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Realizzato dagli alunni della S.M.S. F. Cilea- Caivano.

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2 Realizzato dagli alunni della S.M.S. F. Cilea- Caivano

3 FONTI RINNOVABILI LENERGIA SI TRASFORMA I PRINCIPALI TIPI DI ENERGIA LENERGIA NUCLEARE LENERGIA SI CONSERVA RISPARMIO ENERGETICO I GRANDI DELLENERGIA LENERGIA PULITA FONTI NON RINNOVABILI Il FUTURO

4 JAMES LOVELOCKJAMES LOVELOCKJAMES LOVELOCKJAMES LOVELOCK HEINRICH RUDOLF HERTZHEINRICH RUDOLF HERTZHEINRICH RUDOLF HERTZHEINRICH RUDOLF HERTZ ANTONIO PACINOTTIANTONIO PACINOTTIANTONIO PACINOTTIANTONIO PACINOTTI ANDRE MARIE AMPEREANDRE MARIE AMPEREANDRE MARIE AMPEREANDRE MARIE AMPERE ALESSANDRO VOLTAALESSANDRO VOLTAALESSANDRO VOLTAALESSANDRO VOLTA

5 James Ephraim Lovelock (nato il 26 luglio 1919), è uno scienziato indipendente, scrittore e ricercatore ambientalista che vive in Cornovaglia, nel sud ovest dell'Inghilterra. Il suo maggiore merito scientifico è di aver interpretato, con la teoria di Gaia, la Terra. Egli per primo ha inteso la Terra con tutte le sue funzioni come un unico super-organismo. Lovelock nasce a Letchworth Garden City. Studia chimica all'Università di Manchester prima di trovare impiego come ricercatore presso l'istituto per la ricerca medica con sede a Londra. Si sposa nel Nel 1948 riceve un Ph.D. in medicina alla Scuola di Igiene e Medicina Tropicale di Londra. In seguito negli Stati Uniti conduce numerose ricerche presso l'università di Yale, il Collegio di Medicina dell'università di Baylor e infine ad Harvard. Lovelock, un inventore in continua attività, ha ideato numerosi metodi scientifici, alcuni dei quali adottati dalla NASA nei suoi programmi di esplorazione planetaria. Proprio durante la sua attività per la NASA Lovelock ha sviluppato la sua Ipotesi di Gaia. All'inizio del 1961, Lovelock fu ingaggiato dalla NASA per sviluppare gli strumenti per l'analisi delle atmosfere extraterrestri e della superficie dei pianeti. Il programma Viking, che visitò Marte alla fine degli anni settanta, fu in larga parte ispirato dall'ipotesi che Marte potesse ospitare delle forme di vita, infatti numerosi sensori e gli esperimenti condotti furono rivolti a cercare conferme sulla presenza di una vita extraterrestre. Durante il suo lavoro Lovelock si interessò soprattutto dello studio dell'atmosfera marziana, concludendo che qualsiasi forma di vita marziana si sarebbe dovuta adattare e

6 perciò alterare. D'altro canto la composizione trovata era in condizioni stabili, chiusa nel suo equilibrio chimico, con una minima percentuale di ossigeno, metano e idrogeno, ma con un'altissima concentrazione di biossido di carbonio. Per Lovelock la differenza essenziale tra l'atmosfera marziana e il miscuglio dinamico-chimico di quella terrestre consisteva nella totale assenza di forme di vita sul pianeta rosso. D'altro canto, quando le sonde Viking furono infine lanciate su Marte, la loro missione era ancora prevalentemente rivolta alla ricerca di vita biologica. Fino ad ora non è stata trovata alcuna prova dell'esistenza presente o passata di qualsiasi forma di vita marziana. Tra i meriti di Lovelock vi è anche quello di aver messo a punto un metodo ancora utilizzato per lo studio dell'attività dei clorofluorocarburi (CFC) nella deplezione dello strato di ozono. Attualmente Lovelock è presidente della Marine Biological Association, nel 1974 fu nominato membro della Royal Society e nel 1990 fu premiato dalla Reale Accademia Olandese delle Arti e delle Scienze. Scienziato indipendente, inventore e autore di numerosi saggi di stampo ambientalista, Lovelock porta avanti i propri studi in una tenuta-laboratorio in Cornovaglia.

7 Heinrich Rudolf Hertz (Amburgo, Bonn, 1894), dopo aver frequentato una scuola tecnica privata, si preparò da privatista e si diplomò nel 1875, potendo quindi accedere all'università per studiare ingegneria, prima a Francoforte e successivamente a Monaco. Avendo ormai optato per la carriera scientifica ed accademica, piuttosto che per quella ingegneristica, nel 1878 decise di continuare i suoi studi all'università di Berlino, con Gustav Kirchhoff e Hermann von Helmholtz, e si laureò con lode nel Dopo essere stato per tre anni assistente di Helmholtz, divenne assistente di fisica teorica all'Università di Kiel. Qui, non avendo a disposizione dei laboratori, si dedicò agli aspetti teorici della fisica e iniziò a studiare la teoria elettromagnetica di James Clerk Maxwell. Nel 1885, a 28 anni, Hertz fu nominato professore di fisica al Politecnico di Karlsruhe. Fin dal 1879 Helmholtz gli aveva suggerito alcuni esperimenti sui fenomeni elettromagnetici basati sulle conoscenze teoriche, ma fu solo a Karlsruhe che Hertz trovò le apparecchiature per realizzarli. In un angolo della sua aula di fisica, generò onde elettromagnetiche provocando in circuiti elettrici semplici (oscillatori di Hertz), scariche oscillanti di altissima frequenza, riuscendo poi a captarle con circuiti risonanti rivelatori. I suoi esperimenti riguardarono tutti gli aspetti delle onde elettromagnetiche: riflessione, rifrazione, polarizzazione, interferenza e velocità.

8 Gli studenti di Hertz, impressionati, domandavano come poteva essere utilizzato questo meraviglioso fenomeno. "Non c'è nessun tipo di utilizzo," rispondeva Hertz "è solo un esperimento che dimostra che Maxwell aveva ragione. Abbiamo queste misteriose onde elettromagnetiche che non possiamo vedere ad occhio nudo, ma che ci sono". Uomo riservato ed apparentemente di scarse ambizioni, Hertz pensava che le sue scoperte non fossero di alcuna utilità pratica, anche se in realtà porteranno alla telegrafia senza fili, alla radio, alla televisione, al radar e alla telefonia cellulare!. Hertz nel 1887 scoprì casualmente anche l'effetto fotoelettrico, mentre effettuava le sue ricerche sull'elettromagnetismo. Nel 1888, Hertz descrisse in un periodico di elettrotecnica come riusciva a scatenare onde elettromagnetiche, le cosiddette onde hertziane, con il suo oscillatore. Il giovane Guglielmo Marconi lesse l'articolo mentre era in vacanza e concepì l'idea di usare le onde prodotte dall'oscillatore di Hertz. Nel 1889 fu nominato professore di fisica all'università di Bonn, dove continuò le sue ricerche sulle scariche elettriche in gas rarefatti. Ha esposto i risultati dei suoi lavori e le sue elaborazioni teoriche nei saggi Electric waves e Principles of mechanics (pubblicato postumo). Dopo parecchi anni di salute malferma, fu colpito da una malattia alle ossa e morì a neppure 37 anni d'età. In suo onore l'unità di frequenza nel SI è stata chiamata Hertz (Hz). Un suo nipote, Gustav Ludwig Hertz ( ) ebbe il Premio Nobel per la fisica nel 1925 (insieme a J. Franck) e il figlio di questo, Carl Hellmuth Hertz, sviluppò la ultrasonografia medica

9 (Pisa, 7 giugno 1841 – Pisa, 22 maggio 1912) è stato un fisico italiano. È stato l'inventore della dinamo. Laureatosi in matematica con il professore Riccardo Felici, ottiene la cattedra di fisica a Bologna dove insegna dal 1865 al 1873Tra i suoi allievi c'è Augusto Righi. Dopo un incarico a Cagliari, nel 1881 passa a Pisa, dove succede al padre Luigi sulla cattedra di fisica tecnologica. L'invenzione della dinamo risale al 1858, la costruzione del primo esemplare, realizzato presso il gabinetto del padre, al Nel 1883 diviene socio corrispondente dell'Accademia dei Lincei e, nel 1898, socio nazionale. Nel 1888 aderisce alla Società dei XL, e nel 1905 è nominato senatore del Regno d'Italia. Laureatosi in matematica con il professore Riccardo Felici, ottiene la cattedra di fisica a Bologna dove insegna dal 1865 al 1873Tra i suoi allievi c'è Augusto Righi. Dopo un incarico a Cagliari, nel 1881 passa a Pisa, dove succede al padre Luigi sulla cattedra di fisica tecnologica. L'invenzione della dinamo risale al 1858, la costruzione del primo esemplare realizzato presso il gabinetto del padre, al 1860.

10 Fisico francese scopritore di molte proprietà dei campi elettrici e magnetici. Il fisico francese André Maria Ampère ha avuto un ruolo fondamentale nella scoperta delle proprietà dei campi elettrici e magnetici. In particolare, un esperimento realizzato da Ampère nel 1820 mostrò che tra due fili paralleli percorsi da corrente elettrica vi è una forza che può essere repulsiva (se le due correnti hanno lo stesso verso) oppure attrattiva (se le due correnti hanno versi opposti) e la cui intensità è proporzionale all'intensità di ciascuna corrente. Insieme ai risultati ottenuti da Oersted e da Faraday, ciò dimostrò che le correnti elettriche producono campi magnetici e ne risentono l'azione. Ad Ampère è intitolata l'unità di misura dell'intensità di corrente elettrica nel Sistema Internazionale.

11 Nel 1800, come risultato di un disaccordo professionale sul galvanismo sostenuto da Luigi Galvani, sviluppò la cosiddetta pila voltaica, un predecessore della batteria elettrica, che produceva una corrente elettrica costante. Volta determinò che la coppia più efficace di metalli dissimili, producenti elettricità era composta da zinco e argento. Inizialmente condusse esperimenti con celle individuali collegate in serie, ogni cella era un calice da vino riempito di salamoia, nel quale erano immersi due elettrodi dissimili. Nella pila elettrica i calici erano sostituiti da cartone imbevuto di salamoia, e le dimensioni erano limitate dal peso che la cella inferiore poteva sopportare senza che tutta la salamoia venisse strizzata fuori dal cartone Il fenomeno alla base del funzionamento della pila voltaica, per cui tra due conduttori metallici diversi posti a contatto si stabilisce una piccola differenza di potenziale, prende appunto il nome di effetto Volta. Dai suoi lunghi esperimenti Volta ricavò tre leggi per descrivere il fenomeno. Volta sposò Teresa Peregrini, figlia del conte Ludovico Peregrini, nel 1794 e la coppia ebbe tre figli. In onore del suo lavoro nel campo dell'elettricità, Napoleone lo proclamò conte nel 1810 e nel 1815 l'imperatore d'Austria lo nominò professore di filosofia a Padova. Nel 1819 si ritirò a vita privata nella casa di campagna a Camnago dove morì il 5 marzo 1827 a 82 anni.

12 Energia meccanica Energia muscolare Permette il movimento di una macchina. Lenergia meccanica in meccanica classica, è definita come somma di energia cinetica ed energia potenziale. Nel caso di un corpo che si muove sotto lazione di sole forze che non compiono il lavoro, per esempio, forze ortogonali alla direzione del moto, lenergia meccanica è costante. Permette all uomo e agli animali di compiere movimenti. Per compiere movimenti e sopravvivere, il corpo umano ha bisogno di energia. Esso la ricava dal cibo che contiene combinati variamente: acqua, sali minerali, vitamine, proteine e grassi.Il corpo umano ricava lenergia da un carboidrato, il glucosio. Esso si combina con lossigeno che respiriamo, liberando energia. Durante il movimento, spesso il corpo respira più affannosamente, perché necessita di maggior ossigeno per produrre energia che serve ad esso. Energia idrica È dovuta al movimento dell acqua. Grazie allacqua si ottiene su tutta la terra il 6,7% del fabbisogno energetico e il 20% dellenergia consumata. Il terzo mondo continua a fare affidamento su questa risorsa conveniente e pulita, messa in discussione a causa del grave impatto ambientale. Energia elettrica È dovuta al movimento di cariche elettriche. La fornitura di energia si ottiene attraverso un sistema di distribuzione che parte dagli impianti di produzione, dove lelettricità si ottiene mediante trasformazioni da altre forme di energia, e arriva ai consumatori finali. I complessi sistemi di produzione e trasmissione dell energia di oggigiorno riescono a fornire alta affidabilità a costi di trasporto vantaggiosi.

13 Energia solare È lenergia termica e luminosa del Sole. Questa energia raggiante è prodotta nel Sole per effetto di reazioni nucleari e trasmessa alla Terra sottoforma di radiazioni elettromagnetiche. L intensità della radiazione solare, cioè la quantità di energia che irraggia ogni secondo su 1cm 2 di superficie terrestre, è detta costante. Energia chimica È posseduta dalle sostanze combustibili che bruciando producono calore. Lenergia chimica è lenergia che varia a causa della formazione o rottura di legami chimici di qualsiasi tipo. Essa è sostanzialmente riconducibile allenergia potenziale dellinterazioni elettrostatiche delle cariche presenti nella materia ponderabile, più lenergia cinetica degli elettroni. Energia termica È posseduta da un corpo caldo ed è dovuta allagitazione delle sue molecole; la capacità termica aumenta allaumentare della massa, infatti è necessaria una quantità maggiore di energia per riscaldare un numero maggiore di molecole. La relazione che lega la capacità termica di un corpo al calore specifico e della sostanza di cui è costituito è C = c m (la capacità termica del corpo è il prodotto del calore specifico per la massa). Energia nucleare E posseduta dal nucleo degli atomi elementi radioattivi. Forma di energia immagazzinata nel nucleo dellatomo, responsabile dei legami che tengono uniti i suoi costituenti. Gran parte di questa energia viene liberata allesterno sotto forma di energia cinetica dei prodotti di reazione o di radiazione elettromagnetica; può quindi essere raccolta e convertita in altra forma per usi commerciali, scientifici e militari.

14 CARBONE Il carbone si è formato milioni di anni fa, quando intere foreste furono sommerse dalle acque e ricoperte dai sedimenti. In ambiente privo di ossigeno, il legno è stato trasformato dai batteri anaerobi (che vivono in assenza di ossigeno), in carbone fossile. Esso viene estratto sia da miniere a cielo aperto sia da quelle sotterranee. Conosciuto fin dallantichità è stato sfruttato su larga scala solo a partire dal XIX secolo e da allora è stato la principale fonte di energia, arrivando a coprire il 90% del fabbisogno mondiale. Il declino del carbone è iniziato subito dopo la seconda guerra mondiale ed è stato causato dalla concorrenza del petrolio, più facile da estrarre e da lavorare. La crisi petrolifera e gli alti prezzi raggiunti dal petrolio, negli ultimi anni, hanno fatto ritornare dattualità il carbone, le cui scorte non si esaurirono prima di 250 anni.

15 PETROLIO Il termine petrolio significa >. Esso, infatti, è un liquido oleoso di colore bruno verdastro, costituito da una miscela di idrocarburi. Si trova spesso insieme al metano, in giacimenti situati a profondità diverse nella crosta terrestre. Si è formato dalla decomposizione di organismi animali e vegetali sepolti dai sedimenti nella crosta terrestre e sotto il fondo marino. I giacimenti vengono raggiunti trivellando il terreno, e il petrolio viene estratto con particolari pompe e poi inviato alle raffinerie, dove vengono separate le varie frazioni di cui è composto. Pur essendo noto fin dall antichità, in alcune zone dove affiorava naturalmente, venne usato solo dal 1859 quando in Pennsylvania si cominciò a estrarlo da pozzi profondi. Da allora, è divenuto il combustibile più usato per il riscaldamento e per lilluminazione.

16 METANO Il metano è un idrocarburo presente nel gas naturale dei giacimenti petroliferi. E incolore e inodore ed è il più semplice degli idrocarburi, avendo la molecola costituita da quattro atomi di idrogeno e da un atomo di carbonio (CH 4 ). Ha La stessa origine del petrolio ma, oltre che nei giacimenti, si trova facilmente anche nelle paludi e nelle miniere. Brucia con facilità ed è poco inquinante e per queste sue caratteristiche è particolarmente conveniente per usi domestici.

17 URANIO Dopo la seconda guerra mondiale sono entrate in funzione le prime centrali nucleari, che producono energia elettrica sfruttando le proprietà di un elemento radioattivo, luranio. Luranio è un metallo poco abbondante, ma largamente diffuso nella crosta terrestre;se viene bombardato con un neutrone il suo nucleo si spezza in due nuclei più leggeri(il bario e il Kripto). Da questa reazione,detta fissione nucleare, cioèscissione del nucleo, si liberano una notevole quantità di energia e altri neutroni, che vanno a loro volta a colpire altri atomi di uranio. Si tratta di una reazione a catena,che una volta innescata continua da sola,liberando quantità sempre crescenti di energia. La fissione delluranio fu ottenuta per la prima volta nel 1934 da un gruppo di ricercatori italiani,tra cui Enrico Fermi. Con tale scoperta si ponevano le basi per lo sfruttamento su larga scala dell energia contenuta nellatomo;occorreva però ancora trovare il modo per liberare lentamente l energia prodotta e controllarecosì la reazione di fissione. Il primo dispositivo in grado di fare ciò fu ideato da Ferri ed entrò in funzione a Chicago il 2 dicembre Tale dispositivo venne chiamato pila atomica o reattore nucleare.

18 ENERGIA SOLARE L energia solare è disponibile in quantità illimitata(non si esaurirà infatti prima di 5 miliardi di anni) e rappresenta per luomo una risorsa facilmente reperibile e non inquinante. Tuttavia non è ancora stato trovato un metodo sufficientemente economico per sfruttarla su larga scala, perché è difficile da captare e da immagazzinare. Inoltre, la distribuzione dellenergia solare sulla superficie terrestre dipende dalla latitudine, dalle stagioni e dalle ore di luce della giornata. Lenergia solare è reperibile in quantità minore proprio nei Paesi più industrializzati, dove è maggiore richiesta di energia. Il metodo più diffuso e più semplice di catturare lenergia solare è quello che utilizza i pannelli solari per la produzione di acqua calda. Le centrali che sfruttano lenergia solare invece catturano la luce del Sole o attraverso celle fotovoltaiche o attraverso gli specchi solari. La produzione di energia elettrica avviene come nelle centrali termoelettriche.

19 ENERGIA EOLICA Lenergia del vento o eolica era già sfruttata nellantichità per la navigazione e nei mulini a vento per la macina dei cereali, ma luso per ottenere elettricità è abbastanza recente. L energia eolica può essere usata solo nelle zone molto ventose e soprattutto dove la direzione e lintensità del vento sono abbastanza regolari. Gli impianti eolici funzionano se la velocità del vento è di almeno 12 Km/h ma, per questioni di sicurezza, devono essere disinseriti se la velocità supera i 65 Km/h. Per questo motivo,la produzione di tale tipo di energia è molto limitata ed è destinata a rifornire solamente aziende agricole,piccole industrie e paesi. Negli ultimi anni gli ambientalisti hanno avanzato delle riserve sull impianto di nuove centrali, sostenendo che esse potrebbero rallentare i venti e perciò modificare le condizioni climatiche di una certa zona, influendo negativamente sulla vita di alcune specie animali, in particolare sulla vita di uccelli migratori.

20 ENERGIA IDRICA Per molti secoli lenergia dell acqua o idrica, è stata utilizzata con lunico scopo di azionare mulini e altre semplici macchine, ma attualmente è quasi esclusivamente usata nelle centrali idroelettriche per produrre lelettricità. Un impianto idrico può essere sfruttato solo in zone dotate di una particolare struttura idrogeologica che permette disponibilità costante di acqua.

21 ENERGIA MAREOMOTRICE Anche lacqua del mare può essere utilizzata per produrre energia nelle centrali mareomotrici,che sfruttano il diverso livello dellalta e bassa marea. E però necessario che tale dislivello sia almeno di dieci metri, cosa che si verifica in pochissime località della Terra, per cui sono poche le centrali di questo tipo. Un impianto è in funzione dal 1966 a Saint-Malò, nel Nord della Francia, dove lampiezza della marea è circa tredici metri.

22 ENERGIA GEOTERMICA Sotto terra,a profondità variabili, vi sono grandi depositi di magma ad altissime temperature. Il magma, infiltrandosi nelle spaccature della crosta terrestre può risalire in superficie e riscaldare lacqua delle falde acquifere dando origine a sorgenti termali, geyser, soffioni, fumarole. La crosta terrestre racchiude quindi enormi quantità di energia geotermica che può essere sfruttata solo in alcune zone della Terra. In Islanda,per esempio, da molti anni lenergia geotermica dei geyser,getti dacqua bollente, viene usata per riscaldare intere città. In Italia la disponibilità di energia geotermica è elevata, ma fino ad ora essa viene sfruttata solo a Lardello, in Toscana, dove fin dal 1904 il vapore che fuoriesce dai soffioni boraciferi è convertito in elettricità.

23 ENERGIA DELLE BIOMASSE Per biomassa si intende l insieme di prodotti che derivano da organismi animali e vegetali e perciò anche tutti i rifiuti urbani e agricoli. In queste sostanze si è accumulata lenergia del Sole, che può venire liberata mediante combustione o tecniche di altri tipi. In Italia sono in funzione alcuni impianti che utilizzano non solo i rifiuti solidi urbani ma anche gli scarti dellindustria olearia e tessile, dellagricoltura e dellallevamento. Luso di questi impianti è diffuso soprattutto nelle aziende agricole, perché presenta due vantaggi: con lenergia ricavata si copre il fabbisogno dellazienda e, con il processo di lavorazione per ottenere questa energia si elimina quasi tutto il materiale inquinante. Dopo la crisi energetica del 1973, le tecniche per ricavare energia dalla biomassa si sono a poco a poco perfezionate. Sfruttando le fermentazioni causate da alcuni ceppi di batteri anaerobi si ottiene il biogas, una miscela costituita per il 70% da metano.

24 Lenergia totale di un corpo soggetto a forze conservative resta costante durante il suo moto, ovvero lenergia potenziale del corpo si trasforma in energia cinetica e viceversa, ma il valore della loro somma non varia. Ne è un esempio il pendolo semplice, che possiede energia potenziale massima nelle posizioni di massima elongazione, possiede in parte energia potenziale e in parte energia cinetica nei punti intermedi, e raggiunge energia potenziale nulla, ma il valore massimo dellenergia cinetica, quando passa per il punto di sospensione. Questo fenomeno esprime un principio fondamentale della fisica classica, che va sotto il nome di principio di conservazione dellenergia. Insieme allanalogo principio di conservazione della massa, è una legge che vale solo per fenomeni classici, ovvero nei quali le velocità dei corpi sono piccole rispetto alla velocità della luce.

25 Allenergia cinetica o potenziale si possono ricondurre tutte le forme di energia note: il calore, in effetti, è dovuto al moto (e dunque allenergia cinetica) delle molecole che costituiscono un corpo a livello microscopico; lenergia chimica liberata in una reazione è invece una forma di energia potenziale, in quanto deriva dalle energie di legame fra atomi, a loro volta energie potenziali di una forza conservativa. Se le forze presenti non sono conservative, ma dissipative (come, ad esempio, lattrito) il principio di conservazione può ancora ritenersi valido, tenendo conto di tutte le possibili forme in cui parte dellenergia posseduta dal corpo potrà essersi trasformata (ad esempio, in calore, ovvero energia termica, per il caso dellattrito), generalmente però non più però recuperabili come energia meccanica. Nellambito della meccanica relativistica, ovvero per corpi che si muovono a velocità paragonabili a quelle della luce, energia e materia possono convertirsi luna nellaltra, come si verifica nelle reazioni nucleari: nella fisica moderna dunque i due principi di conservazione dellenergia e della massa sono unificati.

26 Lenergia luminosa del Sole viene trasformata, grazie alla fotosintesi clorofilliana, nellenergia chimica contenuta nei vegetali. Attraverso la digestione questa energia viene resa disponibile per i muscoli che permettono di compiere un lavoro. Il carbone, il petrolio e il metano derivano dalla decomposizione degli organismi, vissuti milioni di anni fa che, grazie allenergia solare, hanno prodotto materia organica. Da essi, attraverso il processo chimico della combustione, si ottiene energia termica che può essere trasformata in energia meccanica, usata per far muovere automezzi e macchine.

27 Lenergia termica del Sole provoca levaporazione dellacqua, che sale sottoforma di vapore e forma le nuvole. Quando piove lacqua va ad alimentare i bacini idrici delle dighe; scorrendo nelle condotte forzate lenergia potenziale dell acqua si trasforma in energia cinetica, che fa girare le pale di una turbina producendo energia meccanica, questultima verrà trasformata in energia elettrica.

28 VANTAGGI: Forma di energia immagazzinata nel nucleo dellatomo, responsabile dei legami che tengono uniti i suoi costituenti. Tali legami sono realizzati mediante linterazione forte, la più intensa tra le quattro forze fondamentali esistenti in natura. Centrale nucleare, Valle della LoiraCentrale nucleare, Valle della Loira Lanalisi dellequazione di fissione delluranio 235 consente di evidenziare subito il principale vantaggio del nucleare: lenorme quantità di energia che ogni singola fissione produce. La quantità di energia che si può ricavare da un nucleo atomico, infatti, è di gran lunga maggiore di quella che si ottiene da qualunque reazione chimica (e quindi anche dalla combustione), cioè dalle trasformazioni che coinvolgono solo la parte più esterna dellatomo. Nella combustione del petrolio, ad esempio, 1 kg di combustibile produce una quantità di calore che corrisponde a circa 1,6 kilowattora; in una tipica reazione nucleare di fissione, invece, la stessa quantità di uranio 235 sviluppa calore equivalente a 18,7 milioni di kilowattora. Tenuto conto anche delle fasi di estrazione e di processamento, inoltre, il costo di produzione dellenergia nucleare è in assoluto il più basso di tutte le fonti di energia, rinnovabili e non rinnovabili.

29 Rispetto ai combustibili fossili, la produzione di energia nucleare non comporta lemissione di gas nocivi quali anidride carbonica, ossidi di zolfo e di azoto, principali responsabili di fenomeni ambientali quali le piogge acide e leffetto serra. Infine, lalto rendimento del combustibile nucleare rispetto a quello fossile comporta anche vantaggiosi risparmi di spazio in fase di trasporto e in termini di dimensioni degli impianti. Le centrali nucleari a fissione producono una quantità di energia molto elevata e possono raggiungere potenze dell'ordine del GW al pari delle grandi centrali termoelettriche e di fatto rappresentano oggi l'unica reale alternativa ad esse in termini di quantità di energia prodotta.

30 Svantaggi: Gli svantaggi dello sfruttamento dellenergia nucleare derivano dallelevato livello di radioattività che accompagna tutte le fasi del processo produttivo, dalla reazione di fissione vera e propria fino allo smaltimento dei rifiuti. Tutta questa radioattività impone una serie di rigorosissime misure di controllo e protezione nelle diverse fasi di produzione. Inoltre, per quanto molto piccolo, e per quanto i sistemi di sicurezza e controllo siano sempre più affidabili, rimane sempre il rischio di gravi incidenti come quello di Chernobyl. Gli svantaggi maggiori di una centrale nucleare sono il combustibile nucleare residuo, le famose scorie radioattive; una volta esaurito l'elemento fissile del combustibile, restano i suoi sottoprodotti, che non sono fissili ma radioattivi. Questi sottoprodotti sono una gamma di isotopi con tempo di dimezzamento molto vario, ma che può arrivare ad alcune migliaia di anni. Quindi è necessario prevedere sia delle aree di stoccaggio in cui gli isotopi più radioattivi abbiano il tempo di decadere, sia dei siti di immagazzinamento definitivo in cui riporre il restante materiale radioattivo a lunga vita (almeno per alcuni secoli).Chernobyl (molte decine di volte minore) di quello che scontano ad esempio reattori come quelli Italiani, il cui smantellamento "accelerato" è stato deciso per ragioni politiche nella tredicesima legislatura, con un decreto dell'allora ministro Bersani, per i quali il costo di smantellamento potrà essere alla fine anche due o tre volte superiore a quello di costruzione. Un altro problema che accomuna questo tipo di centrali con quelle termoelettriche è l'elevata quantità di acqua necessaria per il raffreddamento, acqua che dopo il processo viene

31 "Sarcofago" della centrale di Černobyl"Sarcofago" della centrale di Černobyl rilasciata a temperature più elevate rispetto a quella dell'ambiente creando uno sbilanciamento termico con impatti ambientali rilevanti soprattutto sulla fauna e flora dei fiumi, tale aspetto ha spinto la Francia alla creazione di un sistema di allevamento ittico che garantisse l'utilizzo economicamente conveniente del calore (che agevola l itticoltura) e allo stesso tempo la salvaguardia dell'ecosistema. Un altro problema delle centrali nucleari è dovuto al progressivo esaurimento del combustibile nucleare, con i ritmi attuali di aumento della produzione (+40% negli ultimi venti anni) si stima che l'uranio presente sia in grado di assicurare circa 50 anni di attività delle centrali nucleari. Questo problema viene considerato molto meno critico dei precedenti dato che l'utilizzo di reattori autofertilizzanti potrebbe innalzare significativamente l'efficienza di utilizzo dell'uranio portando dal 5% degli attuali reattori ad un teorico 99% di reattori autofertilizzanti di nuova generazione. Vi sono molti studi su questa nuova generazione di reattori che il progressivo esaurimento dell'uranio potrebbe rendere molto convenienti, alcuni modelli di FBR (Fast Breeder Reactors, reattori veloci autofertilizzanti) sono stati costruiti e operano nel mondo tutt'ora, uno di essi era Superphènix. Per far fronte a questo problema sono state sviluppate inoltre delle centrali nucleari che utilizzano il torio al posto dell'uranio come combustibile nucleare. Poiché il torio è molto più comune dell'uranio potrebbe fornire combustibile per moltissimi secoli, anche se è necessario un procedimento di fertilizzazione del torio per trasformarlo in uranio fissile. Come ulteriore vantaggio non sono note, a tuttoggi, tecniche per produrre armi nucleari a partire dal torio e dai rifiuti nucleari delle centrali che lo usano.

32 40 morti per sindrome acuta da radiazioni, 900 casi di tumore alla tiroide di cui 100 mortali, 3000 km quadrati evacuati, persone sfollate: questi sono i danni umani causati dall'incidente di Chernobyl, secondo le stime dell'Organizzazione Mondiale della Sanità. Sono danni pesanti, ma siamo ben lontani da quel «mezzo milione di morti» di cui parlano continuamente i telegiornali in occasione del ventesimo anniversario dell'incidente. La nube radioattiva che ha investito l'Italia non ha superato le dosi di una radiografia, per di più diluita nell'arco di una settimana. La nostra lattuga e il nostro latte non sono mai stati realmente pericolosi. È stato per prudenza estrema che il governo vietò la vendita della lattuga a foglie larghe, ma noi non abbiamo mai corso alcun rischio reale di esposizione. Anche nella stessa Ucraina e in Bielorussia (Chernobyl è sul confine fra le due ex repubbliche sovietiche) la situazione ambientale è critica solo nella «zona rossa» attorno alla centrale, ma il grano prodotto presentava già allora livelli di contaminazione ai limiti della sensibilità strumentale, tanto che erano necessari contatori speciali per misurare i livelli bassissimi di radioattività. Così come sono state sopravvalutate dai media le conseguenze dell'incidente di Chernobyl, le sue cause sono state sottovalutate. Si parla poco dell'ideologia, delle procedure, dei metodi e degli errori plateali commessi dalla burocrazia comunista sovietica, da personale poco specializzato e costretto a rispondere a ordini politici. Chernobyl non è tanto una tragedia nucleare, quanto una tragedia umana provocata dal comunismo. La notte dell'incidente, all'1 e 23 del 26 aprile 1986, il reattore stava funzionando in condizioni estremamente instabili. E si trattava di un'esercitazione in cui erano stati esclusi tutti i sistemi di sicurezza, sia di raffreddamento di emergenza che di spegnimento automatico del reattore. I soccorsi che furono inviati ad arginare il danno non vennero avvertiti della pericolosità della radioattività sprigionata, né furono adeguatamente equipaggiati per resistere alle radiazioni: di fatto furono mandati al macello e costituiscono il grosso delle vittime umane dell'incidente. Furono degli eroi sovietici: martiri loro malgrado. Altre vittime furono causate dal silenzio delle autorità locali e del regime di Mosca nei primi giorni successivi alla tragedia.

33 Di fatto si è giunti a conoscenza di quel che era successo solo quando la nube radioattiva fu rilevata in Svezia. Probabilmente se il vento l'avesse trasportata verso la Siberia e non verso l'Europa occidentale, di Chernobyl non si sarebbe parlato fino al collasso dell'Urss, così come avvenne per tutti i numerosi e gravi disastri ambientali sovietici. Il rifiuto iniziale di aiuti dall'estero (Chernobyl produceva materiale nucleare anche per uso militare e l'area in cui è situato era altamente militarizzata all'epoca dell'Urss) ha ulteriormente peggiorato la situazione per i feriti e le persone esposte direttamente alle radiazioni. Perché i media hanno sempre pompato gli effetti di Chernobyl e sottaciuto le cause? Mistero. Di sicuro si tratta di un successo dell'informazione sovietica, un caso non nuovo, il seguito naturale della battaglia mediatica sulla guerra nucleare che caratterizzò i primi anni '80. Il regime sovietico ha sempre puntato su una debolezza del carattere occidentale: la tecnofobia. La paura per le nuove tecnologie fu sempre sfruttata dalla propaganda sovietica per colmare il gap tecnologico tra il blocco capitalista e quello comunista. Nel corso dell'offensiva «pacifista» dei primi anni '80, i sovietici riuscirono benissimo ad alimentare la paura della guerra nucleare nelle società occidentali proprio mentre la Nato stava surclassando (con i Cruise, i Pershing, la bomba al neutrone, le bombe ad alta precisione) la tecnologia militare nucleare sovietica. Di fatto si è giunti a conoscenza di quel che era successo solo quando la nube radioattiva fu rilevata in Svezia. Probabilmente se il vento l'avesse trasportata verso la Siberia e non verso l'Europa occidentale, di Chernobyl non si sarebbe parlato fino al collasso dell'Urss, così come avvenne per tutti i numerosi e gravi disastri ambientali sovietici. Il rifiuto iniziale di aiuti dall'estero (Chernobyl produceva materiale nucleare anche per uso militare e l'area in cui è situato era altamente militarizzata all'epoca dell'Urss) ha ulteriormente peggiorato la situazione per i feriti e le persone esposte direttamente alle radiazioni.

34 Il problema del risparmio energetico si è imposto all'attenzione dei paesi sviluppati con la famosa crisi petrolifera del 1973, scaturita dalla guerra del Kippur fra Egitto e Israele, in seguito alla quale i produttori arabi di petrolio quadruplicarono il prezzo del greggio, portandolo a 12 dollari il barile (1 barile = 158,987 litri), e ridussero del 5% la quota destinata mensilmente ai paesi europei e agli Stati Uniti, i maggiori importatori. L'improvvisa diminuzione della disponibilità di petrolio determinò gravi difficoltà per i governi di tutto il mondo, che fino ad allora avevano considerato il petrolio una fonte inesauribile di energia, fondando su tale risorsa lo sviluppo economico dei loro paesi. Particolarmente colpiti dalla crisi furono il Giappone e l'Europa, che dipendevano quasi completamente dall'importazione, e i paesi in via di sviluppo. Nella speciale conferenza intergovernativa tenutasi a Washington nel 1974 fu istituita l'Agenzia Internazionale dell'Energia (AIE), con lo scopo di coordinare la ricerca e lo sviluppo di fonti alternative di energia e di studiare politiche comuni di risparmio energetico. Una seconda crisi petrolifera si ebbe nel , a seguito del conflitto fra Iran e Iraq, con una crescita ulteriore del prezzo del petrolio fino a 40 dollari al barile. L'economia mondiale subì un vero e proprio tracollo. I paesi industrializzati reagirono applicando programmi di riduzione dell'uso complessivo di combustibili, in particolare dei derivati del petrolio, di sfruttamento di risorse diverse, quali il carbon fossile e l'energia nucleare, e soprattutto di risparmio energetico. Costretti dall'aumento di prezzo dei combustibili, e sensibilizzati dall'azione dei governi, i cittadini cominciarono a risparmiare carburante ed energia, e a utilizzare le risorse disponibili in maniera più efficiente. Quando, verso la fine degli anni Ottanta, il fronte comune dei produttori arabi cominciò a rompersi e i prezzi del petrolio tornarono ad abbassarsi (in alcuni casi sotto i 10 dollari a barile), altri seri motivi consigliarono di perseverare nel risparmio energetico: la grave situazione dell'inquinamento ambientale e soprattutto la minaccia del riscaldamento globale.

35 Non lasciare elettrodomestici in funzione stand-by. Quando è possibile, scegliere di andare a piedi o di utilizzare trasporti meno inquinanti come bicicletta, mezzi pubblici. Quando non si può fare a meno di utilizzare la macchina cercare di organizzarsi in gruppi al fine di ottimizzare il consumo di carburante e minimizzare le emissioni inquinanti pro capite. Non sprecare inutilmente acqua calda e preferire energia pulita. Meno consumi, più energia pulita per salvare il pianeta. Acquistare gli elettrodomestici a basso consumo ed alta efficienza energetica, ricordando che la buona manutenzione consente di risparmiare energia. Non coprire i termosifoni con pannelli, stoffe, tende per permettere una migliore circolazione dellaria e quindi una migliore diffusione del calore. Il fabbisogno di energia dei Paesi poveri è inevitabilmente destinato a crescere, e a noi popoli ricchi non rimane che una scelta: quella di consumare meno energia. Infatti unaltra fonte di energia pulita per eccellenza è quella che si ottiene dal suo risparmio e uso più razionale. Non si tratta di una scelta complicata, soprattutto nelle nostre case: basta scegliere determinate tecnologie per limpianto di riscaldamento.

36 BIOMASSE EOLICA GEOTERMICA IDROELETTRICA SOLARE FOTOVOLATICA

37 Con il termine biomassa nellaccezione più generale possiamo considerare tutto il materiale di origine organica sia vegetale che animale. E possibile distinguere vere e proprie materie prime e prodotti di scarto derivati da molteplici attività che interessano: il comparto agricolo-forestale il comparto industriale ed infine il settore dei rifiuti solidi urbani. combustibili solidi, liquidi o gassosi derivati da questi materiali (direttamente o in seguito a processi di trasformazione) sono definiti biocombustibili mentre qualsiasi forma di energia ottenuta con processi di conversione dai bio- combustibili è definita bio-energia. La conversione energetica avviene principalmente attraverso processi termochimici e biochimici. I processi termochimici sono: Combustione: è il più semplice dei processi termochimici e consiste nellossidazione completa del combustibile a H2O e CO2; Gassificazione: il processo di gassificazione consiste nella trasformazione di un combustibile solido o liquido, nel caso specifico della biomassa, in combustibile gassoso, attraverso una decomposizione termica (ossidazione parziale) ad alta temperatura. Il gas prodotto è una miscela di H2, CO, CH4, CO2, H2O (vapore acqueo) e N2, accompagnati da ceneri in sospensione e tracce di idrocarburi (C2H6).

38 Il vento, come lacqua, è una delle fonti energetiche dorigine naturale utilizzate dalluomo fin dallantichità. Di solito si collega lenergia eolica ai tipici mulini a vento olandesi o al romanzo di Miguel de Cervantes Don Chisciotte; in realtà già nellantica Mesopotamia (circa 1600 a.C.) il vento veniva sfruttato come forza motrice alternativa a quella animale in mulini ad asse verticale. Oggi la macchina che viene utilizzata per la trasformazione dellenergia meccanica del vento in energia elettrica è detta aerogeneratore: il principio di funzionamento è lo stesso del mulino ma le pale spinte dal vento sono collegate a un generatore di energia elettricaLaerogenatore è costituito da un palo di sostegno che porta sulla sommità una navicella (la cabina dove è contenuto il generatore elettrico e un albero di trasmissione). Allesterno della navicella è collocato il rotore, costituito da un mozzo sul quale sono montate le pale che intercettano il vento. Le diverse tipologie di aerogeneratore si differenziano sostanzialmente, indipendentemente dalla taglia e dunque dalle dimensioni, per: i sistemi di controllo della potenza; la velocità del rotore che può essere costante o variabile; la presenza o assenza di un moltiplicatore di giri tra mozzo e generatore.

39 I fluidi geotermici sono essenzialmente composti da acqua meteorica che penetra nel sottosuolo e si riscalda a contatto con le rocce calde. Si formano così degli acquiferi (strati o raggruppamenti di materiale permeabile saturo di acqua) anche a temperature molto elevate (oltre 300°C). Generalmente tali acquiferi, oltre all'acqua in fase liquida, possono contenere acqua sotto forma di vapore ad elevato contenuto energetico. Il fluido sotto forma di vapore può essere inviato direttamente in una turbina per la produzione di energia elettrica oppure attraverso uno scambiatore di calore può cedere la sua energia ad un altro fluido vettore ed infine essere ripompato nel sottosuolo. In questo ultimo caso si parla di impianto a ciclo binario. E sufficiente che il fluido abbia una temperatura di 120° C per poter essere utilizzato, ovviamente maggiore è la temperatura del fluido maggiore è lenergia potenzialmente producibile. La produzione geotermica italiana ha una lunga tradizione: la prima vera centrale geotermoelettrica, Larderello 1, entrò in servizio nel 1913 con un primo gruppo a turbina da 250 kW. Attualmente in Italia sono presenti 34 impianti geotermici (33 in Toscana e 1 nel Lazio) con una potenza installata complessiva di 707 MW. Questi impianti producono annualmente più di GWh soddisfacendo già gli obiettivi che lItalia si è data, relativamente al geotermico, nei documenti programmatici per lo sviluppo delle fonti rinnovabili.

40 In Italia lo sfruttamento dellenergia idraulica per la produzione di energia elettrica ha rappresentato la base dellelettrificazione del paese e può contare su una tecnologia matura e sulla durata delle opere civili connesse agli sbarramenti per la creazione di dislivelliAncora oggi lacqua rappresenta la fonte energetica rinnovabile più consistente e contribuisce a soddisfare circa il 15% della richiesta di energia elettrica nazionale. Questa lunga storia di sfruttamento della risorsa idrica ha fatto si che non ci siano ulteriori margini di sviluppo per grandi impianti idroelettrici che, sebbene non producano emissioni inquinanti durante il loro funzionamento, necessitano della costruzione di opere che hanno un grosso impatto ambientale sul paesaggio, sulla difesa del suolo e sugli altri utilizzi della risorsa idrica. Maggiori possibilità di sviluppo esistono al contrario per il cosiddetto mini- hydro, ovvero piccoli impianti con potenze fino a 10 MW che presentano alcuni vantaggi: un limitato impatto ambientale; una modesta richiesta di manutenzione; un alto rendimento di conversione energetica.

41 Sono impianti che sfruttano lenergia solare (fotoni) convertendola direttamente in energia elettrica. Sono impianti modulari: lunità fondamentale è detta cella fotovoltaica, generalmente di forma quadrata e superficie di 100 cm2, funzionante come una batteria. Le celle sono raggruppate in elementi commerciali unitari detti moduli (mediamente hanno una superficie di 0,5 m2), che una volta collegati prima in serie (stringhe) e poi in parallelo danno luogo al generatore fotovoltaico. I moduli montati su strutture di sostegno sono detti pannelli, vengono orientati lungo lasse Est-Ovest e inseguono il moto apparente del sole ruotando attorno al loro asse. La produzione di energia elettrica sotto forma di corrente continua avviene nella cella fotovoltaica, che può essere descritta come un foglio di spessore molto piccolo, generalmente di silicio, le cui proprietà elettriche vengono modificate tramite limpiego di sostanze droganti, che cioè si inseriscono tra gli atomi di silicio modificandone la struttura chimica e di conseguenza il comportamento elettrico. La faccia esposta al raggio solare viene drogata generalmente con piccole quantità di fosforo, mentre la faccia opposta viene drogata con atomi di boro. Questa procedura permette di realizzare in uno spessore piccolissimo (0,25 mm – 0,35 mm) una vasta superficie di contatto (detta giunzione) tra due strati (le due facce del foglio) aventi potenziale elettrico diverso: permette cioè di generare una differenza di potenziale fra le due facce esterne del foglio.

42 I costi di costruzione di una centrale nucleare sono molto elevati, ma una volta costruita produce energia a costi competitivi, dato il costo dell'uranio non presenta una variabilità significativa nel lungo periodo. Inoltre non sono legate alle logiche economiche e speculative che avvolgono il comparto petrolifero. Le centrali nucleari, a differenza delle termoelettriche, non hanno emissione di fumi perché non sfruttano un principio di combustione e non provocano quindi nessun inquinamento atmosferico, ad eccezione del vapore acqueo proveniente dalle torri di raffreddamento dell'acqua di condensazione, che comunque si condensa in poco tempo. L'acqua del ciclo di potenza dei generatori a turbina non ha alcun contatto con il reattore nucleare, e quindi è esente da qualsiasi forma di emissione radioattiva. Scorie nucleari, se pure molto poco durevoli in termini di radiotossicità, sono anche grandi parti delle strutture delle centrali nucleari. La radioattività indotta da neutroni e gli elementi, ad alta attività ma breve vita, rilasciati dall'operazione quotidiana del ciclo di raffreddamento sulle parti a contatto con il fluido primario, determinano la necessità tecnica, per evitare alti costi e rischi per il personale, di attendere lunghi periodi, dopo la fine delle operazioni produttive e lo spegnimento del reattore, prima di iniziare lo smantellamento. In Inghilterra, dove per centrali come quella di Calder Hall sono previsti cento anni di chiusura dopo lo spegnimento, il costo dello smantellamento si prospetta molto più basso.

43 IL FUTURO


Scaricare ppt "Realizzato dagli alunni della S.M.S. F. Cilea- Caivano."

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