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L'ENERGIA: ELETTRICITÀ E GAS

Le Fonti Energetiche

Libreria con libri rinnovabili e non rinnovabili

L’energia si può ottenere in vari modi, utilizzando varie fonti di energia: quelle che possono essere sfruttate direttamente dall’uomo (sole, acqua, vento) o quelle che possono essere trasformate in forme adatte al funzionamento di varie macchine (elettricità, benzina, ecc…)
Le fonti di energia possono essere distinte in: rinnovabili, assimilate alle rinnovabili e non rinnovabili.
Le fonti di energia rinnovabili sono quelle che non si esauriscono col tempo e rappresentano una scorta infinita, sono ad esempio: sole, acqua, vento, biomassa.

 
Signore che prende il sole leggendo

 

Energia Solare

Il Sole è una stella, cioè un corpo celeste in grado di produrre luce e calore grazie alle reazioni di fusione nucleare che avvengono nel suo nucleo e che trasformano l’idrogeno in elio, producendo un’enorme quantità di energia.
E’ grazie all’energia solare che le piante possono compiere la fotosintesi, costruendo il loro nutrimento: da ciò dipende anche la vita dell’uomo e degli animali.
L’energia solare presenta molti vantaggi rispetto ai combustibili tradizionali; è inesauribile, pulita e abbondante, ma esistono degli ostacoli che hanno impedito di sfruttarla su vasta scala.
Inoltre il costo degli apparecchi che producono energia col Sole per usi industriali è circa 10 volte maggiore rispetto ai combustibili tradizionali.
Per questo il Sole è ancora oggi una delle fonti minori e il suo sfruttamento è limitato a consumi di tipo casalingo.
L’uomo può sfruttare la luce del Sole per ricavare energia mediante i pannelli solari e le celle fotovoltaiche.

 
Vignetta con vasca da bagno e pannelli solari sul tetto

 

Pannelli Solari
Sono in grado di assorbire le radiazioni solari, per scaldare un liquido (di solito acqua) che scorre all’interno delle tubature disposte a serpentina. Possono esser utilizzati per il riscaldamento degli ambienti o la produzione di acqua calda.

Celle fotovoltaiche
Si basano sulla proprietà di alcuni materiali di produrre energia elettrica se sollecitati dalle radiazioni solari, ma richiedono ampi spazi a disposizione e hanno costi di produzione molto elevati: per il momento il loro utilizzo è limitato a pochi settori, come ad esempio quello spaziale.

 
Pale eoliche

Energia Eolica

Il vento è un movimento di masse d’aria causato dalla differenza di pressione atmosferica tra due zone contigue, dovuta a un diverso riscaldamento solare.
Le masse d’aria calda, più leggera, salgono e il loro posto è occupato da masse d’aria fredda, più pesante, che scendono.
Le zone continuamente battute dal vento, come i paesi del Nord-Europa, che si affacciano sull’Oceano Atlantico o sul Mare del Nord, sfruttano l’energia eolica mediante aerogeneratori: sono dei grandi mulini che trasformano l’energia del vento in energia meccanica che, a sua volta, può essere utilizzata per la produzione di energia elettrica
Circa il 75% della potenza totale degli impianti eolici mondiali è installato nell’Unione Europea.

 
Vignetta che spiega il processo di generazione dell'energia idroelettrica con l'acqua di un fiume

 

Energia idroelettrica

A causa del riscaldamento solare l’acqua dei mari e degli oceani evapora e va formare le nubi.
Il vapore contenuto nelle nubi raffreddandosi, può condensare e ricadere al suolo sottoforma di pioggia, grandine o neve.
In alta montagna si sono costruiti, mediante dighe, dei grandi invasi artificiali  per raccogliere l’acqua piovana e l’acqua di torrenti e fiumi: questa viene fatta cadere da una certa altezza in una condotta forzata, che la trasporta verso la centrale idroelettrica dove fa girare una turbina. La turbina è accoppiata a un alternatore che, ruotando, produce energia elettrica.
E’ l’energia più utilizzata, perché meno costosa delle altre fonti e ha una produzione costante nel tempo.

 
Vignetta che spiega il processo di generazione dell'energia idroelettrica con l'acqua del mare

Energia del Mare

L'attrazione che la Luna esercita sulle masse d’acqua che ricoprono il nostro pianeta provoca le maree: variazioni periodiche del livello del mare.
Di solito nell’arco di 24 ore e 50 minuti circa(giorno lunare), si alternano due alte e due basse maree, cioè il livello del mare aumenta progressivamente per circa 6 ore, fino a raggiungere l’altezza massima(alta marea), poi decresce per altre 6 ore, fino a raggiungere un livello minimo(bassa marea). Il fenomeno si ripete in questo modo, con le stesse fasi, con soste più o meno brevi tra una fase e l’altra.
L'uomo ha sfruttato il loro movimento per azionare turbine e alternatori per la produzione di energia elettrica.

 
Vignetta che spiega il processo di generazione dell'energia geotermica

Energia geotermica

La Terra all’inizio era una massa fusa, incandescente, che poi è andata via via raffreddandosi, ma sotto la crosta solida si trova il mantello, formato da materia allo stato di magma, caratterizzato da elevate temperature. In diverse zone del pianeta (zone vulcaniche) il calore risale in superficie e può essere sfruttato per la produzione di energia.
Le acque piovane, che si raccolgono in profondità nelle falde acquifere, possono riscaldarsi grazie al contatto con le rocce calde e fuoriuscire dalla superficie terrestre come acqua calda o sottoforma di vapore; l’acqua calda può essere utilizzata per il riscaldamento e il vapore per produrre elettricità grazie a turbine accoppiate ad alternatori.

 

 

Energia Nucleare

L’atomo è l’unità fondamentale della materia. L’energia nucleare è l’energia che tiene legate le particelle che formano la parte interna dell’atomo, cioè il nucleo, costituito da protoni e neutroni.
I nuclei degli atomi possono subire delle trasformazioni che possono essere sfruttate per ricavare energia. Esistono due processi:
Fissione (rottura) di un nucleo pesante come per esempio quello dell’uranio.

 
Schema del processo di generazione dell'energia nucleare

Quasi tutti gli elementi esistenti in natura hanno un nucleo molto stabile che non può essere rotto. L’uranio costituisce un’eccezione. Infatti, se il suo nucleo viene colpito da un neutrone, si rompe formando due nuclei più piccoli e libera due neutroni: in questa trasformazione si libera anche della massa che viene trasformata in energia (E=mc2)


Fusione (unione) di nuclei leggeri come quelli dell’idrogeno che si fondono a formare atomi di elio, liberando anche in questo caso massa che si trasforma in energia (E=mc2).
E’ questo il processo che avviene sul Sole.

 
Schema generazione energia con elio

Questo tipo di energia è molto più pulita e sicura rispetto alla fissione, ma è difficile da controllare sulla Terra, perché bisognerebbe riprodurre le condizioni esistenti all’interno delle stelle( almeno 15milioni di gradi).
Il primo scienziato a intuire la possibilità di ricavare energia dall’atomo fu Albert Einstein che nel 1905 enunciò la sua teoria dell’equivalenza tra materia ed energia E=mc2
Mediante questa equazione è possibile calcolare quanta energia si ottiene dalla trasformazione di una massa (m) che viene moltiplicata per una costante (c) che rappresenta la velocità della luce (300.000Km/s).
Poiché il valore di questa costante, elevata al quadrato, è molto alto, si capisce subito che basta una piccolissima quantità di materia per ottenere una grande quantità di energia.

L’energia contenuta in un grammo di materia equivale all’energia elettrica consumata in un mese da una città di 100.000 abitanti.
Nell’U.E. circa il 14% dell’energia prodotta è energia nucleare: in Francia circa il 70% dell’energia prodotta è di questo tipo.
In Italia oggi non esistono centrali nucleari per scelta popolare, anche se gran parte dell’energia importata dall’estero (Francia, Svizzera) è di questo tipo.

 
Vignetta con termovalorizzatore

Termovalorizzazione

Abbiamo imparato che molti tipi di rifiuti sono riciclabili, li possiamo selezionare alla fonte, cioè in casa, in ufficio, a scuola, nei negozi, nelle fabbriche, ecc, e far sì che possano avere una nuova vita.
Esistono, però, anche dei rifiuti non riciclabili come, ad esempio, pannolini, sacchetti pieni dell’aspirapolvere, lampadine, terracotta e porcellana.
Questi ultimi possono essere destinati ai termovalorizzatori: questi impianti sono progettati e realizzati per essere in grado di utilizzare il calore prodotto dalla combustione dei rifiuti come fonte per la produzione di energia elettrica.
Elemento qualificante di un impianto di termovalorizzazione è la minimizzazione dell’impatto sull’ambiente:
le tecnologie sempre più all’avanguardia hanno permesso di diminuire le emissioni favorendo un ambiente sano anche in aree molto popolate.
Il termovalorizzatore, perciò, è un impianto che ha lo scopo di recuperare l’energia residua presente nei rifiuti.

 
Schemino con umido organico

 

Due strade per l’umido organico: Energia e Nutrimento per agricoltura e floricoltura

Gli scarti di cucina o del giardino (sfalci e potature), il cosiddetto umido organico, rappresentano una grande risorsa.
Questi, infatti, chiamati anche biomassa, vengono adeguatamente trattati in un impianto e trasformati, grazie alla fermentazione, in biogas che può dar vita a energia elettrica pulita e ad energia termica.
Da una tonnellata di rifiuti organici vengono prodotti circa 100m3 di biogas dal quale si ricavano 200 kWh di energia elettrica.

La seconda strada per questo tipo di rifiuti è la produzione di compost, detto anche terricciato o composta, un prodotto che apporta al terreno molte sostanze nutritive utili all’agricoltura e alla floricoltura. Trasformando una tonnellata di rifiuto organico potremmo ricavare circa 400 kg di compost di ottima qualità.


Si dicono NON RINNOVABILI invece quelle fonti che hanno una durata limitata nel tempo e sono rappresentate dai combustibili fossili.

Combustibili fossili
Costituiscono oltre l’80% dell’energia utilizzata al mondo.
Hanno la capacità di liberare una quantità di energia molto grande
in rapporto al loro peso, quindi rappresentano una fonte di energia efficiente e semplice da usare.
I combustibili fossili più usati sono il CARBONE, il PETROLIO e il METANO.

 
Vignetta con carbone

 

Carbone

Il carbone è stato il primo a essere utilizzato dall’uomo e il suo sfruttamento ha dato inizio alla Rivoluzione industriale nel XVIII secolo. E’ la fonte più abbondante nel mondo; viene utilizzato soprattutto come combustibile nelle centrali elettriche.
I giacimenti più importanti si sono formati 350 milioni di anni fa da immense foreste che sono state poi ricoperte da sedimenti e, grazie all’azione di pressione, temperatura e alla presenza dei microorganismi, hanno subito la trasformazione da materia vegetale a carbone.
Il carbon fossile però è anche il combustibile più inquinante perché contiene zolfo che, bruciando, produce anidride solforosa, responsabile delle piogge acide.

 
Vignetta con fontanella di petrolio in un deserto

Petrolio

Il petrolio è un combustibile liquido, oleoso, e denso, formato da una miscela di idrocarburi: viene sfruttato come combustibile per mezzi di trasporto, macchinari e centrali termoelettriche (benzine, cherosene, nafta, gasolio); inoltre come materia prima per l’industria chimica, per la produzione di materie plastiche, vernici, fibre, medicinali, concimi, materiali da costruzione, ecc.
I giacimenti più importanti di petrolio si sono formati 65 milioni di anni fa in ambienti marini caldi e poco profondi, grazie ai processi di decomposizione di organismi animali e vegetali, provocati da particolari microrganismi.

 
Vignetta con albero sorridente

Gas Naturale

Il metano è un gas inodore, incolore, insapore, che ha un potere calorifico molto alto (11.000 kcal/m3) e brucia molto bene, senza lasciare residui nei fumi della combustione e per questo è considerato uno degli idrocarburi meno inquinanti.
Il metano, come gli altri combustibili fossili, si è formato dalla lenta decomposizione di sostanze organiche nell’arco di milioni di anni: è spesso presente nei grandi giacimenti di carbone e petrolio. Talvolta può trovarsi anche lontano dai giacimenti perché, essendo gassoso, può facilmente spostarsi nel sottosuolo attraverso le fessure delle rocce.
In passato era chiamato “gas delle paludi” perché si può formare, anche in gran quantità, dalla decomposizione delle sostanze organiche presenti nelle acque basse e stagnanti.

Un esempio di fonti di energia ASSIMILABILI ALLE RINNOVABILI sono la cogenerazione, intesa come produzione combinata di energia elettrica e calore, e il calore recuperabile dai fumi di scarico, da impianti termici o processi industriali.
 
 
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