PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA

Presentazione sul tema: "PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA"— Transcript della presentazione:

1 PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA
FONTI DI ENERGIA Materiali nucleari FONTI ESAURIBILI FONTI INESAURIBILI

2 INQUINAMENTO DA COMBUSTIONE
BENZINA E GASOLIO GAS NATURALE CARBONE ANIDRIDE CARBONICA OSSIDO DI AZOTO DERIVATI DEL PETROLIO CARBONE INQUINANTE TABELLA BUCO NELL’OZONO EFFETTO SERRA PIOGGE ACIDE COME SI FORMANO LE PIOGGE ACIDE Fonti esauribili pag. 49

3 BENZINA E GASOLIO I combustibili fossili svolgono la loro funzione utile quando liberano energia termica, cioè calore, che è la “cosa buona” per cui vengono bruciati. Però con la combustione rilasciano anche sostanze di scarto, che sono inquinanti per l’ambiente e per l’uomo. In generale tra i combustibili esistono queste differenze. Benzina e gasolio. I combustibili liquidi ( o carburanti ) sono grandi responsabili dell’inquinamento dell’aria delle città, perché fanno funzionare milioni di mezzi di trasporto e non esistono dispositivi veramente efficaci contro queste emissioni diffuse. Inquinamento da combustione, pag. 2

4 GAS NATURALE Gas Naturale – anche il metano emette sostanze inquinanti, ma in percentuale molto inferiore rispetto agli altri combustibili. monossido di carbone è la metà rispetto al gasolio e un sedicesimo rispetto alla benzina. Biossido di carbonio è dimezzato rispetto al petrolio, non è tossico, ma contribuisce a creare l’effetto serra. Il biossido di zolfo è inferiore di 5 volte rispetto alla benzina e di sessanta volte rispetto al gasolio. Come gli altri combustibili, il metano è un grave inquinante per l’ossidazione dell’azoto atmosferico. Gli ossidi di azoto reagiscono nell’atmosfera producendo acido nitrico, che ricade sul terreno durante le piogge acide. Il Gas Naturale è il combustibile più pulito, tanto che viene bruciato direttamente nelle case sul fornello da cucina, ma inquina in minor quantità. Inquinamento da combustione pag. 2 Gas pag. 67

5 TABELLA Il carbone ieri pag 58 Il carbone oggi pag 64 X
Alcuni gas presenti “in traccia” nell’atmosfera Principali emissioni dovute alle attività umane EFFETTI Effetto serra Buco ozono Piogge acide smog Monossido di carbonio (CO) autoveicoli X Anidride carbonica (CO2) Autoveicoli, centrali termoelettriche, incendi di foreste Metano CH2 Allevamenti di bovini, risaie, discariche, incendi di foreste Ossidi di azoto N2O3 Autoveicoli, centrali termoelettriche, fertilizzanti Anidride solforosa SO2 Centrali termoelettriche, industrie, veicoli diesel Clorofluorocarburi (CFC) Frigoriferi, condizionatori, spray, materiali espansi Ozono troposferico O3 Autoveicoli, industrie Inquinamento da combustione pag. 2

6 Tabella inquinamento scienze

7 CARBONE INQUINANTE Carbone.
E’ il combustibile più inquinante, oggi usato solo in grandi impianti che tengono sotto controllo le sue emissioni (es. centrali termoelettriche) Le principali sostanze inquinanti che si liberano dai derivati del petrolio quando essi vengono bruciati sono: CO2 e ossidi di azoto Inquinamento da combustione pag. 2

8 ANIDRIDE CARBONICA Anidride carbonica ( C O2 )
che è un prodotto della combustione, cioè è il risultato della combinazione del carbonio con l’ossigeno presente nell’aria. E’ qualcosa che non si può eliminare: anche l’uomo la produce con la respirazione, e anche le piante. Inquinamento da combustione pag. 2 Carbone inquinante pag. 7

9 OSSIDI DI AZOTO Ossidi di azoto
non dipendono della purezza da combustibile, ma delle modalità e dalla temperatura di combustione. Carbone inquinante pag. 7 Inquinamento da combustione pag. 2

10 DERIVATI DEL PETROLIO Derivati del petrolio.
La benzina e il gasolio emettono con la combustione molti elementi inquinanti con queste caratteristiche: Il monossido di carbone, è un gas inodore moto tossico per l’uomo. Il biossido di carbonio non è tossico per l’uomo, ma contribuisce a provocare l’effetto serra. Gli ossidi di zolfo reagiscono con l’atmosfera formando acido solforico; sono responsabile delle piogge acide. Il particolato è formato da aggregati di materia solida o liquida, di dimensioni inferiori a mezzo millimetro. E’ pericoloso per l’uomo e per gli animali, perché contiene metalli pesanti ( piombo, mercurio, cromo, ecc..) che diventano nocivi se assorbiti in quantità. Inquinamento da combustione pag. 2 TABELLA PAG. 5

11 GAS NATURALE Gas Naturale – anche il metano emette sostanze inquinanti, ma in percentuale molto inferiore rispetto agli altri combustibili. monossido di carbone è la metà rispetto al gasolio e un sedicesimo rispetto alla benzina. Biossido di carbonio è dimezzato rispetto al petrolio, non è tossico, ma contribuisce a creare l’effetto serra. Il biossido di zolfo è inferiore di 5 volte rispetto alla benzina e di sessanta volte rispetto al gasolio. Come gli altri combustibili, il metano è un grave inquinante per l’ossidazione dell’azoto atmosferico. Gli ossidi di azoto reagiscono nell’atmosfera producendo acido nitrico, che ricade sul terreno durante le piogge acide. Il Gas Naturale è il combustibile più pulito, tanto che viene bruciato direttamente nelle case sul fornello da cucina, ma inquina in minor quantità. GAS PAG. 67

12 IL CARBONE Il Carbone è il combustibile fossile più inquinante, a causa della massiccia emissione di anidride carbonica durante la sua combustione. La produzione di biossido di carbone infatti è circa due volte e mezzo a quella emessa dal gas naturale. In Italia si è deciso di aumentare le centrali termoelettriche a metano del 15% per ridurre l’emissione di anidride carbonica. Il particolato solido viene prodotto soprattutto durante la fase di estrazione e trasporto del carbone, viene sollevato dal vento e disperso nell’aria. L’ossido di azoto e l’anidrite solforosa vengono invece prodotti nella fase di combustione del carbone. Inquinamento da combustione pag. 2

13 BUCO NELL’OZONO BUCO NELL’OZONO
Per buco nell’ozono si indente la riduzione della fascia di ozono situata nella stratosfera. E’ causato dalle emissioni di gas inquinanti, in particolare i CFC (clorofluorocarburi), usati come refrigeranti e propellenti per le bombolette spray. Il buco nell’ozono fa passare una maggiore quantità di raggi ultravioletti, che possono causare irritazioni e tumori della pelle. Possono danneggiare le piante, modificando il processo di fotosintesi. L’ozono buono nell’atmosfera (O3) è un gas bluastro, con caratteristico odore pungente di aglio. E’ una forma particolare dell’ossigeno, perché la sua molecola è formata da tre atomi invece di due. Si trova soprattutto a una quota di 20 – 30 chilometri d’altezza (stratosfera) dove forma un guscio che copre tutta la terra. Questo ozono stratosferico svolge la funzione importantissima di scudo contro i raggi ultravioletti presenti nella luce del sole, che sono riflessi verso lo spazio. I CFC distruggono l’ozono I primi responsabili della distruzione dell’ozono sono i gas CFC (clorofluorocarburi), cioè gas “artificiali”, che esistono in natura, prodotti da alcune decine di anni dalle industrie chimiche. I loro impieghi principali sono: propellenti per bombolette spray, refrigeranti per i frigoriferi domestici e climatizzatori, solventi per pulire le piastrine dei circuiti integrati. Questi gas sono inerti nella bassa atmosfera, dove viviamo noi: anche se li respiriamo, non sono tossici per il nostro organismo. Come agiscono – Dopo l’emissione i gas cominciano a salire molto lentamente nell’atmosfera. Impiegano qualche decina di anni per arrivare a 20 – 30 chilometri di quota, dove c’è l’ozonosfera. Qui gli atomi diventano “attivi” e spezzano le molecole di ozono (O3) che diventa ossigeno molecolare (O2). Il loro effetto è moltiplicatore, perché ogni atomo di cloro riesce a distruggere molte molecole di ozono. Così lo scudo contro i raggi ultravioletti diventa meno efficace. Inquinamento da combustione, pag. 2

14 CFC SCIENZE

15 EFFETTO SERRA EFFETTO SERRA – Per effetto serra si intende un eccessivo riscaldamento dell’aria in tutte le zone della terra. Le conseguenze potrebbero diventare molto gravi in un prossimo futuro: potrebbero fondere parzialmente le calotte polari: si innalzerebbe il livello dei mari e molte città costiere (Venezia, New York, Calcutta, ecc…) resterebbero sommerse; potrebbero cambiare la distribuzione delle piogge sul globo terrestre: i deserti avanzerebbero e si perderebbero molti terreni agricoli; invece le zone fredde come la Siberia e il Canada acquisterebbero un clima mite e potrebbero avere zone coltivabili. Inquinamento da combustione pag. 2

16 NEW YORK GEOGRAFIA Effetto serra pag. 15

17 SIBERIA GEOGRAFIA Effetto serra pag. 15

18 CALCUTTA GEOGRAFIA Effetto serra pag. 15

19 PIOGGE ACIDE PIOGGE ACIDE – Sono chiamate piogge acide quelle precipitazioni (non solo piogge, ma anche neve e grandine) che contengono acidi diluiti nell’acqua. Questo fenomeno si manifesta soprattutto nei paesi industrializzati. Esse sono causate dallo zolfo (anidride solforosa) liberato con la combustione del carbone, del gasolio e dell’olio combustibile. Le piogge acide causano danni alla vegetazione, ai monumenti e agli edifici delle città. Inquinamento da combustione, pag. 2

20 ANIDRIDE SOLFOROSA SCIENZE Piogge acide, pag. 19

21 PIOGGE ACIDE SCIENZE

22 COME SI FORMANO LE PIOGGE ACIDE
COME SI FORMANO LE PIOGGE ACIDE – Un centro siderurgico, o una centrale termoelettrica o una raffineria bruciano carbone, un combustibile con molto zolfo: esso da origine all’anidride solforosa (SO2). Le altissime ciminiere (200 – 300 metri) scarica i gas ad alta quota per evitare la ricaduta nelle zone vicine. I venti trasportano anche per migliaia di chilometri la SO2 che in quota subisce delle reazioni chimiche e si trasforma in acido solforico (H2SO4), facilmente solubile in acqua. La pioggia acida cade quindi lontano dalla sorgente: è un inquinamento “esportato”. Inquinamento da combustione, pag. 2

23 FONTI INESAURIBILI COS’E’ L’ENERGIA ENERGIE FLUENTI ORIGINI DELLE FONTI TABELLA
Produzione di energia elettrica, pag. 1

24 MATERIALI NUCLEARI FISSIONE DELL’URANIO L’ENERGIA NUCLEARE LA BOMBA ATOMICA REATTORE NUCLEARE FUSIONE DELL’IDROGENO BOMBA H REATTORI A FUSIONE INQUINAMENTO RADIOATTIVO IL PROBLEMA DELLE SCORIE Produzione di energia elettrica pag. 1

25 Bomba all’idrogeno La bomba all'idrogeno o bomba H (più propriamente bomba a fusione termonucleare incontrollata, in gergo "la superbomba") è una bomba a fissione-fusione-fissione in cui una normale bomba A, che serve da innesco, viene posta all'interno di un contenitore di materiale fissile insieme a degli atomi leggeri. Quando la bomba A esplode, innesca la fusione termonucleare dei nuclei degli atomi leggeri; questo processo provoca a sua volta la fissione nucleare del materiale che la circonda. In questo tipo di bomba dunque l'energia liberata deriva oltre che dalla fissione nucleare anche dalla fusione termonucleare fra nuclei di isotopi diversi dell'idrogeno: il deuterio ed il trizio.

26 Foto bomba atomica Bomba atomica, pag. 32 La bomba atomica o bomba A (più propriamente bomba a fissione nucleare incontrollata, in gergo "la bomba") è un ordigno esplosivo appartenente al gruppo delle armi nucleari, la cui energia è prodotta dal fenomeno della fissione nucleare cioè la reazione a catena di scissione, spontanea o indotta, del nucleo atomico di un elemento pesante in due o più frammenti. La reazione a catena avviene in forma “incontrollata” e rapidissima in una massa di uranio 235 o plutonio 239 altamente concentrati, nell'istante in cui la massa viene resa "super-critica".

27 IL PROBLEMA DELLE SCORIE
Una centrale nucleare produce ogni anno molte tonnellate di materiale radioattivo. Si tratta delle pastiglie di combustibile “esaurito” che vengono estratte dal reattore per essere sostituite. Questo materiale è pericoloso perché emette delle radiazioni (raggi gamma) molto penetranti. Esse possono causare gravi danni all’organismo dell’uomo, come tumori e malformazioni genetiche. L pericolosità è massima appena i materiali sono estratti dal reattore. Poi la pericolosità si riduce con il tempo, grazie a un fenomeno naturale detto decadimento radioattivo: dopo un certo periodo si riduce del 50%, dopo di un altro periodo uguale di un altro 50%, e così via. Il materiale radioattivo viene portato via dalla centrale in contenitori schermati e spedito ai centri di rigenerazione. Gli impianti di rigenerazione estraggono il plutonio, che può essere utilizzato per la produzione di materiale fissile. MATERIALI NUCLEARI PAF. 24

28 INQUINAMENTO RADIOATTIVO
Negli anni in seguito alla crisi petrolifera furono costruite in tutta l’Europa circa 250 centrali nucleari per la produzione di energia elettrica. In Italia ne furono costruite solo tre in via sperimentali tra cui quella di Coarso, ma dopo l’incidente di Cernobyl, nel 1986, i grandi paesi industriali, hanno deciso di non costruire più nuove centrali. Alla Francia spetta il primato delle centrali con 50 reattori nucleari funzionanti che forniscono il 50% della sua energia elettrica. A tutt’oggi, esiste ancora il problema non risolto dello smaltimento delle scorie radioattive. Il Materiale radioattivo Una centrale nucleare produce ogni anno molte tonnellate di materiale radioattivo. Si tratta delle pastiglie di combustibile “esaurito” che vengono estratte dal reattore per essere sostituite. Questo materiale è pericoloso perché emette delle radiazioni (raggi gamma) molto penetranti. Esse possono causare gravi danni all’organismo dell’uomo, come tumori e malformazioni genetiche. La pericolosità è massima appena i materiali sono estratti dal reattore. Poi la pericolosità si riduce con il tempo, grazie a un fenomeno naturale detto decadimento radioattivo: dopo un certo periodo si riduce del 50%, dopo di un altro periodo uguale di un altro 50%, e così via. Il materiale radioattivo viene portato via dalla centrale in contenitori schermati e spedito ai centri di rigenerazione. Gli impianti di rigenerazione estraggono il plutonio, che può essere utilizzato per la produzione di materiale fissile. MATERIALI NUCLEARI PAG. 24

29 Cernobyl Geografia Inquinamento radioattivo pag. 28

30 REATTORI A FUSIONE I REATTORI A FUSIONE
Facendo fondere piccole quantità di idrogeno all’interno di un reattore, si potrebbe produrre un flusso regolare e controllato di energia; il calore verrebbe trasferito all’acqua di un circuito indipendente e il vapore potrebbe azionare numerose turbine (collegate con generatori di corrente). Le tecniche sperimentate in laboratorio per ottenere la fusione sono due: Il Confinamento Magnetico si basa sulla reazione deuterio-trizio: i due nuclei, allo stato di plasma, sono racchiusi in un reattore a forma di ciambella e sono isolate dalle pareti del reattore da un fortissimo campo magnetico. La reazione deuterio-trizio non produce scorie radioattive; ma nel reattore si produce radioattività, per la notevole emissioni di neutroni. Il sconfinamento inerziale si basa sulla reazione deuterio-deuterio, che è più pulita: bersagliando con raggi laser delle piccole masse di deuterio si potrebbero ottenere delle piccole esplosioni di “fusione” in rapida successione, che fornirebbero un flusso continuo di energia. Se verrà realizzata la fusione nucleare controllata, l’umanità avrà risolto per sempre il problema energetico. Materiali nucleari pag. 24

31 FUSIONE DELL’IDROGENO
L’altro sistema per ottenere energia dall’atomo è la fusione nucleare. In questo caso si utilizzano due elementi leggeri derivati dall’idrogeno ( il deuterio che si trova nell’acqua in quantità minime e il trizio, che è invece un prodotto artificiale). In questo caso i due nuclei devono essere sottoposti ad una fortissima pressione ed essere scaldati ad una temperatura superiore a 100 milioni di °C. Queste condizioni si verificano in natura nel sole e nelle stelle. L’energia che il sole irradia nello spazio deriva da una reazione termonucleare che porta alla fusione dell’idrogeno. L’uomo riproduce questa reazione in forma “incontrollata” con la bomba H . Invece non è ancora riuscito a produrla in forma “controllata” all’interno di un reattore, per ottenere energia elettrica. Materiali nucleari pag. 24

32 BOMBA ATOMICA La bomba atomica è un involucro che contiene materiale fissile arricchito al 90% circa. In questo caso la reazione a catena avviene in una frazione di secondo e libera una quantità enorme di energia. La prima bomba atomica fu esplosa dagli americani nel 1945 nel deserto di Alamogordo. Tre settimane dopo una bomba simile annientava la città giapponese di Hiroshima. Materiali nucleari pag. 24 Inquinamento radioattivo pag. 28

33 Hiroshima geografia Bomba atomica pag. 32

34 REATTORE NUCLEARE Reattore Nucleare. E’ un contenitore metallico dove si fa bollire l’acqua per trasformarla in vapore. Utilizza materiale fissile arricchito al 3% circa: la reazione a catena si sviluppa lentamente e libera un flusso regolare di energia in forma controllata. E’ “l’uso pacifico”dell’energia nucleare, usata nelle centrali termonucleari per produrre energia elettrica e nei mezzi navali per muovere le eliche. Il primo reattore è stato costruito negli USA nel In Europa abbiamo circa 240 centrali termonucleari che servono per la produzione di energia elettrica. Nel 1987 a Cernobyl (ex URSS), a causa di un cattivo funzionamento di un reattore nucleare, provocò gravi danni in quasi tutta l’Europa Centro Settentrionale. Successivamente in Italia in seguito ad un Referendum Popolare furono fermate le poche centrali termonucleari funzionanti. Materiali nucleari pag. 24

35 BOMBA H BOMBA H – E’ un contenitore metallico riempito con piccole bombe atomiche disposte accanto ad una massa di idrogeno. Le esplosioni provocano una forte pressione interna e portano la temperature a più di 100 milioni di °C, sufficiente a provocare l’istantanea fusione dei nuclei di idrogeno, con conseguente emissione incontrollata di energia. In base al principio di dimezzamento è possibile costruire bombe H di inaudita potenza. I primi ordigni termonucleari furono fatti esplodere in fase sperimentale nel 1952 dagli USA e nel 1953 dall’URSS. La prima dimostrazione pubblica fu data nel 1954, quando gli USA polverizzarono l’atollo di Bikini, che si trovava in pieno oceano pacifico. Materiali nucleari, pag. 24

36 USA Gli Stati Uniti d'America (in inglese United States of America, abbreviato U.S.A.) sono una repubblica federale democratica dell'America Settentrionale. Confinano a nord con il Canada e a sud con il Messico, mentre ad est e ad ovest sono bagnati rispettivamente dall'Oceano Atlantico e dall'Oceano Pacifico. Le acque territoriali dell'Alaska confinano con la Russia (Stretto di Bering). Bomba H pag. 35

37 FISSIONE DELL’URANIO FISSIONE DELL’URANIO
Tutti Gli elementi esistenti in natura (ferro, alluminio, ossigeno, ecc… ) hanno un nucleo stabile, che non può essere rotto. L’uranio 235 costituisce un’eccezione: il suo nucleo molto pesante può essere diviso e liberare energia. I minerali d’uranio contengono solo l’1% di uranio 235 (fissile), mentre il restante 99% è uranio 238 (non fissili). In questo caso la reazione avviene molto lentamente. Tuttavia, con una tecnica complessa, è possibile arricchire l’uranio naturale aumentando la percentuale di uranio 235. Con l’uranio arricchito si può costruire la bomba atomica, oppure si può far funzionare un reattore nucleare. La bomba atomica è un involucro che contiene materiale fissile arricchito al 90% circa. In questo caso la reazione a catena avviene in una frazione di secondo e libera una quantità enorme di energia. La prima bomba atomica fu esplosa dagli americani nel 1945 nel deserto di Alamogordo. Tre settimane dopo una bomba simile annientava la città giapponese di Hiroshima. Reattore Nucleare. E’ un contenitore metallico dove si fa bollire l’acqua per trasformarla in vapore. Utilizza materiale fissile arricchito al 3% circa: la reazione a catena si sviluppa lentamente e libera un flusso regolare di energia in forma controllata. E’ “l’uso pacifico”dell’energia nucleare, usata nelle centrali termonucleari per produrre energia elettrica e nei mezzi navali per muovere le eliche. Il primo reattore è stato costruito negli USA nel In Europa abbiamo circa 240 centrali termonucleari che servono per la produzione di energia elettrica. Nel 1987 a Cernobil (ex URSS), a causa di un cattivo funzionamento di un reattore nucleare, provocò gravi danni in quasi tutta l’Europa Centro Settentrionale. Successivamente in Italia in seguito ad un Referendum Popolare furono fermate le poche centrali termonucleari funzionanti. Inquinamento radioattivo pag. 28 Materiali nucleari pag.24

38 ENERGIA NUCLEARE L’energia nucleare è l’energia che tiene unita la parte interna dell’atomo, cioè le particelle che formano il nucleo. Il primo ad intuire la possibilità di ottenere energia dal nucleo dell’atomo fu lo scienziato tedesco Albert Einstein. Nel 1905 enunciò la sua teoria dell’equivalenza tra materia ed energia, espressa nella formula: E = mcq. Questa permette di calcolare quanta energia (E) si ottiene facendo sparire una certa quantità di materia (m); la costante cq corrisponde alla velocità della luce ( Km/s elevata al quadrato. Poiché la costante è un numero grandissimo, basta far sparire una piccola quantità di materia per ottenere una grande quantità di energia. Per ricavare energia dal nucleo dell’atomo esistono due procedimenti opposti: la fissione (= divisione) di un nucleo pesante come quello dell’uranio; la fusione (= unione) di nuclei leggeri come quelli dell’idrogeno. Materiali nucleari pag. 24

39 velocità scienze Energia nucleare pag. 38 Energia nucleare pag. 38

40 ORIGINE DELLE FONTI ORIGINE DELLE FONTI
Tutte le forme energetiche sia esse esauribili che inesauribili hanno un’origine comune perchè derivano tutte dal sole o dalla terra; il SOLE infatti, attraverso la fusione nucleare dell’idrogeno, libera una enorme quantità di energia irradiata nello spazio sotto forma di luce- di questa energia, deriva circa il 95/% dell’energia utilizzabile nel nostro pianeta sotto forma di energia fluente o inglobata. Fonti inesauribili pag. 23

41 TABELLA ENERGIA SOLARE ELEMENTI NATURALI = luce oggi
fonti inesauribili, pag. 23 Energia fluente pag.43 ENERGIA SOLARE ELEMENTI NATURALI = luce oggi PIANTE OGGI = fotosintesi oggi COMBUSTIBILI FOSSILI = fotosintesi ieri a) luce del sole (energia luminosa) b) vento (energia cinetica) c) acqua di fiume (energia cinetica) a) piante foraggere (energia chimica); nota 1° b) piante alimentari ( energia chimica); nota 2° c) alberi (energia chimica). nota 1° Gli animali mangiando le piante foraggere, trasformano l’energia chimica in energia muscolare. Nota 2° l’uomo, mangiando gli alimenti delle piante alimentari, trasforma l’energia chimica in energia muscolare petrolio (energia chimica) carbone (energia chimica) gas (energia chimica)

42 ENERGIA SOLARE SCIENZE Effetto serra, pag. 15 Energia fluente, pag 43

43 ENERGIE FLUENTI Fonti inesauribili, pag. 23 raggi solari,vento, l’acqua dei fiumi e il vapore geotermico, possiedono Energia in forma fluente, cioè da catturare- questi vengono dette fonti di energia rinnovabili, oppure inesauribili perchè esisteranno fin quanto ci sarà il sole e la terra. Di queste fonti di energia, che servono come integrazione per risparmiare, la più sfruttata è l’energia idrica che alimenta le centrali idroelettriche – segue il vento il cui utilizzo è sempre in aumento ed in continua crescita. Stenta invece a decollare l’energia solare perché il suo sfruttamento comporta costi troppo elevati. Il sole: Il riscaldamento dell’atmosfera, avviene attraverso l’irraggiamento del SOLE che riscalda la terra e le masse d’acqua degli oceani creando le condizioni di vita nel nostro pianeta. L’energia solare viene catturata ogni giorno dalle parti verde delle piante (foglie)con la fotosintesi clorofilliana – Il mondo vegetale, diventa così una grande riserva di energia chimica. – i Foraggi(erbe) cedono l’energia chimica agli animali che a sua volta ne trasformano in parte in energia muscolare- mentre gli alimenti (cereali, patate fagioli) cedono energia chimica all’uomo che ne trasformano una parte in energia muscolare.- Anche gli alberi hanno il fusto e i rami tutti in buona parte di cellulosa, che possiede energia chimica. Il vento, che è una massa d’aria in movimento, si forma attraverso le variazioni delle temperature dell’aria nelle varie zone della terra. Il Fiume, è una massa d’acqua in movimento contenente energia cinetica perché si sposta per gravità dalle zone più alte, alle zone più basse, successivamente, l’acqua, viene riportata sulle montagne dell’evaporazione causata dal sole.

44 Centrale Eolica Energia fluente pag. 43 Una centrale eolica è costituita essenzialmente da turbine rotanti dette aeromotori eolici o aerogeneratori che con il loro movimento inducono un campo elettromagnetico producendo energia elettrica. Nell'incontro con le pale della turbina, il vento perde circa il 40% della propria energia cinetica, che viene utilizzata per azionare la turbina; l'energia meccanica prodotta viene poi trasformata in energia elettrica dal generatore

45 Centrale Solare Una centrale solare è una centrale elettrica che utilizza l'energia solare per produrre corrente elettrica. Di questo tipo di centrali elettriche esistono due versioni: le centrali elettriche termiche e le centrali fotovoltaiche.

46 FOTOSINTESI CLOROFILLIANA
SCIENZE Energia fluente, pag. 43

47 COS’E’ L’ENERGIA COS’E’ L’ENERGIA
Possiamo definire l’energia, come la capacità che ha un corpo o un sistema di corpi a compiere un lavoro - secondo il principio della conservazione dell’energia, possiamo dire che L’ENERGIA non si crea e non si distrugge, ma si trasforma. L’energia può abitare in un corpo qualsiasi, può cambiare forma e passare da un corpo all’altro. Fonti inesauribili, pag. 23

48 ENERGIA SCIENZE Cos’è l’energia pag. 47

49 INQUINAMENTO RADIOATTIVO
FONTI ESAURIBILI GAS PETROLIO CARBONE INQUINAMENTO DA COMBUSTIONE Produzione di energia elettrica pag. 1 INQUINAMENTO RADIOATTIVO

50 Storia del carbone CARBONE ORIGINE DEL CARBONE LA MINIERA DI CARBONE MINIERA IN SOTTERRANEO MINIERA A CIELO APERTO TIPI DI CARBONE CARBONI DURI E COKE TABELLA CARBONE IERI CARBONE OGGI Fonti esauribili pag. 49

51 CARBONE Il carbone è una roccia sedimentaria di color bruno o nero, formata da due tipi di sostanze: Materiale organico che è soprattutto carbonio (con piccole parti di idrogeno e ossigeno). Con la combustione fornisce calore (energia termica) e anidride carbonica; Materiale inorganico, cioè elementi minerali come sostanze argillose, Sali di zolfo, ecc.. Con la combustione danno origine alle ceneri e alle sostanze volatili inquinanti. Storia del carbone pag. 50

52 ORIGINE DEL CARBONE Il carbone deriva da grandi cumuli di organismi vegetali, soprattutto alberi, che hanno subito un processo di carbonizzazione. La formazione è iniziata milioni di anni fa e ha richiesto tre fasi principali: crescita di grandi foreste in zone paludose; sprofondamento del terreno e copertura delle foreste con strati di sedimenti; decomposizione del legno e carbonizzazione. Formazione di uno strato Crescita della foresta. Il clima caldo e umido favorisce la crescita di grandi foreste in Gran Bretagna, In Germania, In Belgio, in Russia ecc.. ecc.. Esse sono con alberi molto fitti, più o meno come la foresta amazzonica di oggi. Sprofondamento. Il terreno sprofonda lentamente e gli alberi vengono sommersi dalle acque. Il fango portato dai fiumi copre un po’ alla volta gli accumuli di legname. Lo strato di fango e di altri sedimenti si trasforma un pò alla volta in roccia, che comprime la massa vegetale. Carbonizzazione. Lo strato di alberi subisce nell’arco di questi milioni di anni questa trasformazione: i batteri del sottosuolo, per vivere “divorano” l’idrogeno e l’ossigeno presenti nel legno; alla fine resta solo il carbonio, insieme a piccole quantità di altri elementi. Formazione di un giacimento. A - Nel corso di milioni di anni si formano nuove foreste. Ogni foresta subisce la sorte illustrata precedentemente. Si formano così diversi strati di carbone, separati tra loro da strati di roccia sterile. B – La superficie terreste viene sconvolta da grandi movimenti tettonici che portano alla formazione delle montagne. Gli strati si piegano e si spaccano. Nasce così l’attuale struttura dei giacimenti di carbone Storia del carbone pag. 50

53 LA MINIERA DI CARBONE Un giacimento è formato da molti strati paralleli di carbone, alternati a strati di roccia sterile. Un singolo strato carbonifero può avere lo spessore di 3 – 4 metri, il suo sviluppo può essere orizzontale o inclinato, a seconda dei movimenti della crosta terrestre. Le miniere per estrarre il carbone sono di due tipi: in sotterraneo o a cielo aperto. La prima è una serie di pozzi e gallerie che si diramano nel sottosuolo riducendolo ad una specie di groviera. In superficie ci sono le montagne di roccia sterile che si formano vicino ai pozzi. La seconda è un grande scavo a imbuto dove le ruspe scavano direttamente i gradoni di roccia e di carbone che sono portati allo scoperto. Storia del carbone pag. 50

54 MINIERA IN SOTTERRANEO
E’ formata da alcuni pozzi verticali che collegano i diversi livelli della miniera. A partire dei pozzi si scavano le gallerie, cioè tunnel orizzontali. Ogni giorno i minatori scendono a centinaia di metri sotto il suolo, dove restano a lavorare per molte ore. Per ridurre i pericoli bisogna adottare numerosi misure di sicurezza. Le gallerie possono franare sotto il peso del materiale soprastante. Le parete vanno puntellate con centinature metalliche. L’acqua delle falde sotterranee può allagare le gallerie. Per estrarre l’acqua si usano potenti pompe che la portano in superficie. L’aria può circolare per tiraggio naturale tra i vari pozzi. Quando le gallerie sono sono molte profonde si usano invece sistemi di aria forzata. Il Gas Metano (o grisou) è spesso presente in sacche e può invadere le gallerie quando si abbatte una parete. Per evitare le esplosioni si usano macchine ad aria compressa. La salute del minatore è esposta ad altri pericoli: le polveri respirate possono provocare la silicosi; il rumore delle perforatrici può causare disturbi all’udito, l’aria sotterranea è calda e contiene molta umidità ecc…. Storia del carbone pag. 50

55 MINIERA A CIELO APERTO Miniera a cielo aperto
E’ conveniente quando i giacimenti sono molto vasti, di grosso spessore e abbastanza vicini alla superficie del suolo. La crosta rocciosa che copre i filoni viene sbancata, poi inizia l’estrazione del carbone con grossi macchinari. Questo sistema è dannoso dal punto di vista ambientale per due motivi: si crea un grosso scavo nel terreno; si sollevano enormi quantità di polvere nera che viene sparsa dai venti per decine di silometri. Negli Stati Uniti, in Australia e in altri paesi esistono già leggi severe in favore dell’ambiente. Quando una miniera si esaurisce e viene abbandonata, la società mineraria deve provvedere a sistemare lo scavo, per ristabilire le condizioni ambientali iniziali. Questo naturalmente aumenta i costi. Storia del carbone pag. 50

56 TIPI DI CARBONE Esistono molte varietà di carbone la cui qualità dipende dal grado di carbonizzazione che hanno subito le masse vegetali. In genere i carboni di formazione più antica sono molto ricchi di carbonio, e quindi hanno un maggior potere calorifico. TORBA – LIGNITE – CARBONI DURI - COKE TORBA Non è un vero carbone fossile perché deriva da piante erbacee che hanno subito una trasformazione parziale. Ha un aspetto spugnoso o addirittura filamentoso e un colore scuro. Si trova in giacimenti superficiali dette torbiere, da cui viene estratta con una draga (macchina da scavo). Contiene molta acqua e ha un alto contenuto di ceneri. Viene usata soprattutto in agricoltura, per arricchire il suolo con sostanze ricche di humus. LIGNITE Sono carboni abbastanza giovani, detti anche brown coal (carbone marrone). Derivano da masse di alberi che hanno subito trasformazioni più profonde rispetto alla torba. I giacimenti superano anche i 100 metri di spessore e sono in genere abbastanza superficiali. Vengono estratti solo in miniere a cielo aperto con grandi macchine escavatrice. Le ligniti sono buoni combustibili. Poiché non conviene affrontare le spese di trasporto, sono utilizzate sul posto per alimentare centrali termoelettriche. Carboni duri e coke Storia del carbone pag. 50

57 CARBONI DURI E COKE Sono i carboni fossili veri e propri (hard coal), cioè le litantrace e le antracite. Hanno un aspetto nero, lucido e compatto, e costituiscono i combustibili solidi per eccellenza. La loro formazione risale al periodo carbonifero, cioè a circa 300 milioni di anni fa. In Europa i giacimenti più importanti si trovano nel bacino del fiume Ruhr (Germania) e nella Slesia (Polonia). Esauriti gli strati superficiali, oggi si estraggono in sotterraneo fino a 1000 metri di profondità. Un singolo strato carbonifero può avere lo spessore di 3 – 4 metri. COKE E’ un carbone “artificiale” , estremamente duro e compatto, costituito da carbonio quasi puro. Si ricava dal litantrace, che viene distillato in impianti detti cokerie. E’ il carbone usato negli altoforni per fondere i minerali di ferro Tipi di carbone pag. 56 Storia del carbone pag. 50

58 CARBONE IERI Il Carbone ieri. L’uso del carbone è iniziato in Inghilterra verso il 1750, all’epoca della rivoluzione industriale. Poi, nel XIX secolo, è stato il grande protagonista dello sviluppo industriale. Il suo impiego principale era nella produzione del vapore per ottenere forza motrice: i motori a vapore facevano funzionare le macchine nelle fabbriche, le navi a vapore e le locomotive a vapore. Il fumo nero che usciva dalle ciminiere diventò il simbolo della nuova epoca industriale. Il carbone era usato anche per il riscaldamento delle case. Il carbone diventò anche una materia prima per ricavare moltissimi prodotti: gas di città, catrame, benzolo, naftalina, ecc…Nelle città più grandi, durante l’inverno, il cielo si copriva di una caligine nera che oscurava anche il sole. Storia del carbone pag 50

59 I motori a vapore Scienze Il carbone ieri pag. 58

60 Rivoluzione industriale
Storia CARBONE IERI PèAG. 58

61 Inghilterra geografia Carbone ieri pag. 58

62 Forza motrice Collegamento con la scienze

63 RIVOLUZIONE INDUSTRIALE
storia Carbone ieri pag. 58

64 IL CARBONE OGGI Il Carbone oggi. Oggi il carbone è sceso al terzo posto per importanza dopo il petrolio e il gas naturale. Infatti è un combustibile molto inquinante e nei paesi occidentali non è più usato per il riscaldamento e per altri usi diffusi. Gli impieghi principali sono due: nelle centrali termoelettriche, dove viene bruciato allo stato naturale per produrre il vapore che alimenta le turbine; nei centri siderurgici, dove viene prima trasformato in coke e poi caricato nell’altoforno per la fusione dei minerali di ferro. Questi grandi impianti hanno appositi sistemi di depurazione dei fumi, che riducono al minimo l’emissioni di sostanze inquinanti. Storia del carbone pag. 50

65 Inquinamento proveniente da combustibili
scienze Inquinamento proveniente da combustibile pag. 2

66 TABELLA TIPO CARBONIO 60% 75% 93% 95% POTERE CALORIFICO di 1 Kg Torba
4500 Kcal Lignite 75% 6000 Kcal Litantrace 93% 8800 Kcal Antracite 95% 8500 Kcal Storia del carbone pag. 50

67 GAS GAS NATURALE CICLO PRODUTTIVO TRASPORTO IL TRANSMED IMPIEGHI
Fonti esauribili pag. 49

68 TRANSMED Gas pag 67 Il Transmed Il Transmed è il metanodotto transmediterraneo, lungo quasi 2000 kilometri, ci porta il gas dall’Algeria. Il tubo ha inizio a Feriana, si immerge nel canale di Sicilia, si immerge di nuovo nello stretto di Messina , poi attraversa tutto lo stivale fino alla pianura Padana. Le 11 centrali di compressione spingono il gas fino a destinazione. L’Italia estrae dal suo sottosuolo circa il 30% di metano che consuma. Il rimanente 70% arriva dall’estero, soprattutto dalla Russia, Olanda e Algeria. Nella nostra provincia, e precisamente a Gagliano Castelferrato ( EN ), negli anni ’60 è stato scoperto un giacimento metanifero che a tutt’oggi estrae metano e fornisce la provincia di Palermo e qualche comune della zona Nord della provincia di Enna. Sempre in provincia di Enna abbiamo una Centrale di Compressione del metano che spinge il gas proveniente dall’Algeria verso Messina per raggiungere successivamente la pianura Padana.

69 OLANDA GEOGRAFIA Transmed pag. 68

70 ALGERIA GEOGRAFIA Trasnmed, pag. 68

71 IMPIEGHI DEL METANO Il gas naturale è il combustibile fossile più pregiato: è pulito, non contiene praticamente prodotti nocivi come (zolfo e derivati); bruciando non produce residui solidi né sostanze tossiche. Per questo viene utilizzato direttamente nelle case per cucinare e riscaldare gli ambienti. E’ anche una materia prima, da cui si ricavano molti derivati. Usi industriali: molte industrie e molti laboratori artigiani usano il gas naturale come combustibile per forni: per la cottura di ceramica e porcellane, per la fusione del vetro, per la produzione del cemento, per cuocere il pane ecc.. ecc…. Usi domestici: nelle abitazioni il gas naturale è impiegato per la cottura dei cibi, per la produzione di acqua calda e per il riscaldamento degli ambienti. Gas pag. 67

72 CICLO PRODUTTIVO Gas pag.67 Il ciclo produttivo del gas naturale è simile a quello del petrolio, con il quale si trova spesso associato. Giacimenti Il metano ha una origine legata a quella del petrolio e lo si estrae comunque dai pozzi petroliferi. Tuttavia esistono anche grandi giacimenti di solo gas naturale, che dai luoghi di origine si è “spostato” nel sottosuolo fino ad accumularsi in determinate sacche. Le riserve più importanti sono in Russia, negli Stati Uniti e nel Medio Oriente; in Europa i pozzi principali sono nel Mare del Nord. La tecnica usata per la ricerca e la perforazione dei giacimenti è uguale a quella che abbiamo visto per il petrolio. Pertanto anche il gas naturale viene estratto da un “pozzo” costituito da una tubazione che scende anche a 6 – 8 chilometri di profondità. Il gas immagazzinato sottoterra ha una pressione di circa 1000 atmosfere. In superficie, alla testa del pozzo, viene messo un complesso di valvole detto “Albero di Natale” che ne regola il flusso.

73 PRESSIONE SCIENZE Ciclo produttivo pag. 72

74 MEDIO ORIENTE COLLEGAMENTO GEOGRAFIA Ciclo produttivo pag. 72

75 Russia Collegamento con la geografia Ciclo produttivo pag. 72

76 TRASPORTO DEL GAS NATURALE
Il gas naturale viene trasportato fino ai luoghi di consumo attraverso un tubo, detto gasdotto o metanodotto. Ci sono innanzitutto i metanodotti internazionali, con tubi superiori a 120 cm di diametro, come quelli che raggiungono l’Italia dalla Russia, dall’Olanda e dell’Algeria; questi sono collegati alla rete nazionale, formata da tubi di diametro diversi. Il cosiddetto “serpente d’acciaio”, formato da tanti pezzi di tubo saldati tra loro, rivestiti di iuta e catramati, è “invisibile” , perché viene posato in uno scavo appositamente predisposto e poi ricoperto. A distanza variabile sono dislocate le centrali di compressione, dette anche di spinta, che imprimono al gas la pressione necessaria per percorrere centinaia di Kilometri. gas pag. 67

77 LO STATO DELLA MATERIA SOLIDI LIQUIDI E GASSOSI COLLEGAMENTO CON LA SCIENZE Gas naturale, pag. 4

78 DEFINIZIONE DEL PETROLIO
ORIGINE DEL PETROLIO RICERCA DELLE TRAPPOLE NOTE PERFORAZIONE DI UN POZZO RAFFINERIA DEL PETROLIO LA TORRE DI DISTILLAZIONE DISTILLAZIONE FRAZIONATA TRASPORTO DEL PETROLIO IMPIEGHI DEI PRODOTTI PETROLIFERI Fonti esauribili pag. 49

79 ORIGINE DEL PETROLIO Il petrolio deriva da cumuli di sostanze organiche, cioè viventi, che hanno subito una decomposizione e si sono trasformate in sostanze oleose ricche di energia. La formazione è iniziata molti milioni di anni fa e ha richiesto tre fasi principali: Accumulo di masse di plancton (1) e trasformazione in petrolio; Nascite di trappole di roccia, per esempio strati a forma di cupola; Riempimento dei giacimenti, cioè accumulo del petrolio dentro le trappole. DEFINIZIONE DEL PETROLIO pag. 79

80 NOTE Note: (1) plancton: piccoli organismi vegetali e animali, questi microrganismi, sono stati ricoperti dalle sabbie e dalle argille trasportate dai fiumi che si sono trasformate in rocce sedimentari. Sepolti negli strati di roccia, sono scese con esse a grande profondità, schiacciati da nuovi strati che si formavano. Il plancton, sottratto al contatto con l’aria, si è trasformato un po’ alla volta in idrocarburi, cioè sostanze oleose formate da idrogeno, carbonio e piccolissime quantità di azoto e zolfo. Definizione del petrolio pag. 79

81 DEFINIZIONE DEL PETROLIO
Il Petrolio è un liquido di colore variabile dal nero al giallo bruno, formata da un miscuglio di idrocarburi, sostanze formate in prevalenza da idrogeno (9-15%) e carbonio (80-90%) con percentuali minori ossigeno, azoto e zolfo. Deriva da ammassi di piccoli organismi vegetali e animali sepolti nel sottosuolo, che si sono decomposte nel tempo in gocce oleose e dense. Ha un peso specifico inferiore a quello dell’acqua (sulla quale galleggia) DEFINIZIONE DEL PETROLIO, PAG. 79

82 RICERCA DI TRAPPOLE La ricerca del petrolio viene fatta negli antichi bacini sedimentari, dove è più probabile trovare le trappole petrolifere. I geologi usano la tecnica della sismica a riflessione: inviano onde nel sottosuolo che vengono riflessi dagli strati rocciosi e il compiuter disegna direttamente il profilo degli strati. Se esistono le forme tipiche della trappole, per esempio a cupola, si realizzano i pozzi esplorativi per vedere se contiene petrolio e in quale quantità, se i risultati sono buoni nella zona nascerà un campo petrolifero. Definizione del petrolio pag 79

83 TERREMOTI scienze \ Ricerca delle trappole pag. 83

84 TRASPORTO DEL PETROLIO
Dalle Cisterne del campo petrolifero il petrolio viene immesso nelle tubazioni dell’oleodotto, lunghe anche centinaia di chilometri, che lo portano direttamente alle raffinerie. Molto spesso l’oleodotto arriva al centro di raccolta di un porto, dove viene caricato su navi cisterna, dette petroliere, che lo trasportano alle raffinerie di destinazione. OLEODOTTO L’oleodotto è una conduttura formata da tubi saldati l’uno all’altro in cui viene pompato il petrolio greggio. L’oleodotto in trincea ha i tubi avvolti in rivestimenti protettivi, adagiati in uno scavo e ricoperti di terra. L’oleodotto su sostegni è sospeso a circa 1 metro dal suolo ed è più rapido da costruire. Il petrolio viene spinto nell’oleodotto da una prima pompa, poiché la pressione diminuisce con la lunghezza del percorso, può essere necessario fornire una nuova spinta con un’altra pompa, che è collocata tra i 40 e i 240 chilometri in base al rilievo della regione da attraversare. PETROLIERA Una petroliera è un gigantesco serbatoio galleggiante a forma di nave. Lo scafo è suddiviso in tanti scomparti per evitare l’oscillazione del greggio, quindi, contemporaneamente si può trasportare benzina, gasolio o altri tipi di oli. Normalmente, le petroliere di nuova costruzione sono contengono un doppio scafo in modo che, in caso di incidenti, la nave assorbe l’urto con il primo scafo, evitando così l’eventuale disastro ecologico. Definizione del petrolio pag. 79

85 DISTILLAZIONE FRAZIONATA
Il greggio proveniente da una cisterna entra in un forno, dove scorre in un tubo fortemente riscaldato. Dal forno esce alla temperatura di 350 °C, in parte vaporizzato, ed entra dal basso nella colonna di frazionamento. La parte vaporizzata sale. Ad ogni piano si formano i vapori di un certo tipo, che condensano nei piatti. Questi vengono così separati dagli altri vapori più leggeri che continuano a salire: nel piatto a 300 gradi condensa il gasolio; nel piatto a 250 gradi condensa il kerosene; nel piatto a 200 gradi condensa la virgin nafta (materia prima per ricavare le plastiche e le gomme sintetiche); nel piatto a 120 gradi condensa la benzina; nel piatto a 60 gradi condensano i gas liquefacibili, propano e butano che saranno venduti in bombole; in alto si formano i gas leggeri (metano ed etano); dal fondo della colonna esce il residuo, detto anche olio combustibile o nafta. Definizione del petrolio pag. 79

86 TORRE DI DISTILLAZIONE
La torre di distillazione è una torre d’acciaio alta circa 80 metri. All’interno ci sono tanti “piani” costituiti da grandi piatti d’acciaio, ognuno dei quali è mantenuto ad una temperatura specifica, sempre più bassa man mano che si sale in altezza. Ogni piatto, contiene molti fori, muniti di un camino e di una campanella: i vapori di un certo tipo, quando toccano la campanella che corrisponde alla temperatura della propria condensazione, diventano liquidi. Gli altri vapori, invece, gorgogliano attraverso il distillato e continuano a salire. Definizione del petrolio pag. 79

87 RAFFINERIA DEL PETROLIO
La raffineria di petrolio è un impianto di grandi dimensioni diviso in tre blocchi: Cisterne del greggio; Torri e impianti di lavorazioni; Cisterne dei prodotti raffinati. Essi sono collegati da fasci di tubi che permettono una lavorazione a ciclo continuo. La lavorazione svolta sul petrolio greggio si chiama distillazione frazionata, infatti il petrolio è un miscuglio di idrocarburi liquidi (es. kerosene, benzina, gasolio ) e gassosi (es. metano ). Per separarli l’uno dall’altro si usa la distillazione, cioè un processo che comporta prima la vaporazione e poi la condensazione. Definizione del petrolio pag. 79

88 PERFORAZIONE DI UN POZZO
Un pozzo di petrolio è una buca nel terreno, larga da 70 a 100 cm, che scende a una profondità variabile da poche centinaia di metri fino a 6 Km. Per perforare il terreno si usa una struttura metallica detta derrich che è una struttura a traliccio che assomiglia a una piccola torre Eiffel in miniatura. Definizione del petrolio pag. 79

89 IMPIEGHI DEI PRODOTTI PETROLIFERI
I prodotti petroliferi si dividono in quattro famiglie, in base all’uso cui sono destinati. a) I carburanti servono per azionare i vari tipi di motori: sono la benzina per automobili e aerei, il gasolio per motori diesel, il kerosene per le turbine degli aerei a reazione; b) I combustibili servono per il riscaldamento di abitazioni e per impieghi industriali e sono bruciati nelle caldaie per mezzo di bruciatori; c) I lubrificanti servono per ridurre l’attrito e quindi l’usura della parte in movimento di motori e macchine; d) Gli altri prodotti comprendono la vaselina (farmacia e prodotti cosmetici), la paraffina (cere, lucidi), gli asfalti, i bitumi ecc… Definizione del petrolio pag. 79