L utilizzo delle energie rinnovabili per uno sviluppo sostenibile

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1 L utilizzo delle energie rinnovabili per uno sviluppo sostenibile Introduzione Le fonti di energia rinnovabile derivano principalmente dal calore della radiazione solare. Esistono anche fonti rinnovabili non-solari, come l'energia dalle maree e l'energia geotermica. L'energia solare sia nella forma di radiazione solare diretta sia nelle forme indirette, come il vento, l'acqua e la bioenergia, è stata la fonte di energia sulla quale si sono basate le prime società umane. Prima della rivoluzione industriale queste fonti erano di fatto le uniche forme di energia usate dall'uomo. Durante gli ultimi 150 anni la civiltà moderna è diventata dipendente in maniera crescente dai combustibili fossili come il carbone, il petrolio e il gas naturale. Queste risorse sono esauribili in quanto per natura la loro disponibilità è limitata nel lungo termine. La loro combustione rilascia nell'atmosfera diossido di carbonio che è uno dei principali responsabili del riscaldamento globale. Le varie forme di energia rinnovabile generalmente hanno impatti ambientali più bassi rispetto ai combustibili fossili, sono naturalmente rinnovabili e per questo la loro disponibilità non è limitata. Le Fonti di Energia Rinnovabile (FER) contribuiscono alla richiesta globale di energia primaria in tre settori principali: la produzione di elettricità, il riscaldamento e il raffreddamento, e il trasporto. Definizioni Energia alternativa Il termine energia alternativa si riferisce a fonti di energia che generano meno danni ambientali e meno inquinamento rispetto ai combustibili fossili, e offrono un'alternativa alle risorse non rinnovabili. Energia rinnovabile L'energia rinnovabile (FER) si riferisce a quelle fonti di energia che sono continuamente ricostituite dalla natura. L'energia rinnovabile può essere definita come "l energia ottenuta da flussi continui o ripetitivi che ritornano periodicamente nell'ambiente naturale" (Twidell e Weir, 1986). Energia sostenibile Energia sostenibile è un termine usato per indicare sia l'energia rinnovabile sia l'uso razionale di energia (URE). L'uso razionale di energia è l'uso efficiente ed efficace di energia indipendentemente dalla sua origine. L'energia sostenibile nella sua accezione più ampia può essere definita come l'energia che offre servizi energetici economici, accessibili ed affidabili che soddisfano le necessità economiche, sociali e ambientali nel contesto dello sviluppo della società per cui tali servizi sono intesi, riconoscendo una distribuzione equa nel soddisfare quelle necessità (Davidson, 2002).

2 Energia solare: nozioni generali Dal punto di vista energetico, con l espressione energia solare si intende l energia raggiante sprigionata dal Sole per effetto delle reazioni termonucleari che avvengono nel suo interno, e trasmessa alla Terra sotto forma di radiazione elettromagnetica. L'idea di utilizzare un gran numero di pannelli riflettenti (detti eliostati) o specchi a più facce per concentrare la radiazione solare ha una storia antica che risale almeno al 212 a.c., quando Archimede, nell'antica Siracusa, utilizzò degli scudi di bronzo lucidati per focalizzare i raggi del sole sulle vele delle navi romane, incendiandole. In linea teorica, utilizzando specchi e lenti, si potrebbe raggiungere la temperatura della superficie del Sole. La potenza massima della radiazione solare nelle ore centrali della giornata, alle latitudini dei Paesi europei mediterranei, è di oltre 1 kw/m2; in tali zone l' energia incidente sull'unità di superficie orizzontale (m2) può raggiungere in un giorno, nelle migliori condizioni estive, circa 25 Mega Joule (come termine di riferimento, l'energia chimica contenuta in 1 kg di gasolio è pari a circa 42 MJ). In meno di 40 minuti, gli Stati Uniti ricevono più energia dal Sole di quanta non ne ottengano bruciando combustibili fossili per un anno! L energia solare è la fonte di energia più diffusa, disponibile ovunque e in quantità che sono, almeno in teoria, largamente superiori ai fabbisogni energetici. Ogni anno il sole irradia sulla terra miliardi di TEP (Tonnellate Equivalenti Petrolio) mentre la domanda mondiale di energia è di circa 8 miliardi di TEP. In Italia la domanda annua è di circa 167 milioni di TEP. In un recente studio dell International Energy Agency (IEA -Task VIII) presentato in un simposio internazionale sull'energia solare che si è svolto a maggio 2003 a Osaka,in Giappone, si afferma che basterebbe sfruttare il 4% delle aree desertiche della terra per ottenere dal sole energia elettrica pari al il fabbisogno attuale. La sua utilizzazione, tuttavia, pone problemi tecnici ed economici complessi, legati alla bassa densità energetica della radiazione solare, alla sua discontinuità (dovuta all alternanza tra ore diurne e notturne, ma anche al ciclo delle stagioni), alla sua aleatorietà (determinata dalle mutevoli condizioni meteorologiche) e, infine, al valore modesto dei rendimenti di conversione. L insieme di questi fattori

3 determina un divario notevole tra le capacità potenziali di sfruttamento dell energia solare e le possibilità pratiche di impiego. Solare fotovoltaico La tecnologia fotovoltaica (FV) consente di trasformare direttamente l'energia associata alla radiazione solare in energia elettrica. Essa sfrutta il cosiddetto effetto fotovoltaico che è basato sulle proprietà di alcuni materiali semiconduttori che se opportunamente trattati sono in grado di produrre elettricità senza l'uso di alcun combustibile. L'effetto fotovoltaico consiste nella generazione di una differenza di potenziale elettrico, grazie all'integrazione di un flusso di energia radiante con la materia.

4 La cella fotovoltaica è costituita da due strati di semiconduttore (solitamente composti a base di silicio) in contatto fra loro: uno strato è di tipo n, o strato finestra (generalmente si tratta di silicio drogato con fosforo), caratterizzato da una certa quantità di cariche negative (elettroni) e uno strato è di tipo p, o strato assorbitore (ottenuto drogando il silicio con boro), in cui si ha un eccesso di cariche positive. Alla giunzione, cioè nella zona di contatto tra i due strati, si crea una barriera di potenziale. Ciascun fotone, dotato di energia sufficiente e = h*v, è in grado di liberare all'interno della giunzione una coppia elettrone - lacuna che contribuisce alla conduzione elettrica del semiconduttore. A causa della barriera di potenziale gli elettroni possono passare dallo strato p a quello n, ma non è possibile il passaggio inverso: si crea così un eccesso di elettroni nello strato n. Collegando un conduttore a ciascuno degli strati p e n e chiudendo il circuito ci sarà circolazione di corrente grazie al passaggio degli elettroni che si ricombinano con le lacune. È importante che la radiazione solare penetri in entrambi gli strati n e p ed è per questo motivo che il primo strato è molto sottile rispetto al seco

5 Diversi tipi di celle Si differenziano tre tipi di celle a seconda della struttura del cristallo: monocristalline, policristalline e amorfe. Per la produzione di celle monocristalline si utilizzano semiconduttori dotati di una struttura altamente pura. Dalla massa fusa di silicio si tagliano delle barre monocristalline che vengono in seguito tagliate in sottili placche. Questa metodo di produzione garantisce al prodotto un rendimento molto alto. La produzione di celle policristalline è meno onerosa: In questo caso la massa di silicio viene fusa in blocchi, i quali infine vengono tagliati a dischetti. Durante il processo di solidificazione si formano delle strutture cristalline di differenti dimensioni, che presentano sulla loro superficie alcuni difetti. Di conseguenza, il rendimento di questo tipo di celle è ridotto. Si parla di celle a silicio amorfo o celle a film sottile quando su un substrato di vetro o di altro materiale viene spruzzato un sottile strato di silicio. Lo spessore dello strato di silicio è inferiore a 1 µm (spessore di un capello umano µm): ne risulta un costo del materiale molto basso e di conseguenza un basso costo di produzione. Questo tipo di cellula ha il rendimento minore, ma si adatta anche in caso di irradiamento diffuso. Le cellule amorfe vengono generalmente utilizzate per produrre apparecchi portabili (orologi, calcolatrici tascabili) o come elementi di facciate fotovoltaiche. Per la produzione di celle a film sottile vengono utilizzati, accanto al Silicio, altri materiali. Accanto al silicio di utilizzano materialicome il telloluro di cadmio o il rame indio diselenide, già utilizzati per la produzione in serie di celle solari. Solamente una parte dell'energia solare che colpisce una cella fotovoltaica viene convertita in energia elettrica, l'efficienza di conversione delle celle commerciali al silicio monocristallino è in genere compresa fra il 10% e il 14%, del 17% per il silicio policristallino ed intorno al 10% per il silicio amorfo. Più celle assemblate e collegate tra di loro in una unica struttura formano il modulo fotovoltaico. Il modulo FV tradizionale è costituito dal collegamento in serie di 36 celle, per ottenere una potenza in uscita pari a circa 50 Watt, ma oggi, soprattutto per esigenza architettoniche, i produttori mettono sul mercato moduli costituiti da un numero di celle molto più alto e di conseguenza di più elevata potenza, anche fino a 200 Watt per ogni singolo modulo. A seconda della tensione necessaria all alimentazione delle utenze elettriche, più moduli possono poi essere collegati in serie in una stringa. La potenza elettrica richiesta determina poi il numero di stringhe da collegare in parallelo per realizzare finalmente un generatore fotovoltaico. Il trasferimento dell energia dal sistema fotovoltaico all utenza avviene attraverso ulteriori dispositivi, necessari per trasformare ed adattare la corrente continua prodotta dai moduli alle esigenze dell utenza finale. Il complesso di tali dispositivi prende il nome di BOS (Balance of System). Un componente essenziale del BOS, se le utenze devono essere alimentate in corrente alternata, è l inverter, dispositivo che converte la corrente continua in uscita dal generatore FV in corrente alternata.

6 Il mercato fotovoltaico mondiale ha conosciuto negli ultimi anni un notevole sviluppo, passando dai 45 MWp del 1990 ai 290 MWp del Questo grande risultato è stato possibile grazie al parallelo sviluppo di due tipologie di applicazioni: gli impianti isolati e quelli installati sugli edifici ed integrati alla rete elettrica. Gli incrementi più elevati nella potenza installata sono stati senza dubbio quelli del Giappone, degli Stati Uniti e della Germania, soprattutto grazie ai programmi di incentivazione da parte dello stato che, non solo hanno fornito sussidi per l installazione di impianti FV, ma in alcuni casi (come in Germania) hanno comprato l elettricità in eccesso prodotta da tali impianti e riversata in rete ad un prezzo molto maggiore di quello di vendita dell elettricità tradizionale, come a voler premiare le caratteristiche ecologicamente compatibili di tale energia. In Italia, dopo una fase di grande fermento della prima metà degli anni 90 in cui l ENEL ha installato diverse centrali fotovoltaiche (la più grande delle quali la centrale di Serre nel salernitano di 3,3 MWp), il mercato ha vissuto un forte rallentamento soprattutto per l assenza di adeguati meccanismi di incentivazione. Le cose cominciano a cambiare nel Il Ministro delle Attività Produttive di concerto col Ministro dell'ambiente e della Tutela del Territorio ha emanato il 28/07/2005 il Decreto Ministeriale previsto all'art. 7 comma 1 del D.Lgs 29/12/2003 n 387 "Conto Energia", che definisce i criteri per l'incentivazione dell'energia elettrica prodotta da impianti fotovoltaici. Successivamente l'autorità per l'energia Elettrica e il Gas (AEEG) ha adottato il 14/09/2005 la Delibera n 188/05 nella quale è stato individuato il GRTN quale "soggetto attuatore" che eroga le tariffe incentivanti. Il 6 febbraio 2006 è stato firmato il secondo decreto fotovoltaico che amplia e integra il DM 28/07/2005. L'incentivazione interessa gli impianti fotovoltaici della potenza da 1 kw sino a 1000 kw entrati in esercizio dopo il 30/09/2005 a seguito di nuova costruzione o rifacimento totale o potenziamento di un impianto preesistente. Enel è presente in questo settore, che rappresenta in ogni caso un opzione energetica di grande interesse per il futuro. Per esempio, l impianto fotovoltaico di Serre Persano in provincia di Salerno è uno dei più grandi impianti al mondo in esercizio (3 MW).

7 Solare termico L'energia termica derivante dall'irraggiamento solare può essere "catturata" in molti modi e utilizzata per le varie necessità energetiche: come semplice energia termica utile alla produzione di acqua calda per usi sanitari e per riscaldamento ma anche per ottenere energia frigorifera, energia elettrica o energia meccanica. Le tecnologie migliori permettono anche la cogenerazione di più tipologie di energia ed è possibile accumulare l'energia termica in molti modi e per differenti usi. Collettori a tubi sottovuoto Sono composti da tubi di vetro speciale sottovuoto (le estremità di un tubo vetro interno e di uno esterno vengono fuse tra loro e l'aria è estratta dall'intercapedine) ricoperti da uno strato altamente selettivo che trasforma la luce solare in calore. In questo caso l'assorbitore di calore è di forma circolare ed è alloggiato all'interno della cavità sottovuoto dei tubi stessi; in questo modo il fluido termoconvettore evapora e, cedendo il suo calore all'estremità superiore del tubo, si condensa e ritorna in basso.

8 A differenza dei pannelli a piastra, questa tipologia di collettori sottovuoto non conduce calore, essendo l'aria il migliore isolamento, per cui non si verificano perdite per convezione e conduzione e pertanto il loro rendimento è superiore. Inoltre, vista la loro maggiore resa, richiedono una minore superficie espositiva rispetto alle altre tipologie di pannelli e sono capaci di trattenere il calore accumulato anche in condizioni atmosferiche molto rigide, garantendo prestazioni elevate e costanti durante l'intero arco dell'anno; per questi motivi possono essere utilizzati anche in zone con un'insolazione medio-bassa o con condizioni climatiche particolarmente rigide durante l'inverno, come in alta montagna o nei paesi nordici. Generalmente sono forniti con concentratori a specchio retrostanti i tubi sottovuoto, in modo da sfruttare al massimo la radiazione solare. I collettori sottovuoto hanno efficienze del 15% circa superiore ai migliori collettori piani.

9 Collettori a piastra o collettori piani collettori a piastra, sono composti da una cella/intelaiatura termicamente isolata (in legno incollato a tenuta di acqua o in alluminio), coperta da un vetro protettivo in grado di sopportare pioggia, grandine e temperature rigide, filtra i raggi solari e crea l'effetto serra per intrappolare il calore. All'interno della cella si trova l'assorbitore di calore vero e proprio, che è una lastra metallica scura, detta anche piastra captante, o corpo nero assorbente,sulla quale sono saldati i tubi all'interno dei quali circola un liquido termoconvettore (per esempio composto da acqua e glicole propilenico atossico). Questo liquido, riscaldato dal calore solare, sale alla cima del collettore e va nel serbatoio dove, tramite uno scambiatore, cede il calore all'acqua da riscaldare contenuta all'interno e da dove viene distribuita ai diversi punti di presa. A questo punto il liquido termoconvettore raffreddato scende ed il processo ricomincia da capo. I pannelli a piastra possono essere di due tipi: a superficie non selettiva: cioè l'assorbitore di calore è semplicemente verniciato in nero, un colore che contribuisce a captare e trattenere meglio e più a lungo i raggi solari; questa tipologia di pannelli, è consigliata per le case abitate in brevi periodi o con un'insolazione media annuale di almeno 1200 Megacalorie; a superficie selettiva: cioè l'assorbitore di calore è potenziato da un trattamento effettuato con un prodotto infrarosso che consente al pannello di trattenere maggiormente il calore del sole, riducendo al tempo stesso la riflessione; questa tipologia di pannelli è maggiormente indicata per le case dove si risiede abitualmente o per un utilizzo di almeno 10 mesi all'anno e sono in grado di produrre acqua calda in qualunque mese dell'anno, raggiungendo in estate anche punte di 80-90ƒ. Hanno un costo maggiore rispetto ai pannelli a superficie non selettiva, giustificato dalla maggiore complessità dell'impianto e dai trattamenti tecnologici cui è sottoposto e possono essere utilizzati sia per la produzione di acqua calda sanitaria, che per l'integrazione al sistema di riscaldamento.

10 Collettori monoblocco o ad accumulo I collettori a piastra, sono composti da una cella/intelaiatura termicamente isolata (in legno incollato a tenuta di acqua o in alluminio), coperta da un vetro protettivo in grado di sopportare pioggia, grandine e temperature rigide, filtra i raggi solari e crea l'effetto serra per intrappolare il calore. All'interno della cella si trova l'assorbitore di calore vero e proprio, che è una lastra metallica scura, detta anche piastra captante, o corpo nero assorbente,sulla quale sono saldati i tubi all'interno dei quali circola un liquido termoconvettore (per esempio composto da acqua e glicole propilenico atossico). Questo liquido, riscaldato dal calore solare, sale alla cima del collettore e va nel serbatoio dove, tramite uno scambiatore, cede il calore all'acqua da riscaldare contenuta all'interno e da dove viene distribuita ai diversi punti di presa. A questo punto il liquido termoconvettore raffreddato scende ed il processo ricomincia da capo. I pannelli a piastra possono essere di due tipi: a superficie non selettiva: cioè l'assorbitore di calore è semplicemente verniciato in nero, un colore che contribuisce a captare e trattenere meglio e più a lungo i raggi solari; questa tipologia di pannelli, è consigliata per le case abitate in brevi periodi o con un'insolazione media annuale di almeno 1200 Megacalorie; a superficie selettiva: cioè l'assorbitore di calore è potenziato da un trattamento effettuato con un prodotto infrarosso che consente al pannello di trattenere maggiormente il calore del sole, riducendo al tempo stesso la riflessione; questa tipologia di pannelli è maggiormente indicata per le case dove si risiede abitualmente o per un utilizzo di almeno 10 mesi all'anno e sono in grado di produrre acqua calda in qualunque mese dell'anno, raggiungendo in estate anche punte di 80-90ƒ. Hanno un costo maggiore rispetto ai pannelli a superficie non selettiva, giustificato dalla maggiore complessità dell'impianto e dai trattamenti tecnologici cui è sottoposto e possono essere utilizzati sia per la produzione di acqua calda sanitaria, che per l'integrazione al sistema di riscaldamento.

11 Quardo del settore

12 BIOMASSE Nozioni generali e classificazione Biomassa è sostanza organica derivante direttamente o indirettamente (attraverso le catene alimentari) dalla fotosintesi clorofilliana. Mediante la fotosintesi, le piante assorbono dall ambiente anidride carbonica che viene trasformata, con l apporto di energia solare, acqua e sostanze nutrienti, presenti nel terreno, in materiale organico (glucosio): Ogni mole di glucosio possiede un contenuto energetico di 2872 kj. Questa energia viene immagazzinata nelle radici, nei tronchi, nei rami e nelle foglie. La reazione stechiometrica per la produzione della legnocellulosa attraverso la fotosintesi ha la forma seguente: Ogni anno si stima vengano fissate complessivamente 2x1011 tonnellate di CO2, con un contenuto energetico equivalente a 70 miliardi di tonnellate di petrolio, circa 10 volte l attuale fabbisogno energetico mondiale. La Biomassa è la più antica e più diffusa delle fonti energetiche, sostituita gradualmente, negli ultimi 150 anni, dai combustibili fossili. Anche i combustibili fossili hanno origine organica, ma non sono ritenuti rinnovabili. Inoltre bruciare combustibili fossili significa bruciare Vecchia biomassa per produrre Nuova anidride carbonica ; bruciare Nuova biomassa in modo ciclico, non contribuisce alla produzione di Nuova anidride carbonica, in quanto le quantità emesse sono bilanciate dalle quantità assorbite. La Biomassa utilizzabile ai fini energetici consiste in tutti quei materiali organici che possono essere utilizzati direttamente come combustibili o trasformati in altre sostanze (solide, liquide o gassose) di più facile e conveniente utilizzazione negli impianti di conversione. Le principali tipologie di biomassa utilizzabili per la produzione di energia sono: legna derivante dalle operazioni di cura e manutenzione dei boschi residui dell attività agricola ( paglia, potature) residui delle attività agroindustriali (sansa, gusci, noccioli, lolla, pula) scarti della lavorazione primaria del legno

13 reflui industriali, reflui civili, deiezioni animali, frazione organica dei rifiuti solidi organici. colture energetiche dedicate (ligneocellulosiche, oleaginose, amidaceee zuccherine) coltivate per essere destinate alla produzione di energia e/o combustibili. Energia da biomassa Biocarburanti I biocarburanti sono prodotti derivati dalla biomassa che, oltre a prestarsi per produrre calore e/o energia elettrica, possono essere usati per autotrazione, sia miscelati con i carburanti da combustibili fossili e sia, in alcuni casi, utilizzati puri. Si suddividono in: bio-etanolo bio-metanolo bio-diesel olio vegetale biogas bio-idrogeno

14 Bioetanolo Il bioetanolo è etanolo prodotto mediante un processo di fermentazione delle biomasse, ovvero di prodotti agricoli ricchi di zucchero (glucidi) quali i cereali, le colture zuccherine, gli amidacei e le vinacce. La fermentazione alcoolica è un processo di tipo micro-aerofilo che opera la trasformazione dei glucidi contenuti nelle produzioni vegetali in bioetanolo (alcool etilico). Senza entrare nei dettagli vengono di seguito elencate le reazioni chimiche rappresentanti la trasformazione della biomassa in etanolo: Risulta un prodotto utilizzabile anche nei motori a combustione interna normalmente di tipo dual fuel, come riconosciuto fin dall inizio della storia automobilistica. Se, però, l iniziale ampia disponibilità ed il basso costo degli idrocarburi avevano impedito di affermare in modo molto rapido l uso di essi come combustibili, dopo lo shock petrolifero del 1973 sono stati studiati numerosi altri prodotti per sostituire il carburante delle automobili (benzina e gasolio); oggi, tra questi prodotti alternativi, quello che mostra il miglior compromesso tra prezzo, disponibilità e prestazioni è proprio il bioetanolo, in alcuni paesi del sudamerica viene utilizzato puro in normali motori a combustione interna opportunamente tarati. Nell' immediato potrebbe essere utilizzato additivato alla benzina fino al completo sfruttamento delle risorse agricole disponibili senza dover lasciare improduttive le vaste aree per le quale oggi si incentiva il non sfruttamento in base alle vigenti norme sulle eccedenze agroalimentari.

15 I residui di lavorazione e produzione sono sostanze azotate e minerali quindi fertilizzanti che riimmessi nei terreni di coltura completano e chiudono il ciclo energetico, in pratica si sfrutta il potere dei vegetali di produrre energia per azione della fotosintesi clorofilliana. Le materie prime per la produzione di etanolo possono essere racchiuse nelle seguenti classi: Residui di coltivazioni agricole; Residui di coltivazioni forestali; Eccedenze agricole temporanee ed occasionali; Residui di lavorazione delle industrie agrarie e agro - alimentari; Coltivazioni ad- hoc; Rifiuti urbani. Per quanto riguarda le coltivazioni ad hoc, quelle più sperimentate e diffuse sono la canna da zucchero (si veda l'esperienza Brasiliana), il grano, il mais. Ci sono poi altre colture, quali la bietola, il sorgo zuccherino, il topinambur ed altre, che rimangono ancora in fase sperimentale. Secondo la loro natura, le materie prime possono essere classificate in tre tipologie distinte: Materiali zuccherini: sostanze ricche di saccarosio come la canna da zucchero, la bietola, il sorgo zuccherino, taluni frutti, ecc. Materiali amidacei: sostanze ricche di amido come il grano, il mais, l'orzo, il sorgo da granella, la patata, Materiali lignocellulosici: sostanze ricche di cellulosa come la paglia, lo stocco del mais, gli scarti legnosi, ecc. Un progetto innovativo ad opera di una società canadese ( è stato applicato ad un impianto in fase di costruzione in Nuova Scozia, questo impianto viene definito "bioraffineria" ed è basato su una tecnologia avanzata del frazionamento a vapore (steam fractionation), frazionamento sequenziale della biomassa con autoidrolisi, la produzione del bioetanolo si ottiene da materiale lignocellulosico quindi meno pregiato di quello che attualmente viene utilizzato per ottenere bioetanolo, questo comporta un minor costo del prodotto finito potendo utilizzare sia colture ad hoc ma a basso costo e sia biomassa derivante dagli scarti agro-industriali, forestali, ecc. Secondo i responsabili del progetto è necessario un minor apporto di energia per la produzione, gli attuali processi di distillazione richiedono, secondo i più recenti studi, 66 unità di energia per ottenerne 100 con un incremento di energia ottenuta del 34%. I sottoprodotti di produzione sono fertilizzanti, materiali polimerici biodegradabili e altri prodotti utili nell'industria chimica. Particolare attenzione progettuale è stata posta per evitare l'emissione di inquinanti alla fine del ciclo produttivo, i responsabili dichiarano che l'acqua di scarico è potabile.

16 Negli USA sono stati effettuati alcuni interessanti studi sulle potenzialità del bioetanolo tra i quali: Minor costo della benzina se additivata con bioetanolo, tenendo presente che in quel paese la benzina ha un costo nettamente inferiore al nostro. Maggior profitto per i coltivatori delle colture adatte ad ottenere bioetanolo, riduzione del deficit commerciale, nuovi posti di lavoro L'ultimo studio sul bilancio energetico nella produzione del bioetanolo segnala un attivo del 34%, tenendo presente che si basa sull'odierna tecnologia e non prende in considerazione le innovazioni che sicuramente ci saranno nei prossimi anni. Un rapporto governativo indica che le sovvenzioni date all'industria petrolifera sono maggiori di quelle concesse all'industria del bioetanolo, altri rapporti indicano molte sovvenzioni nascoste concesse all'industria petrolifera. Vari studi sul minor inquinamento dell'aria quando i carburanti fossero additivati con bioetanolo e la non contaminazione dei terreni e delle falde freatiche nel caso di sversamento incidentale del bioetanolo nell'ambiente.

17 Biogas Con il termine Biogas si intende una miscela di vari tipi di gas (per la maggior parte metano) prodotto dalla naturale fermentazione batterica in anaerobiosi (assenza di ossigeno) dei residui organici provenienti da rifiuti, vegetali in decomposizione, carcasse in putrescenza. L'intero processo vede la decomposizione del materiale organico da parte di alcuni tipi di batteri, producendo anidride carbonica, idrogeno molecolare e metano (metanizzazione dei composti organici). Negli ultimi anni sono state sviluppate interessanti tecnologie che, tramite l'utilizzo di batteri in appositi "fermentatori", sono in grado di ottenere grandi quantità di biogas dai rifiuti organici urbani e dal letame prodotto dagli allevamenti. Il gas metano prodotto in questo processo può essere quindi utilizzato per la combustione in caldaie da riscaldamento o nei motori a scoppio. Quest'ultima applicazione ha trovato buon successo in Paesi del centro Europa quali Svizzera, Germania, Svezia ecc., e in via sperimentale anche in Italia (Amaroma), costituendo una delle più concrete promesse nel campo della mobilità eco-sostenibile. La CO2 prodotta dalla combustione del metano così ricavato, infatti, permette quasi di pareggiare il bilancio dell'anidride carbonica emessa in atmosfera: la CO2 emessa dal biogas è la stessa CO2 fissata dalle piante (o assunta dagli animali in maniera indiretta tramite le piante), al contrario di quanto avviene per la CO2 emessa ex-novo dalla combustione dei carburanti fossili. Ulteriore vantaggio ecologico nell'utilizzo del biogas, è quello di impedire la diffusione nella troposfera del metano emesso naturalmente durante la decomposizione di carcasse e vegetali: il metano è infatti uno dei gasserra più potenti ed è quindi auspicabile la sua degradazione in CO2 e acqua per combustione. L'emissione di 1 kg di CH4, in un orizzonte temporale di 100 anni, equivale ad emettere 21 kg di CO2.

18 L uso del biogas prodotto localmente è un esempio di un processo energetico a catena chiusa. La città di Stoccolma sviluppò inizialmente impianti per la produzione di biogas per ridurre la generazione di gas responsabili dell effetto serra, provenienti dalle discariche e dagli impianti fognari. Adesso, il biogas viene purificato ed utilizzato come carburante sostituendo circa litri di benzina all anno. Dal 1997 la quantità di biogas annualmente venduta a Stoccolma è più che triplicata, portandosi a più di Nm3 L utilizzo di questa quantità di biogas fa risparmiare ogni anno 850 GJ di energia da combustibili fossili. A partire dal 2001, a Stoccolma saranno prodotti circa 4,5 milioni Nm3 di biogas sufficienti per alimentare auto. GEOTERMICA Nozioni generali L'energia geotermica è costituita dal calore contenuto all'interno della Terra, che nelle zone più profonde può raggiungere i C. Esso trae origine dal residuo calore primitivo del pianeta e dalle reazioni nucleari legate al decadimento radioattivo di alcuni materiali terrestri (uranio, torio, potassio, ecc.). Per gli usi industriali ed energetici con energia geotermica si fa riferimento oggi al calore endogeno disponibile fino a profondità di 4-6 km, benché le attuali tecnologie di perforazione consentano di raggiungere profondità anche di 10 km. L'energia geotermica può essere considerata inesauribile; si propaga per conduzione nelle rocce compatte e per convezione in quelle permeabili e fratturate, affluendo in superficie con un gradiente

19 di temperatura medio di circa +3 C ogni 100 metri. La Terra è quindi un immenso serbatoio di calore: si calcola che l'energia termica contenuta entro i primi 5 km sia equivalente a circa volte gli attuali fabbisogni mondiali. Si tratta però di energia fortemente dispersa e solo raramente recuperabile in condizioni economicamente vantaggiose. Per contro ha la caratteristica di essere relativamente costante nel tempo, priva di fluttuazioni meteorologiche (diurne o stagionali) e, cosa che più interessa dal punto di vista economico, può concentrarsi in zone caratterizzate da anomalie termiche (vulcanesimo secondario), ove può raggiungere livelli di temperatura industrialmente sfruttabili. In tali zone l acqua di falda viene riscaldata dal calore geotermico e resa disponibile (in modo naturale oppure grazie a perforazioni artificiali) sotto forma di fluido più o meno caldo (più raramente anche vapore surriscaldato) utilizzabile per scopi termici (riscaldamento) o per la produzione di energia elettrica, a seconda della temperatura e delle caratteristiche del fluido stesso. Tecnologie di utilizzo Sonde geotermiche E un sistema d utilizzo della risorsa geotermica di scarsa profondità e bassa temperatura (lo sfruttamento della risorsa è conveniente già da 12 C). Si basa sull evidenza che, già oltre i 20 metri di profondità, la temperatura del sottosuolo è costante e non dipende più dalle escursioni termiche nè giornaliere nè stagionali. Le sonde geotermiche verticali (SGV) sono degli scambiatori di calore installati in perforazioni, in prossimità dell edificio da riscaldare, che vanno dai 50 fino ai 400 metri di profondità. Un fluido è pompato all interno di un circuito chiuso all interno di uno o due tubi di polietilene a forma di U; lo spazio vuoto è riempito con una miscela di bentonite e cemento che assicura un buon contatto termico tra i tubi e la parete della perforazione. Le perforazioni, realizzate in prossimità dell edificio da scaldare, hanno un diametro di cm ed al termine dei lavori, non rimane nulla di visibile in superficie. Le SGV possono essere installate in quasi tutti i tipi di formazioni rocciose: il numero e la profondità delle perforazioni sono determinati in base al volume dei locali da scaldare ed al tipo di terreno. Il fluido circolante nelle condotte recupera il calore dal terreno e fornisce l energia geotermica (70% dell energia totale - con una temperatura stimata di 12

20 nel sottosuolo) ad una pompa di calore (PAC), dimensionata secondo la potenza di riscaldamento necessaria che permette di innalzare la temperatura a circa 35. Le SGV sono usate per fornire riscaldamento a ville familiari, immobili o piccoli quartieri residenziali. Il riscaldamento è fornito alle abitazioni attraverso pavimenti riscaldanti o radiatori a bassa temperatura; l istallazione permette di avere acqua calda sanitaria ad una temperatura di 60. Pali energetici Sono delle geostrutture (principalmente pali) in calcestruzzo o calcestruzzo armato dalla duplice funzione: fungere da fondamenta ed, equipaggiate con scambiatori di calore, fornire calore all edificicio che sostengono. All interno dei pali sono installati dei tubi in polietilene ad U (due o più a seconda del diametro del palo da 0.4 a 1.5 m). Un fluido portatore di calore circola nel circuito chiuso tra i pali e la pompa di calore. I Pali energetici funzionano secondo un ciclo annuale, con un estrazione di calore dal terreno durante la stagione di riscaldamento ed un estrazione di freddo durante il periodo di climatizzazione. Questa tecnologia, che prevede la propria integrazione nel progetto di costruzione dell edificio sin dall inizio, ha avuto un incremento in Austria, Svizzera e Germania con oltre 350 strutture energetiche la cui potenza installata varia da qualche decina di kw per piccoli immobili, fino a 800 kw per grandi edifici industriali.