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PARTE INIZIALE
I-1. INTRODUZIONE
“Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto di trasforma”. In altre parole, ricordando che la materia e l’energia sono due forme della stessa entità, possiamo pensare di prendere che l’uomo prenda materia ed energia in un certo stato, la trasformi, e la rilasci nell’ambiente in uno stato diverso.
input output
MATERIA – ENERGIA MATERIA ENERGIA
Anche il complesso delle attività umane può esser visto come un insieme di trasformazioni.
Noi siamo abituati a pensare alle macchine come qualcosa che “consuma” carburante per assolvere alla sua funzione. Invece che ogni macchina, durante il suo funzionamento, trasforma l’ambiente circostante, immettendovi calore, fumi del comburente, e quant’altro. Quando bruciamo petrolio utilizziamo parte dell’energia che esso sprigiona; parte finisce in calore, e parte in fumi; ogni minima attività umana influenza i parametri ambientali, trasformando l’assetto di ciò che ci circonda.
Per questo dobbiamo fare uno sforzo per prevedere, il più dettagliatamente possibile, cosa succederà all’ambiente a causa dell’opera dell’uomo, ricordandoci che: dal momento in cui abbiamo cominciato ad utilizzare i combustibili fossili per le nostre esigenze abbiamo modificato a nostro sfavore i parametri del ambiente in cui viviamo
Le conferenze internazionali
Nel 1992, a Rio de Janeiro, si svolge un summit delle Nazioni Unite sullo sviluppo sostenibile. Al termine viene stilato un documento, l’”AGENDA 21”, contente le direttive per uno sviluppo sostenibile su scala mondiale nell’arco del 21° secolo. Esso rappresenta attualmente il più importante documento internazionale in materia.
In particolare la seconda sezione si intitola “conservazione e gestione delle risorse per lo sviluppo”, contente capitoli su: protezione dell’atmosfera, gestione delle risorse del territorio, protezione degli oceani, gestione dei rifiuti solidi, tossici, chimici.
A Kyoto, nel dicembre 1997, a seguito della conferenza ivi tenutavi a proposito del cambiamento climatico globale, i paesi industrializzati si impegnano a ridurre le loro “emissioni antropiche”, costantemente in crescita da 150 anni. In particolare decidono di ridurre, per il periodo “2008-2012”, le emissioni di gas serra del 5%, rispetto ai livelli del 1990
Il sole alla fonte
Un attenta interpretazione rivela che quasi tutte le forme di energia si possono interpretare come energia di fusione ed energia solare.
o L’energia dei combustibili fossili, delle biomasse e dei rifiuti viene liberata tramite la nota reazione esotermica denominata combustione: i legami chimici preesistenti si spezzano a favore di altri che hanno bisogno di meno energia per mantenersi. Mentre ora siamo in grado di sfruttare dal sole solo la potenza che arriva sulla terra direttamente istante per istante, l’energia chimica non è altro che la stessa energia solare che nel tempo si è lentamente immagazzinata nella materia: si rende quindi disponibile all’uomo, in un istante, una bassa potenza accumulatasi lentamente nel tempo.
o L’energia idroelettrica non è altro che energia potenziale resa disponibile dalla natura del ciclo dell’acqua; una volta che l’acqua dei fiumi, dei ghiacciai, delle risorgive, ecc., ritorna in basso al
8 livello del mare, l’energia radiante del sole provvede a farla evaporare e ad “alzarla” nell’atmosfera. Poi questa si accumula nelle nuvole e viene scaricata ad alta quota. L’energia idroelettrica è l’energia proveniente da quella parte delle piogge che cadono sui bacini imbriferi, la quale proviene a sua volta da quella parte della crosta terrestre che è piena d’acqua (laghi, mari, oceani) e allo stessa tempo irraggiata dal sole: una parte di una parte dell’energia solare totale che arriva sulla terra.
o L’energia eolica è in ultima analisi dovuta alle differenze termiche che provocano le zone di bassa pressione (aria calda e leggera) e quelle di alta pressione. Il vento è lo spostamento delle masse d’aria risucchiate da una zona di alta pressione verso una a bassa pressione. Le differenze di temperatura sono dovute alla combinazione del moto di rotazione terrestre e dell’irraggiamento solare.
Il fotovoltaico1
Il sistema terrestre riceve energia radiante dal sole e rilascia nello spazio energia termica anch’essa sotto forma radiante. Come abbiamo già detto, per mantenere l’ambiente adatto alla nostra esistenza e per soddisfare i nostri consumi abbiamo bisogno di una certa disponibilità energetica. Attingere alla fonte primaria, ossia, in ultima analisi, all’energia di fusione nucleare che proviene dal sole, è un modo per intaccare in maniera minore le risorse del nostro pianeta.
Il fotovoltaico è uno dei sistemi adatti a “raccogliere” energia: d’altro canto, quest’operazione di “raccolta” deve essere fatta in maniera ecosostenibile ed energeticamente conveniente. La domanda che ci si pone è: in che misura questo “sistema di raccolta”, ossia: l’intero ciclo di vita dell’industria fotovoltaica, a partire dal momento di estrazione della sabbia silicea per finire al rilascio nell’ambiente derivante dai prodotti di smantellamento e di dismissione di un impianto (ovvero è ecosostenibile ed energeticamente conveniente? In che misura affetta i parametri ambientali e li discosta dal loro valore ottimale?
L’energia elettrica prodotta con il fotovoltaico ha un costo nullo per combustibile: per ogni kWh prodotto si risparmiano circa 250 grammi di olio combustibile e si evita l’emissione di circa 700 grammi di CO2, nonché di altri gas responsabili dell’effetto serra, con un sicuro vantaggio
economico e soprattutto ambientale per la collettività. Si può valutare in 30 anni la vita utile di un impianto (ma molto probabilmente essi dureranno molto di più); il che significa che un piccolo impianto da 1,5 kWp, in grado di coprire i due terzi del fabbisogno annuo di energia elettrica di una famiglia media italiana (2.500 kWh), produrrà, nell’arco della sua vita efficace, quasi 60.000 kWh, con un risparmio di circa 14 tonnellate di combustibili fossili, evitando l’emissione di circa 40 tonnellate di CO2. Per la parte elettrica è necessario effettuare una verifica, con cadenza annuale,
dell’isolamento dell’impianto verso terra, della continuità elettrica dei circuiti di stringa e del corretto funzionamento dell’inverter.
perché fotovoltaico e non solare termico
L’energia del sole è sfruttabile in due modi: per via termica o per via fotovoltaica. L’attenzione allo sfruttamento diretto dell’energia solare conosce alterna fortuna, a secondo delle contingenze internazionali e delle variazioni di prezzo dei combustibili fossili (es.: sale durante la crisi energetica dovuta alla guerra del Kippur).
Il più antico modo di sfruttamento è quello termico. I concentratori solari furono utilizzati già più di 2000 anni addietro da Archimede di Siracusa nella leggendaria battaglia degli specchi concentratori. E fu proprio nella concentrazione dei raggi solari che, molto più tardi, nel 1800, a seguito della rivoluzione industriale, del positivismo e della già incipiente preoccupazione dell’uomo di esaurire le risorse di energia da combustibili fossili, alcuni scienziati profusero il loro impegno: sole per scaldare l’acqua, produrre vapore e azionare così le macchine. Non è che queste idee non abbiano
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9 avuto seguito, da allora fino alla realizzazione delle moderne “torri solari”, vere e proprie centrali termiche “convenzionali”, ossia ricalcanti il classico ciclo di Rankine tramite la ben nota linea “caldaia – vapore – turbina – condensatore”;con la differenza che nelle torri solari in caldaia non arriva carbone o petrolio polverizzato, ma energia radiante concentrata da un esteso campo di circa 2000 specchi (eliostati); la conformazione di queste centrali somiglia alle moderne antenne paraboliche satellitari; la torre ha la stessa funzione del collettore centrale: in cima c’è la caldaia con l’acqua, irraggiata dai fasci di luce a 360 gradi. L’inconveniente di queste soluzioni è chiaramente la bassissima densità d’energia per m2 occupato e il costo per MW installato: 2000 concentratori installati in California non producono che 12 MW, a fronte dei 1200 MW delle moderne centrali a combustibili fossili (100 volte di più con una minore occupazione di territorio. Da quanto appena detto si capisce perché il solare termico risulti poco conveniente.
Punti fondamentali
Se volessimo pensare di dipendere prevalentemente dal fotovoltaico dovremmo porci le seguenti domande:
1. L’energia radiante che raggiunge la terra è sufficiente?
2. È disponibile la materia prima (silicio ed altro) per realizzare un’opera del genere?
3. Il processo di conversione degli impianti (il transitorio) da oggi (maggioranza di impianti a combustibili fossili) a questo ipotetico futuro sarebbe fattibile e sostenibile?
