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ENERGIE ALTERNATIVE
Con il termine di energie alternative (o rinnovabili)
si intendono tutte quelle fonti energetiche che non derivano dai combustibili
fossili (carbone, petrolio e gas naturale). Esse fondamentalmente sono
l’energia eolica, quella solare e il risparmio energetico. In verità fra le
energie alternative dovrebbe essere annoverato anche il nucleare, ma raramente
questa fondamentale fonte di energia viene considerata come possibile soluzione
del problema energetico dai sostenitori delle tanto richieste “energie
pulite”.
Analizziamo ora singolarmente le diverse fonti di energia alternativa
iniziando da quella prodotta dal vento il quale si forma in seguito
all’assorbimento diseguale della radiazione solare che crea nell’atmosfera
zone di alta e di bassa pressione con conseguenti moti convettivi. 1. IL VENTO
Come è noto, il vento (e il Sole che lo genera) viene distribuito
gratuitamente, anche se non equamente, a tutti i popoli della Terra; ma se
vogliamo trarre da questa fonte naturale la forma di energia che più ci è
comoda, ossia quella elettrica, dobbiamo fare i conti con i marchingegni che
adoperiamo per la sua trasformazione. La possibilità di produrre elettricità
sfruttando il vento è nota da molto tempo, ma la convenienza di ricavare da
essa un efficace metodo di sfruttamento dipende dalla capacità di aumentare il
rendimento degli impianti e di ridurne il costo. Si tratta di meccanismi che
ricordano, nella loro parte esterna, i vecchi mulini a vento, mentre nella parte
interna è presente un congegno che trasforma in elettricità il movimento di rotazione delle
pale. L’ideale sarebbe quello di ridurre il costo di queste
apparecchiature fino al punto in cui l’energia generata dal vento venisse a
costare più o meno quanto quella prodotta con i metodi tradizionali.
L’energia eolica (da Eolo, il dio greco dei venti) presenta alcuni
difetti in quanto i moderni mulini a vento deturperebbero il
paesaggio e rappresenterebbero per i volatili un pericolo mortale che in realtà
non è superiore a quello che corrono con le linee elettriche ad alta tensione ed
a cui possono essere sottoposti anche altri animali per l’impatto
con veicoli in movimento. In realtà pare che il difetto
maggiore di queste apparecchiature rimanga comunque il rumore. Le turbine eoliche
inoltre sono produttive solo se i venti cui sono esposte sono forti e regolari:
questa caratteristica, tipica dei luoghi che si affacciano sull’Oceano, nel
nostro Paese è presente parzialmente solo in alcune zone alpine ed appenniniche
nonché sulle coste, specialmente quelle delle regioni meridionali, e nelle isole. Fino ad oggi le cosiddette centrali o “fattorie eoliche” si sono sviluppate sulla terraferma lontano dai centri abitati, ma negli ultimi tempi è iniziato anche lo sfruttamento in mare. Al largo di Copenhagen, ad esempio, da alcuni anni è in funzione un grande parco eolico formato da venti mulini ciascuno da 2 mW (megawatt ossia milione di watt dove il watt è l’unità di misura della potenza elettrica. Il ferro da stiro ha normalmente una potenza di mille watt o 1 kilowatt e, se viene usato per due ore, consumerà due kilowattora: questa cifra, moltiplicata per il costo del kWh, è ciò che viene registrato nella bolletta della luce ed addebitato al contribuente).
Le strutture che sorreggono i mulini piazzati al largo
delle coste su bassi fondali sono studiate in modo da resistere non solo alle
sollecitazioni del vento, ma anche alle forze esercitate dal mare. Recentemente
in Germania, seguendo l’esempio della Danimarca, è stato dato il via alla
costruzione in mare della più grande centrale eolica al mondo la quale prevede
la posa di 200 macchine aerogeneratrici che produrranno complessivamente 1000
mW, sufficienti per soddisfare le richieste di energia elettrica degli abitanti
di una regione grande quanto il Friuli-Venezia Giulia.
L’ultima frontiera dell’energia eolica è una giostra di vele. Di
recente, un gruppo di ricercatori piemontesi, sponsorizzati dal Politecnico di
Torino, ha progettato un nuovo tipo di mulino a vento che costa poco e dovrebbe
produrre una notevole quantità di energia elettrica. Si tratta di una specie di
giostra nella quale al posto dei seggiolini sono legate delle vele che salgono
fino all’altezza di 500-800 metri
dove il vento è più forte e costante. Le vele sono delle specie di paracadute
(realizzate con materiale leggerissimo e ultraresistente) simili a quelli che a
volte si vedono collegati alle tavole da surf. Queste, gonfiandosi sotto la
spinta del vento, fanno girare la giostra all’interno della quale è sistemato
l’apparecchio convertitore dell’energia meccanica in energia elettrica.
Di questo particolare mulino a vento è stato realizzato solo un
prototipo ma sarà difficile che vengano investite ingenti somme per produrlo in serie.
Da uno studio della Cee, risulta che in Italia esiste una potenzialità teorica
di 400 miliardi di kilowattora all’anno che potrebbe derivare dallo
sfruttamento del vento: si tratta di una quantità maggiore degli attuali
consumi di elettricità (250 miliardi di kWh/anno). Occorre peraltro precisare
che una cosa è la
potenzialità teorica, altra cosa è la resa media del vento che nel nostro
Paese è di solo il 12% e quindi l’energia elettrica, prodotta dai pochi mulini
a vento attualmente in funzione, rappresenta una frazione insignificante del
totale ed è difficile che in seguito possa aumentare.
Nemmeno la Germania e la Danimarca, che vengono indicate come esempio di
successo nell'impiego dell’energia eolica, se la cavano meglio. Le 16.000 turbine
installate in Germania contribuiscono per meno del 5% al fabbisogno elettrico di
quel Paese. Inoltre, quando il vento non soffia o è troppo debole, devono
essere pronti ad entrare in funzione gli impianti convenzionali se si vogliono evitare i black
out. Insomma, con l’eolico non si aggiunge capacità al sistema, ma si
risparmia solo carburante convenzionale. Per quanto riguarda 2. IL SOLE
L’energia solare è ogni tipo di energia che viene estratta dalla luce
e dal calore del Sole in modo che gli uomini possano sfruttarla per le loro
esigenze. Questo obiettivo ad esempio si può raggiungere riscaldando
l’acqua (o altri liquidi) mediante specchi che concentrino su di essa i raggi
del Sole, oppure sfruttando l’effetto fotovoltaico con il quale si produce elettricità
direttamente.
I pannelli solari (da non confondersi con i pannelli fotovoltaici di cui
si parlerà in seguito) producono calore a bassa temperatura: e questa è una forma di
energia che non può essere né immagazzinata né trasportata. Essa tuttavia può
essere utilizzata per riscaldare l’acqua ad uso domestico consentendo di
ottenere un risparmio di energia elettrica che viene consumata in scaldabagni,
lavatrici e altre apparecchiature che funzionano con l’energia elettrica la
quale è prodotta, non dimentichiamolo, mediante l’uso dei combustibili
fossili non rinnovabili e inquinanti.
Nonostante il nostro sia un Paese molto soleggiato, la superficie
attrezzata a pannelli solari è otto volte meno estesa della piccola e fredda
Austria e 13 volte inferiore a quella della Grecia. Altra assurdità è che
buona parte degli impianti della nostra penisola siano localizzati in Alto Adige
invece che nel più soleggiato Mezzogiorno dove l’acqua calda delle docce
degli stabilimenti balneari è spesso ottenuta bruciando gas.
Veniamo ora all’effetto fotovoltaico che consiste nella
conversione di luce di determinata frequenza in corrente elettrica e fu scoperto
nel 1839 dal fisico francese Antoine-César Becquerel. Alcuni anni più tardi fu
osservato un fenomeno simile, l’effetto fotoelettrico, che consiste nella
capacità della luce di estrarre elettroni dagli atomi di alcuni metalli ma,
come il primo, anche questo secondo fenomeno rimase a lungo incompreso. Si deve
al genio di Albert Einstein (1879-1955) averne dato spiegazione, tanto che proprio per questa scoperta (e non per le più famose teorie relativistiche)
egli ricevette il premio Nobel.
Il fisico Carlo Rubbia, presidente dell’Enea
(Ente Nazionale per lo sviluppo dell’Energia nucleare e delle energie
Alternative), ha calcolato che se si coprisse con impianti solari anche solo un
quinto dei palazzi del nostro Paese, si produrrebbe l’intero fabbisogno
nazionale di energia elettrica. I tetti fotovoltaici, come sono chiamati questi
piccoli generatori locali di elettricità, avrebbero il vantaggio di non
sottrarre superficie al verde e all’agricoltura e di versare in rete
elettricità vicino al luogo in cui essa verrebbe consumata, limitando in questo modo anche le
perdite dovute al trasporto a distanza. Dal momento che l'utilizzo dell'effetto
fotoelettrico è limitato dalla presenza del Sole, che però alla sera tramonta,
a volte è coperto dalle nuvole, ed inoltre, nella stagione invernale, invia una
luce meno intensa che in piena estate, sorge il problema relativo allo
sfasamento fra
produzione e richiesta. Per ovviare a questa lacuna sono possibili due opzioni
di cui la prima è ricorrere a batterie che accumulino l'energia
eccedente finché
splende il Sole e poi la restituiscano quando necessario, ma ciò aumenterebbe i costi di tutto il
sistema; la seconda possibilità sarebbe quella di mandare il surplus in rete e poi la Compagnia
per l’elettricità lo restituirebbe quando ce ne fosse bisogno.
Oggi si producono materiali da copertura tetti che sono fotovoltaici ma
di aspetto gradevole anche se molto cari: bisogna però tener conto che dal loro
costo andrebbe dedotto quello dei materiali convenzionali che sostituiscono.
Edifici con tetti fotovoltaici si stanno diffondendo in molti paesi del mondo
come Olanda, Germania, Svizzera, Giappone e Australia ma in Italia poco o niente
si fa in questo senso.
Quando per produrre energia elettrica facciamo ruotare le turbine con un
flusso di acqua che cade entro condotte forzate, recuperiamo il lavoro prodotto
dal Sole che fa evaporare quell’acqua dal suolo e la porta all’altezza da
cui precipita dopo essersi raccolta dietro una diga in alta montagna.
Anche l’energia che traiamo dai nostri cibi, vegetali o animali, ha
origine nel Sole, che produce la fotosintesi: un processo
che permette alle piante di immagazzinare energia. Questo
fondamentale processo biochimico si svolge da che il mondo esiste e quando
bruciamo carbone, petrolio o gas naturale non facciamo altro che recuperare
energia solare che era stata immagazzinata molti milioni di anni fa entro
organismi viventi.
Attualmente il Sole produce la cosiddetta biomassa (legna da ardere
principalmente, ma anche altri prodotti che possono venire trattati in modo da
generare combustibili di varia natura). Il cosiddetto bio-diesel ad esempio è
un combustibile che si ottiene dall’olio di colza, di arachidi o altre piante.
Con questo prodotto si alimentano i taxi di Amburgo, ma anche altri veicoli nel
mondo. Chimicamente il bio-diesel è un estere
ovvero un composto formato dall’unione di un acido organico con un alcol,
mentre l'altro carburante, il bio-etanolo, è un alcol di
cui si fa largo uso in Brasile, dove lo si ottiene dalla canna da zucchero,
mescolato alla benzina.
Ci fu un tempo in cui l’energia usata dall’uomo era interamente ed
esclusivamente energia solare. Questo tempo abbraccia tutta la storia
dell’umanità e si conclude circa 200 anni fa quando il contributo diretto del
Sole all’energia usata dall’uomo è progressivamente diminuito. Quella
solare, pertanto, più che energia del futuro deve essere considerata energia
del passato. 3. IL RISPARMIO
Prima di rispondere a questa domanda è opportuno chiarire il
significato da dare al verbo “risparmiare”. Se per risparmio energetico si
intende non sprecare elettricità per esempio usando lampadine a basso consumo o
spegnendo la luce quando si esce da una stanza dove non rimane nessuno, allora
in questo senso risparmiare è un bene perché significa pagare una bolletta
meno cara a fine mese. Altra cosa sarebbe invece risparmiare energia in un
contesto di politica energetica in cui il risparmio avrebbe un senso anche se
l’energia fosse gratis.
È evidente che, se le riserve di un bene fossero infinite, risparmiare non
sarebbe di alcuna necessità (se non, come abbiamo detto, per la spesa). Ad esempio
l’energia nucleare (soprattutto quella di fusione, che fra l’altro non è
nemmeno inquinante), è una fonte energetica praticamente inesauribile e di
conseguenza risparmiarla sarebbe del tutto superfluo.
Discorso diverso ovviamente sarebbe se le riserve energetiche fossero
finite. Ad esempio il petrolio fra alcuni anni si sarà esaurito quindi
risparmiarlo significherebbe poterlo utilizzare più a lungo. Quanto più a
lungo? Dieci anni, cinquant’anni? Poco cambia: il petrolio prima o poi si
esaurirà. Il risparmio avrebbe quindi un senso solo se il bene di cui si
dispone fosse poco ma costante nel tempo. L’energia che ci proviene dal Sole
ad esempio, è una fonte diluita ma costante che, se diventasse l’unica
disponibile, come fu in passato, allora il risparmio avrebbe un senso: si
dovrebbe bruciare il legno delle foreste con parsimonia o non sottrarre troppo
terreno alle culture alimentari per produrre piante da convertire in bio-etanolo
o bio-disel. Dovremo anche far scendere l’acqua dai bacini idroelettrici meno
velocemente di quanto cresce il livello per l’apporto delle piogge in modo da
non prosciugarli. Fino a quando la scienza e la tecnologia non avranno trovato
il sistema per creare energia attraverso la fusione nucleare e l’uso più
intenso dell’energia solare, il risparmio deve essere considerato anch’esso
una fonte di energia. 4.
ALTRE FONTI ENERGETICHE
L’energia geotermica ha teoricamente un potenziale enorme legato al
fatto che la temperatura della crosta terrestre aumenta in media di 3 °C
ogni cento metri di profondità e il calore irradiato verso lo spazio esterno
è infatti pari a circa quattro volte il consumo mondiale di energia. Le
manifestazioni più evidenti di questa forma di energia sono i fenomeni
vulcanici primari e secondari e la dinamica delle zolle crostali che determina i
terremoti; tuttavia le quantità enormi di energia che mettono in gioco questi
fenomeni endogeni non sono utilizzabili direttamente. Il calore del sottosuolo
che si può sfruttare a fini pratici è limitato a pochissime aree geografiche come quella
dell’Islanda dove è particolarmente diffuso l’impiego di energia geotermica
per il riscaldamento: il calore dell’interno della Terra, trasferito in
superficie, viene impiegato per riscaldare a temperatura relativamente bassa
dell’acqua che poi viene fatta circolare nei termosifoni.
Il vapore in pressione proveniente dal sottosuolo viene anche
utilizzato per la produzione di energia elettrica e il nostro Paese è stato
antesignano nello sfruttamento di questo tipo di energia: il primo campo
geotermico del mondo destinato alla produzione di energia elettrica si trova a
Larderello, in Toscana, dove esce dal sottosuolo del vapore ad alta temperatura
che attiva turbine e generatori tradizionali, i quali sono in funzione dai primi
anni dello scorso secolo. La produzione è di un paio di miliardi di kilowattora
annui, una quantità tuttavia modesta dei consumi totali.
Anche le maree offrono ottime possibilità di produzione di energia
elettrica ma solo il 2% della potenza disponibile risulta tecnicamente
utilizzabile. Gli impianti sono costituiti da una barriera posizionata su di un
estuario che cattura l’acqua durante l’alta marea e la rilascia nel periodo
di bassa marea in modo da azionare le turbine elettriche. Le correnti di marea
sono periodiche e reversibili, ma si producono in aree circoscritte. In Italia,
ad esempio, nello stretto di Messina la velocità
dell’acqua raggiunge anche alcuni metri al secondo e sarebbe una discreta
fonte di energia, ma non è utilizzata.
Si è tentato anche di sfruttare il moto ondoso per ottenere energia
elettrica installando “pale marine” simili a quelle eoliche che si muovono
sotto l’azione delle onde. I primi impianti sono stati realizzati nel Mare del
Nord ma i progetti sono molti e distribuiti in varie parti del mondo.
L’impatto visivo è nullo perché si tratta di impianti sottomarini ma i costi
di manutenzione di dispositivi perennemente immersi in acqua salata non sono
trascurabili.
Attualmente è possibile trasformare le montagne di spazzatura, che i
Paesi più progrediti producono in grande quantità, in una fonte energetica.
Nessuno vorrebbe vicino casa un inceneritore di rifiuti da cui escono fumi che
contengono centinaia di composti diversi sotto forma di polveri sottili
responsabili di malattie all’apparato respiratorio e gas tossici di ogni
genere compresa la famigerata diossina, che si pensa possa svolgere un ruolo
nella insorgenza di tumori. Oggi, con le recenti rigorose norme per il controllo
dei fumi, non c’è più motivo di demonizzare gli inceneritori che possono
diventare una nuova fonte energetica in grado di produrre elettricità e calore
con i cosiddetti termovalorizzatori, sistemi non più inquinanti di una
qualsiasi centrale elettrica.
A prescindere da questa opportunità vantaggiosa, le montagne di immondizia generano anche gas, o meglio biogas
che si forma dalla decomposizione della parte organica dei rifiuti. Questi gas
possono essere recuperati perforando la collina con tubi di acciaio e fatti
bruciare in appositi dispositivi per la produzione di energia elettrica.
5. L’IDROGENO
Questo elemento, come abbiamo visto, non esiste sulla Terra allo stato
libero, ma qualcuno potrebbe obiettare che nemmeno l’elettricità esiste già
bella e pronta. Tale considerazione è giusta però, mentre l’elettricità può essere prodotta
utilizzando una fonte di energia già disponibile, per produrre energia
utilizzando l’idrogeno bisognerebbe prima produrre l’idrogeno stesso, ma per
fare ciò si dovrebbe consumare energia. Sarebbe come portare l’acqua dal mare
in alta montagna per poi creare energia idroelettrica: un circolo vizioso che
andrebbe contro i più elementari principi della termodinamica.
Attualmente l’idrogeno viene estratto dal metano e dal carbone attraverso
un processo detto reforming che consiste nel far reagire questi prodotti
con vapore acqueo ad alta temperatura su di un catalizzatore che cattura gli atomi
di idrogeno. Il prodotto di scarto di questa reazione è l'anidride carbonica,
il principale responsabile dell'inquinamento atmosferico.
L'alternativa ecologica è l'elettrolisi,
il processo che utilizza una piccola quantità di corrente elettrica per
dividere l'acqua nei suoi costituenti, idrogeno e ossigeno, senza produrre
scarti inquinanti. La reazione contraria all’elettrolisi avviene all’interno
delle cosiddette “celle a combustibile”
(o fuel cell) dove idrogeno e ossigeno si
combinano insieme e si ottiene direttamente elettricità e naturalmente acqua.
L’idrogeno sarebbe un buon carburante per le automobili se non causasse
seri problemi per il trasporto: questo gas è infatti
infiammabile ed esplosivo. Tutti noi abbiamo sentito parlare dell’incidente
occorso al dirigibile gonfiato con l’idrogeno che nel maggio del 1937, colpito
da un fulmine, si incendiò e cadde causando la morte di tutti i passeggeri che trasportava.
Nella automobile l’idrogeno dovrebbe essere contenuto in una bombola ad alta
pressione molto più pericolosa di un serbatoio pieno di benzina oppure portato
a temperature molto basse affinché fosse ridotto allo stato liquido ma, in questo caso, dovrebbe essere
spesa altra energia per mantenere bassa la temperatura quando l’elemento non
reagisce. 6. CONCLUSIONI
Il petrolio è il più scarso fra questi (con i consumi
attuali ve ne sarà ancora per 40 anni), mentre il più abbondante è il carbone
e per questo motivo si è pensato che sarebbe opportuno estrarre
l’idrogeno da questa fonte usando una tecnologia che consenta la sistemazione
dell’anidride carbonica prodotta dall’operazione in luoghi dove non entri in
contatto con l’atmosfera. Per questo scopo si potrebbero utilizzare grossi
serbatoi sotterranei, come giacimenti petroliferi o di metano esausti, in modo che
questi gas non possano risalire in superficie. Frattanto la scienza è impegnata
nella ricerca di un metodo economicamente vantaggioso per produrre idrogeno per
elettrolisi dell’acqua sfruttando le fonti di energia pulita: idroelettrica,
eolica e solare. Una volta trovata la tecnologia adatta anche l’idrogeno sarà
una fonte di energia pulita.
Le risorse energetiche del nostro pianeta, come abbiamo visto, si possono
dividere in due categorie: 1. quelle limitate che provengono dall’interno
della Terra (combustibili fossili, uranio e calore) e 2. quelle abbondanti e
immutabili nel tempo ma molto diluite e di difficile conversione in forme utili
all’uomo, che hanno origine nel Sole.
Con la scoperta e l’utilizzazione dei combustibili fossili, una parte
degli abitanti della Terra è riuscita a creare una civiltà tecnologica che non
potrà continuare a svilupparsi in futuro a causa della limitatezza delle
risorse energetiche su cui si è fondata e soprattutto per i danni che queste
risorse hanno creato (e sempre più creeranno) all’ambiente. Se vogliamo
assicurare un avvenire a questo tipo di società, sarebbe indispensabile progettare al
più presto la transizione dalle fonti di energia non rinnovabili verso quelle
rinnovabili.
Le tecnologie per l’utilizzazione delle energie alternative
(soprattutto l’eolica e la fotovoltaica) si stanno sviluppando lentamente e
gradualmente in diversi Paesi del mondo ma non in Italia, che pure sarebbe una Nazione avvantaggiata geograficamente.
Bisogna riconoscere che al momento nessuna delle energie alternative è
in grado di fornire energia a costi competitivi con quella ottenibile dai
combustibili fossili; però se si tenesse conto dei danni procurati alla salute
umana e all’ambiente da queste fonti di energia, i costi sarebbero molto più
elevati e a quel punto diventerebbe economico il ricorso ai generatori eolici e
alle celle fotovoltaiche il cui utilizzo potrebbe definitivamente decollare.
Attualmente l’Italia importa l’83% dell’energia che si consuma di
cui il 54% è petrolio, il 30% metano, l’8% carbone e il 7% elettricità
(prodotta soprattutto dalle centrali nucleari francesi, ma anche svizzere e
slovene). E le fonti rinnovabili? Siamo molto indietro nello sviluppo delle
energie alternative, nonostante per molti anni la bolletta della luce abbia
previsto una maggiorazione, a carico dell'utente; la quale avrebbe dovuto andare a sostegno di queste fonti
energetiche. In quella normativa, alla dizione “fonti rinnovabili” venne
aggiunto “o assimilate” e così, con una semplice e apparentemente
insignificante appendice quei denari (decine di milioni di euro) invece che alle
rinnovabili vere sono andati ad incrementare l’uso di energie inquinanti, a
tutto beneficio dei petrolieri. |
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