Le fonti energetiche in dettaglio

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• LE BASI DI FISICA - Aldo Marinoni

Il termine fonti energetiche richiama in sé il concetto di qualcosa che esiste già: l’idea che l’energia non viene fabbricata ma “attinta”.

Il concetto che l’energia, come la materia, non può essere creata dall’Uomo probabilmente è più antico dell’enunciato che l’energia non si crea né si distrugge ma si trasforma.

Nell’antichità il fuoco scaturiva dal legno oppure da una montagna o dal cielo; il vento si cattura nelle vele delle navi per solcare il mare, e perfi no la forza degli animali e degli uomini deriva dal cibo che essi riescono a procurarsi per vivere.

L’energia non è come il pensiero, o come l’idea di un oggetto o di un’azione.

Essa non è solo il primo motore della storia ma, sembrerebbe, anche dell’universo.

Si può sintetizzare il concetto di fonte energetica come ciò che possiede in potenza la capacità di compiere un lavoro.

Se assumiamo il fatto che compiere lavoro signifi ca applicare una forza e ricavarne uno spostamento, abbia- mo defi nito l’energia con ciò che essa fa.

Possiamo bruciare il carbone, il petrolio, catturare il vento, fare girare le pale di un mulino, convincere o costringere gli animali e gli uomini a lavorare e così via.

Il risultato che otterremo sarà sempre quello di organizzare la materia in forme e geometrie nello spazio necessarie ai nostri scopi lungo un pendio discendente rispetto alla riutilizzabilità dell’energia trasformata.

Un po’ come tuff arci nel mare da uno scoglio; all’inizio avremo tanta energia potenziale, la possibilità di accelerare e di compiere evoluzioni nell’aria. Una volta giunti in acqua, rimarranno solo spruzzi e schiuma.

Non accadrà mai che la schiuma del mare generata dal tuff o, ci risospinga sulla cima dello scoglio.

Si osserva dunque che l’energia nel suo trasformarsi passa da una forma iniziale più “potente” a una fi nale via via sempre meno capace di compiere lavoro.

Nel suo degenerare l’energia si può ramifi care e concentrare nelle varie forme che conosciamo come fonti energetiche, le quali sono utilizzate secondo la loro natura e che, in ogni passaggio, perdono parte della loro energeticità sotto forma di calore e radiazione.

In cima della scala delle fonti energetiche utilizzabili dall’uomo troviamo due forme basilari:

l’energia solare da fusione che si sprigiona dalla fusione dei nuclei atomici della materia e l’energia gravi- tazionale generata dalla forza di gravità.

Probabilmente gravità ed energia nucleare sono due emanazioni di uno stesso meccanismo che non conosciamo, dato che la materia determina la gravità e che, essa stessa, mediante le reazioni a livello atomico può trasformarsi in energia e viceversa.

Le altre fonti di energia sono prodotte dall’azione dell’energia termonucleare del Sole e della gravità.

L’energia idroelettrica

Per salire bisogna fare fatica, a scendere ci si può affi dare alla forza di gravità.

Così le correnti dei fi umi diventano delle vantaggiose riserve di energia cinetica capaci di trasportare a valle migliaia di tonnellate di legname per decine di chilometri.

Oppure un mulino può frenare la corrente intorno a sé e riceverne la spinta per aziona- re una macina.

L’energia idroelettrica è ricavata dalla spinta generata dal peso dell’acqua che cade da una quota a maggiore energia potenziale gravita- zionale a una inferiore, a maggiore energia cinetica.

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Tale massa d’acqua in veloce discesa aziona le turbine che mettono in movimento i generatori elettrici che forniscono l’energia elettrica.

Non tutta l’energia di caduta si trasforma però in corrente elettrica.

Parte dell’energia si trasforma in calore e non in lavoro e questo accade inevitabilmente sempre per ogni macchina reale.

Naturalmente, l’energia necessaria a riportare l’acqua alla quota superiore del ciclo di produzione dell’energia idroelettrica è fornita dal calore dei raggi solari che determinano l’evaporazione dell’acqua nelle nubi.

Le nuvole, a loro volta, trasportano e scaricano la pioggia alla quota utile perché essa possa venire sfruttata dalle centrali idroelettriche.

In questo caso, così come in tutti gli altri, l’energia solare totale utilizzata per spostare l’acqua in cima al ciclo di produzione dell’energia idroelettrica è sempre maggiore del lavoro ricavato ma, dato che il conto energetico viene pagato dal Sole, consideriamo l’idroelettrico una fonte rinnovabile non soggetta a esaurimento.

L’energia solare

Indirettamente è la principale fonte energetica disponibile sul pianeta Terra.

La radiazione solare, pur nella sua forma attenuata presente a livello della superfi cie terrestre, qualora catturata in percentuali signifi cative, sarebbe infatti suffi ciente a sod- disfare il fabbisogno delle società industrializzate.

A ben vedere, l’energia solare fornisce il calore e la radiazione luminosa necessaria alla vita vegetale ed è uno dei propulsori del motore climatico terrestre.

Essa è il risultato di una condizione abbastanza frequente nell’universo e cioè la presenza di reazioni di fusione nucleari all’interno di ogni stella.

Tale fenomeno, all’interno del nostro Sole, è conseguenza dell’enorme peso che l’immensa massa degli atomi che costituiscono le stelle hanno gli uni sugli altri.

La forza peso è proporzionale alla quantità di materia e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra i corpi soggetti ad essa.

Nel Sole la massa è pari a circa 300 mila volte la massa del pianeta Terra in kilogrammi massa.

Una tale massa concentrata nel volume del Sole in formazione ha generato una forza di gravità tale da schiac- ciare gli atomi di idrogeno gli uni contro gli altri al punto da vincere la repulsione elettronica degli elettroni e di fondere i nuclei di idrogeno in nuclei di elio.

L’energia liberata in tale processo di fusione genera anche la radiazione solare che giunge fi no a noi.

In tal modo si è acceso il Sole miliardi di anni fa e allo stesso modo esso continuerà ad ardere per alcuni miliardi di anni prima di cambiare le proprie dimensioni e caratteristiche.

La radiazione solare della nostra stella scaturisce dal nucleo della materia che costituisce il Sole.

Di tutta questa mostruosa radiazione, sulla nostra pelle giunge solo la minima parte, fi ltrata dall’atmosfera e dal campo magnetico terrestre.

L’energia solare che giunge sulla Terra è responsabile dei venti, della chimica della vita, del calore senza il quale non vi sarebbe acqua liquida sulla Terra.

Ciononostante la radiazione solare manca di alcuni requisiti comodi alla società tecnologica.

Per fortuna siamo abbastanza lontani e protetti dall’atmosfera da non essere inceneriti dalle radiazioni solari, ma d’altro canto, le macchine che lavorano al posto dei nostri muscoli richiedono per funzionare che l’energia venga fornita in modo trasportabile, concentrata e magari anche ad alta temperatura.

I motori per i mezzi di trasporto, e i generatori di elettricità, per funzionare hanno bisogno di alte temperature in modo da convertire l’energia cinetica disordinata dei gas in lavoro di potenza.

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Le alte temperature ci consentono di compiere molto lavoro in poco tempo ed è questo che la radiazione solare nella forma naturale che giunge a noi da miliardi di anni non può fare da sola.

Solare termodinamico

La leggenda vuole che durante la seconda guerra punica, nell’assedio della sua città da parte dei romani, Archimede di Siracusa avesse approntato degli specchi di bronzo capaci di concentrare i raggi del Sole sulle navi romane per incendiarle.

La luce diretta del Sole può essere concentrata in modo da aumentarne la capacità di ottenere temperature elevate.

Su questo principio si basa l’azione delle centrali solari termodinamiche.

Sappiamo che i raggi luminosi rifl essi da una superfi cie rifl ettente di forma parabolica vengono concentrati infatti nel punto geometrico di fuoco dello specchio.

Maggiore è la superfi cie dello specchio e maggiore sarà la quantità di raggi solari concentrati nel fuoco e più alta sarà la temperatura ottenuta in quel punto.

Se si posiziona un serbatoio pieno di un materiale capace di immagazzinare calore nel fuoco di uno specchio parabolico, questo viene scaldato dai raggi solari concentrati.

Esistono varie tipologie di specchi realizzati a questo scopo, ma il concetto di fondo è quello di scaldare un fl uido a temperature vicine ai 500 °C tramite un sistema di molti specchi solari, e successivamente di con- servarlo in serbatoi termicamente isolati per poterlo utilizzare anche in assenza di Sole e nelle ore notturne.

Si riesce in questo modo a realizzare un ciclo quasi continuo di produzione di vapore per la produzione di energia elettrica, in modo non molto diverso da una centrale termoelettrica tradizionale.

Il solare termodinamico ha un basso impatto sull’ambiente poiché non produce scorie come sotto prodotto diretto della produzione di energia e la luce solare non si esaurisce.

Fotovoltaico

I pannelli solari fotovoltaici riescono a produrre energia elettrica direttamente dall’interazione della luce solare con materiali semiconduttori come il silicio.

La scoperta e la successiva comprensione del funzionamento dell’eff etto fotoelettrico aprì la strada allo sviluppo di questa tecnologia che deriva direttamente dagli enormi sviluppi della fi sica dei materiali e della ricerca fi sica teori- ca di frontiera del ventesimo secolo.

In estrema sintesi, i fotoni che costituiscono la luce, grazie alla loro energia, sono in grado di strappare agli atomi di certi materiali gli elettroni più esterni una volta che questi vengono colpiti dalla luce.

Una cella fotovoltaica in grado di produrre elettricità è composta grosso modo di due strati, uno carico po- sitivamente e uno carico negativamente.

Questa polarizzazione fa sì che gli elettroni liberi eventualmente presenti (carichi negativamente) formino una corrente diretta verso il polo positivo.

Ma come si ottengono gli elettroni liberi?

I fotoni che costituiscono la luce incidente aumentano l’energia degli elettroni del silicio i quali si dirigono verso il polo positivo generando la corrente elettrica.

La corrente elettrica generata può essere utilizzata o accumulata per gli utilizzi più svariati.

La caratteristica che rende il silicio adatto all’eff etto fotovoltaico è che l’energia richiesta da esso per delo- calizzare gli elettroni esterni (gap) è suffi cientemente bassa da consentire alla luce di adeguata frequenza di energizzare l’elettrone a un livello tale da delocalizzarlo dall’atomo di silicio appartenente.

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La tecnologia del fotovoltaico ha un rendimento legato ai materiali e alla quantità di luce solare disponibile.

Essa è virtualmente inesauribile, ed è abbastanza giovane da promettere ragionevoli incrementi di effi cienza per il futuro.

Allo stato attuale si stanno sperimentando molti materiali e tipi di celle fotovoltaiche nuove, in grado di diminuire il gap di rendimento che persiste con gli altri sistemi di produzione dell’energia.

Gli impianti fotovoltaici hanno il pregio di avere dimensioni e semplicità costruttiva tali che ormai da anni è possibile vedere sui tetti di molti edifi ci i pannelli solari che consentono perfi no ai privati di auto-produrre un po’ di energia elettrica senza inquinare il giardino di casa.

La stessa cosa non sarebbe possibile con il solare termodinamico o con altri sistemi, che necessitano delle alte temperature per produrre vapore.

In ultima analisi, il vantaggio del fotovoltaico consiste nel fatto che esso consente a prezzi accessibili l’autoproduzione di energia elettrica da fonte inesauribile e pulita con la delocalizzazione della produzione stessa.

Gli svantaggi risiedono tutti nello scarso rendimento e nella naturale discontinuità di fornitura della presenza della radiazione solare.

Combustibili fossili

Il loro utilizzo massiccio è storicamente recente eppure in poco più di un secolo petrolio, gas e carbone, in virtù delle loro caratteristiche intrinseche e alla enorme disponibi- lità a prezzi vantaggiosi, hanno dominato e caratterizzato tutta l’epoca industriale e tecnologica fi no a oggi.

Il petrolio era facile da estrarre (almeno fi no a quando sono stati disponibili i giacimenti più superfi ciali) e facile da trasportare per mezzo di barili o oleodotti: a pressione e temperatura ambiente, è un fl uido più o meno viscoso.

Esso ha un elevato potere calorico (circa 10.000 kilokal/

kg) e si è rivelato vincente sul carbone grazie soprattutto all’invenzione del motore a combustione interna, più leg-

gero, semplice, potente e dotato di maggiore autonomia rispetto alle macchine a vapore.

La defi nizione di combustibili fossili deriva dalla loro storia.

Il petrolio grezzo è un insieme di molecole più o meno grandi composte da atomi di idrogeno H e carbonio C.

Essi sono uno dei residui lasciati dalla vita sulla Terra durante centinaia di milioni di anni.

Depositandosi sul fondo del mare, i residui sedimentati della vita animale e vegetale si sono decomposti e, sotto alte temperature e pressioni, hanno dato il via a un processo di generazione del kerogene solido e, successivamente, degli idrocarburi.

La separazione e sintesi degli idrocarburi dura decine di milioni di anni.

Il petrolio e i gas (metano e propano) di analoga origine, presenti insieme ad esso, generalmente risiedono tra gli interstizi delle rocce sedimentarie da cui provengono.

Essendo il petrolio più leggero sia dell’acqua che delle rocce porose in cui è contenuto, col tempo tende a risalire verso l’alto fi no ad arrestarsi sotto strati più impermeabili di roccia, generando un accumulo.

Il petrolio viene estratto tramite la perforazione del suolo fi no al giacimento.

Una volta raggiunto il giacimento, se la pressione all’interno dello stesso è suffi cientemente alta esso risalirà spontaneamente fi no in superfi cie; al contrario, verrà pompata dell’acqua nel giacimento, che porterà alla risalita del greggio (più leggero).

Successive fasi di raffi nazione produrranno benzine, gasolio o cherosene.

Nelle raffi nerie il greggio viene riscaldato e distillato nei suoi elementi via via più puri e volatili destinati ai vari utilizzi.

Non si pensi che la “100 ottani” che si mette nelle Ferrari sia la stesso combustibile che bruciano le navi da crociera o le centrali termoelettriche.

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Indipendentemente dai processi di genesi degli idrocarburi, che rimangono ancora non del tutto chiari, ap- pare probabile che la sintesi di molecole grandi di carbonio e idrogeno abbia richiesto particolari condizioni ambientali e il consumo di una grande quantità di energia naturale calorica e pressione nel tempo.

Questo signifi ca che l’energia per produrre i combustibili fossili è stata maggiore di quella ricavabile da essi.

Anche in questo caso però a pagare il conto energetico sono stati il Sole e le ere geologiche: questo poiché il petrolio, il metano e gli altri idrocarburi fossili sono il prodotto del ciclo della vita organica che, non dimen- tichiamolo, ha inizio con la nascita nel Sole della radiazione solare alla base della fotosintesi degli elementi necessari allo sviluppo della vita vegetale.

Il fatto che petrolio e gas naturale non possano essere prodotti dall’uomo in quantità suffi cienti al fabbisogno delle società industrializzate senza devastare il territorio naturale e agricolo, unito all’alto impatto nocivo dell’anidride carbonica sugli equilibri del clima, rende gli idrocarburi una fonte energetica via via sempre meno conveniente.

Attualmente il prezzo delle altre fonti di energia e la loro versatilità non è pari a quella degli idrocarburi, ma verrà il momento in cui la disponibilità di petrolio sarà insuffi ciente e il costo di estrazione sempre meno conveniente a fronte di una richiesta di energia in crescita e di sempre peggiori guasti ambientali e climatici.

Energia nucleare da fi ssione

Se si frantuma il nucleo dell’atomo sparandogli contro un neutrone, si ottengono dei nuclei più piccoli la cui massa totale è inferiore alla massa dell’atomo di partenza.

Questo avviene poiché parte della massa dell’atomo di partenza nel processo di frantumazione del nucleo (fi ssione) si trasforma in calore e radiazione.

La quantità di calorie ottenibile dalla fi ssione dell’a- tomo è decine di milioni di volte superiore a quella ottenibile bruciando una uguale quantità di petrolio.

Questo calore viene utilizzato per produrre il vapore che aziona i generatori di corrente delle centrali atomiche.

La reazione di fi ssione

Il nucleo dell’atomo è costituito da un nucleo centrale di neutroni, senza carica elettrica, e da protoni, con carica elettrica positiva.

Nello spazio vuoto circostante a grande distanza dal nucleo, si trovano, in una nube che ne descrive le posi- zioni probabilistiche, gli elettroni con carica unitaria negativa.

Per scindere l’atomo, come detto, viene utilizzato il neutrone, che non essendo carico elettricamente non risente dell’azione delle cariche positive dei protoni né di quelle negative degli elettroni.

Una volta colpito, il nucleo si divide rilasciando a sua volta altri neutroni che possono in alcuni casi colpire altri nuclei, scindendoli a loro volta.

Si ha la cosiddetta reazione a catena, durante la quale viene liberata tutta l’energia che costituisce la diff e- renza di massa tra gli atomi iniziali e i prodotti fi nali della reazione.

Poiché nella reazione di fi ssione viene trasformata la massa in calore e radiazione, e poiché i proiettili necessari a scindere l’atomo sono i neutroni, la scelta sul tipo di atomo da utilizzare per favorire un simile processo è caduta sugli isotopi dell’uranio e del plutonio.

Un isotopo è un atomo di un elemento che, invece di avere nel nucleo un uguale numero di protoni e neutroni, presenta un eccesso di neutroni, ossia di “proiettili”.

Gli isotopi dell’uranio sono molto grandi, composti cioè da un alto numero di neutroni e protoni e sono energeticamente meno stabili di atomi più piccoli e meno facili da scindere.

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Se la reazione a catena di scissione degli atomi si propagasse liberamente in maniera geometrica, si avrebbe una esplosione tipica delle bombe atomiche come quella di Hiroshima.

Per evitare ciò nel reattore vengono inserite delle barre di cadmio e boro che catturano gran parte dei neutroni mantenendo costante la quantità dei neutroni emessi per la reazione.

Come detto, la fi ssione produce oltre all’energia anche una certa quantità di nuclei con eccedenza di neutroni; gli isotopi instabili tendono a perdere tale eccedenza sotto forma di radiazione e protoni.

Tale processo dura da pochi secondi a migliaia di anni (24.000 per il dimezzamento del plutonio).

La radiazione risultante da tale trasmutazione della materia è altamente nociva per il DNA delle cellule degli organismi viventi e costringe a isolare per sempre le scorie risultanti dai processi di fi ssione.

Attualmente non è ancora stato escogitato un sistema sicuro nei millenni per azzerare il rischio di contami- nazione da scorie radioattive.

Anche gli impianti nucleari, per quanto sicuri, mantengono un certo rischio di dispersione della radioat- tività, da imputarsi non tanto alla progettazione degli impianti quanto all’affi dabilità nel tempo delle cure necessarie a mantenere in perfetta sicurezza il complesso e costoso apparato di una centrale.

Inoltre quando le decine di impianti nucleari avranno raggiunto il termine della loro vita operativa, sarà necessario controllare e manutenere gli impianti dismessi per decenni.

Uno degli odierni sforzi della ricerca sulle alte energie è concentrato sulla realizzazione pratica della cosiddetta energia da fusione.

In pratica si tratta della stessa reazione atomica che mantiene accese le stelle per miliardi di anni.

La fusione dei nuclei degli atomi di idrogeno in un atomo di elio renderebbe disponibile una grande quanti- tà di energia per milioni di anni al costo di una piccola quantità di uno degli elementi più diff usi in natura, senza peraltro comportare i problemi legati alla produzione di scorie radioattive.

Eolico

Il globo terrestre è stato esplorato in ogni sua parte per mezzo dell’energia fornita dal vento.

Per millenni l’uomo ha sfruttato i venti per navigare e parte dei Paesi Bassi è stata per lungo tempo mantenuta all’asciutto grazie al lavoro di pompaggio dell’acqua svolto dai mulini a vento.

I moderni discendenti degli antichi mulini a vento sfruttano le leggi della fl uidodinamica per catturare in modo effi ciente l’energia del vento.

Le pale eoliche, montate su torri alte anche più di cento metri, sfruttano la spinta del vento per porre in rotazione i generatori elettrici a loro collegati.

Attualmente, oltre alle pale eoliche, si stanno sperimentando varie altre tipologie di dispositivi per sfruttare la forza del vento, dagli enormi aquiloni per catturare il veloce vento che soffi a a svariate centinaia di metri dal suolo, all’utilizzo diretto della spinta del vento con grossi paracadute che aiutano le navi da trasporto a risparmiare carburante quando le condizioni meteo lo consentono.

L’energia eolica a bassa quota non è distribuita uniformemente ed è discontinua, tuttavia il suo costo si limita al costo dell’impianto, non inquina ed è inesauribile poiché legata indissolubilmente all’energia dei raggi solari.

L’energia eolica per sua stessa natura non è in grado di sostituire le altre fonti energetiche più versatili e con- trollabili ed è perciò destinata a integrare gli altri sistemi al fi ne di ridurre il fabbisogno di energia da fonti non rinnovabili.

Non va dimenticato in ogni caso che in un futuro prossimo probabilmente nessuna fonte di energia potrà assumere un ruolo predominante poiché ogni fonte energetica se sfruttata al massimo è destinata a produrre un qualche eff etto nocivo sull’economia e sull’ambiente a causa delle sue caratteristiche intrinseche.

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Biomasse

Uno delle forme sotto la quale l’energia solare ci viene resa disponibile dalla natura è l’energia chimica con- tenuta all’interno delle cellule vegetali.

Tale energia non è nuova, poiché l’“invenzione del fuoco” altro non è che la scoperta dell’energia termica derivante da biomasse.

In sostanza il processo di ossidazione o decomposizione dei composti organici presenti nei tessuti vegetali produce calore.

È risaputo da sempre che il legname e l’erba secca bruciano, e d’altro canto anche i rifi uti organici dell’agricoltura dei quali fa parte anche il letame animale producono calore e gas combustibile durante il processo di decomposizione.

Gli utilizzi principali per i quali le biomasse vengono sfruttate sono attualmente l’autotrazione mediante bioetanolo, metanolo e biodiesel e il riscaldamento domestico.

Quando carburanti vegetali e legname vengono bruciati producono anidride carbonica, che è un pericoloso gas serra.

L’anidride carbonica così prodotta non possiede però un origine fossile, essa cioè, era stata assorbita dall’ambiente circostante dalle piante durante il loro ciclo di crescita, per cui essa non aumenta la quantità totale di anidride carbonica nell’atmosfera.

Lo sfruttamento del legname di risulta dal mantenimento delle foreste può fornire alle comunità locali gas per il riscaldamento a basso costo, ricavato dal trattamento termico dei residui vegetali, senza pregiudicare la vita delle foreste.

Rimane in ogni caso da capire, se la produzione di biodiesel per l’autotrazione sarà ottenuta dagli scarti dell’agricoltura tradizionale oppure se le “coltivazioni di carburante” entreranno in concorrenza con quelle alimentari e andranno a rimpiazzare le foreste naturali.

In tal caso i danni all’ambiente e alla pace mondiale sarebbero nettamente superiori al vantaggio di potere continuare a circolare con le automobili.

Geotermia

Il centro della Terra, che defi niamo nucleo, è sede di un’enorme massa probabilmente solida o ad altissima viscosità che arde a temperature intorno ai 4000 °C.

Tale enorme quantità di calore probabilmente in minima parte è il residuo del calore di formazione pri- mordiale del pianeta, ma molto più probabilmente esso trae la sua origine prevalentemente dai processi di decadimento atomico del materiale radioattivo presente nel centro della Terra.

Tale incalcolabile energia calorica si propaga per convezione, partendo dal nucleo a uno strato superiore fl uido chiamato mantello spesso alcune migliaia di chilometri e per conduzione termica dal mantello alla crosta terrestre solida.

Seppure il calore presente all’interno del nostro pianeta sia enorme, a noi giunge talmente diluito da non essere infl uente per la vita sulla Terra se non in minima parte.

Purtroppo la maggior parte del calore terrestre è troppo lontano dalla superfi cie per poter essere raggiunto se non in quelle particolari zone della crosta terrestre in cui, a causa delle poderose forze convettive, essa si frattura e permette a parte del magna del mantello di affi orare in superfi cie.

Tale processo è all’origine della creazione di nuova crosta terrestre, terremoti e vulcanesimo.

Questa intensa e continua attività di creazione e rifusione di crosta terrestre è alla base della separazione delle zolle tettoniche in cui la crosta è suddivisa.

Il risultante allontanamento delle terre emerse che ne deriva prende il nome di deriva dei continenti.

Lungo le fratture delle placche tettoniche e lungo le zone di subduzione in cui la crosta si immerge nel mantello, i fenomeni di affi oramento del magma più leggero verso la superfi cie rendono disponibile tutto il calore che la lava fusa trasporta dalle altrimenti inaccessibili profondità del mantello.

Purtroppo l’alta temperatura della lava e la dinamicità dei terreni vulcanici non consentono di sfruttare il calore della roccia fusa direttamente per ricavarne vapore.

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Non è possibile costruire una centrale elettrica su un vulcano in attività.

Riesce molto più facile utilizzare a questo scopo il vapore che si genera nel sottosuolo quando l’acqua da precipitazioni viene a contatto con la roccia surriscaldata divenendo vapore o acqua calda in pressione.

Oltre alla produzione di energia elettrica, l’altro modo di sfruttare il calore del sottosuolo consiste nell’utilizzo delle fonti geotermiche a bassa temperatura per garantire il riscaldamento degli edifi ci.

Tali sistemi non suffi cientemente potenti per creare vapore vengono detti sistemi a bassa entalpia e sfruttano il fatto che le rocce del sottosuolo, anche quelle non situate in prossimità di inclusioni magmatiche man mano che si scende verso il basso sono sempre più calde e la loro temperatura aumenta di tre gradi ogni 100 metri di profondità.

Il funzionamento delle pompe di calore per lo sfruttamento dell’energia geotermica a bassa entalpia, fa sì che venga estratto il calore del sottosuolo per mezzo di una tubazione in cui circola acqua. L’acqua tiepida viene poi pompata in superfi cie nell’edifi cio da riscaldare e cede calore a un fl uido a bassa temperatura di evaporazione.

In seguito, questo fl uido aeriforme, caricato del calore dell’acqua scaldata dal sottosuolo, viene compresso da una pompa elettrica e in questo modo aumenta di tempe-

ratura che scalderà per conduzione i tubi per il riscaldamento interno della casa.

Cedendo il proprio calore al circuito di riscaldamento della casa, il fl uido della pompa di calore si raff redda e condensa.

Esso verrà poi riespanso in una camera di espansione e sarà pronto a essere riscaldato di nuovo dall’acqua tiepida proveniente dal sottosuolo.

Il ciclo è continuo e al prezzo del consumo di poca energia elettrica consente di sfruttare una abbondante risorsa di calore, consentendo un risparmio notevole sulla bolletta energetica.

Anche se la richiesta di energia è una costante della civiltà tecnologica, non tutta l’energia che usiamo viene consumata e utilizzata con modi e potenze uguali.

Se è normale creare giga-watt di energia elettrica azionando enormi turbine a vapore, non altrettanto razio- nale sarebbe costruire automobili con motori di locomotiva (anche se ciò è stato fatto agli albori dell’auto- mobilismo).

Allo stesso modo le automobili a energia solare diffi cilmente potranno divenire competitive per un utilizzo pratico rispetto ad altre soluzioni tecnologiche.

D’altro canto, fonti energetiche pulite e antiche come il vento e le biomasse, qualora venissero sfruttate entro i loro limiti fi sici di utilizzo per mezzo delle moderne tecnologie dei materiali e delle nuove conoscenze teo- riche, potrebbero contribuire enormemente a liberare l’umanità dalla sempre meno sostenibile dipendenza da poche risorse energetiche inquinanti e non rinnovabili.

Un altro importante tema da tenere in considerazione nel progettare il futuro energetico delle società moderne è quello dell’indipendenza energetica dei singoli cittadini.

Con l’avvento dei moderni sistemi di micro generazione dell’energia elettrica a fi ni domestici e per il trasporto su brevi distanze è da tempo divenuta realistica la possibilità di autoprodursi in casa buona parte dell’energia necessaria alle proprie esigenze, grazie a pannelli fotovoltaici e termici, mini impianti eolici e pompe di calore geotermico.

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Considerando che la pressione demografi ca di sette miliardi di persone rende determinanti per la salva- guardia degli ecosistemi anche i comportamenti energetici dei singoli, è auspicabile che l’autoproduzione e la condivisione in rete di un’enorme energia per usi semplici alleggerisca la richiesta di potenza elettrica ai grandi impianti e centrali a maggiore potenza e lasci a questi ultimi l’onere di fornire (purtroppo a prezzi sempre più alti) l’energia necessaria a quelle industrie che per forza di cose necessitano di alta effi cienza e grandi potenze.

Ogni possibile fonte di energia ipotizzabile per il futuro, per quanto concentrata, illimitata, pulita e a costo zero, se non viene sfruttata in modo sempre più effi ciente e per scopi orientati al progresso del benessere reale più che alla produzione sempre maggiore di beni materiali, è destinata a non bastare e a portare alla fi ne a un esaurimento materiale delle risorse e dello spazio fi sico dell’ecosistema.

Qualunque sistema che si affi di nella propria crescita alla progressione geometrica rischia infatti di ritrovarsi in breve tempo su una curva troppo ripida per durare nel tempo.