microrganismi, agenti chimici e fisici (calore, pressione), variazioni biochimiche e geochimiche. Dal punto di vista fisico, il carbon fossile è costituito da carbonio (C) come elemento principale, sostanze volatili e da vari minerali. In base al grado di trasformazione geologica e tenendo conto di alcune proprietà caratteristiche, i carboni si distinguono in torba, lignite, litantrace e antracite (passando dalla torba all’antracite aumenta il contenuto di carbonio mentre diminuisce il contenuto di ossigeno e di sostanze volatili). Nella valutazione qualitativa del carbone, vanno analizzati la composizione chimica, il potere calorifico (sul quale influisce anche l’umidità) e le ceneri. Le ceneri sono sostanze minerali contenute nel carbone che rimangono come residuo dopo la combustione; sono quindi scorie che possono danneggiare gli impianti di combustione. Le possibilità d’impiego del carbone fossile sono diverse, sia nella sua forma originaria, sia come derivati, i quali possono essere prodotti da specifici processi chimici e fisici di conversione. Dagli anni 60 in poi l’industria del carbone ha subito un rapido declino per la concorrenza di altri combustibili per la produzione di elettricità e di calore, oltre al fatto che le preoccupazioni legate al rischio ambientale hanno indebolito il ruolo dominate del combustibile solido. L’uso del carbone a fini energetici infatti genera un notevole impatto ambientale, con l’emissione di grosse quantità di CO2 e il problema dello smaltimento delle ceneri. Attualmente gli impieghi del carbon fossile sono il carbone da vapore, ossia come combustibile nelle centrali termoelettriche per produrre energia elettrica, e il carbone metallurgico trasformato in coke, un residuo solido che serve come combustibile negli altoforni per produrre la ghisa da cui si ottiene l’acciaio. PETROLIO Il petrolio è una materia prima alla base di numerosi processi produttivi e di consumo, come la produzione di energia elettrica, il riscaldamento (gasolio), la locomozione (benzina) e l’industria chimica (materie plastiche, vernici, ecc.). Il petrolio ha condizionato il progresso tecnologico e la crescita sociale di mezzo mondo, la prosperità di quei paesi detentori delle maggiori riserve, ed è stato fonte di guerre e di crisi politiche internazionali. Fu nel 1859 la svolta nell’uso del petrolio nella storia umana: Edwing L. Drake, per conto della Seneca Oil Company, apre la strada all’esplorazione petrolifera che si spinse da pochi metri (20 metri) fino a raggiungere l’attuale record di 9700. Il primo re del petrolio John Rockfeller gettò le basi fino a superare nei primi anni 60 il primato del carbone per la produzione di energia. I giacimenti di petrolio si trovano normalmente in aree diverse da quelle di maggior consumo; ciò ha dato luogo a uno dei primi episodi di globalizzazione, con la creazione di una rete mondiale di prodotti petroliferi. Il processo produttivo del petrolio implica tre fasi: estrazione, trasporto e raffinazione. Il petrolio appena estratto si dice “greggio” e, per i suoi vari usi, deve essere raffinato e devono essere mescolati greggi di diversa provenienza. Il petrolio tipicamente si misura in barili ed un barile equivale all’incirca a 1/6 di tonnellata. Il metano è il principale componente dei gas naturali e può essere considerato una materia prima globale, è utilizzato come materia prima energetica e come materia prima per l’industria chimica. Il suo utilizzo sarà in crescendo grazie alla sua relativa abbondanza e grazie al fatto di essere considerato relativamente pulito, ossia durante il processo di combustione libera la minor quantità di carbonio per questo considerato meno dannoso per l’ambiente. Il metano viene prodotto direttamente o indirettamente per fermentazione microbica di materia organica. La materia organica accumulata in sedimenti oceanici e lacustri è di due tipi: di natura biogenica e derivante dall’erosione di rocce e sedimenti trasportati fino al mare dai fiumi o dal vento. I principali produttori di carbonio organico nelle acque sono: fitoplancton, zooplancton e batteri. La materia organica di origine terrestre è trasportata da fiumi e la maggiore concentrazione di materia organica nei sedimenti oceanici si trova nei sedimenti adiacenti ai continenti (pendii continentali) e in zone ad altissima produttività primaria che occupano le aree equatoriali degli oceani e la zona circum-Antartica. Le più grandi riserve sarebbero collocate in Norvegia e nel permafrost Mallik nell’ Artico Canadese. I gas naturali sono una risorsa energetica a lungo trascurata per le difficoltà di trasporto e di distribuzione, in quanto richiede forti investimenti per l’estrazione e trasporto a distanza dai luoghi di estrazione. Solo le crisi del mercato petrolifero degli anni 70 consentirono il rapido sviluppo del Gas Naturale, in quanto esso è caratterizzato da un maggior potere calorifico rispetto ai combustibili fossili e da minori emissioni di anidride carbonica e sostanze inquinanti. Innanzitutto, la ricerca di giacimenti di gas naturale viene eseguita attraverso indagini geologiche; in seguito, l’individuazione del giacimento viene eseguita una serie di perforazioni. Valutate le risorse del giacimento inizia la «coltivazione» che consiste in una caratterizzazione precisa dei pozzi sfruttabili in modo da consentire l’estrazione (razionale e programmata). Per le esplorazioni in mare si ricorre all’impiego di piattaforme galleggianti. Per quanto concerne i trattamenti, i gas naturali devono essere sottoposti ad una decompressione e a trattamenti per l’eliminazione di acqua, sostanze liquide, sostanze particellari. Inoltre per recuperare gli idrocarburi liquidi presenti nel gas (etano,propano, butano, benzina) si ricorre al processo di gasolinaggio che può essere eseguito per: assorbimento in olio minerale, Compressione e/o refrigerazione, Adsorbimento su adsorbenti solidi (carboni attivi) e Combinazione di più processi. In merito il trasporto del gas dal giacimento ai punti di utilizzazione avviene in metanodotti (tubazioni in acciaio), che deve essere trattato internamente ed esternamente per evitare fenomeni di corrosione. In genere lo stoccaggio avviene in grossi serbatori di forma cilindrica, ma recentemente la tendenza è quella di utilizzare il sottosuolo (ricorrendo a giacimenti petroliferi esauriti, cavità acquifere). Le riserve di distribuzione si trovano in Medio Oriente, Europa, eurasia, Africa settentrionale, America centrale. IDRATI DEL METANO Sono composti cristallini che si formano al contatto tra acqua o ghiaccio e molecole allo stato gassoso di piccole dimensioni, prendendo la forma di celle chiuse "a gabbia". Il processo di formazione avviene in particolari condizioni: una bassa temperatura (-15°C), un'elevata pressione e a una grande disponibilità di metano e di molecole di acqua. La densità dell’idrato del metano è simile a quella del ghiaccio. Gli idrati non hanno una definita formula chimica, essi fungono da concentratori di gas e di energia nel caso di idrocarburi. Gli idrati del metano potrebbero essere la fonte di energia del futuro: si stima che sui fondali marini e nelle zone di permafrost (condizioni climatiche estreme per tutto l’arco dell’anno) siano presenti più di 100.000 milioni di miliardi di metri cubi di metano, intrappolati sotto forma di idrati. Tuttavia lo sfruttamento di tali quantità di gas naturale oggi non è possibile, le attuali tecnologie non sono consentono di prelevare gli idrati e di estrarne il gas senza dispersioni nell'ambiente. Per quanto riguarda gli idrati del gas metano del sottosuolo, l’interesse da un punto di vista economico risale al 1970 in cui viene finanziato il primo programma (USA), nel quale si estrassero campioni in varie zone marine lungo le Coste USA, in Guatemala, e nel Golfo del Messico. Nell’ultimo decennio gli idrati di metano sono ulteriormente al centro dell’attenzione per motivi derivanti dall’opportunità di considerarli una possibile nuova riserva di metano (in considerazione delle variazioni dei prezzi di petrolio e gas. I principali ostacoli per lo sfruttamento di metano da idrati: le tecnologie estrattive o quelle di prospezione richiedono importanti investimenti e la corretta valutazione dell’impatto ambientale che si potrebbe produrre alterando coste e falde nelle profondità marine con possibili danni geologici irreversibili (aspetto più importante). Cap. 3 La via del nucleare per la produzione di energia Esistono due modi per ottenere dai nuclei atomici grandi quantità di energia utilizzabile: la prima si realizza con la fusione dei nuclei più leggeri esistenti, chiamati isotopi dell’idrogeno. La seconda si realizza attraverso la fissione (scissione) dei nuclei più pesanti presenti sul pianeta, principalmente l’uranio. La fusione nucleare è frutto dell’aggregazione di nuclei leggeri. Gli isotopi idrogeno fondendosi in Elio (He) diventano più pesanti e liberano energia. Condizioni: alte pressioni e temperatura pari a 100 milioni di gradi centigradi, questo tipo di condizioni si manifestano solo nelle stelle come il Sole. La fusione nucleare è attualmente considerata una delle opzioni utili per garantire una fonte di energia di larga scala, sicura, sostenibile e praticamente inesauribile. La possibilità di realizzare centrali nucleari però è incerta e non si sa se sarà possibile produrre energia elettrica a costi accettabili. È auspicabile che l’obiettivo venga raggiunto in futuro, ma è poco verosimile che ciò possa avvenire prima della fine del XXI secolo. La ricerca sulla tecnologia della fusione vede impegnati tutti i Paesi tecnologicamente più avanzati (Europa, USA) che hanno deciso, nell’ambito di una collaborazione internazionale, di concentrare il loro impegno in un programma comune orientato alla realizzazione del reattore a fusione sperimentale ITER, che produrrà 500 MW di potenza di fusione. La fissione è l’energia nucleare più recente ed è diventata competitiva dal punto di vista economico rispetto al carbone petrolio e gas naturale per la sua rapida evoluzione nelle lavorazioni dei combustibili e nelle tecnologie dei reattori. Nel processo di fissione un nucleo si scinde in due o più nuclei più leggeri (la massa è inferiore alla massa del nucleo originario che si è scisso). E si produce una grande quantità di energia. I nuclei pesanti colpiti con neutroni, tendono a decadere, producono due nuclei di massa circa metà di quella di partenza, emettendo altri neutroni, che provocano una reazione a catena. L’energia viene prodotta attraverso le reazioni nucleari, che riguardano il nucleo con una variazione di materia ed energia in accordo con la relazione E=mc2 (massa per velocità della luce). Il reattore nucleare è formato da un cubo di grafite (moderatore di neutroni), barre di uranio (combustibile) e barre di controllo (che assorbono neuroni in eccesso). Sollevando o abbassando le barre di controllo, è possibile innescare o bloccare la reazione a catena. Fasi di sviluppo della tecnologia: Dal 1952 si è avuto accesso agli esperimenti nucleari e fino agli anni 50 furono posti i fondamenti della tecnologia dei reattori di potenza per generare energia elettrica. Nel 1955 si tenne la prima conferenza internazionale sugli usi pacifici dell’energia atomica e le nazioni più avanzate si impegnarono a diffondere le conoscenze ad altri paesi. I reattori di prima generazione erano caratterizzati da dimensioni ridotte (5 MW) e dall’utilizzo di uranio naturale come combustibile. Nel 1956 la potenza nucleare era troppo bassa e quindi vengono costruite nuove centrali nucleari intorno a 500-600 MW. Con i reattori di 2 generazione si utilizza combustibile nucleare arricchito e con la terza generazione si riduce il numero dei circuiti e componenti riducendo la probabilità di guasti. Il nucleo racchiude la massima parte della massa anatomica ed è formato da protone, con carica elettrica positiva, elettrone con carica elettrica negativa e neutrone, che non possiede carica elettrica. Radionuclidi I radionuclidi trovano largo impiego pratico nella produzione di energia, nel settore di ricerca e medicina (radiologia medica) e in biologia (per mutazioni genetiche). Rifiuti radioattivi – scorie radioattive Le scorie radioattive sono materiale di scarto derivante dal decadimento radioattivo del materiale fissile. Lo smaltimento dei rifiuti radioattivi è un problema molto delicato e si articola attraverso: raccolta, trattamento, condizionamento, deposito definitivo (in pozzi o fosse di calcestruzzo, immissioni in formazioni geologiche profonde). composizione: Isotopi a vita lunga, Isotopi a vita media, isotopi a vita breve. La radioattività è un’emissione di energia che si ha mediante un’emissione di particelle e radiazioni elettromagnetico a seguito della disintegrazione di alcuni nuclei instabili. Cap 4 Ecosistema ECOSISTEMA ED ECOLOGIA Per ecosistema si intende l’unità funzionale fondamentale in cui organismi animali e vegetali convivono, e interagiscono sia tra loro che con i fattori ambientali circostanti ricoprendo ciascuno un ruolo che permette di conseguire una situazione di equilibrio biologico in continua evoluzione. Ogni ecosistema (una foresta, una palude, un lago) si caratterizza per una serie di fattori quali la morfologia, il clima, le variazioni di temperatura pressione ed umidità, le condizioni alimentari, la tipologia degli organismi viventi. Il progredire dello sviluppo e della tecnologia, l’evoluzione della specie, l’incremento demografico hanno influenzato i meccanismi naturali di autoregolazione dell’ambiente provocando delle perturbazioni di origine antropica irreversibili L’ecologia studia il flusso dell’energia e la circolazione della materia e ne valuta la velocità. Negli ultimi anni gran parte dell’interesse dell’ecologia è rivolto al rapporto tra uomo e ambiente, considerando i riflessi che le attività antropiche esercitano sugli ecosistemi naturali. L’analisi di questi problemi e la ricerca di metodologie per il riequilibrio dei sistemi ecologici sono compito specifico dell’ecologia applicata che si occupa prevalentemente delle alterazioni indotte dall’uomo sugli ecosistemi e sull’intera biosfera (es. inquinamento e modalità con cui prevenirle e correggerle). Esistono due tipi di valutazioni: quelle ad impatto ambientali e quelle del ciclo di vita dei prodotti; queste, attraverso l’impiego di indicatori ecologici, cercano di prevedere gli effetti che le opere e i prodotti possono determinare sugli ecosistemi coinvolti. L’obiettivo è quello di individuare modalità di produzione ecologicamente compatibili o più eco-efficienti. AMBIENTE La materia che costituisce il pianeta si suddivide tra materia vivente biotica e materia non vivente abiotica. La materia biotica (biosfera) si manifesta entro una fascia di spazio sottile che racchiude la superficie terrestre e si considera suddivisa in tre grandi componenti: litosfera (la parte solida), Idrosfera (la totalità delle acque del pianeta), atmosfera che ne costituisce la componente gassosa. La vita è presente solo in una frazione di ciascuna delle tre sfere, l’insieme delle quali costituisce la biosfera, quindi la biosfera è quella parte del pianeta dove si riscontra la presenza della vita. La biosfera insieme con la totalità delle forme di vita che ospita, costituisce l’ecosistema terrestre o ecosfera. La parte del pianeta che non costituisce l’ecosfera, (dove la vita non è presente) è importante in quanto intercorrono delle relazioni sotto forma di scambi di energia e materia. IDROSFERA Le acque presenti sulla terra coprono più di 2/3 della superficie del pianeta. L’acqua è la sostanza più abbondante nel pianeta e questo spiega la sua importanza per la vita. L’acqua è presente sulla superficie del suolo, nel sottosuolo e in una parte si trova nell’atmosfera sotto forma di vapore (nebbia). Nell’idrosfera l’acqua ricca di Sali è in quantità maggiore rispetto all’acqua dolce; la riserva di acqua dolce è del ghiaccio presente nei poli. La quantità di acqua nei fiumi e laghi è minima rispetto alle acque sotterranee; una piccolissima parte entra nel ciclo atmosferico di evaporazione e precipitazione attraverso questa piccola parte l’IDROSFERA si pone in rapporto interattivo con LITOSFERA e ATMOSFERA (ecosistema terrestre: litosfera-idrosfera-atmosfera). Nell’IDROSFERA l’acqua non si trova allo stato puro ma miscelata con altre sostanze; solo nell’ATMOSFERA allo stato di vapore è pura (priva di sali ma in condizioni particolari si rileva la presenza di contaminanti). CICLO DELL’ACQUA Interessa idrosfera-atmosfera-litosfera ed è fondamentale per la sopravvivenza della vita sulla superficie terrestre. ACQUA PIOVANA può alimentare fiumi e laghi e di conseguenza mari e oceani; può infiltrarsi nel suolo e, raggiunta la capacità massima di ritenzione del suolo, alimentare le falde sotterranee (in assenza di piogge, il suolo immette acqua nell’atmosfera per evaporazione). Una parte può essere intercettata dalla vegetazione (circa 1⁄4 dell’acqua totale delle precipitazioni viene intercettata dalla vegetazione e poi restituita all’atmosfera tramite la traspirazione). CICLO IDRICO Il ciclo idrico è un continuo passaggio di acqua da un sistema all’altro. L’uomo intervenendo sull’ambiente naturale ha alterato il delicato equilibrio di questo ciclo naturale (conseguenze: es. desertificazione- riscaldamento globale). ACQUA Una grande quantità è consumata dalle piante che la assumono dal sottosuolo, Parte dell’acqua utilizzata dalle piante viene ceduta all’atmosfera attraverso fenomeni di evaporazione e traspirazione delle foglie. Le aree coperte di vegetazione hanno un ruolo importante nel ciclo idrologico; evitando fenomeni di infiltrazione, ruscellamento ed erosione tipici dei terreni con vegetazione scarsa. Nell’odierna società industriale l’acqua è una risorsa molto sfruttata per potabilità, irrigazione e processi industriali; anche se presente in quantità su scala planetaria costituisce una risorsa naturale scarsa in molte parti del mondo a causa di una disomogenea distribuzione, di sprechi e usi impropri e dell’inquinamento. LE ACQUE DOLCI malattie infettive e da parassiti, conservazione di prodotti agricoli e industriali. Ma questi obiettivi hanno avuto come effetto negativo una progressiva contaminazione dell’ambiente da parte dei residui accumulati nel terreno, nelle acque, nelle piante e nei tessuti animali. L’acqua è essenziale nei processi biologici che sono alla base della formazione degli organismi viventi, costituiti essenzialmente da H2O in forma libera e combinata. L’acqua è in continuo movimento: evapora dai mari e corsi d’acqua, insieme a quella che evapora dal terreno e che traspira dai vegetali, poi raggiunge l’atmosfera, qui sotto forma di precipitazione raggiunge la superficie della terra. Purtroppo è una risorsa distribuita in modo irregolare (il diseguale approvvigionamento di acqua è strettamente connesso al grado di sviluppo). L’inquinamento delle acque dolci dell’idrosfera produce modificazioni dei corpi idrici in grado di alterare il funzionamento dei cicli chimici e biologici che ne regolano gli equilibri ecologici. I PRINCIPALI INQUINANTI DEI CORPI IDRICI sono: - inquinamento da sostanze che consumano O (es. scarichi domestici) - inquinamento di nutrienti (es. nitrati e fosfati derivanti da scarichi urbani e da attività agricole) fenomeni di eutrofizzazione - inquinamento di solidi sospesi - inquinamento da sostanze tossiche - inquinamento batterico - inquinamento termico (nel caso di deflussi di centrali termoelettriche, l’aumento è un fenomeno non trascurabile che influisce negativamente sulla solubilità dei gas, in particolare O importante per l’attivazione di meccanismi di autodepurazione) L’inquinamento marino consiste nella modificazione delle caratteristiche naturali dell’ecosistema causata da attività umane. L’introduzione di sostanze inquinanti può avvenire direttamente o indirettamente: - scarichi biodegradabili - scarichi persistenti (sostanze che non subiscono degradazione naturale) - scarichi particellati (materiale inerte) - sostanze organiche L’eutrofizzazione (un collasso ecologico) rappresenta il più grave fenomeno di deterioramento delle acque marine (in un ambiente ricco di fosfati, nitrati le alghe si riproducono a dismisura fino ad innescare un processo degenerativo, utilizzando l’O2, producendo la moria di altre forme di vita, pesci ecc). A tale fenomeno va aggiunto il problema derivante le mucillagini. Dal punto di vista chimico-fisico la mucillagine può essere definita come una sostanza organica naturale ad alto peso molecolare dotata della caratteristica di rigonfiarsi a contatto con l’acqua. Per la caratteristica di poter assorbire notevoli quantità di Acqua viene prodotta da numerose specie di piante. Con questo termine si indica generalmente un fenomeno legato alla proliferazione abnorme di microalghe (appartenenti al gruppo delle diatomee silicee) che determinano la comparsa in mare di estese masse di mucillagine. Dal punto di vista biologico il problema della mucillagine si verifica anche quando si deposita sul fondo (la degradazione batterica di tale sostanza può consumare l’O2 con danni per le altre forme di vita). L’inquinamento delle acque di falda si verifica quando fluiscono Fertilizzanti azotati (stimolano la crescita delle piante) e Pesticidi (eliminano insetti nocivi e erbe infestanti) nelle acque di falda nelle regioni agricole. L’inquinamento da nitrati nelle falde idriche è particolarmente esteso nelle regioni in cui la produzione industriale è più elevata e concentrata. All’inquinamento di sostanze di sintesi sconosciute ai cicli naturali Bioaccumulabili e Tossiche si aggiunge l’inquinamento organico prodotto dalle deiezioni umane ed animali dagli scarti di lavorazione dell’industria alimentare. Le captazioni per uso agricolo e industriale hanno comportato una imponente artificializzazione del territorio. L’industria cartaria è una delle più pesanti dal punto di vista ambientale per la deforestazione, consumo di acqua e inquinamento. L’acqua ha una capacità di autodepurazione: l’acqua in natura oltre alle componenti abiotiche (gas disciolti, sali) è ricca di microrganismi (flora batterica come alghe, funghi, protozoi, batteri) che hanno notevole importanza nei processi di autodepurazione. BIODEGRADABILITA’: È la capacità di subire una serie di trasformazioni dei materiali naturali e materiali sintetici. CARRYING CAPACITY: La capacità di carico rappresenta il numero di organismi o individui di una specie che può essere mantenuto da un ecosistema o da una area che ospita un ecosistema. A tale nozione si collega quella di livello di capacità biologica specifica (carrying capacity level) molto utilizzata in ecologia. Il livello max di accrescimento di una popolazione è condizionato da fattori ambientali quali: - il clima - la disponibilità di risorse Oltre che dal grado di speciazione e posizione nella catena alimentare, nelle pratiche gestionali il concetto di capacità di carico viene applicato alle popolazioni umane e alla loro attività per indicare il livello di densità demografica e di attività economica, che possono essere mantenute in un territorio senza che vengano modificate le capacità di riproduzione di risorse oppure le capacità di autodepurazione della biosfera. La capacità di carico può essere utilizzata per pianificare fenomeni quali: - IL N MAX DI ABITANTI IN UNA DETERMINATA AREA - IL TIPO E VOLUME DI ATTIVITA’ ECONOMICHE SOSTENIBILI IN UN TERRITORIO - ES IL N MAX DI VISITATORI IN UN PARCO INQUINAMENTO DELLA LITOSFERA In merito l’inquinamento della litosfera, che costituisce la parte abiotica solida e ingloba l’insieme delle terre emerse e sommerse della Terra, bisogna considerare il suolo, ossia lo strato più superficiale della litosfera. La sua formazione è legata all’evoluzione della superficie terrestre (erosione e demolizione delle rocce affioranti a cui segue il trasporto dei frammenti a distanze variabili). Le attività antropiche modificano sostanzialmente l’evoluzione dei suoli elementi estranei agli ambienti naturali: costruzioni, impermeabilizzazioni, escavazioni, inquinamento incendi disboscamento, inserimento di vegetazione diversa da quella naturale, irrigazione che altera il regime idrico del suolo, uso di fertilizzanti, anticrittogamici. Queste tecniche hanno provocato la perdita di fertilità di vaste zone e l’aumento dell’erosione. La multifunzionalità del suolo è minacciata da: - cause fisiche: erosione del suolo, estrazione mineraria, abbassamento dei livelli delle acque, compattamento, impermeabilizzazione - Cause chimiche diffuse: Salinizzazione di acque di falda, deposizione di materiale inquinante, sedimentazione di acque superficiali contaminate, dispersione di prodotti di sintesi usati in agricoltura - Cause chimiche puntiformi: Sversamenti e contaminazioni, rifiuti, perdite da stabilimenti industriali, attività di trasporto, immagazzinamento di sostanze chimiche La varietà delle proprietà del suolo, l’eterogeneità, e le condizioni chimiche, fisiche e biologiche rende tale comparto più complesso delle acque e dell’aria. - Tecniche di bonifica - Risanamento dei suoli - Utilizzazione di aree industriali dismesse Un altro aspetto della crisi ambientale riguarda la deforestazione. Crisi della BIODIVERSITA’ E DEGLI ECOSISTEMI L’estinzione è un fenomeno naturale nella storia dell’uomo è definita come un processo evolutivo che porta la scomparsa di una specie, sottospecie o popolazione. Quando una specie si estingue, il suo patrimonio genetico e la speciale ed unica combinazione di geni possiede sono perduti definitivamente. Inquinamento dei suoli: Il problema dei rifiuti I rifiuti costituiscono uno dei principali problemi in tutti i paesi del mondo. la produzione di rifiuti è in continuo aumento. La composizione è sempre più problematica a causa della eterogeneità (materiali diversi difficili da trattare e presenza di sostanze tossiche). Tutte le attività umane generano residui e scarti che possono essere considerati sottoprodotti delle attività economiche causati da: - inefficienza dei processi produttivi che genera rifiuti di diversa composizione e tipologia (es. scarti di lavorazione, imballaggi, rottami metallici, plastiche, residui degli impianti di depurazione) - obsolescenza dei prodotti che dopo un ciclo di vita diventano rifiuto - modalità dei consumi (es. prodotti usa e getta, confezioni monodose) - L’ALLUNGAMENTO DELLA VITA DI UN PRODOTTO E’ UN ESEMPIO DI ECOEFFICIENZA I fattori che possono influenzare la maggiore o minore produzione di rifiuti: - le tecnologie utilizzate - livelli di consumi (in genere più alto è il reddito, maggiore è la produzione di rifiuti) - attenzione posta alle politiche di recupero, riuso, riciclo, al fine di recuperarli come risorsa da riutilizzare nel sistema produttivo I rifiuti possono essere suddivisi in categorie: - RIFIUTI URBANI - RIFIUTI SPECIALI - RIFIUTI PERICOLOSI Il problema dei rifiuti solidi riguarda tutti i paesi industrializzati della Terra, la cui caratteristica è un indice di accumulo sempre in aumento. Si possono distinguere due aspetti: - Una carenza di aree per il confinamento di rifiuti - Un irreversibile depauperamento delle risorse naturali non rinnovabili Un tale elevato indice di accumulo di rifiuti comporta problemi soprattutto nelle zone più densamente popolate. Le classi merceologiche dei rifiuti: Sottolavaggio: Costituito essenzialmente da sostanze organiche ed inerti (escluso il vetro) e tutto ciò che passa al vaglio di 20 mm, Vetro, Inerti: Porcellana, ceramica, pietre, gessi, mattoni ecc. , Metalli: Ferro ed altri metalli escluso Alluminio, Alluminio: Lattine e fogli in film, pile e batterie, farmaci, contenitori: Contenitori di sostanze tossiche o infiammabili, altri pericolosi: Tubi fluorescenti, termometri, lampade a vapori metallici, siringhe ecc., tessili, pelli e cuoio, plastica in film, contenitori in plastica: solo contenitori per liquidi, altra plastica: Contenitori vari, plastica rigida per imballaggio, polistirolo, oggetti in plastica, organico, carta, cartone per imballaggio, legno RIFIUTI URBANI IN EUROPA Ogni anno in UE più di 1,8 miliardi di tonn. Di rifiuti totali (domestici-commerciali- industriali-agricoli- costruzioni e demolizioni- minerari e di scavo). RECUPERO ENERGIA DAI RIFIUTI La Tecnologia Waste-to-Energy Il termovalorizzatore di Copenaghen, situato nel centro della capitale danese, oltre a essere un moderno e innovativo aspetto architettonico, si prospetta essere lo stato dell’arte attuale della tecnologia Waste-to- Energy, sia in termini di prestazioni energetiche che ambientali. Il nuovo impianto è collocato nel centro della città e sarà gestito da Amarger Resourcecenter (ARC), sostituirà l’attuale termovalorizzatore, anch’esso di ARC, in esercizio da più di 40 anni. Il termovalorizzatore ha due caldaie a grata, ciascuna di capacità pari a 35 ton/h e carico termico nominale di 112 MW, due linee di depurazione fumi a umido con condensazione del vapore acqueo e una turbina da 67 MWe. La configurazione scelta garantisce il massimo recupero di energia elettrica e termica, sopportando variazioni consistenti nella composizione del rifiuto conferito: - vapore prodotto ad alta temperatura e pressione (440°C/70 bar, con possibilità di aumentare la temperatura fino a 480°C), - ridotto eccesso d’aria turbina a vapore con rendimento elevato Il sistema di condensazione del vapore dei fumi in due step permette di recuperare il calore di condensazione, incrementando di circa 20 punti percentuali il recupero di energia, da cui un rendimento complessivo di 107%. L’elevato grado di flessibilità operativa è garantita dalla connessione a due distretti della rete di teleriscaldamento di Copenhagen. Nonostante l’attività dei termovalorizzatori sia normalmente definita “di recupero”, il processo di incenerimento presso l’impianto di Copenhill permette il riciclo di materia mediante il recupero di risorse. Si prevede di estrarre un quantitativo di metalli dalle ceneri pesanti superiore al 90% del totale di ferrosi e non ferrosi; le ceneri possono essere utilizzate come componente per il manto stradale o per altri usi nel campo influire negativamente sulla salute umana, la vita animale e vegetale e causare danni ai beni di interesse storico artistico. Esiste anche un inquinamento prodotto da cause naturali, i fenomeni di inquinamento che preoccupano maggiormente sono quelli causati da attività antropiche. Il fenomeno di inquinamento di origine naturale è importante soprattutto per le ripercussioni che può avere sul territorio circostante la fonte di emissione, ad es. basti pensare l’impatto atmosferico che comporta l’attività eruttiva di un vulcano. Le sorgenti naturali di emissione sono rappresentate principalmente da esalazioni vulcaniche, processi di combustione durante gli incendi, erosione delle rocce e dall’azione dei venti sui deserti. Prima dell’era industriale le sorgenti di inquinamento naturale costituivano le uniche fonti di inquinamento atmosferico. Con il progredire dello sviluppo tecnologico, la presenza di contaminanti di origine naturale ha assunto un peso trascurabile rispetto a quelle di origine antropica, essendo esse preponderanti in termini quantitativi e di diffusione sul territorio. Le principali sorgenti di origine antropica sono rappresentate dalle attività industriali (in particolare l’industria chimica e siderurgica, le raffinerie di petrolio, i cementifici), dagli impianti per la produzione di energia (centrali termiche e termoelettriche), dagli impianti di riscaldamento e dal traffico veicolare. La tutela dell’ambiente nel suo complesso ed in particolare la corretta gestione della qualità dell’aria sono problematiche sensibilmente cresciute di interesse negli ultimi anni. La normativa italiana sulla qualità dell’aria si è evoluta nel tempo e in anni recenti è stata affiancata dalla legislazione dell’Unione Europea. A partire dal 1996 l’UE ha approvato una serie di direttive in materia di qualità dell’aria: - Direttiva 1996/62/CE-1999/30/CE-2000/69/CE-2002-03-CE Riguardanti la valutazione e gestione della qualità dell’aria e valori limite per alcuni contaminanti SORGENTI NATURALI DI EMISSIONE Le sorgenti naturali di emissione sono rappresentate principalmente da: - Esalazioni vulcaniche - Processi di combustione durante gli incendi - Erosione delle rocce - Azione dei venti sui deserti Prima dell’era industriale le sorgenti di inquinamento naturale costituivano le uniche fonti di inquinamento atmosferico. Con il progredire dello sviluppo tecnologico, la presenza di contaminanti di origine naturale ha assunto un peso trascurabile rispetto a quelle di origine antropica (essendo esse preponderanti in termini quantitativi e di diffusione sul territorio). SORGENTI DI ORIGINE ANTROPICA Le principali sorgenti di origine antropica sono rappresentate: - dalle attività industriali (in particolare l’industria chimica e siderurgica, le raffinerie di petrolio, i cementifici) - dagli impianti per la produzione di energia (centrali termiche e termoelettriche) - dagli impianti di riscaldamento - dal traffico veicolare INQUINANTI PRIMARI E SECONDARI Si possono definire a prescindere dall’origine naturale o antropica: - Inquinanti primari : le sostanze emesse direttamente nell’ambiente - Inquinanti secondari : le sostanze che si originano a seguito di modificazioni dagli inquinanti primari (questi ultimi coinvolgono spesso l’O -ossigeno?- atmosferico e la luce) EMISSIONI CARATTERISTICHE Ogni fonte du emissione di sostanze estranee alla composizione naturale della litosfera, idrosfera e atmosfera è caratterizzata da: - nautura della sostazna - quantità e T durata di emissione - modalità dell’emissione - localizzazione - parte direttamente interessata INCREMENTO DI ANIDRIDE CARBONICA (anche questi inorganici) La concentrazione naturale di CO2 nell’atmosfera è in aumento dovuto principalmente al consumo di combustibili fossili, fonte energetica primaria a livello mondiale. Secondo le previsioni 2050 (IPCC), organismo internazionale preposto ad analisi e valutazioni degli aspetti ambientali e socioeconomici legati ai cambiamenti climatici, indicano che: - Le emissioni di CO2 in atmosfera aumenteranno nel XXI secolo di circa tre volte - Per minimizzare gli effetti attesi dai cambiamenti climatici, secondo l’IPCC, sarà necessario ridurre le emissioni del 50% entro il 2050 COMPOSTI ORGANICI VOLATILI (VOCs) Anche se storicamente i primi ad essere stati studiati sono i contaminanti inorganici (CO, Nox e Sox), oggi l’attenzione dei ricercatori è spesso concentrata sugli inquinanti organici. I VOCs sono considerati inquinanti primari, la cui origine deriva dalle emissioni naturali ( se provengono dalla vegetazione e degradazione di materiale organico) o da emissioni di origine antropica (dalla combustione incompleta di idrocarburi e evaporazione di solventi). PRESENZA NELL’ARIA Recentemente si è accertato che nell’aria, soprattutto delle grandi città, sono presenti idrocarburi allo stato gassoso provenienti o dall’evaporazione di solventi o da combustibili liquidi e altri composti organici. Nel loro complesso le sostanze comprendenti gli idrocarburi e i loro derivati che evaporano con facilità sono i composti organici volatili (VOCs)  Tali sostanze hanno effetti negativi sull’ambiente (salute, vegetazione e materiali) sia direttamente che indirettamente. I VOCs possono anche essere reattivi con altri componenti naturali e di origine antropica presenti nell’atmosfera (per es. tra i VOCs sono considerati molto reattivi gli idrocarburi contenenti nella molecola doppi C=C). I VOCs, oltre ad essere presenti allo stato gassoso nell’atmosfera, possono essere veicolati nel particolato (non so che significa ma ve lo lascio). Tra i principali troviamo il BENZENE, che per la sua tossicità è inserito nel gruppo I (IARC- INTERNATIONAL AGENCY FOR RESEARCH ON CANCER) con altre sostanze di cui è accertato il potere cancerogeno per la specie umana. IDROCARBURI AROMATICI POLICICLICI (IPA) Sono sostanze che si formano dalla combustione incompleta di combustibili fossili (quali carbone, derivati del petroloio, ecc) e presentano elevata tossicità a basse concentrazioni (benzo pirene). OZONO L’Ozono è naturalmente presente nella stratosfera, dove svolge un ruolo fondamentale assorbendo le radiazioni UV (azione protettiva). Lo strato di ozono ha subito una parziale riduzione negli ultimi decenni, responsabili CFC (cloro fluoro idrocarburi- particolari sostanze di cui è stato vietato l’uso, Montreal 1987). Negli strati più bassi dell’atmosfera (la troposfera), poi, l’ozono è naturalmente presente a bassissime concentrazioni, anche se da alcuni anni si è evidenziato un aumento dei livelli di tale sostanza, con effetti negativi, dovuti alla reattività di tale sostanza, sia per la vegetazione che per l’uomo. LA FORMALDEIDE E’ un composto organico volatile che può essere presente in concentrazioni elevate particolarmente negli ambienti indoor (ambienti confinati). IL PARTICOLATO E’ l’insieme delle particelle solide o liquide le cui piccole dimensioni siano tali da permetterne la sospensione per tempi lunghi nell’aria. Esse possono avere origine dall’abrasione di rocce e terreni, da processi si combustione, oppure essere costituite da pollini e batteri. Il particolato aerodisperso (PM, Particulate Matter) è costituito da un insieme di particelle molto piccole (liquide, solide e aerosol) presenti nell’atmosfera. PARTICOLATO ATMOSFERICO Si parla invece di particolato “primario” quando le particelle sono emesse direttamente nell’atmosfera, provenendo da processi di combustione di combustibili fossili, combustione del legno Le particelle “secondarie” hanno origine da processi di trasformazione chimica e di condensazione delle sostanze gassose primarie La composizione chimica delle particelle è estremamente variabile e dipende dal luogo, dal periodo dell’anno e dal clima. La dimensione media delle particelle ne determina la pericolosità per la salute umana (al di sotto di 10 micron viene meno l’effetto barriera rappresentato dalle prime vie respiratorie). Il particolato può risultare dannoso per la salute se inalato e può essere dannoso anche per i materiali su cui si deposita. In genere la concentrazione delle sostazne tossiche (metalli e composti organici) risulta maggiore nella frazione con minor diametro. SMOG Il termine smog ha origine dal neologismo inglese nato negli anni 50: da smoke (fumo) e fog (nebbia). I fumi di scarichi sono costituiti da carburante parzialmente incombusto o da ossidi: l’ ossido di azoto da inizio alla sequenza di eventi che producono lo smog. ALTERAZIONE DEGLI EQUILIBRI NATURALI: SMOG FOTOCHIMICO E’ un fenomeno studiato a partire dagli anni ’70 caratterizzato dalla riduzione della visibilità nell’aria dei grandi centri urbani soprattutto nei periodi di alta pressione. L’indicatore chimico di questo fenomeno è l’elevata concentrazione di ozono O3 negli strati bassi dell’atmosfera (l0zono troposferico), l’ozono presente negli strati alti dell’atmosfera, dove svolge una funzione di filtro per i raggi UV, che può formarsi anche al suolo ad opera di inquinanti primari che innescano le reazioni fotochimiche favorite dalle radiazioni solari. L’ozono troposferico, a causa della sua pericolosità, è un parametro utilizzato per valutare la qualità dell’aria: le condizioni che favoriscono la formazione di smog sono un’alta % di scarichi autoveicolari e un elevato soleggiamento Cap7 Fonti di energia rinnovabili ENERGIE E RISORSE NATURALI L’energia si può suddividere in due categorie in relazione al fatto che il suo impiego comporti o no un progressivo esaurimento delle risorse naturali. E’ probabile che una parte di combustibili fossili non possa essere utilizzata per non alterare gli equilibri del pianeta. E’ il prodotto della conversione dell’energetica cinetica del vento in altre forme di energia, oggigiorno per lo più elettrica tramite una centrale eolica, mentre in passato l’energia del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e per- industriali. OBIETTIVI DI UNA POLITICA ENERGETICA UE • Riduzione di emissione di gas-serra • Riduzione della quota di importazione di materie prime • Riduzione degli sprechi (1/3 di energia è dissipata durante il trasporto) e del costo OBIETTIVI UE PER IL 2020  Ridurre del 20% le emissioni di gas serra rispetto al 1999  Ottenere il 20$ dell’energia prodotta da fonti rinnovabili  Diminuire del 20% la domanda di energia (aumentando l’efficienza e diminuendo gli sprechi)  Aumentare l’uso di biocombustibili o motori elettrici ibridi per il trasporto fino al 10% BIOCARBURANTI Sono oggi disponibili su scala industriale e sono i bio-diesel e i bio-etanolo, derivati da piante oleaginose e dalla trasformazione degli zuccheri estratti da cereali vari (barbabietola o canna da zucchero). La modesta efficienza delle tecnologie disponibili per la produzione di bio-etanolo e bio-diesel, sia in termini energetici che in termini economici, è ampiamente documentata: il limite principale è dovuto al fatto che è utilizzata soltanto una parte della pianta, con il risultato di una bassa resa per ettaro coltivato e un alto impatto dei costi della materia prima sul prodotto finale. BIOCARBURANTI DI SECONDA GENERAZIONE Sono quelli che intendono porre rimedio a tutti questi problemi. Essi saranno ricavati dalla componente lignocellulosica delle piante che, oltre a costituire la quasi totalità della massa, è anche la parte non commestibile. BIOCOMBUSTILI: BIODIESEL Il biodiesel è il frutto della raffinazione (transesterificazione) dell’olio grezzo ottenuto da da semi di piante oleaginose. Viene applicato per l’autotrazione, e può essere impiegato da subito al posto del gasolio tradizionale, puro o in percentuali variabili. In relazione agli aspetti ambientali: - Non contribuisce all’effetto serra - Riduce le emissioni di monossido di carbonio - Non produce biossido di zolfo - Minori dumi dei gas di scarico - Non contiene idrocarburi , policiclici, aromatici - Nessun pericolo durante il trasporto IL BIOETANOLO È un alcool ottenuto mediante un processo di fermentazione (a sua volta ottenuta mediante l’aggiunta di lieviti o batteri di biomasse vegetali -mais, sorgo, frumento, orzo- ricche di carboidrati e zuccheri. E’ importante che le nuove tecnologie non utilizzano materie prime alimentari ma le biomasse lignocellulosiche! L’etanolo, in particolare, è promettente grazie alla grande disponibilità, al costo relativamente basso e alla facilità di approvvigionamento  I maggiori produttori sono Brasile e USA e Cina e India per la produzione asiatica. ENERGIA RINNOVABILE: IL SISTEMA SOLARE TERMODINAMICO, SOLARE DI ULTIMA GENERAZIONE Oltre l’energia idroelettrica ed eolica, la terza via per la produzione di energia rinnovabile è rappresentata dal Sistema solare termodinamico. Tale sistema è molto più efficace del sistema fotovoltaico, e consente di catturare l’energia solare con spicchi parabolici, invece dei pannelli solari, e di immagazzinarla in un fluido salino. La sperimentazione iniziò in Italia presso l’ENEA dove Carlo Rubbia aveva costruito un prototipo di centrale solare basata su questo sistema. Successivamente il Progetto Archimede, in collaborazione collaborazione con l’Enel si prefisse l’obiettivo di applicare a livello industriale il nuovo sistema solare termodinamico. La sperimentazione si svolse in Sicilia con l’intento di costruire la prima centrale solare termodinamica made in Italy per la produzione di energia. L’accumulo termico del calore prodotto, cioè il passaggio intermedio dal calore degli specchi ad un contenitore isolato termicamente ad alta temperatura, consente di avere energia disponibile a livello industriale con continuità a prescindere dai cicli giorno-notte e condizioni atmosferiche. L’impianto di Priolo prevedeva l’uso, al posto del vecchio olio infiammabile, di una miscela di sali fusi capaci di accumulare energia in modo molto più efficiente, per renderla disponibile. Per lo sviluppo su larga scala, il Sistema basato sul Solare Termodinamico aveva bisogno di essere equiparato al Sistema Fotovoltaico per poter usufruire degli incentivi che avrebbero consentito un costo più basso. Abu Dabhi ha il solare termodinamico da record, Shams 1, ed è il più grande impianto solare a concentrazione realizzato al mondo, che, con 100 MW di potenza e un’estensione di due km e mezzo, fornisce elettricità sufficiente a soddisfare le necessità di 20000 abitazioni, consente di ridurre emissioni in atmosfera 175.000 tonnellate di anidride carbonica/anno (lo stesso quantitativo rilasciato da 30.000 automobili). Inoltre, l’impianto integra le più recenti tecnologie di efficientamento tra cui un condensatore di aria fredda d’ultima generazione che permette all’istallazione di risparmiare anche 200 milioni di litri di acqua ogni anno. E’ un progetto di 600 milioni di dollari e rappresenta il più grande impianto Concentrated Solar Power (CSP) al mondo. E’ soprattutto il primo del suo genere ad essere realizzato in Medio Oriente. Allora il Medio Oriente non sarà considerato solo uno dei maggiori produttori ed esportatori di greggio ma tra i principali esportatori ed esperti in energie rinnovabili al mondo. SISTEMA SOLARE TERMODINAMICO IN SUD AFRICA Prevede il progetto di un nuovo impianto solare termodinamico in Sud Africa da 100 MW di capacità solare nel nord della provincia di Capo Nord, dove la tecnologia a Sali fusi sarà uìin grado di generare elettricità fino a 5 ore dopo il tramonto. Grazie alla nuova centrale si riuscirà a produrre energia per soddisfare i bisogni di circa 90mila famiglie ed evitare l’emissione in atmosfera di circa 398mila tonnellate di CO2 l’anno. Inoltre, la costruzione, il funzionamento e la manutenzione degli impianti promuoveranno la crescita economica del paese ed il raggiungimento degli obiettivi energetici, con la conseguente riduzione del consumo e dell’importazione di combustibili fossili. SISTEMA SOLARE TERMODINAMICO IN SPAGNA E’ il più grande impianto solare termodinamico a concentrazione (CSP) d’Europa. Essa è composta da due diversi impianti denominati “Solaben 1 e Solaben 6” per un totale di 200 MW di potenza istallata in Spagna. La centrale produrrà energia pulita sufficiente ai bisogni di circa 104mila famiglie. Il termodinamico è fondamentale per lo sviluppo di un’economia mondiale sempre meno dipendente dai combustibili fossili. E’ la forma più versatile di energia rinnovabile a disposizione del mondo; sicura e completamente a zero emissioni di carbonio, può essere immagazzinata e rilasciata quando è necessario; può sostenere inoltre la creazione di occupazione, l’industrializzazione in molte di quelle regioni del mondo più povere e più popolate. IL VETTORE IDROGENO L’idrogeno non è una fonte primaria di energia ma un vettore energetico, ovvero una forma di energia che non si trova direttamente in natura allo stato puro, ma è necessario produrlo dalle sostanze che lo contengono, come acqua ed idrocarburi, consumando molta energia. Dunque, non esiste alcun giacumento di idrogeno: è necessario produrlo, e la sua produzione è una forma di immagazzinamento di energia, la quale viene restituita al momento dell’impiego finale dell’idrogeno. STOCCAGGIO E SICUREZZA (Penso che il soggetto sia l’idrogeno) può essere utilizzato come combustibile per alimentare veicoli e può essere trasportato, immagazzinandolo in idruri metallici o assorbito in nanostrutture di carbonio. I temi principali della ricerca sull’idrogeno riguardano: - La produzione - Lo stoccaggio e il trasporto - L’utilizzazione finale TECNOLOGIE FOTOBIOLOGICHE L’estrazione di idrogeno dalle biomasse produce anidride carbonica, ma l’inquinamento è pari a zero. Queste tecnologie si basano sulla geenrazione di idrogeno da sistemi biologici, sotto l’azione della luce solare. I processi di produzione di idrogeno, a partire dai combustibili fossili allo stato attuale, sono gli unici che possono essere realizzati su larga scala. Il combustibile ottenuto risulta più costoso di quello di partenza, sia in termini economici che energetici. La produzione di idrogeno mediante questi procedimenti ha senso, quindi, solamente se associata ad impianti di utilizzazione dell’idrogeno caratterizzati da un rendimento molto elevato (es. fuel cell), e se si provvede alla cattura della CO2 liberata in fase di produzione. CELLE A COMBUSTIBILE Le celle a combustibile sono sistemi elettrochimici capaci di convertire l’ energia chimica di un combustibile (in genere H, idrogeno) direttamente in energia elettrica, senza l’intervento intermedio di un ciclo termico. In questo modo è possibile ottenere rendimenti di conversione più elevati rispetto a quelli di macchine termiche convenzionali. Esse sono nate nel 1839, quando l’inglese W. Grove riportò i risultati di un esperimento nel corso del quale era riuscito a generare energia elettrica in una cella contenente acido solforico, dove erano immersi due elettrodi (fogli di platino). Una cella a combustibile funziona in modo analogo ad una batteria (quindi produce energia elettrica attraverso un processo elettrochimico), ma a differenza della pila è in grado di funzionare senza interruzione perché consuma sostanze provenienti dall’esterno, finchè al sistema viene fornito combustibile (idrogeno) ed ossidante (Ossigeno o aria). VANTAGGI PER L’AMBIENTE DELLE CELLE A COMBUSTIBILE: - Rivestono un notevole interesse per la produzione elettrica - Presentano caratteristiche energetiche ed ambientali tali da renderne vantaggiosa l’adozione, come un rendimento elettrico elevato e la possibilità di utilizzo di una vasta gamma di combustibili - Modularità (cioè permettere di accrescere la potenza al crescere della domanda di energia) - Efficienza indipendente dal carico e dimensioni dell’impianto - Ridottissimo impatto ambientale