L ENERGIA dai Fondamenti della Termodinamica allo Sviluppo Sostenibile. Riccardo Basosi

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1 L ENERGIA dai Fondamenti della Termodinamica allo Sviluppo Sostenibile Riccardo Basosi Dipartimento di Biotecnologie, Chimica e Farmacia e Centro Studi Sistemi Complessi Università di Siena Corso di Formazione sulla Sostenibilità Uni.D.E.A

2 EFFETTI DELL USO DELL ENERGIA SULL AMBIENTE (SO2) La Schwarzwald: una produzione di energia dovuta ad una centrale a Carbone in circa 10 anni ha portato attraverso lo scarico di entropia sottoforma di piogge acide, ad una riduzione drammatica della complessità ambientale

3 THE ENERGY-ENVIRONMENTAL ISSUE Trend of CO 2 concentration increase and effect on global temperature Source: CasaKyoto Meeting

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7 EFFETTI DEL CATTIVO USO DELL ENERGIA SULLA SALUTE UMANA

8 Volume a cura della New York Academy of Science, dicembre 2009, pagg. 327

9 Non esiste una energia pulita (l unica energia pulita è quella che non si usa, cioè risparmiata) Quasi tutta l energia sulla terra è derivata o deriva dal sole

10 INTERAZIONI TRA ECOSISTEMA E SISTEMA SOCIO-ECONOMICO La crisi dei tre sistemi ambiente, sistema economico e sociale non è risolvibile intervenendo su di loro separatamente.

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17 SCALA DI QUALITA DELL ENERGIA

18 First law: the energy of the universe is always constant. Second law: the entropy of the universe is always increasing

19 LA TERMODINAMICA HA IN SE LO SCORRERE UNIDIREZIONALE DEL TEMPO

20 L ORDINE NON SI CREA SPONTANEAMENTE Prima. Dopo..IL DISORDINE SI

21 L ordine è una misura del livello al quale le proprietà complessive di un sistema fisico determinano la selezione di una particolare disposizione interna delle parti costituenti. L UNIVERSO DIVENTA COSTANTEMENTE E IRREVERSIBILMENTE MENO ORDINATO DI QUELLO CHE ERA

22 ORDINE E PROBABILITA

23 La probabilità è una dichiarazione circa la verosimiglianza del manifestarsi di un certo particolare evento tra tutti i possibili eventi che possono manifestarsi in un dato sistema. OGNI SISTEMA LASCIATO A SE STESSO TENDERA, IN MEDIA, A RAGGIUNGERE LO STATO CON PROBABILITA MASSIMA.

24 L informazione consiste nell esclusione di alcune tra le possibili disposizioni alternative di un sistema. OGNI PROCESSO SPONTANEO E IRREVERSIBILE CHE SI REALIZZA IN UN SISTEMA ISOLATO DA COME RISULTATO UNA DIMINUZIONE DI INFORMAZIONE.

25 Order and information Arrows and arms suffer troubles to take the end against sea: to mind the outrageous slings by opposing the fortune is nobler or not. That is a question of whether to be of and/or to be in them To be, or not to be--that is the question: whether is nobler in the mind to suffer the slings and arrows of outrageous fortune or to take arms against a sea of troubles and by opposing end them. William Shakespeare, Hamlet Act III, Scene I

26 ORDINE E INFORMAZIONE ACCUMULATI IN MILIONI DI ANNI NEGLI IDROCARBURI Etano Pentano Iso-ottano

27 LE RISERVE ENERGETICHE DI NATURA FOSSILE O FISSILE RISERVE ACCERTATE (MILIARDI TEP) CONSUMO ATTUALE (MILIARDI TEP) PETROLIO DURATA RISERVE (ANNI)* 42 GAS NATURALE CARBONE URANIO

28 Petrolio: dimensioni dei Paesi basata sulle riserve Il Medio oriente detiene più del 60% delle riserve

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30 BILANCIO ENERGETICO ITALIANO 2010 (AL NETTO DEI BUNKERAGGI) Combustibili, 35 % Trasporti, 31% Energia Elettrica (usi obbligati, 17%) Agricoltura, 2% Calore ad alta T, 21% Industria, 26% Calore a media T, 6% Commercio, 6% Calore a bassa T, 26% Residenziale, 35%

31 Distribuzione Domanda/Offerta dell Energia in funzione della qualità degli Usi Finali L elettricità è associata convenzionalmente a T > 1000 C

32 LE PERDITE ENERGETICHE DEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO Petrolio Carbone Gas P P Centrali termoelettriche Energia elettrica prodotta (40% T) Usi finali Energia utilizzata (50%, 20%T) Domanda di energia primaria (100% T) Energia persa in centrale (60% T) Energia elettrica persa negli usi (50%, 20%T))

33 LA RIDUZIONE DEGLI SPRECHI ATTRAVERSO LA COGENERAZIONE CLASSICA COGENERAZIONE

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36 LA PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA: CALDAIE ELETTRICHE, A GAS E SOLARI Rendimento Impianti convenzionali I ordine II ordine Produzione acqua calda, scaldabagno elettrico 90 5 Scaldabagno a gas Riscaldamento ambienti Caldaia a combustibile liquido 60 5 Radiatori elettrici 90 2 Produzione energia meccanica Impianti solari Che forniscono fluido a temperatura poco diversa da quella di utilizzo Produzione di acqua calda Riscaldamento ambienti Produzione energia meccanica 70-80

37 LA DIFFUSIONE DEGLI SCALDABAGNO Elettrico Gas Gas Centralizzato Solare Termico

38 PERCEZIONE Elettrodo mes tici 39% Non sa 3% Automo bile 14% Acqua calda 18% REALTA' Riscaldamen to 26% Elettrodo mes tici 8% Automo bile 31% Riscaldamen to 53% Acqua calda 8%

39 The Flux of Renewable Energy 1,3 x Tep The total annual comsumption of Energy (12000 MTep) is equal to: 1/14000 of total annual flux of solar energy 1/40 of total annual wind potentiality 1/9 of total annual biomass potentiality

40 Source: Hessen-Nanotech (2008) R. Basosi " L energia dai fondamenti della termodinamica allo sviluppo sostenibile 2012

41 GLI SVANTAGGI INTRINSECI DELLE FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI: LA DISPONIBILITÀ È DISCONTINUA. HANNO UNA BASSA DENSITÀ DI POTENZA PER UNITÀ DI SUPERFICIE IMPEGNATA. IN ALCUNI CASI ALTO COSTO DELLE TECNOLOGIE E DEI COSTI DI PRODUZIONE.

42 Piano d azione UE per l EUROPA Obiettivi al 2020 Ridurre le emissioni di gas serra del 20% Migliorare l efficienza energetica del 20% Incrementare la produzione di energia rinnovabile del 20%

43 Where are we today in our 2020 goals? Reduce greenhouse gas levels by 20% Current trend to % Increase share of renewables to 20% Reduce energy consumption by 20% 100% Current trend to % Current trend to % R. Basosi " L energia dai fondamenti della termodinamica allo sviluppo sostenibile 2012

44 Quota attuale di energia verde e obbiettivo al 2020 nei paesi UE

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46 Rinnovabili: 254 miliardi $ nel 2017

47 GW Potenza nucleare, eolica e fotovoltaico installata annualmente nel mondo 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 Eolico Solare Nucleare 0,

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51 Sviluppo della Ricerca sulla massima efficienza di celle FV

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53 MW Installazioni fotovoltaiche in Italia oggi 4550 MW per MWh/a con risparmio di t/a CO 2 evitata Kyoto Club

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55 Potenza fotovoltaica cumulativa mondiale in presenza di politiche attive a oggi 67,4 GWp

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58 Energia Eolica In Italia, la produzione di Energia Eolica è passata da pochi ktep nel 1995, a una potenza di 306 MW nel 2002 e 2123 MW nel 2006, ad oltre 5000 MW ad oggi.

59 Crescita eolica in Italia

60 La diffusione degli impianti eolici (MW) in Europa, 2010 Svezia 572 Norvegia 314 Finlandi a 86 Portogall o 1716 Irlanda 745 Spagna UK 1963 Francia 1567 Olanda 1560 Danimarc a 3136 Germania Belgio 193 Lussemburgo 35 Svizzera 11.6 Italia 5180 Rep.Ceca 50 Polonia Slovacchia 5 Austria Ungheri 965 a Croazia Estonia 32 Lituania 55.5 Romania 3 Bulgaria 32 Grecia 746 Ucraina 85.5

61 EU reaches 100 GW wind power milestone Cumulative wind power installations in the EU (GW) R. Basosi " L energia dai fondamenti della termodinamica allo sviluppo sostenibile 2012

62 Crescita cumulativa dell eolico nel Mondo

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66 Trends in Energy Consumption Transport sector a growing trend (more than any other sector) Final energy consumption in EU-27, 2009 share by sector (%). Source: EUROSTAT R. Basosi " L energia dai fondamenti della termodinamica allo sviluppo sostenibile 2012

67 Energy Growth: Evolution of the World Primary Energy Demand (source: World Energy Outlook, IEA)

68 Gli shock petroliferi: un incentivo a favore di misure d efficienza energetica, ma c è bisogno di interventi strutturali

69 Disaccoppiamento tra PIL e domanda di energia

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71 EVOLUZIONE DEI CONSUMI SPECIFICI DEI VEICOLI

72 EVOLUZIONE DEI CONSUMI SPECIFICI ELETTRODOMESTICI

73 I FRIGORIFERI ITALIANI dalla CLASSE F alla A+ dal 2001 al 2009

74 EVOLUZIONE DEI CONSUMI SPECIFICI PER RISCALDAMENTO DOMESTICO

75 Dalla classe G alla classe A in 10 mosse

76 Le 10 mosse sono: Dalla classe G alla classe A in 10 mosse 1. Diagnosi dell edificio e monitoraggio strumentale 2. Isolamento termico delle pareti e della copertura 3. Isolamento del pavimento e degli impianti termoidraulici 4. Isolamento delle finestre 5. Isolamento dei vetri 6. La ventilazione meccanica controllata 7. Solare termico 8. Pompa di calore e geotermia 9. Fotovoltaico 10.Domotica Risultato: Una casa certificata, calda e silenziosa.

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79 LE GRANDI DISUGUAGLIANZE CONSUMI PRO CAPITE Toe USA 9.15 OCSE 3.94 ITALIA 2.8 PCEC-CIS 2.7 RESTO DEL MONDO 0.68 MONDO 1.33

80 Consumi elettrici famiglia medio/alta italiana circa 3800 KWh/a Tabella 1 Fam.2.5 persone uso kwh/a asciugacapelli 1 h/settimana 26 scaldacqua el. a 40 C 90 l/giorno 1071 illuminazione 5 h/giorno 475 1*60+2*100W ferro da stiro 4 h/settimana 250 congelatore 24 h/giorno 438 frigorifero 24 h/giorno 438 lavastoviglie 0.5 lavaggi/giorno 341 lavatrice 3 lavaggi/settimana 347 forno elettrico 2 cotture/settimana 158 televisore 5 h/giorno 329 Totale Famiglia media (senza scalda acqua elettrico e congelatore) circa 2300 KWh/a