2. ENERGIA 2000

2.1 OBBIETTIVI PRINCIPALI

2.2 RISULTATI DEL PROGRAMA 3

ENERGIA 2000

3. SFRUTTAMENTO RAZIONALE DELL'ENERGIA

4. NUOVE ENERGIE RINNOVABILI 4

4.1 ENERGIA SOLARE

4.2 L'ACQUA 6

4.3 IL VENTO

5. ALTRE FONTI INTEGRATIVE   7

5.1 BIOMASSA VEGETALE

5.2 ENERGIA DELLE MAREE 8

5.3 ENERGIA DELLE ONDE

5.4 ENERGIA TERMICA DEL MARE

5.5 ENERGIA DAI RIFIUTI AGRICOLI 9

5.6 ENERGIA DA RIFIUTI URBANI

L'energia più ecologica è quella che non viene consumata e che non deve quindi essere prodotta. Energie rinnovabili quali legna, altre biomasse, energia solare, calore ambientale o energia eolica possono sostituire il consumo di materie prime non rinnovabili.

Negli ultimi anni l'utilizzo di energie rinnovabili ha fatto registrare un sensibile incremento. Il potenziale è però lungi dall'essere pienamente sfruttato.

Per poter fornire dati reali riguardanti le potenzialità di risparmio energetico tramite l'utilizzo di energie rinnovabili prenderemo ad esempio il programma ENERGIA 2000 attualmente in corso in Svizzera. Questo può anche essere utile per confrontare le normative dell'Unione Europea con quelle di un altro Paese vicino all'Italia.

2.1 OBIETTIVI PRINCIPALI

Tale programma presentato dal Consiglio Federale ha come obiettivi principali:

• La stabilizzazione sui livelli del 1990 e la successiva diminuzione del consumo di energia fossile (petrolio, benzina, gas e carbone) e delle emissioni di CO₂ entro la fine del 2000;
• La stabilizzazione a partire dal 2000 del consumo di elettricità;
• L'incremento dell'utilizzo di energie rinnovabili. Nel 2000 le energie rinnovabili dovranno generare, rispetto al 1990, 300 gigowattore (GWh) supplementari di energia elettrica (incremento del 5 per cento) e 3000 GWh in più di calore (incremento del 3 per cento);
• L'incremento del 5 per cento della produzione di energia idroelettrica rispetto 1990.

Per il conseguimento di tali obiettivi occorre incentivare le misure volontarie della popolazione oltre a intervenire con misure statali.

2.2 RISULTATI DEL PROGRAMMA ENERGIA 2000

Il Dipartimento Federale dei trasporti, delle comunicazioni e delle energie (DFTCE), considera positivi, anche se limitati, gli effetti finora ottenuti sull'ambiente, sugli investimenti e sull'occupazione.

Secondo le stime dall'inizio del programma nel 1990:

• Si è risparmiato annualmente mediamente il 2 per cento di energia;
• Le emissioni di CO₂ sono state ridotte di un milione di tonnellate portandole a circa 44 milioni di tonnellate;
• Sono stati creati nell'ambito del programma 2300 nuovi posti di lavoro (1,4 per cento dei disoccupati in Svizzera).

Per risparmiare energia occorre fra l'altro l'impiego di apparecchi a basso consumo energetico, un atteggiamento più cosciente nei confronti dell'energia nonché misure aziendali. Se le sole aziende si adeguassero ai parametri di risparmio energetico previsti dal programma ENERGIA 2000 sarebbe possibile risparmiare circa il 10 per cento del consumo di corrente delle apparecchiature aziendali.

Il potenziale nell'ambito delle abitazioni è ancora maggiore.

Lo sfruttamento dell'energia che andrebbe persa costituirebbe un ulteriore grande passo avanti verso lo sfruttamento razionale dell'energia. Si pensi soltanto che il 50 per cento circa dei rifiuti che vengono bruciati negli impianti di incenerimento dei rifiuti urbani è costituito da biomassa rinnovabile. Ciò significa che la metà del calore prodotto dai rifiuti sarebbe potenzialmente utilizzabile.

La perdita di calore nei motori a combustione può essere sfruttata mentre il motore stesso produce energia elettrica. Questo principio viene chiamato cogenerazione di energia elettrica e termica ed è in grado di raggiungere un grado di efficacia del 90%

Dal 1990 al 1996 il sole, il vento nonché la legna e altre biomasse hanno fatto registrare incrementi di utilizzo notevoli.

4.1 ENERGIA SOLARE

Il sole è la principale fonte energetica.

La crisi energetica degli anni Settanta ha acceso l'interesse per questa forma di energia, pulita ed inesauribile, che non inquina e non contamina, distribuita, anche se non in modo uniforme, su tutto il globo. Anche la polemica nucleare e la sensibilizzazione dell'opinione pubblica ai problemi dell'inquinamento ambientale, hanno rilanciato l'interesse per le possibili applicazioni pratiche dell'energia solare.

La potenza di irraggiamento dei raggi solari è, in media, di circa 1 kilowatt per ogni m² di superficie. Questa potenza rappresenta, per ogni anno, da 5 a 10 volte le riserve conosciute di combustibili fossili comprese quelle nucleari. L'energia solare presenta però anche degli inconvenienti: è una fonte intermittente e variabile in quanto legata all'alternarsi del giorno e della notte, al variare delle stagioni ed al mutare delle condizioni climatiche. Ne deriva che gli impieghi dell'energia solare, anche se molteplici, sono in qualche misura condizionati da tali caratteristiche.

Il principale ostacolo all'impiego diretto dell'energia solare è stato per molti anni il costo di produzione nettamente superiore a quello di altre forme di energia convenzionale. Si pensava che con il miglioramento quantitativo e qualitativo delle tecnologie tale costo diventasse competitivo ma al momento è ancora troppo elevato rispetto a quello dei combustibili fossili.

Per il momento e per l'immediato futuro non è realistico pensare che l'energia solare possa sostituire le altre fonti energetiche ma certamente può aggiungersi ad esse contribuendo ad una parziale soluzione del problema.

L'attuale tecnologia ha messo a punto due modi per produrre energia elettrica di origine solare:

la conversione termodinamica (centrali solari)

la conversione diretta (celle fotovoltaiche)

Nelle centrali solari si trasforma l'acqua in vapore surriscaldato ad una temperatura di diverse centinaia di gradi centigradi concentrando i raggi solari, catturati per mezzo di specchi, su di una caldaia posta in cima ad una torre. I vapore prodotto fa funzionare una turbina collegata al un alternatore.

In Italia è stata costruita una centrale solare a specchi ad Adrano sulle pendici dell'Etna; tale progetto è sperimentale e finanziato dalla Comunità Economica Europea.

Attualmente tale impianto non è in funzionamento a causa delle alte spese di gestione.

Al momento attuale le maggiori perplessità causate da una centrale di questo tipo derivano sia da fattori di natura economica sia da problemi tecnici: I primi riguardano i costi di produzione e sono i più evidenti ma vi sono anche aspetti costruttivi che suscitano polemiche come quello della grande superficie necessaria per l'installazione di una centrale solare di potenza pari ad una centrale termoelettrica tradizionale.

Con le celle fotovoltaiche si effettua la conversione diretta dell'energia luminosa dei raggi solari in energia elettrica. Finora hanno trovato un impiego molto limitato a causa del loro costo però, per alcune applicazioni come quelle di impianti isolati per i collegamenti televisivi, segnali aereoportuali, antenne riceventi, le celle fotovoltaiche hanno già dimostrato la loro efficienza: In Italia sono già in funzione alcuni impianti sperimentali ad Adrano, all'isola del Giglio, all'isola di Vulcano ed altri minori.

4.2 L'ACQUA

Una massa d'acqua in movimento contiene in sé una certa quantità di energia capace di compiere un lavoro.

Le centrali idroelettriche utilizzano la caduta delle acque dei fiumi e dei torrenti, raccolte generalmente in grandi bacini artificiali creati sbarrando le valli con delle dighe. L'acqua raccolta nei bacini viene convogliata, attraverso un canale derivatore, alle condotte forzate. Il getto violento dell'acqua che esce sotto pressione dalle condotte, colpisce le pale di una turbina mantenendola in rotazione. A sua volta la turbina trascina un generatore di energia elettrica (alternatore).

Le condizioni ideali per lo sfruttamento dell'acqua richiedono grandi altezze o grandi volumi d'acqua: si possono così sfruttare sia le acque dei bacini delle regioni montane che precipitano per centinaia di metri, sia le enormi masse d'acqua.

L'energia idroelettrica è un tipo di energia rinnovabile e quindi non soggetta ad esaurimento e risulta particolarmente importante per i Paesi poveri di combustibili fossili.

Contemporaneamente alla produzione di energia elettrica le dighe possono anche fornire acqua per intere regioni.

4.3 IL VENTO

L'energia eolica è conosciuta fin dai tempi antichi; basti pensare all'uso della vela nella navigazione ed ai mulini a vento.

Il motore eolico è una combinazione della ruota e della vela così come i mulini a vento; sottrae al vento l'energia cinetica e si trasforma in lavoro utile sulle sue pale; l'energia meccanica viene poi trasformata in energia elettrica mediante un generatore.

Un problema ancora non risolto nell'utilizzo di energia elettrica di tipo eolico è quello dell'accumulo del energia reso indispensabile per sopperire ad una mancanza di vento: l'impiego di batterie di accumulatori oltre una certa potenza, diventa eccessivamente oneroso.

Fig.3 - Turbina eolica

L'interesse per questo tipo di energia pulita e rinnovabile ha avuto un notevole sviluppo in Olanda, sul Mare del Nord e in Gran Bretagna dove è in fase di ultimazione la costruzione di un impianto

eolico in grado di fornire energia elettrica ad una città di circa 30000 abitanti.

Sotto questa definizione si intende raggruppare le più importanti fonti energetiche rinnovabili che consentiranno, a breve o a lungo termine, di integrare le fonti tradizionali.

Si è preferito usare il termine integrative e non alternative perché, almeno per quanto riguarda il futuro più prossimo, serviranno soltanto ad integrare, ad aggiungere una quota energetica a quella prodotta con le fonti tradizionali; non è realistico pensare che possano sostituirsi e quindi porsi in alternativa a queste ultime.

5.1 BIOMASSA VEGETALE

Alcuni centri di ricerca stanno sperimentando la trasformazione in combustibile di biomassa vegetale appositamente prodotta facendo crescere piante e alghe a rapido sviluppo o recuperate da scarti di lavorazione industriali, agricole o domestiche.

La scelta è caduta su alcune specie di piante acquatiche di origine tropicale; negli ambienti naturali di origine queste piante hanno un'enorme capacità riproduttiva al punto da venire considerate dei veri flagelli ecologici.

Le sperimentazioni sono oggi orientate sul giacinto d'acqua, una pianta che cresce vigorosa in acque calde e su liquami di varia origine con un elevato potere disinquinante.

La biomassa prodotta viene utilizzata per la digestione anaerobica in un ambiente privo di ossigeno; dentro a particolari silos la biomassa fermenta per opera di microbi anaerobici e produce gas combustibile.

5.2 ENERGIA DELLE MAREE

Le maree sono movimenti alterni e periodici di grandi masse d'acqua causati dai fenomeni di attrazione della Luna e del Sole.

E' possibile utilizzare questo salto d'acqua per produrre energia elettrica.

Da alcuni anni è in funzione una centrale che sfrutta questo fenomeno, alla foce del fiume Rance sulla Manica in Francia in una zona dove l'alta marea è particolarmente sensibile.

5.3 ENERGIA DELLE ONDE

In Giappone esistono già alcune stazioni sperimentali che sfruttano il fenomeno. Intorno alla centrale, ancorato sul fondo marino, sono posti dei galleggianti liberi di muoversi in superficie per seguire l'andamento del moto ondoso. Il moto alternativo che ne deriva serve a comprimere dell'aria in speciali camere: l'aria compressa fornisce movimento a delle turbine collegate a generatori elettrici. In tal modo l'energia meccanica delle onde viene trasformata in energia elettrica.

5.4 ENERGIA TERMICA DEL MARE

E' possibile utilizzare l'energia termica del mare sfruttando la differenza di temperatura esistente fra due zone delle acque marine.

Nelle regioni tropicali il sole riscalda le acque in superficie in quantità notevolmente diversa rispetto alle zone polari: ciò provoca un movimento degli strati superficiali oceanici dall'Equatore verso il Polo mentre al contrario si forma una corrente fredda sottomarina dai Poli verso l'Equatore. In conseguenza, nei mari delle regioni tropicali esiste sempre una differenza di temperatura oscillante fra 20 e 30°C fra le acque profonde e quelle di superficie.

In una centrale elettrica che sfrutta l'energia termica del mare, il calore delle acque superficiali viene utilizzato per far evaporare dell'ammoniaca che in forma di vapore sotto pressione viene immesso in una turbina collegata ad un generatore elettrico. Le acque fredde di profondità servono a condensare nuovamente il vapore in ammoniaca in modo che il ciclo possa ricominciare.

Impianti sperimentali di questo tipo sono stati realizzati a Cuba ed in Costa d'Avorio ma entrambi hanno fornito prestazioni non soddisfacenti.

5.5 ENERGIA DAI RIFIUTI AGRICOLI

I rifiuti organici degli animali e gli scarti dei prodotti agricoli, se sottoposti a fermentazione producono biogas. In questo processo, detto di biogassificazione, i batteri anaerobici trasformano i liquami in gas e come residuo si ottengono degli ottimi fertilizzanti. Il biogas è formato al 60-70 % da metano.

5.6 ENERGIA DA RIFIUTI URBANI

Fig .4  - Rifiuti urbani

Una delle possibili utilizzazioni dei rifiuti urbani è la produzione di energia elettrica: se consideriamo che nel nostro paese i rifiuti urbani sono circa 15 milioni di tonnellate all'anno con un potere calorifico di circa 1550 kCal/kg abbiamo un potenziale energetico corrispondente a circa 2 milioni di tonnellate di petrolio.