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1 Giampietro Paci, Fare Tecnologia ENERGIA FONTI ALTERNATIVE.

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Presentazione sul tema: "1 Giampietro Paci, Fare Tecnologia ENERGIA FONTI ALTERNATIVE."— Transcript della presentazione:

1 1 Giampietro Paci, Fare Tecnologia ENERGIA FONTI ALTERNATIVE

2 2 Giampietro Paci, Fare Tecnologia IERI E OGGI Centanni fa: le dighe sulle Alpi Oggi: la diga sul Fiume azzurro

3 3 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Cosa sono le fonti alternative Osserviamo quattro energie alternative Energie rinnovabili (classificazione) Cosè lenergia Cosè una centrale elettrica Gruppo turbina alternatore (modello) Gruppo turbina a vapore-alternatore.

4 4 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Osserviamo quattro energie alternative La luce del sole: è luce e calore che fluiscono in ogni direzione. Lacqua fluente: è energia cinetica che segue la pendenza del territorio. Il vento: è aria che possiede energia cinetica. Luranio: è un metallo radioattivo con atomi che, colpiti con neutroni, si rompono e producono energia.

5 5 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Energie rinnovabili (classificazione) Solare: la luce del sole viene impiegata per scaldare lacqua nei pannelli solari, per produrre il vapore nelle centrali elettriche solari, per produrre elettricità con le celle fotovoltaiche. Idroelettrico: lacqua raccolta in bacini artificiali viene impiegata nelle centrali idroelettriche. Eolico: il vento viene impiegato per far girare le eliche dei generatori elettrici. Biomasse: gli alberi, le piante alimentari e altri materiali organici sono impiegati per produrre calore e biocarburanti. Geotermia: il vapore ad alta pressione che esce dal sottosuolo viene usato per riscaldare le serre e le centrali elettriche. Nel mare: esistono almeno quattro tipi di energia di origine marina (correnti, onde, maree, gradiente termico).

6 6 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Cosè lenergia Lenergia si definisce come la capacità di un corpo di compiere un lavoro. Secondo il principio di conservazione dellenergia lenergia non si crea né si distrugge, ma passa da una forma allaltra. Corpo: lenergia è immagazzinata in qualsiasi corpo. Forma: lenergia può assumere diverse sembianze (meccanica, termica ecc.). Passaggio: lenergia può passare da un corpo allaltro e in questo passaggio può cambiare forma.

7 7 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Cosè una centrale elettrica La centrale elettrica è un impianto che utilizza una fonte di energia per produrre energia elettrica. Ogni centrale comprende tre elementi principali: - fonte di energia, la sostanza che possiede lenergia; - turbìna, una macchina che ricevendo energia si mette a girare; - alternatore, una macchina che quando gira genera corrente.

8 8 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Gruppo turbina-alternatore (modello) Per vedere come si produce lenergia elettrica puoi usare una dinamo da bicicletta: devi collegare il suo albero con una turbina manuale da far girare veloce, affinché il magnete produca corrente.

9 9 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Gruppo turbina a vapore-alternatore Rotore di turbina a vapore E formato da centinaia di palette montate a ruota sullalbero cilindrico collegato a quello dellalternatore. Il vapore ad alta pressione mette in rotazione questo rotore. Rotore di alternatore E un elettromagnete cilindrico a molti poli con una grande forza magnetica che lo lega alle piastre metalliche dello statore. E necessaria una turbina di uguale potenza per farlo girare.

10 10 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Energia idroelettrica Cosè lenergia idroelettrica Centrale a serbatoio Centrale di generazione e pompaggio Impianto di generazione e pompaggio Centrale fluviale Centrale a marea Laghi artificiali e ambiente

11 11 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Cosè lenergia idroelettrica Lenergia idroelettrica si ottiene da una massa dacqua situata ad alta quota che possiede energia di posizione (potenziale). Per far funzionare la centrale idroelettrica costruita più in basso, viene costruita una diga che trattiene lacqua ad alta quota formando un lago artificiale.

12 12 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Centrale a serbatoio Funzionamento: lacqua del lago artificiale defluisce nel canale di derivazione e arriva alla condotta forzata. Dentro la condotta lacqua scende molto lentamente e acquista energia di pressione dallacqua che sta sopra. Il tubo termina con una strozzatura (ugello) che spinge fuori lacqua ad alta velocità. Il getto dacqua colpisce le pale di una turbina Pelton che trascina lalternatore che genera corrente elettrica.

13 13 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Centrale di generazione e pompaggio Il disegno mostra una centrale in caverna dotata di: - alternatore-motore; - turbina-pompa. Di giorno lacqua scende e produce corrente elettrica (generazione). Di notte lacqua viene aspirata e fatta risalire sulla montagna (pompaggio). La foto mostra la sala alternatori.

14 14 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Impianto di generazione e pompaggio La cartina mostra il profilo schematico di un impianto Enel in Val Camonica. Il dislivello tra il serbatoio del lago e il bacino daccumulo è di 1500 m. La galleria di derivazione è lunga 4 km. Le due condotte forzate sono lunghe 2 km ciascuna. La centrale è situata dentro la montagna.

15 15 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Centrale fluviale La centrale fluviale è un impianto che funziona con lacqua fluente di un fiume. Elemento caratteristico è la diga che crea un bacino con m di dislivello: la massa dacqua è costretta a passare per la centrale, costruita dentro la diga, e fa girare le turbine.

16 16 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Centrale a marea Limpianto è una comune centrale fluviale che funziona solo quattro ore ogni giorno: - quando arriva la bassa marea il mare si ritira per alcuni kilometri e si forma un dislivello di circa 10 m; - allora la centrale entra in funzione e lacqua accumulata nel bacino interno defluisce nei 24 collettori con turbine Kaplan incapsulati.

17 17 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Laghi artificiali e ambiente Lenergia idroelettrica richiede grandi opere sul territorio per predisporre il bacino di raccolta. Le più grandi opere sono state realizzate da governi forti o autoritari che hanno deportato intere popolazioni in altre zone per liberare il territorio da sommergere. Lelettricità di origine idroelettrica ha il costo più basso in assoluto.

18 18 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Energia geotermica Cosè lenergia geotermica Centrale geotermica Geotermia e ambiente

19 19 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Cosè lenergia geotermica Lenergia geotermica è il calore contenuto allinterno della terra che, in alcune zone di origine vulcanica, risale in superficie sotto forma di vapore caldissimo. Lenergia geotermica è al tempo stesso calore e forza meccanica e può alimentare una centrale termoelettrica per muovere le turbine.

20 20 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Centrale geotermica La centrale geotermica è un impianto simile alla centrale termoelettrica a carbone, con la differenza che il vapore in pressione viene raccolto dal sottosuolo. Dopo lutilizzo il vapore viene ricondensato in acqua nella torre di raffreddamento e iniettato nuovamente nel sottosuolo, per rifornire la falda acquifera e mantenere la pressione.

21 21 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Geotermia e ambiente Unarea geotermica per produrre energia elettrica è attraversata da molti vapordotti, tubi che convergono verso la centrale. Il fluido geotermico, comunque, lavora a circuito chiuso ed è quindi ecologico perché eventuali inquinanti non vengono dispersi nellambiente.

22 22 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Energia nucleare (uranio) Cosè luranio Reattore nucleare Schema della fissione Cosè lenergia nucleare Centrale nucleare Uranio e ambiente

23 23 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Cosè luranio Luranio si ricava dalluranite, un minerale che contiene 99% di uranio 238 non fissile e 1% di uranio 235 che è fissile e radioattivo. Con un procedimento di arricchimento si può portare la percentuale delluranio fissile al 3% per utilizzarlo nei reattori nucleari.

24 24 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Reattore nucleare Reattore nucleare: è un contenitore cilindrico in acciaio dove viene fatta bollire lacqua per trasformarla in vapore. Lenergia viene fornita dalle pastiglie di uranio che contengono circa il 3% di materiale fissile.

25 25 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Schema della fissione Un neutrone viene sparato contro un nucleo di uranio 235 che si spacca in due frammenti e lascia liberi altri tre neutroni. Durante la fissione una piccola parte di materia sparisce e si trasforma in energia. Se accanto al primo atomo di uranio 235 ve ne sono molti altri si può ottenere una reazione a catena.

26 26 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Cosè lenergia nucleare Lenergia nucleare è quella che si libera nelle reazioni che coinvolgono le particellle che formano il nucleo dellatomo. Nel 1905 A. Einstein enunciò la sua teoria dellequivalenza tra materia e energia (E=mc²) che permette di calcolare quanta energia si ottiene da una certa quantità di materia. Per ricavare energia dal nucleo dellatomo esistono due procedimenti: - la fissione (divisione) di un nucleo pesante come quello delluranio; - la fusione (unione) di nuclei leggeri come quelli dellidrogeno.

27 27 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Centrale nucleare E una centrale termoelettrica che ha come caldaia un reattore nucleare per la produzione del vapore. La centrale funziona con uranio arricchito al 3% di materiale fissile che viene caricato circa una volta allanno.

28 28 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Uranio e ambiente Le centrali nucleari, una volta costruite, non emettono anidride carbonica nellatmosfera, ma presentano due tipi di rischi: - incidente al reattore con fuga di materiale radioattivo che viene disperso nellaria, per poi ricadere sul terreno anche a molta distanza inquinandolo in modo grave o molto grave; - smaltimento delle scorie radioattive che potrebbero inquinare il terreno dove sono sepolte, problema non ancora risolto in modo definitivo ma solo con siti provvisori.

29 29 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Energia nucleare (idrogeno) Energia nucleare dallidrogeno Reattore a fusione Schema della fusione

30 30 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Energia nucleare dallidrogeno Laltro sistema per ottenere energia dallatomo è la fusione nucleare che fa fondere due isotopi dellidrogeno ottenendo elio. La fusione in forma controllata dentro un reattore, però, non è ancora stata realizzata, ma scienziati e tecnici vi stanno lavorando.

31 31 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Reattore a fusione Fino a oggi sono stati costruiti alcuni reattori sperimentali per la fusione nucleare, ma nessuno ha avuto successo. Il problema è come realizzare un contenitore capace di mantenere confinato lidrogeno alle temperature estreme necessarie per la fusione dei nuclei.

32 32 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Schema della fusione Dallidrogeno si ricava il deutrizio, che si trova nellacqua in quantità minime, e il trizio, che è invece un prodotto artificiale. Facendo fondere i due nuclei si ottiene un nucleo di elio e la piccola parte di materia che scompare si trasforma in energia. La reazione deuterio-trizio non produce scorie radioattive, ma nel reattore si produce radioattività, per la notevole emissione di neutroni.

33 33 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Idrogeno come carburante Produzione dellidrogeno Idrogeno e ambiente

34 34 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Produzione dellidrogeno Le tecniche di produzione dellidrogeno sono essenzialmente tre: - sottoprodotto dellindustria chimica; - estrazione da combustibili fossili (comporta elevate cessioni di CO 2 ); - estrazione dallacqua tramite il processo di elettrolisi che richiede una notevole quantità di energia elettrica. Estrazione dal metano Per estrarre idrogeno dal metano lo si fa reagire con vapore acqueo in presenza di catalizzatori, ad alta temperatura e pressione.

35 35 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Idrogeno e ambiente Lautomobile a idrogeno non inquina perché scarica nellaria solo vapore acqueo, non danneggia latmosfera perché non produce CO² ed è anche silenziosa. Tuttavia, lidrogeno non è una fonte di energia ma un vettore energetico, come lenergia eletrica. Quindi esso è amico dellambiente solo se viene ricavato dallenergia elettrica prodotta con lenergia idrica, solare o eolica.

36 36 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Maggior consumo di petrolio e di gas Gli economisti prevedono che nei prossimi ventanni aumenteranno i consumi di energia di circa il 30%. Infatti la Cina, lIndia e gli altri paesi di nuova industrializzazione compreranno sempre più combustibili (soprattutto petrolio e gas).

37 37 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Più carbone Ai ritmi attuali di consumo i combustibili fossili sono destinati a finire in tempi abbastanza brevi: - il petrolio sarà il primo a esaurirsi, tra circa 40 anni; - il gas naturale durerà ancora 70 anni; - il carbone durerà circa 150 anni.

38 38 Giampietro Paci, Fare Tecnologia Nuovo sistema energetico La fonte di energia più promettente per il futuro sembra essere lenergia solare, che potrebbe essere sfruttata in migliaia di centrali per produrre energia elettrica. Lunica certezza, però, è che il sistema energetico attuale, basato sui combustibili fossili, è destinato a finire in un tempo non troppo lontano.


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