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STMicroelectronics Coherence 2011 Roma, 14 dicembre 2011 U. Mastromatteo STMicroelectronics – Health & Energy - Fellow.

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1 STMicroelectronics Coherence 2011 Roma, 14 dicembre 2011 U. Mastromatteo STMicroelectronics – Health & Energy - Fellow

2 28-Jan-14 2 argomenti Generalita' sull'energia; Fonti di energia primaria e ripartizione; Combustibili fossili; Energia solare, Biomassa e fotosintesi; Clima.

3 28-Jan-14 3 Energia: capacità di un sistema di compiere lavoro. Non si consuma energia per produrre lavoro: Si trasforma energia da una forma ad unaltra e/o si trasferisce energia da un sistema ad un altro. L ab = Integrale da a a b di (F × dl) dimensioni: [L] = [E] = [F] [l] = [massa] [lunghezza] 2 [tempo] -2 unità: 1J = 1N 1m (MKSA); 1erg = J; 1kcal = J; 1kWh = J; 1tep = 4.3 × J = 11.6 MWh Lavoro necessario per sollevare 10 Kg di 1 m: m g h = 98.2 J Scaldabagno da 80 l da 20°C a 80°C: mC T = kcal = 5.6 kWh Contenuto energetico di un litro di benzina: kWh

4 28-Jan-14 4 UNITÀ DI MISURA - SISTEMA INTERNAZIONALE (SI) SISTEMI TECNICI, Energia kcal e multipli1 kcal = 4,186 kJ = 3,968 BTU kWh e multipli1 kWh = 3,6 MJ = 860 kcal tep (tonn. equiv. petrolio) e multipli 1 tep = 10 7 kcal = 39,68 MBTU 1 tep = 11,63 MWh(t ) = 4,65 Mwh(e) BTU (British Thermal Unit) e multipli 1BTU = 1,055 kJ = 0,252 kcal barili al giorno (bl/d) e multipli1 Mbl/d 50 Mtep per anno

5 28-Jan-14 5 Coefficienti di conversione PETROLIO 1 barile = 159,0 litri 1/7,3 tep 1 Mbl/d 50 Mtep/anno peso specifico petrolio 0.86 Kg/litro circa GAS NATURALE 1 mc 9,10 Mcal (Potere Calorifico Superiore) 1 mc 10,6 kWh 1 MBTU 27,7 mc CARBONE 1 t = 1 tec 0,67 tep ENERGIA ELETTRICA all'uso finale: 1 kWh = 860 kcal alla produzione: 1 kWh = kcal

6 28-Jan-14 6 Contenuto energetico dei carburanti per autotrazione MJ / kgMJ / m 3 Benzina43,96 Gasolio42,50 GPL45,55 Gas naturale34,12 Biodiesel37,70 Metanolo19,80 Etanolo27,00 MTBE35,28 ETBE36,00

7 28-Jan-14 7 argomenti Generalita' sull'energia; Fonti di energia primaria e ripartizione; Combustibili fossili; Energia solare, Biomassa e fotosintesi; Clima.

8 28-Jan tep = J = cal = kWh = 4.66 T c 2 Potenza: (1 a = s); tep/ s = 317 tep/s = W = 148 mg c 2 /s Popolazione mondiale: persone Potenza individuale: 2200 W/persona = 0.78 mgc 2 /a/persona Una centrale nucleare tipica produce 1 GWe Lavoro compiuto in media da un uomo in un giorno: 1.7 MJ 400 kcal. Potenza media erogata: 20 W = 0.9% energia consumata Energia consumata nel mondo (anno 2000)

9 28-Jan-14 9 Elettricità Svizzera ItalianaA. Romer / Bellinzona, primavera 2003 Carbone 23,5% Petrolio 34,8% Gas naturale 21,1% Rinnovabili 13,8% Nucleare 6,8% Fonte: Agenzia internazionale dellenergia (IEA) LE QUOTE DI ENERGIA PRIMARIA NEL 2000 Altri 0,5% Forza idrica 2,3% - Biomassa - Prodotti animali - Derivati di biomassa - Rifiuti 11,0% Vento 0,026% Geotermia 0,442% Marea 0,004% Sole 0,039%

10 28-Jan Elettricità Svizzera ItalianaA. Romer / Bellinzona, primavera 2003 Carbone 39% Petrolio 8% Gas naturale 17% Nucleare 17% Rinnovabili 19% Forza idrica 17% Altri 1% Combustibili rinnovabili e rifiuti 1% Fonte: Agenzia internazionale dellenergia (IEA) LE FONTI CHE CONTRIBUISCONO ALLA GENERAZIONE DI ELETTRICITÀ

11 Energia in Italia - storico 28-Jan-14 11

12 Italia Jan-14 12

13 Italia rinnovabili Jan-14 13

14 Italia – crescita rinnovabili 28-Jan-14 14

15 Crescita - Eolico e fotovoltaico 28-Jan SPAIS - Ubaldo Mastromatteo - 16, 20 luglio 2007

16 28-Jan IL FABBISOGNO MONDIALE DI ENERGIA PRIMARIA Dati elaborati nel Gtep 20 Gtep 35 Gtep

17 17 Destinazioni: Bilancio elettrico nazionale Anno 2005 – dalla produzione al consumo Fonte GSE

18 28-Jan argomenti Generalita' sull'energia; Fonti di energia primaria e ripartizione; Combustibili fossili; Energia solare, Biomassa e fotosintesi; Clima.

19 28-Jan anni di carbone e petrolio Crescita nei consumi di combustibili fossili tra il 1900 ed il 1999 (in Mtep=milioni di tonnellate equivalenti di petrolio). (1 barile USA=159 litri=0.18 Tep) Finora consumati circa 1000 Miliardi di barili di riserve accertate Fonte en Carbone Petrolio Gas naturali 92173

20 28-Jan Conseguenze uso dei combustibili fossili

21 28-Jan Numeri da ricordare 1 barile USA=159 litri=0.18 Tep (cp=0.9 g/cc) Consumo giornaliero=70Mbarili i.e. 25 Gb=4500 MTep (consumo annuo) Riserve provate= 1000 Gb Riserve non provate 500 Gb Totale greggio sul pianeta, incluso quello già estratto e riserve non provate 2500 Gb 1Btu=1055 Joule

22 28-Jan argomenti Generalita' sull'energia; Fonti di energia primaria e ripartizione; Combustibili fossili; Energia solare, Biomassa e fotosintesi; Clima.

23 28-Jan Energia solare

24 28-Jan Energia e mondo biologico Il regno animale non potrebbe esistere se gli animali si nutrissero gli uni degli altri in quanto necessitano di energia per compiere lavoro meccanico, questo apporto di energia deve provenire da un sistema esterno al loro regno: il regno vegetale.

25 28-Jan Osservazioni Se tutti gli animali fossero carnivori, lintero regno animale scomparirebbe nel giro di pochissime generazioni e in effetti non sarebbe mai nato. La sintesi degli aminoacidi e degli acidi nucleici avviene quasi esclusivamente nelle piante. Solo una minoranza di animali (e probabilmente anche di uomini !) può permettersi il lusso di essere carnivora.

26 28-Jan E le piante ? Anche le piante non sarebbero in una situazione migliore se non si rifornissero da una fonte di energia esterna. E lenergia solare che sostiene quindi tutte le forme viventi (ad eccezione di alcuni batteri).

27 28-Jan LENERGIA DAL SOLE In Italia, il valor medio sulle 24 ore e sulle 4 stagioni la potenza specifica dal sole è: 200 W/m 2 Tuttavia: lenergia solare non è né energia elettrica né energia meccanica!

28 28-Jan argomenti Generalita' sull'energia; Fonti di energia primaria e ripartizione; Combustibili fossili; Energia solare, Biomassa e fotosintesi; Fonti a confronto; Clima.

29 28-Jan Potenza emessa dal Sole: W = TJ/s = Kg c 2 /s Distanza Sole-Terra: 150 Mkm: TW/{ m] 2 } = 1372 W/m 2 ; R T = 6400 km ; 1372 W/m 2 [ m] 2 = TW = TJ/a = Mtep/a = volte il consumo energetico annuo mondiale In media su un m 2 di superficie terrestre: P= 1372 W/m 2 (1-0.34) R T 2 /4 R T 2 = 226 W/m 2 Albedo sezione terrestre superficie terrestre Energia dal sole

30 28-Jan Assumiamo: Sole: corpo nero Terra: corpo nero La terra riflette il 34% della rad. La terra non ha atmosfera r s = 7 x 10 8 m D t-s =1.5 x m 5800 K Legge di Stefan-Boltzmann : M (T)= T 4 T t 1 a 1/4 r s 2d t-s 1/2 T s T t K 20 o C Quale sarebbe T t in queste ipotesi? Flusso solare totale Frazione che la terra riceve Albedo terrestre Flusso totale terrestre Equilibrio: r t 2 4 d t-s 2 1 a T t 4 4 r t 2 s 4 4 r s 2 Energia radiante

31 28-Jan terra Luce solare visibile e ultravioletta Termico- infrarosso H 2 O,CO 2,CH 4,N 2 O.FCF atmosferici Le basi del nostro clima 1353 W/m 2 situazione reale presente: T media = + 15 ° C

32 32 Conclusioni In genere le attivita umane nella gestione e trasformazione delle risorse materiali sono molto inefficienti, di piu delle trasformazioni dellenergia da una forma ad unaltra. Grandi quantita di energia sono utilizzate per lo spostamento di cose e persone da un posto ad un altro; Le sorgenti di energia piu abbondanti e rinnovabili hanno bassa densita (W/m 2 ) e un utilizzo locale risulta vantaggioso; Quesito: sara possibile in un futuro con laiuto dellalta tecnologia un utilizzo distribuito di sorgenti di energia pulite e ad alta densita ?


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