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Sviluppo sostenibile e le fonti di energia rinnovabile Alessio Bosio Dipartimento di Fisica Università degli Studi di Parma.

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Presentazione sul tema: "Sviluppo sostenibile e le fonti di energia rinnovabile Alessio Bosio Dipartimento di Fisica Università degli Studi di Parma."— Transcript della presentazione:

1 Sviluppo sostenibile e le fonti di energia rinnovabile Alessio Bosio Dipartimento di Fisica Università degli Studi di Parma

2 Europa Ex URSS Mondo E possibile sostenere lo sviluppo dei paesi emergenti? Si da un punto di vista della quantità No da un punto di vista della qualità Sviluppo sostenibile : possibilità di aumentare il fabbisogno energetico nel mondo rispettando lambiente * tep = tonnellate equivalenti petrolio

3 Le fonti di energia rinnovabile non dipendono da combustibili le cui riserve sono limitate. La fonte di energia rinnovabile più sfruttata è lenergia idroelettrica; altre fonti rinnovabili sono lenergia da biomassa, lenergia solare, lenergia dalle maree, lenergia dalle onde e lenergia eolica. Lenergia da biomassa non esclude il pericolo delleffetto serra A tale proposito si deve ricordare che il 99% dellenergia presente sul nostro pianeta proviene dallesterno e soprattutto dal sole, sottoforma di radiazione, il resto è dato dallenergia derivante dallattrazione gravitazionale della luna; il modesto 1% di energia prodotta dal nostro pianeta nasce dal suo interno e si manifesta come vulcanismo, geotermia ed energia nucleare.

4 Fonti primarie utilizzate nel 2004 petrolio metano carboni rinnovabili nuclearetotali.ktep ,4% 31,39% 7,18% 6,8% 2,23% 100% Attualmente in Italia, per soddisfare il fabbisogno energetico, si consumano circa 185 Mtep di energia totale, utilizzando diverse fonti primarie, nella tavola seguente sono specificate le quantità di energia per singole fonti, espresse in migliaia di tonnellate equivalenti petrolio, (1 tep = kcal) Fonti secondarie ottenute dalla trasformazione delle fonti primarie En. elettricaEn. termica Carburanti Usi non energetici Perdite totali.ktep , , %34,6%23,6% 6,1% 6,7% 100%

5 Energia dallacqua (fiumi e laghi) Effetti di inquinamento praticamente nulli Forti effetti di impatto ambientale

6 Energia dallacqua (mare) Principio della colonna d'acqua oscillante (OWC) o energia dalle onde energia dalle correnti marine (solo prototipi) energia dal gradiente termico (prototipo – Hawai) energia dalle mree Aberdeen (Scozia)

7 Energia dal vento Forti effetti di impatto ambientale Necessità di venti a velocità costante 1,6 Mwatt 1 Mwatt 1,2 Mwatt

8 Energia da biomassa S'intende per biomassa ogni sostanza organica derivante direttamente o indirettamente dalla fotosintesi clorofilliana. Sfruttamento naturale di una discarica Funzionamento di un digestore anaerobico per la produzione di biogas (metano) Lo sfruttamento delle biomasse potrebbe rappresentare in futuro un modo intelligente per riciclare tutti gli scarti organici (nei rifiuti, nelle lavorazioni, …..) La produzione di gas metano da biomasse non risolve il problema dellaumento in atmosfera di gas serra (CO 2, CH 4 ) e di altri inquinanti come NO x.

9 Una piccola sorpresa: i biocarburanti Esempi della quantità di etanolo ottenibile con le tecnologie standard per ettaro di coltura: Canna da zucchero:7tonnellate Mais:3 tonnellate Barbabietola da zucchero:4 tonnellate Patate:3 tonnellate Il bioetanolo Volvo Mercedes

10 Una piccola sorpresa: i biocarburanti Il biodiesel Le materie prime necessarie sono olii vegetali, anche usati, aspetto questo che rende molto interessante l' utilizzo del biodiesel. La sua produzione è del tutto ecologica, poiché non presuppone la generazione di residui, o scarti di lavorazione. La reazione di transesterificazione prevede la generazione di glicerina quale sottoprodotto nobile dallelevato valore aggiunto, della quale sono noti oltre 800 diversi utilizzi. L'utilizzo può essere diretto poiché non richiede alcun tipo dintervento sulla produzione dei sistemi che lo utilizzano (motori e bruciatori). Nellautotrazione (motori diesel) sia puro che miscelato con il normale gasolio. Nel riscaldamento.

11 Energia geotermica o geotermia Il termine "geotermia" deriva dal greco "gê" e "thermòs" ed il significato letterale è "calore della Terra ". Tale calore è presente in quantità enorme e praticamente inesauribile. Il calore interno si dissipa con regolarità verso la superficie della terra, la quale emana calore nello spazio quantificabile in una corrente termica media di 0,065 Watt per metro quadrato. Oltre alla produzione di energia elettrica, a seconda della temperatura del fluido geotermico sono possibili svariati impieghi: acquicoltura (al massimo 38 °C), serricoltura ( °C), teleriscaldamento ( °C), usi industriali (almeno 150 °C).

12 Islanda, USA (Yellowstone-Park), New Zeland, Australia, Kenya Le centrali geo-termoelettriche Impianti geotermici in funzione ad Orbetello

13 Consiste nell'usare il fluido geotermico per scaldare direttamente, tramite degli scambiatori di calore, l'acqua circolante nei corpi scaldanti (radiatori, termoconvettori o pannelli radianti) dell'impianto di riscaldamento delle abitazioni. Impianti geotermici per teleriscaldamento Schema di impianto di teleriscaldamento tipicamente utilizzato in assenza di acqua calda o vapore Il teleriscaldamento è uno dei modi più interessanti per usare direttamente i fluidi geotermici a bassa temperatura ( °C).

14 Energia dal sole: termico e fotovoltaico L'energia solare è la fonte di energia primaria per eccellenza. Ogni anno il sole irradia sulla terra miliardi di tep (tonnellate equivalenti petrolio) mentre la domanda annua di energia è di circa 8 miliardi di tep. Tutta l' energia che oggi utilizziamo ha origine dall'irradiamento solare, compresi i combustibili fossili. Lenergia solare può essere utilizzata sia in modo diretto (solare termico) che in modo indiretto (solare fotovoltaico).

15 Solare termico Massimo rendimento da tubi sottovuoto in cui circola un liquido con alto calore specifico

16 Solare termico Sono i primi ad essere stati installati, costano poco e servono quasi esclusivamente per lacqua calda sanitaria. Poiché si raffreddano facilmente nel serbatoio viene posta una resistenza elettrica per sopperire alle carenze energetiche e di efficienza.

17 Solare termico Esempio di concentratore a parabola da 30 Kwatt globo solare per usi domestici forno solare per ceramica

18 Esempio di impianto a concentratori parabolici. Su questo schema lENEA sta sviluppando il progetto Archimede. Solare termico Sicuri problemi di impatto ambientale e di controllo della potenza.

19 Energia dal sole: fotovoltaico L'effetto fotovoltaico consiste nella trasformazione della luce in energia elettrica. E noto fin dal secolo scorso, quando si scoprì che era possibile trasformare direttamente l'energia solare in energia elettrica tramite una cella elettrolitica senza passare per processi termodinamici. La prima applicazione commerciale si ebbe nel 1954 negli Stati Uniti, quando i laboratori Bell realizzarono la prima cella fotovoltaica utilizzando il silicio monocristallino.

20 Energia dal sole: fotovoltaico

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22 Questi di spositivi anche se molto sofisticati hanno rendimenti piuttosto modesti, perché? Per caratteristiche intrinseche ai materiali costituenti solo una piccola parte dello spettro slare viene realmente assorbita. Le efficienze tipiche dei moduli al Silicio di tipo commerciale variano attorno al 12-15%, con costi vicino a 5 euro per watt.

23 Il costo così alto è intrinseco al metodo di produzione (crescita cristallina). Il fotovoltaico offre enormi vantaggi: Completamente rispettoso dellambiente Sfrutta una forma denergia molto delocalizzata il che permette di produrre energia là dove serve Non dipende da alcuna forma primaria di energia Produce una forma di energia di tipo nobile Ma ha un enorme svantaggio: i costi ancora troppo alti per un utilizzazione di massa Energia dal sole: fotovoltaico

24 Sono state sviluppate tecnologie alternative a quella del silicio, per es. nei laboratori del Dip. di Fisica sono state sviluppate celle solari con una tecnica che si chiama a film sottili che permette un grande abbassamento dei costi di produzione senza rinunciare alla buona efficienza. Vantaggi della tecnologia a film sottili: Ognuno degli strati ha uno spessore micrometrico Si può costrire una macchina in cui entra il vetro ed esce alla fine il modulo completo Con questo tipo di tecnologia si può arrivare ad un costo di produzione di circa 0,6 euro per watt.

25 Energia dallIdrogeno La pila a combustibile e' un generatore elettrochimico in cui, in linea di principio, entrano un combustibile (tipicamente idrogeno) e un ossidante (ossigeno o aria) e da cui si ricavano corrente elettrica continua, acqua e calore. Il combustibile (idrogeno) e i gas ossidanti (ossigeno dato semplicemente dall'aria) lambiscono rispettivamente l'anodo e il catodo (sulle facce opposte a quelle in contatto con l'elettrolito).

26 Grazie della vostra attenzione e……..arrivederci!!!!! Per info: Dipartimento di Fisica Università degli Studi di Parma


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