L’energia Giorgio Giacomelli Università di Bologna Bologna 6/2/2006

Cibo, salute, ambiente dipendono dall’ energia I quattro grandi problemi dell’umanità : Cibo, salute, ambiente, energia Cibo, salute, ambiente dipendono dall’ energia Per avere cibo, si consuma molta energia: fertilizzanti, macchinari, irrigazione, ecc. per produrre 1 kg di carne occorrono 7 litri di petrolio Per avere assistenza sanitaria, si consuma molta energia: ospedali, attrezzature, farmaci, trasporti, ecc; per costruire un computer occorrono ~200 litri di petrolio Le fonti di energia piu’ usate danneggiano l’ambiente: effetto serra, piogge acide, variazioni climatiche + Qualita’ della vita + Economia

PIL, vita e alfabetizzazione PIL, aspettativa di vita e alfabetizzazione PIL, vita e alfabetizzazione

L’astronave Terra “passeggeri”: 6,2 miliardi che diventeranno 8 miliardi entro 20 anni l’ aumento è di 80 milioni all’ anno ogni minuto nascono 24 cinesi da V. Balzani

L’astronave Terra - risorse e rifiuti manufatti lavorazione servizi uso risorse Sole L’astronave Terra non è isolata: riceve dal Sole, sotto forma di luce, la risorsa più importante: l'energia

Macchine combustione

Popolazione, energia e ambiente: un intreccio di problemi Sull’astronave Terra il numero di “passeggeri” sta aumentando e quelli che già vi si trovano sono collocati in “classi” diverse. Tutti i passeggeri vogliono avere più energia. ~85% dell’energia proviene dai combustibili fossili E’ necessario diminuire il consumo dei combustibili fossili perché sono una risorsa “una tantum”, non rinnovabile ed il loro uso causa danni, forse irreparabili, all’ambiente.

La potenza a ns. disposizione: gli “schiavi energetici” TV Lavatrice

Automobile 350  1600

World primary energy consumption

Proved oil reserves at end 2004

Proved natural gas reserves at end 2004

Proved coal reserves at end 2004

Consumi energetici nel 2003 Italia Mondo Petrolio 47 % 34 % Gas 33 21 Carbone 7.9 24 Rinnovabili 6.5 13 Nucleare -- 6.5 Importazioni (en.el.) 5.8 -- Totale 100%193Mtep Consumo pro capite italiano: 3.3 tep/anno/persona Emissione CO2 = 2.4x193 Mt = 444 Mt CO2/anno

Energia elettrica Forma intermedia di energia – non inquina Facile da trasportare Ruolo importante nel mondo moderno Domanda in aumento  raddoppio in 10-20 anni Ore di punta: 10, 16 (con condizionatori ore 14) Urgente per l’Italia aumentare produzione migliorare la rete elettrica diversificare le fonti ridurre emissioni di CO2 (Kyoto) Blackout !

Energia elettrica in Italia (Dati 2002) Domanda totale elettricità: 311 miliardi kWh Produzione energia elettrica (kWh x 109) Idrica 46.6 Termica 218.4 Geotermica 4.4 Eolica 1.4 Fotovoltaica 0.01 Importazione 51.5 Carbone 32.3 Gas 100.2 Olio combustibile 72.1 Rifiuti 1.4 Biogas 0.9 Consumo pro-capite di elettricità: 5017 kWh /abitante/anno Industria 53 % Terziario 25 % Domestico 22 % ~ 1100 kWh /abitante/anno

L’idrogeno è un ottimo combustibile, perché quando brucia (combustione) libera energia formando solo acqua (niente gas serra, sostanze inquinanti, polveri ) : H2 + 1/2O2  H2O + energia MA… L’idrogeno non esiste sulla Terra: non ci sono pozzi o giacimenti di idrogeno. Questo significa che per usare l’idrogeno bisogna prima produrlo.

Fonti rinnovabili Energia solare Energia eolica Energia idrica Energia geotermica

Fonti di energia rinnovabili Energia solare diretta Calore a bassa temperatura Calore ad alta temperatura Energia elettrica Energia chimica Energie solare indiretta Idroelettrica Eolica Biomasse Gradienti di temperatura (oceani) Energia geotermica Energia dalle maree

Eolico E’ la fonte rinnovabile ora piu’ promettente M.Barbato, Foggia E’ la fonte rinnovabile ora piu’ promettente Grandi centrali eoliche nei paesi del nord Europa, nella California del sud, … Efficienza(Disponibilita’)< 20 % Inquinamento acustico Economicamente competitiva Potenza installata in Italia: 860 MW

Contributo alla produzione elettrica Energia eolica - Le centrali o “fattorie” eoliche possono essere installate sulla terra (“onshore) o in mare (“offshore”). In Europa è installata una potenza eolica di 40.000 MW (75% della potenza eolica mondiale) Ma l’efficienza media e’ ~ 20% Contributo alla produzione elettrica Danimarca 15% Germania 5%. Spagna 5% Italia 0,4%

Energia Solare Arriva dovunque, non costa, e’ rinnovabile, basso inquinamento. Diluita nello spazio, giorno-notte, stagioni, nubi Pannelli solari termici: costo ok, “non in fase con l’uso” Pannelli fotovoltaici: produzione energia elettrica mediante celle silicio, costo elevato, “sono in fase con l’uso” Sistema fotovoltaico isolato connesso alla rete elettrica con inverters Basso rendimento (~10%)

Bavaria Solarpark 10 MegaWatt picco 3 siti Mühlhausen: 6.3 MW 10 MegaWatt picco 3 siti 251000 m² (equiv. a 56 campi da calcio) 57600 pannelli solari Günching: 1.9 MW Minihof: 1.9 MW

Programma Tetti Fotovoltaici Il Programma "Tetti fotovoltaici", è finalizzato alla realizzazione nel periodo 2000-2002, di impianti fotovoltaici di potenza da 1 a 20 kWp, su edifici pubblici e privati. http://www.minambiente.it/Sito/settori_azione/iar/FontiRinnovabili/fotovoltaico/progetti/programma_tf_progetti_ep1.asp

Solare termico 200 MegaWatt fine costruzione 2008 Diametro 6 km Mildura, Australia 200 MegaWatt fine costruzione 2008 Diametro 6 km Altezza 1 km

Impianti fotovoltaici Stand-Alone Grid-Connected

Tetto solare sopra il Dipartimento di Fisica dell’Università di Bologna

Caratteristiche dell’impianto Inclinazione 30° Sud (Lat. Bologna 44.5°) 22 moduli piani Sup. totale 13.86 m2 Potenza max 1.87 kWp (STC) Caratteristiche di un modulo BP585F 36 celle in silicio monocristallino Tensione massima18 V Corrente massima 4.72 A Potenza massima 85 Wp (STC) Sup. 0.63 m2 (0.52 m2 sensibili) 12.5 cm 12.5 cm

2 luglio 2003 23 febbraio 2003

2001 2002 2003 2004 2005 (aprile) mensile 2001 2002 2003 2004 2005

Tabella riassuntiva dati 2001 2002 2003 2004 Insolazione (kWh/m2) 1440 1350 1443 1310 Energia prodotta (kWh/m2) 157 141 158 145 Energia totale prodotta (kWh) 2180 1965 2185 2010 Dati esaminati: 1 Gen 01 – 31 dic 04 Precisione di misura  5% Rendimento = 150/1400 = 11% nubi 9-10%  Centrale da 100 MW elettrici  4.7 km2

Considerazioni su costi,futuro,inquinamento,… Investimento~6000 €/kWhp + Protezioni (ringhiere,…) Esercizio-manutenzione ~5000 €/>20 anni Altri costi (tasse, …) ? Smantellamento finale ?? Costo finale ~0.4 euro/kWh se funziona per >20anni Costo energia elettrica ENEL: 0.10-0.15 euro Restituisce “Costo in energia” in 4-5 anni Inquinamenti per produrre materiali utilizzati Maggiori produttori di pannelli Giappone, USA, UE In UE: Italia 7% , Germania 73% 1kWh prodotto da fotovoltaico risparmia ~1 kg di petrolio non fa emettere ~1-2 kg di CO2

Conclusioni Il problema energetico e’ un problema serio I combustibili fossili sono un regalo irripetibile della natura. Energie rinnovabili: contributo modesto in parte a causa dei limiti fisici che le caratterizzano Tetti fotovoltaici: iniziativa positiva, si deve migliorare il rendimento e la manutenzione Vanno utilizzate tutte le fonti energetiche Incentivare il risparmio energetico La scienza e la tecnica vanno usate per risolvere i grandi problemi, rimuovendo le “grandi paure” che abbiamo