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ENERGIE ALTERNATIVE Eva Aiello Rebecca Castiglione Federica Cosimano Federica Garofalo Ottavia Maugeri IV F liceo scientifico G.Galilei.

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1 ENERGIE ALTERNATIVE Eva Aiello Rebecca Castiglione Federica Cosimano Federica Garofalo Ottavia Maugeri IV F liceo scientifico G.Galilei

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3 Per fonte di energia alternativa si intende un modo di ottenere energia elettrica fondamentalmente differente da quella ottenuta con l'utilizzo dei combustibili fossili, che costituiscono le fonti rinnovabili. le fonti di energia alternativa comprendono una classe più ampia di forme di produzione di energia comprendendo "qualunque" modo di produzione di energia che non avvenga mediante l'utilizzo di combustibili fossili. Una differenza sostanziale ad esempio è la presenza fra le fonti alternative dell'energia nucleare,che non viene compresa nelle altre due classi. Il termine divenne di uso comune negli anni '70, a valle delle crisi petrolifere del 1973 e 1979, che avevano fatto vedere in maniera chiara le problematiche poste da un mondo dell'energia troppo dipendente dal petrolio e, in generale, dall'approvvigionamento di fonti fossili.

4 Negli ultimi trent'anni sono state investite nella ricerca in tal senso molte risorse umane ed economiche. Nonostante ciò, uno dei problemi è rappresentato da conflitti d'interesse tra chi dovrebbe investire i fondi nella ricerca e chi produce attualmente l'energia o chi vende petrolio: di conseguenza vengono a mancare le alternative per il futuro.

5 Alcune fonti energetiche alternative sono rappresentate da: -energia nucleare (sia a fissione che a fusione) -energia idroelettrica -energia geotermica -energia ricavata dalla biomassa e biogas -energia eolica -energia solare (sia attraverso centrali solari termiche che fotovoltaiche) -energia del moto ondoso e delle maree -energia prodotta dalla dissociazione molecolare

6 Energia Nucleare Con energia nucleare si intendono tutti quei fenomeni in cui si ha la produzione di energia in seguito a trasformazioni nei nuclei atomici. L'energia nucleare, insieme alle fonti rinnovabili e le fonti fossili, è una fonte di energia primaria, ovvero è presente in natura e non deriva dalla trasformazione di altra forma di energia. Le reazioni che coinvolgono l'energia nucleare sono principalmente quelle di fissione nucleare, di fusione nucleare. Nelle reazioni di fissione (sia spontanea, sia indotta), nuclei di atomi con alto numero atomico (pesanti). si spezzano producendo nuclei con numero atomico minore, diminuendo la propria massa totale e liberando una grande quantità di energia. Il processo di fissione indotta viene usato per produrre energia nelle centrali nucleari. Le prime bombe atomiche, del tipo di quelle sganciate su Hiroshima e Nagasaki, erano basate sul principio della fissione. Nelle reazioni di fusione, i nuclei di atomi con basso numero atomico, come l'idrogeno, il deuterio o il trizio, si fondono dando origine a nuclei più pesanti e rilasciando una notevole quantità di energia (molto superiore a quella rilasciata nella fissione, a parità di numero di reazioni nucleari coinvolte). In natura le reazioni di fusione sono quelle che producono l'energia proveniente dalle stelle.

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8 Schema di fusione nucleare D-T Schema di una reazione di fissione nucleare

9 L'energia nucleare è data dalla fissione o dalla fusione del nucleo di un atomo. La prima persona che intuì la possibilità di ricavare energia dal nucleo dell'atomo fu lo scienziato Albert Einstein nel Per ricavare energia dal nucleo dell'atomo esistono due procedimenti opposti: la fissione di un nucleo pesante, consiste nel rompere il nucleo dell'atomo per farne scaturire notevoli quantità di energia. la fusione di nuclei leggeri, è esattamente opposta alla fissione: invece di spezzare nuclei pesanti in piccoli frammenti, si uniscono nuclei leggeri in nuclei più pesanti.

10 Energia Idroelettrica L'energia idroelettrica è quel tipo di energia che sfrutta la trasformazione dell'energia potenziale gravitazionale (posseduta da masse d'acqua in quota) in energia cinetica nel superamento di un dislivello, la quale energia cinetica viene trasformata, grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina, in energia elettrica. L'energia idroelettrica viene ricavata dal corso di fiumi e di laghi grazie alla creazione di dighe e di condotte forzate. Esistono vari tipi di diga: nelle centrali a salto si sfruttano grandi altezze di caduta disponibili nelle regioni montane. Nelle centrali ad acqua fluente si utilizzano invece grandi masse di acqua fluviale che superano piccoli dislivelli; per far questo però il fiume deve avere una portata considerevole e un regime costante. L'energia idroelettrica è una fonte di energia pulita (non vi sono emissioni) e rinnovabile, tuttavia la costruzione di dighe e grandi bacini artificiali, con l'allagamento di vasti terreni, può provocare lo sconvolgimento dell'ecosistema della zona con enormi danni ambientali. La produzione di energia idroelettrica può avvenire anche attraverso lo sfruttamento del moto ondoso, delle maree e delle correnti marine. In questo caso si parla di energia mareomotrice. Per centrale idroelettrica si intende una serie di opere di ingegneria idraulica posizionate in una certa successione, accoppiate ad una serie di macchinari idonei allo scopo di ottenere la produzione di energia elettrica da masse di acqua in movimento. L'acqua viene convogliata in una o più turbine che ruotano grazie alla spinta dell'acqua. Ogni turbina è accoppiata a un alternatore che trasforma il movimento di rotazione in energia elettrica.

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12 Energia Geotermica L' energia geotermica è l'energia generata per mezzo di fonti geologiche di calore e può essere considerata una forma di energia rinnovabile, se valutata in tempi brevi. Si basa sulla produzione di calore naturale della Terra (geotermia) alimentata dall'energia termica rilasciata in processi di decadimento nucleare di elementi radioattivi quali l'uranio, il torio e il potassio, contenuti naturalmente all'interno della terra. L'energia geotermica rappresenta oggi meno dell'1% della produzione mondiale di energia. Lenergia geotermica è una forma di energia sfruttabile che deriva dal calore presente negli strati più profondi della crosta terrestre. Infatti penetrando in profondità della superficie terrestre, la temperatura diventa gradualmente più elevata, aumentando di circa 30 °C per km nella crosta terrestre. Esistono diversi sistemi geotermici, ma attualmente vengono sfruttati a livello industriale solo i sistemi idrotermali, costituiti da formazioni rocciose permeabili in cui lacqua piovana e dei fiumi si infiltra e viene scaldata da strati di rocce ad alta temperatura, Le temperature raggiunte variano dai °C fino ad alcune centinaia di gradi. La geotermia consiste nel convogliare i vapori provenienti dalle sorgenti d'acqua del sottosuolo verso apposite turbine adibite alla produzione di energia elettrica e riutilizzando il vapore acqueo per il riscaldamento urbano, le coltivazioni in serra e il termalismo.

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14 Si definisce biomassa qualsiasi sostanza di matrice organica, vegetale o animale, destinata a fini energetici o alla produzione di ammendante agricolo, e rappresenta una sofisticata forma di accumulo dellenergia solare. La brevità del periodo di ripristino fa si che le biomasse rientrino tra le fonti energetiche rinnovabili, in quanto il tempo di sfruttamento della sostanza è paragonabile a quello di rigenerazione. Poiché nel concetto di rinnovabilità di una fonte energetica è insita anche la sostenibilità ambientale, sarà necessario che le biomasse, con particolare riferimento a quelle di origine forestale, provengano da pratiche aventi impatto ambientale trascurabile o nullo (es. le operazioni di manutenzione boschiva). Non sono invece considerati biomasse alcuni materiali, pur appartenenti alla chimica organica (come le materie plastiche e i materiali fossili), perchè non rientrano nel concetto con cui si intendono i materiali organici qui presi in considerazione. Quando si bruciano le biomasse (ad esempio la legna), estraendone lenergia immagazzinata nei componenti chimici, lossigeno presente nellatmosfera si combina con il carbonio delle piante e produce, tra laltro, anidride carbonica, uno dei principali gas responsabile delleffetto serra. Tuttavia, la stessa quantità di anidride carbonica viene assorbita dallatmosfera durante la crescita delle biomasse. Il processo è ciclico.

15 Fino a quando le biomasse bruciate sono rimpiazzate con nuove biomasse, limmissione netta di anidride carbonica nellatmosfera è nulla. La Biomassa utilizzabile ai fini energetici consiste in tutti quei materiali organici che possono essere utilizzati direttamente come combustibili ovvero trasformati in combustibili solidi, liquidi o gassosi. Sono quindi biomasse, oltre alle essenze coltivate espressamente per scopi energetici, tutti i prodotti delle coltivazioni agricole e della forestazione, compresi i residui delle lavorazioni agricole e della silvicoltura, gli scarti dei prodotti agro-alimentari destinati allalimentazione umana o alla zootecnia, i residui, non trattati chimicamente, dellindustria della lavorazione del legno e della carta, tutti i prodotti organici derivanti dallattività biologica degli animali e delluomo, come quelli contenuti nei rifiuti urbani (la frazione organica dei Rifiuti). Nellaccezione più generale si può quindi considerare Biomassa tutto il materiale di origine organica sia vegetale, sia animale, ma per schematizzare meglio questo settore si possono prendere in considerazione le tre principali filiere che lo rappresentano:

16 Biogas Oltre ai vegetali coltivati, anche i rifiuti vegetali e liquami di origine animale possono essere sottoposti a digestione o fermentazione anaerobica (cioè in assenza di ossigeno). La biomassa viene chiusa in un digestore (ad esempio realizzato con la tecnologia UASB) nel quale si sviluppano microorganismi che con la fermentazione dei rifiuti formano il cosiddetto biogas. Dopo trattamento depurativo, questo può essere usato come carburante, combustibile per il riscaldamento e per la produzione di energia elettrica. Anche dai rifiuti raccolti nelle città si può ricavare energia.rifiutidigestione fermentazioneossigenoUASBbiogasenergia elettricacittà

17 BiomassaBiogas

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19 L'energia eolica è il prodotto della conversione dell'energia cinetica del vento in altre forme di energia. Attualmente viene per lo più convertita in elettrica tramite una centrale eolica, mentre in passato l'energia del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e pre-industriali. Prima tra tutte le energie rinnovabili per il rapporto costo/produzione,è stata anche la prima fonte energetica rinnovabile usata dall'uomo. Il suo sfruttamento, relativamente semplice e poco costoso, è attuato tramite macchine eoliche divisibili in due gruppi ben distinti in funzione del tipo di modulo base adoperato definito generatore eolico: Generatori eolici ad asse verticale: indipendenti dalla direzione di provenienza del vento Generatori eolici ad asse orizzontale: il rotore va orientato (attivamente o passivamente) perpendicolarmente alla direzione di provenienza del vento. I generatori eolici a partire dal 1985 hanno migliorato drasticamente il rendimento, dimensioni e costi e continuano a farlo: ecco perché i numeri dati in seguito sono da ritenersi provvisori. Tali generatori sono riusciti a passare da una produzione di pochi kilowatt di potenza, a punte di 3 MW per i più efficienti e una produzione tipica del mercato attuale di 1,5 MW, con una velocità del vento minima di 3-4 m/s.

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21 Energia Solare Per energia solare si intende l'energia, termica o elettrica, prodotta sfruttando direttamente l'energia irraggiata dal Sole (fonte rinnovabile) verso la Terra. Tenendo conto del fatto che la Terra è una sfera che oltretutto ruota, l'irraggiamento solare medio è, alle latitudini europee, di circa 200 watt/m². Moltiplicando questa potenza media per metro quadro per la superficie dell'emisfero terrestre istante per istante esposto al sole si ottiene una potenza maggiore di 50 milioni di GW (un GW - gigawatt - è circa la potenza media di una grande centrale elettrica). La quantità di energia solare che arriva sul suolo terrestre è quindi enorme, circa diecimila volte superiore a tutta l'energia usata dall'umanità nel suo complesso, ma poco concentrata, nel senso che è necessario raccogliere energia da aree molto vaste per averne quantità significative, e piuttosto difficile da convertire in energia facilmente sfruttabile con efficienze accettabili. Per il suo sfruttamento occorrono prodotti in genere di costo elevato che rendono l'energia solare notevolmente costosa rispetto ad altri metodi di generazione dell'energia. Lo sviluppo di tecnologie che possano rendere economico l'uso dell'energia solare è un settore della ricerca molto attivo ma che, per adesso, non ha avuto risultati rivoluzionari.

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23 L'energia del moto ondoso è una fonte di energia classificata tra le cosiddette "energie rinnovabili". Il moto ondoso del nome fa riferimento alla classificazione dell'energia per tipo di generazione. L'energia del moto ondoso è una fonte di recente sperimentazione in vari progetti europei di ricerca nel campo energetico. Vi sono varie tecniche di sfruttamento del moto ondoso. Un esempio noto è quello delle turbine Pelamis (sperimentate in Portogallo), costituite da strutture tubolari galleggianti ancorate al fondo marino. All'interno delle strutture vi sono delle turbine messe in moto dall'acqua che entra ed esce dalle strutture al ritmo del moto ondoso in cui il generatore si trova. Tali generatori generano energia con costanza, ma mostrano un ingombro non indifferente. Un altro tipo di impianto è quello a colonna d'acqua oscillante, anch'esso raccoglie l'acqua che entra grazie al moto ondoso per mettere in moto una turbina. Un generatore di tipo differente in fase di sperimentazione consiste in una turbina (simile a quelle eoliche) sottomarina messa in moto dalle correnti marine. In questo caso, non si tratta propriamente di energia dalle onde, ma comunque da correnti che contribuiscono alla formazione delle onde stesse.

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25 Il dissociatore molecolare è un sistema utilizzato per lo smaltimento dei rifiuti. Il trattamento è di tipo termo-chimico e permette di scomporre le sostanze organiche trasformandole in forma gassosa. I rifiuti vengono trattati in una camera stagna in cui si ha il controllo della quantità di aria immessa, il trattamento prevede la gassificazione o un mix di gassificazione e pirolisi, dei rifiuti, una combustione in carenza di ossigeno. In queste condizioni si ha una disgregazione dei rifiuti solidi e la produzione di syngas che può essere usato come un normale combustibile gassoso. Minore è la quantità di ossigeno, maggiore è la porzione sottoposta a pirolisi (assenza totale di ossigeno), ciò comporta una maggiore produzione di syngas. Gli impianti si possono differenziare in base alle temperature di reazione, quelli che operano ad una temperatura più alta di 1000° svolgono la reazione in modo più rapido, quelli che operano a temperature più basse °, hanno tempi di reazione molto lunghi, anche di 24 ore.

26 Fine presentazione: Eva Aiello Rebecca Castiglione Federica Cosimano Federica Garofalo Ottavia Maugeri


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