Energia nucleare, energia meccanica, energia eolica, energia chimica ENERGIA NEL TEMPO Energia nucleare, energia meccanica, energia eolica, energia chimica

ENERGIA NUCLEARE L’energia nucleare nasce ufficialmente ne 1934 grazie a esperimenti effettuati da un gruppo di scienziati tra cui c’era anche il fisico italiano Enrico Fermi

Teoria dell’equivalenza tra materie ed energia Nel 1905 Albert Einstein intuì che c’era la possibilità di ricavare energia dal nucleo di un atomo Teoria dell’equivalenza tra materie ed energia E=mc²

PILA ATOMICA Nel 1942 un gruppo di scienziati tra cui Enrico Fermi lavorarono ad un progetto per realizzare la prima «reazione a catena» controllata in una PILA ATOMICA

BOMBA ATOMICA È stata realizzata per la prima volta durante la seconda guerra mondiale dagli USA. I maggiori artefici della bomba atomica furono: la dottoressa ebrea Lisa Meitner; Enrico Fermi, italiano; il direttore dello stabilimento di produzione della prima bomba atomica, l'inglese professor sir Henry Dale, presidente della « Royal Society »; l'inglese sir George Paget Thomson, un fisico dell'Imperiale Scuola di Scienze.

Il primo reattore di ricerca venne costruito nel 1959. CENTRALI NUCLEARI Il primo reattore di ricerca venne costruito nel 1959. Nel 1966 l’Italia era il terzo paese al mondo per produzione di energia elettrica dal nucleare

ENERGIA MECCANICA Se ne è fatto uso principalmente tra la metà del 18º secolo e il 1830(prima rivoluzione industriale) per azionare la macchine poi nella seconda rivoluzione industriale si è introdotta la macchina a vapore

Nella preistoria gli uomini inventavano macchine che lo aiutassero nei lavori pesanti. Veniva utilizzata nelle grandi civiltà per sollevare pietre e per innalzare obelischi. Oggi viene usata per costruire macchine industriali, per far viaggiare navi, locomotive, automobili…

Michael Faraday (scienziato inglese) il 17 ottobre del 1831 dimostrò che si poteva trasformare l’energia meccanica in energia elettrica e viceversa

MACCHINA A VAPORE Viene inventata da James Watt nel 1769 durante la rivoluzione industriale. Watt inventò una macchina a vapore che era più economica nei consumi e che si poteva utilizzare anche se il combustibile era scarso o costoso.

MOTORE A SCOPPIO È stato progettato e sperimentato in Italia da Eugenio Barsanti e Felice Matteucci (due fisici toscani) nel 1854. Nel 1860-1861 Jean-Jacques Lenoir e Alphonse Beau de Rochas lo perfezionarono

Motore a scoppio di Barsanti e Matteucci

Nel 1877 Nikolaus August Otto (tedesco) costruì il primo motore a quattro tempi.

ENERGIA EOLICA Per la prima volta utilizzata nelle antiche civiltà come in Mesopotamia, Cina, Egitto. Anche nel 17 secolo re Hammurabi di Babilonia sfruttò i mulini a vento per pompare acqua da destinare all’irrigazione dei campi

Oggi viene trasformata in energia cinetica del vento poi in energia meccanica e in seguito in energia elettrica

MULINI A VENTO I primi mulini a vento con pale furono costruiti a Babilonia nel 2000 a.C. Erano utili per molte cose: pompare acqua, spremere le olive, macinare i cereali, e per le industrie(carta, tabacco, legno)

Alla fine del Medioevo furono inventati i mulini in pietra. Per muovere i primi mulini a vento venivano attaccati a terra animali o schiavi che facevano un lavoro molto duro per girare le pale in base al vento. Alla fine del Medioevo furono inventati i mulini in pietra.

NAVIGAZIONE A VELA Nell’antichità si è cominciata a sfruttare l’energia eolica anche per questo. La prima imbarcazione a vela risale a 3000 anni a.C. per merito degli Egizi

Le imbarcazioni a vela avevano molti usi: Pesca Mezzi di trasporto Collegamenti fra isole Potevano diventare delle macchine da guerra Mettevano i popoli in comunicazione Grazie a queste si sono scoperti Nuovi Mondi

ENERGIA CHIMICA Sfruttata dall’uomo fin dalla preistoria fino al XVIII secolo sotto forma di energia degli alimenti e la forza muscolare dell’uomo e degli animali. Queste erano risorse facilmente reperibili in natura ed erano anche le uniche che l’uomo conosceva.

Un esempio è il fuoco che veniva usato dagli uomini per difendersi dalle bestie, per scaldarsi, per fare luce e per cucinare…in seguito quando il cibo veniva ingerito diventava ENERGIA CHIMICA DEGLI ALIMENTI. Più avanti, nel Neolitico, usavano il fuoco anche per fondere i metalli e per fare oggetti in terracotta.

ESPLOSIVI Convertono l’energia chimica in calore Energia liberata in tempo breve Nel 1845 il chimico tedesco Christian Friedrich Schönbein, accidentalmente, scoprì il primo esplosivo

POLVERE DA SPARO Viene inventata e adoperata nel IX secolo dai cinesi per feste e riti religiosi. I primi che utilizzarono la polvere da sparo per l’impiego bellico furono i mongoli, che in quel periodo dominavano la Cina, nel 1274 per la tentata invasione del Giappone. Dopo il Medioevo divenne uno strumento della supremazia militare dell’Occidente, che ne scoprì l’utilizzo in guerra.

ENERGIA IDROELETTRICA

TIPOLOGIE DI CENTRALE CENTRALE A SERBATOIO CENTRALE DI GENERAZIONE E DI POMPAGGIO CENTRALE FLUVIALE CENTRALE A MAREA

CENTALE A SERBATOIO

Questa centrale è tipica delle zona di montagna, con il bacino ad alta quota, l’edificio della centrale in basso e il tubo di collegamento (condotta forzata) sul versante.

CENTRALE DI GENERAZIONE E POMPAGGIO

Questa centrale è identica a quella precedente, ma non ha il bacino di accumulo a valle. Durante il giorno svolge due funzioni: durante il giorno l’acqua scende e produce energia durante la notte l’acqua viene fatta risalire sulla montagna con energia elettrica prodotta da centrali nucleari francesi

CENTRALE FLUVIALE

Questa centrale sfrutta l’acqua corrente del fiume Questa centrale sfrutta l’acqua corrente del fiume. Viene costruita una diga.

CENTRALE A MAREA

L’impianto è una normale centrale fluviale che funziona in media quattro ore al giorno. Quando il mare si ritira e forma un dislivello di circa 10m. Dopodichè la centrale entra in funzione.

PAESI CHE UTILIZZANO L’IDROELETTRICO

L’energia idroelettrica è una delle forme di energia rinnovabile più usate in Europa. La cartina mostra la produzione di energia tramite centrali idroelettriche nel 2012. Norvegia Svezia Francia Italia

VANTAGGI Produce energia senza emissioni Bassi costi Grazie alle dighe si evitano le inondazioni

SVANTAGGI La centrale si può costruire solo in prossimità dei fiumi Serve molto spazio per la diga e in questo modo si va a distruggere l’habitat di quella zona Energia nucleare

PROGETTAZIONE E COSTI DI UNA CENTRALE

La progettazione e la dimensione di una centrale si basa sulla conformazione del territorio e delle caratteristiche del corso d’acqua. Il tipo di turbina va in base alla portata del fiume; per la realizzazione di un impianto si deve disporre di un corso d’acqua sfruttabile, cioè dotato di un salto geodetico: altezza tra il bacino e la centrale.

DISASTRI

VAJONT La storia di queste comunità venne sconvolta dalla costruzione della diga del Vajont, che determinò la frana del monte Toc nel lago artificiale, la stima dei morti ammonta 1910 persone. Sono stati commessi tre fondamentali errori umani che hanno portato alla strage: L'aver costruito la diga in una valle non idonea sotto il profilo geologico; L’aver innalzato la quota del lago artificiale oltre i margini di sicurezza; Il non aver dato l'allarme la sera del 9 ottobre per attivare l'evacuazione in massa delle popolazioni residenti nelle zone a rischio di inondazione.

GLENO Il disastro del Gleno fu causato dal cedimento strutturale della diga del Gleno il 1º dicembre del 1923. Nel 1907 un certo ingegner Tosana di Brescia richiese la concessione per poter sfruttare il torrente Povo per produrre energia idroelettrica. La concessione venne in seguito ceduta all'ingegner Gmur. Il 23 Ottobre 1923 il bacino si riempì per la prima volta a causa delle forti piogge. Tra Ottobre e Novembre si verificarono numerose perdite nella diga. Alle 7:15 del 1° dicembre la diga crollò; sei milioni di metri cubi d'acqua, fango e detriti precipitarono dal bacino artificiale a circa 1.500 metri di quota, dirigendosi verso il lago d'Iseo ( BG ).

BANQIAO E SHIMANTAN La diga del bacino di Banqiao e la diga del bacino di Shimantan appartengono a un sistema di dighe situate in Cina, che crollarono catastroficamente o furono intenzionalmente fatte saltare nel 1975 in seguito al Tifone Nina. Il numero di vittime è stato stabilito solo nel 2005 e il bilancio ammonta a 171000 persone. La diga Banqiao fu costruita nei primi anni 50 come parte di un grande progetto di più di 60 dighe per produrre energia elettrica dal fiume RU. La diga era alta 118 metri, possedeva una capacità di 492 milioni di m³, con una riserva di altri 375 milioni di m³ per contenere eventuali inondazioni

ENERGIA GEOTERMICA

La geotermia: è la scienza che studia l’insieme dei fenomeni naturali coinvolti nella produzione e nel trasferimento in superficie di calore accumulato nella crosta terrestre, in profondità. Il calore della terra è energia rinnovabile inesauribile ed ecologica. Per sfruttare il calore della terra è importante individuare le zone dove esso è più concentrato.

Essa ha origine dal mantello di rocce fuse ( magma ) che si trova sotto la crosta terrestre e che trasmette un intenso calore alle rocce soprastanti. In alcune zone le rocce caldissime sono abbastanza vicine alla superficie terrestre e formano un’area geotermica. Funzione: l’acqua piovana che filtra nel terreno si riscalda, evapora e diventa vapore in pressione, che spesso esce dalle crepe del terreno sotto forma di soffioni.

CENTRALE GEOTERMICA

La centrale geotermica o campo geotermico è un impianto simile alla centrale termoelettrica, con la differenza che il vapore in pressione è un prodotto naturale raccolto dal sottosuolo. In Italia la geotermia è sfruttata da molti anni in Toscana nella zona di Lardello.

FUNZIONAMENTO

Quando il vapore è presente ad alta temperatura (150-250°C), viene portato in superficie per mezzo di trivellazioni più o meno profonde, poi viene convogliato in tubazioni ed infine inviato alla turbina, dove la sua energia viene trasformata in energia meccanica. L'asse della turbina è collegato al rotore dell'alternatore che, ruotando, trasforma l'energia meccanica ricevuta in energia elettrica alternata che viene trasmessa al trasformatore. Il vapore che esce dalla turbina viene riportato allo stato liquido in un condensatore, mentre i gas incondensabili, contenuti nel vapore, vengono dispersi nell'atmosfera. Una torre di raffreddamento consente di raffreddare l'acqua prodotta dalla condensazione del vapore e di fornire acqua fredda al condensatore. L'acqua condensata viene smaltita iniettandola nelle rocce profonde da cui il vapore è stato estratto. Quando il gas è a bassa temperatura viene utilizzato per portare all’evaporazione un altro liquido, in un apposito scambiatore di calore, che verrà utilizzato per produrre energia elettrica.

TELERISCALDAMENTO

Che cos’è il teleriscaldamento? Si indica un sistema di riscaldamento che si è venuto a sviluppare in Italia a partire dagli anni Settanta. Caratteristica fondamentale di questa forma di produzione e scambio di calore è lo sfruttamento di una risorsa combustibile di cui la regione interessata è ricca (biomassa o geotermia), o che si ritiene conveniente da acquistare, in quel determinato momento, sul mercato, si riducono così gli sprechi e l'impatto ambientale, concentrando la produzione di calore in grandi centrali che si occupano poi di distribuire il calore alle aree circostanti.

Funzionamento: Lo scambio di calore dalla centrale alle singole strutture abitative è costituito da una rete di condotte sotterranee che trasportano l'acqua calda, verso gli edifici; dopodiché, attraverso diverse scambiatori di calore posti presso gli edifici, si realizza lo scambio termico tra l'acqua della rete di teleriscaldamento e l'acqua della rete del cliente (utilizzabile per riscaldare i diversi ambienti), infine l'acqua ormai raffreddata ritorna alla centrale termica per essere nuovamente riscaldata.

PRINCIPALI PAESI CHE SFRUTTANO L’ENERGIA GEOTERMICA

I principali paesi che sfruttano maggiormente questa fonte di energia sono: USA Filippine Messico Italia

ENERGIA EOLICA

L’energia eolica è ricavata dalla trasformazione dell’energia dal vento utilizzando mulini o torri eoliche che producono energia meccanica che viene convertita in energia elettrica.

PARCHI EOLICI Un parco eolico è un insieme di torri o pale eoliche situate in un territorio che producono energia elettrica sfruttando l'energia eolica del vento.

Tipologie: ON-SHORE località distanti almeno 3 km dalla costa, tipicamente su colline, alture o comunque in zone aperte e ventose. NEAR-SHORE si tratta invece di impianti distanti meno di 3 Km dalla costa, tipicamente sull’entroterra, oppure sul mare ma con distanze che non superano i 10 km dalla costa.)  

• OFF-SHORE si riferisce a impianti installati ad alcune miglia dalla costa su mari o laghi, per meglio utilizzare la forte esposizione

PAESI CHE SFRUTTANO L’ EOLICO

Sebbene sia la Cina regina assoluta nel campo dell'eolico nel mondo, con una produzione di 75.000 MW, molti paesi puntano all'utilizzo di energie alternative per il futuro e sono in costante crescita. Tra questi ci sono Stati Uniti , Canada e Germania. Il paese a più largo consumo di energia eolica è invece la Danimarca.

EOLICO IN ITALIA

Nel 2011 l’Italia è diventata al 7° posto nel mondo nella classifica per la potenza eolica con la produzione di 8.144 MW.  Le condizioni per la produzione di energia eolica nel nostro Paese non sono favorevoli a causa della conformazione allungata e stretta del territorio e della presenza di rilievi elevati. I principali parchi eolici sono in Puglia, Sicilia, Sardegna, Campania.

L’energia del vento si può ricavare attraverso delle turbine eoliche , esse con questa energia posso mettere in funzione generatori elettrici o macchine motrici, queste turbine sono formate da un asse a cui sono fissate delle pale (generalmente 3) , che vengono messe in moto dal vento e quindi producono energia.

CLASSIFICAZIONE DELLE TURBINE EOLICHE

Le turbine eoliche sono di solito classificate in base alla direzione dell’asse di rotazione ( verticale o orizzontale ) in base al numero delle pale ( tre o due ) in base alla potenza: - piccola taglia (fino a 100 kW, D < 20 m) - media taglia (da 100 a 1.000 kW, 20 m < D < 50 m) -grande taglia (oltre 1.000 kW, D > 50)

FUNZIONAMENTO Nel funzionamento, la forza del vento mette in movimento una serie di pale, queste pale sono calettate ad un perno centrale (mozzo) che le costringe a compiere un moto rotatorio attorno all’asse del perno. Al mozzo sono collegati una serie di dispositivi (freni, moltiplicatori, ecc.) che trasmettono il moto ad un generatore elettrico. La corrente elettrica così generata viene prima trattata in una serie di dispositivi che la rendono compatibile con la rete di trasporto.

COSTI

Il costo per installare un sistema completo di un aerogeneratore decresce in funzione della potenza installata: circa 1000 € al kW per impianti intorno ai 100 kW e può raggiungere 5000 € al kW per impianti molto piccoli di alcune centinaia di watt. Il costo di produzione dell'energia eolica è in costante ribasso, ma presenta comunque un discreto investimento iniziale. Una volta che l'impianto è stato costruito, il costo è stimato in meno di 1 cent per Kw/h. Tale costo tende a ridursi ulteriormente grazie al miglioramento della tecnologia delle turbine. Ora gli impianti dispongono di pale più lunghe e più leggere e turbine più efficienti e migliori in termini di prestazione. Inoltre i costi di manutenzione degli impianti sono in continua decrescita

VANTAGGI

Il vento è una energia rinnovabile e sostenibile Non viene prodotto il gas serra CO2, se non in quantità minime in rapporto alla costruzione dell’impianto. Una volta determinato il costo di costruzione dell’impianto risulta fattibile determinare i tempi di ammortamento

SVANTAGGI

Il rumore di una turbina eolica, dovuto essenzialmente al vento incidente sulle pale. Le autorità preposte al controllo del traffico aereo di alcuni paesi sostengono che gli impianti possono interferire con l’attività dei radar, le pale in continua rotazione potrebbero essere scambiate per i velivoli in movimento. Possono causare un turbamento del paesaggio per la flora e fauna ha un brutto impatto estetico. Assenza di incentivi e da un sistema burocratico non di certo incoraggiante

BIOMASSA

Il termine biomassa è inteso come la quantità di organismi animali o vegetali presenti in un certo ambiente.

Dalla biomassa è possibile produrre energia in modo diretto (utilizzandola come combustibile) e indiretto (trasformandola in combustibile). Inoltre dalla biomassa si può produrre energia elettrica usando come combustibili i residui dell’agricoltura, oppure piante apposite.

VANTAGGI

- Mitiga il cambiamento climatico e il riscaldamento globale; - Riduce le piogge acide; - Previene l’erosione del sole e l’inquinamento delle fonti idriche; - Riduce la pressione causata dai rifiuti urbani; - Aiuta a mantenere la stabilità degli ecosistemi.

SVANTAGGI

- Bassa densità energetica relativa; - Costi di trasporto e manutenzione molto alti; - Le biomasse producono pericolosi gas inquinanti che possono danneggiare la salute umana.

UTILIZZO DELLE BIOMASSE IN EUROPA

L’Unione Europea ricava dalla biomassa una quantità di energia ancora molto ridotta, che equivale a circa il 5% di tutta l’energia prodotta. All’avanguardia sono i paesi del Nord Europa, che hanno istallato grossi impianti di generazione abbinata all’elettricità e al riscaldamento alimentati a biomassa.

BIOMASSE IN ITALIA

L'Italia con 2% di energia prodotta da biomasse, è al di sotto della media europea. In Italia la biomassa principalmente viene utilizzata come fonte energetica di riscaldamento degli ambienti civili. La produzione della biomassa in Italia non gode di buone prospettive in quanto le coltivazioni agricole di biomassa sono in diminuzione obbligando l’economia nazionale all’acquisto di fonti energetiche di altra natura da paesi esteri.