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Introduzione al problema energeticole diverse fonti di energia
Luca Castellazzi
XVIII Settimana della cultura scientifica
3 marzo 2008
L’energia è necessaria
L’energia è un elemento essenziale della vita umana
Il consumo individuale è cresciuto di circa 100 volte dall’inizio della civilizzazione
Negli ultimi 150 anni il consumo energetico è cresciuto costantemente del +2-3 % annuo
Questo consumo crescerà nel futuro in quanto:
La popolazione continuerà a crescere;
Miliardi di persone nei PVS aspirano a una vita migliore;
Le attuali disparità tenderanno ad attenuarsi.
Consumi energetici mondiali, 1970-2030
Il 90% dell’incremento della domanda di energia tra oggi ed
il 2030 sarà soddisfatto da combustibili fossili
FONTE: IEA 2004
Evoluzione nelle fonti di energia
Combustibili solidi
Combustibili liquidi
Combustibili gassosi
Fonte: GHK Co.
Evoluzione fonti energetiche
La disparità consumi di energia nel mondo
Usa: 8 TEP/anno a persona
Italia: 3 TEP/anno a persona
Africa: 0,5 TEP/anno a persona
IEA: 2003
LA TERRA DI NOTTE
Le riserve di petrolio e gas naturale (%)
Asia e Pacifico
Paesi dell’ex Urss
America latinae Caraibi
Stati Uniti e Canada
Africa
Europa
Riserve di gas naturale
Riserve di petrolio
Produttori e consumatori di petrolio nel mondo
DATI IN MTEP(MTEP) (FONTE: BP 2004)
Principali scambi commerciali di petrolio
Fabbisogno di energia in Italia e dipendenza energetica
L’Italia importa circa l’ 85 % di fonti primarie
L’Italia consuma in un anno circa 200 MTEP
Le fonti primarie sono indicate equiparandole al petrolio. L’unità di base: il Tonnellata Equivalente di Petrolio “TEPTEP”” I suoi multipli sono: ktepktep (mille tonnellate)MtepMtep (un milione di tonnellate).
Le Tonnellate Equivalenti di Petrolio (TEP)
Un cubo con lato pari alla lunghezza di un campo da calcio
Quanto è grande un Mtep?
100
met
ri
100
met
ri
100 metri100 metri
100
met
ri10
0 m
etri
L’Italia consuma in un anno circa 200 Mtep
Il barile di petrolio
Il petrolio grezzo ha un p.c.i. di 10.000 kcal/kg
1barile petrolio = 159 litri
Consumo medio annuo 1 italiano:
22 barili
I problemi emergenti
Riserve di combustibili fossili
Al consumo attuale, le riserve conosciute sono:
Carbone: 230 anni
Petrolio: 50-80 anni
Gas naturale: 65-100 anni
Uranio235: 54 anni
Questi numeri sono influenzati: positivamente da nuove scoperte di giacimenti negativamente dall’aumento dei consumi
La fine dei combustibili fossili è in vista
E POI??
Fonte ASPO, 2004)
Il picco di estrazione del petrolio
www.peakoil.net
Oltre il picco estrazione petrolio?
Aumento dei prezzi del petrolio
Fase di instabilità politica
FASE DI TRANSIZIONE
Fonti rinnovabili
Vettore energetico IDROGENO
Sviluppo più sostenibile
altri combustibili fossili (carbone e gas) nucleare
VERSO
Le fonti di energia
Le fonti primarie di energia
Idraulica
Eolica
Geotermia
Solare (termico e fotovoltaico)
Biomasse
Maree
NON NON RINNOVABILIRINNOVABILI
RINNOVABILIRINNOVABILI
Petrolio
Gas naturale
Carbone
Uranio
Le fonti rinnovabili sono quelle risorse che si rigenerano nel tempo con
cicli comparabili con quelli del loro consumo;
A differenza dei combustibili fossili, possono considerarsi inesauribili
sole terra
Utilizzodiretto
Utilizzoindiretto
Solare termico
fotovoltaico
Solare termodinamico
Ciclo acqua
Idroelettrico
eolico
geotermiaVento maree
biomasse
Foto
sintesi
sole terra
Utilizzodiretto
Utilizzoindiretto
Solare termico
fotovoltaico
Solare termodinamico
Ciclo acqua
Idroelettrico
eolico
geotermiaVento maree
biomasse
Foto
sintesi
Le fonti di energia rinnovabili
Caratteristiche principali delle FER
Vantaggi
Potenziali enormi
energie pulite a basso impatto ambientale
approvvigionamento gratuito o quasi
risorse locali
vantaggi occupazionali
Svantaggi
potenziali dispersi
discontinuità
aleatorietà
diversa maturità delle tecnologie
Alti costi
Sistemi generazione elettrica
Sistemi termoelettrici
Combustione di fonti rinnovabili:Biomasse
Gas da biomasseRifiuti (civili e industriali)
Gas da rifiuti
Combustione di fonti fossili:Petrolio, Gas naturale, Carbone
Schema di principio di una centrale termoelettrica
Schema liberamente tratto dal testo “Energia per tutti” di Giovanni Vitagliano, 1998.
Centrale Nucleare
Problematiche energia nucleare
“emissioni” di scorie radioattive (ma nessuna emissione gassosa di CO2 , CO, NOx , Polveri etc.)
Sicurezza (incidenti)
Difficile accettabilità
Costi elevati
Le fonti di energia rinnovabili
•Idroelettrico
•Eolico
•Geotermia
•Biomasse
•Solare–Fotovoltaico–Termodinamico–Termico a bassa temperatura
ENERGIA IDROELETTRICA
Centrale idroelettrica
Trasforma l'energia potenziale di una massa di acqua in quiete e/o l'energia cinetica di una corrente di acqua in energia meccanica ed elettrica
ENERGIA EOLICA
Turbina eolica
ROTORE
Centrali eoliche: Wind farm
In Italia: 2730 MWe installati
Consumi di 1500 famiglie
Centrali eoliche: Off Shore
> 7,5
6,5 – 7,5
5,5 – 6,5
4,5 - 5,5
< 4,5
Velocità vento
(m/s)
Risorse Eoliche in europa
Risø National Laboratory
ENERGIA GEOTERMICA
Distribuzione del flusso di calore endogeno
L’energia geotermica è la forma d’energia legata al calore interno della Terra
La temperatura, all’interno del nostro pianeta, aumenta con la
profondità secondo un gradiente geotermico di 3°C ogni 100 metri
Geotermia in Italia
Grande sviluppo settore elettrico: 785 MWe (1,5%)
energia elettrica per 2 MIL di famiglie
L’Italia è il paese geotermicamente più “caldo” di tutta Europa:
vulcani, soffioni boraciferi, sorgenti termominerali
Centrale geotermica
ENERGIA SOLARE
ENERGIA SOLARE
Solare fotovoltaico
Solare termico per riscaldamento acqua
Produzione elettricità
Solare termodinamico
Produzione calore
SOLARE FOTOVOLTAICO
Principio Funzionamento
L’ Effetto fotovoltaico: proprietà di alcuni materiali semiconduttori che, opportunamente trattati, generano elettricità se colpiti dalla radiazione solare
La tecnologia fotovoltaica (FV) consente di trasformare direttamente l'energia solare in energia elettrica.
Applicazioni fotovoltaico
Sistemi isolatiSistemi connessi alla rete
•Centrali di potenza
•Sistemi integrati negli edifici
Nuovo sistema incentivi:Il contoenergia
63 MWp @ 2007
200 MWp @ 2008
+ 500% dal 2005!!
SOLARE TERMODINAMICO
Solare termodinamico
SOLARE TERMICO
Principio funzionamento
sono costituiti da una superficie scura che assorbe la luce solare e la trasforma in calore;
Il calore viene poi trasferito ed immagazzinato in un accumulatore per essere disponibile all’uso finale.
I collettori solari:
Dispositivi che raccolgono ed accumulo l’energia termica del sole
Il sistema solare termico
Esempi di impianti solari termici: settore residenziale
ENERGIA DALLE BIOMASSE
Cos’è la biomassa
Il termine biomassa comprende tutte le
sostanze di origine biologica in forma non
fossile
Biomasse forestali e legna da ardere
Residui agricoli e agroindustriali
Residui allevamenti zootecnici
Colture oleaginose
Colture zuccherino - amidacee
Le biomasse per le bioenergie
La risorsa legno è rinnovabile e “CO2 neutra”
La CO2 emessa in atmosfera
durante la combustione è pari
a quella che la pianta ha
assorbito durante la crescita.
Le biomasse contro l’effetto serra
Conclusione
Tutto il flusso di energia è un inarrestabile corsa verso la degradazione delle energie potenziali delle fonti verso forme di energia a noi più utili
L’energia è preziosa è deve essere conservata il più possibile
Ogni cittadino italiano consuma ogni giorno circa 10 kg di petrolio
Considerando che ai tempi dei romani ogni schiavo era alimentato con 2000-2500 kcal/giorno
Ognuno di noi “dispone” di 100-150 schiavi al giorno per le necessità quotidiane
GRAZIE PER L’ATTENZIONE