La prima forma energetica conosciuta è quella solare, il cui effetto tangibile è il calore prodotto dai raggi che colpiscono la superfi cie terrestre.
L’energia solare può essere utilizzata attraverso tre sistemi principali, quello chimico, ossia la fotosintesi che avviene nei vegetali e la trasfor- mazione dei combustibili fossili, il sistema termico, che utilizza il calore per scaldare acqua o aria e quello elettrico, attraverso dispositivi che trasformino il calore dei raggi in energia elettrica2.
Quest’ultimo sistema è basato sulla tecnologia del fotovoltaico, princi- pio individuato nel 1876, quando fu scoperta la capacità del selenio di trasformare la luce solare in elettricità.
Nel 1954 viene realizzata la prima cella fotovoltaica in silicio con un effi cienza del 6 %3, mentre oggi perfezionamenti e sviluppi tecnologici
permettono di raggiungere anche il 40 % di effi cienza4.
Questa tecnologia permette di utilizzare una fonte energetica rinno- vabile in contesti diversi, poiché necessita unicamente del pannello so- lare e di un sistema di trasformazione (inverter) e immagazzinamento dell’energia (batterie). I costi elevati del sistema, dovuti ai materiali e alla complessa realizzazione, sono diminuiti negli anni e oggi l’utilizzo di sistemi fotovoltaici é in costante crescita, come quello delle princi- pali tecnologie basate su fonti rinnovabili.
2 Enrico Tedeschi, Energia alternativa, Savelli, Milano, 1978.
3 Federico M. Butera, Dalla caverna alla casa ecologica, Edizioni Ambiente,, Milano 2012,
Il sistema fotovoltaico é forse il migliore strumento per produrre una quantità essenziale di energia elettrica anche in situazioni di emer- genza, e si pone come alternativa ai generatori elettrici, funzionanti in genere con l’utilizzo di combustibili fossili.
Sono stati sviluppati dei kit fotovoltaici studiati appositamente per le condizioni estreme o per contesti disagiati, che possono fornire un quantitativo ridotto di energia (300 - 400 W) suffi ciente per ricaricare dispositivi elettronici (cellulari, pc, gps) o per alimentare almeno una lampada portatile.
Le aziende Goalzero e Powerfi lm sono specializzate nella produzione e commercializzazione disistemi fotovoltaici portatili, per escur-
sioni o emergenze, installabili a terra o trasportabili a spalle, con po- tenze che vanno dai 40 - 50 W (suffi cienti a ricaricare piccoli disposi- tivi), fi no a 100 W con i quali caricare pc e altri dispositivi, e collegabili a generatori o accumulatori che permettono di conservare l’energia. Moduli fl essibili e ripiegabili per essere facilmente installati e rimossi in condizioni di necessità improvvisa.
L’utilizzo di sistemi solari per ottenere energia elettrica in situazioni di emergenza ha cominciato a diffondersi dagli anni 90 e oggi é sempre più sfruttato, in sostituzione ai classici generatori elettrici. Nel 1998 la FEMA (Federal Emergency Managment Agency) in collaborazione con
Adozione di eolico e solare nel mondo Fonte: www.enerdata.net
Pannello solare portatile modello Nomad 7 di Goalzero, può produr- re fi no a 7 W che permettono di ricaricare cellulari e piccoli dispositivi
direttamente attraverso porte usb Fonte: www.goalzero.com
il dipartimento dell’energia americano (DOE) ha acquistato otto siste- mi solari trasportabili di due modelli, uno da 500 W e uno da 1800 W, che furono utilizzati con successo in situazioni post disastro (uragani, alluvioni) per alimentare dispositivi diversi e intere abitazioni5
.
E’ possibile abbinare i pannelli a generatori o collegarli direttamente ad apparecchiature come cucine o pompe per la movimentazione dell’acqua (85 Watt sono suffi cienti per pompare fi no a 1000 litri di acqua)
5 William R. Young, Jr - Florida Solar Energy Center, Deploying Mobile PV
Emergency Power System in a Disaster. American Society of Mechanical Engineers
2nd International Conference on Energy Sustainability – 2008 Jacksonville, Florida
L’utilizzo termico dell’energia solare è legato soprattutto ai sistemi per il riscaldamento dell’acqua o dell’aria. I dispositivi di sopravvivenza che utilizzano il sole in questo modo sono già stati in parte descritti (distillatori solari, scalda acqua, forni e cucine solari) ma il sistema principale per sfruttare questo calore é costituito dai collettori solari. Il collettore solare è generalmente costituito da una serpentina o contenitore cilindrico in rame, alluminio o plastica nel quale scorre l’acqua, contenuto in un pannello isolato e spesso dipinto di nero per aumentare l’irraggiamento e disposto perpendicolarmente ai raggi del sole. L’inserimento di un vetro esterno può favorire il processo generando un effetto serra interno al pannello che ne aumenta ulte- riormente la temperatura.
Modulo trasportabile da 500 Watt
Fonte: William R. Young, Jr - Florida Solar Energy Center, Deploying Mobile PV Emergency Power System in a Disaster.
Funzionamento di un collettore solare Fonte: Brenda e Robert Vale, La Casa Autonoma
RISCALDAMENTO
Altro campo di applicazione dell’energia è quello del riscaldamento, che oggi viene fornito principalmente attraverso il gas e l’elettricità, soluzioni diffi cilmente impiegabili nel contesto di un’ emergenza, se non attraverso dispositivi dagli elevati consumi come stufe portatili o generatori elettrici.
I sistemi tradizionali erano basati principalmente sul fuoco quale fonte energetica e di calore principale, insieme agli indumenti (spesso tenuti per tutto il giorno e anche per dormire) e al calore umano e anima- le (nelle case contadine spesso l’ambiente domestico era occupato anche dagli animali, che aumentavano la temperatura interna). La combustione di biomasse in un focolare rappresenta un sistema ancora molto diffuso, la cui effi cienza può avvicinarsi a quella di siste- mi moderni, se ben realizzato (vedi paragrafo su sistemi di cottura); i difetti principali di questo sistema riguardano i fumi che richiedono di operare all’aperto o di prevedere camini e condotti di ventilazione, e il consumo eccessivo delle risorse naturali, che può essere ridotto utilizzando sistemi che brucino con maggiore effi cienza.
Una delle innovazioni più interessanti in questo settore è quella della
stufa pirolitica, tra cui il modello LuciaStove, ideato da Nathaniel
Mulcahy di WorldStove come soluzione effi ciente e a basso costo per il riscaldamento nei Paesi in Via di Sviluppo.
La pirolisi è un processo di scissione molecolare che consente di tra- sformare una sostanza organica secca (legno, pellet, foglie secche) in gas: essenzialmente avviene una prima combustione che deve raggiun- gere i 400 ° C, in modo che i gas intrappolati nel legno vengano esalati e saranno poi questi a bruciare, senza produrre fumo (occorre creare il vuoto o impedire che l’ossigeno entri in contatto con il carburante). La CO2 invece di essere esalata viene sequestrata e inglobata nel biochar, una specie di carbone vegetale che costituisce lo scarto o residuo della pirolisi6.
6 Jacopo Fo, Ecotecnologie per tutto il Mondo, Nuovo Comitato Il Nobel per I Disabili Onlus Editore.
Schema di funzionamento di una stufa pirolitica. Fonte: www.qualenergia.com
Esistono poi numerose stufe a biomassa che permettono di ridurre il consumo di carburante e ottimizzare l’effi cienza anche senza pirolisi. Le rocket stove (di cui si é già accennato) possono essere adattate ad un uso domestico e integrate con una struttura muraria per aumenta- re la massa scaldante.
Le stufe o pannelli scaldanti elettrici, utilizzati spesso come soluzione per il riscaldamento in situazioni di emergenza in seguito a disastri diversi, hanno il vantaggio della facile trasportabilità ma richiedono fi no a 1500 W di potenza elettrica, e quindi il supporto di generatori da campo.
Come si è già detto in precedenza sistemi scaldanti tradizionali dimo- strano effi cienze paragonabili se non maggiori dei sistemi moderni, se opportunamente realizzati e mantenuti.
Il sistema adottato dalle stufe a effi cienza migliorata è basato in larga parte su tecniche tradizionali come quella dell’Ipocausto, la forma
antica del pavimento radiante, utilizzato per scaldare gli ambienti delle terme romane: la combustione avveniva in uno spazio realizzato sotto il pavimento, sorretto da pilastrini in mattoni, e i fumi circolavano sot- toterra e lungo i muri attraverso appositi canali, in modo che il calore attraversasse le pareti per scaldare gli ambienti interni.
Questo sistema, in forme diverse, è stato ripreso ed utilizzato all’in- terno di Monasteri e castelli durante il Medioevo, soprattutto nelle Regioni Baltiche7
7 Si contano circa 500 ipocausti documentati storicamente nelle Regioni Baltiche.
Fonte: Heat Storage Hypocausts: Air Heating in the Middle Ages www.lowtechmagazine,com
Da questo sistema derivano le stufe a massa (dette anche a ipocausto) che realizzano una maggiore effi cienza recuperando i fumi e facendoli circolare dentro un circuito in materiale refrattario o ceramico che si scalda e rilascia il calore lentamente.