RISORSE ENERGETICHE AREA 9 FONTI DI ENERGIA DA DOVE PROVIENE L ENERGIA? 10/12/2013 COME SFRUTTIAMO L ENERGIA DEL SOLE?

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1 RISORSE ENERGETICHE ENERGIA 2 AREA 9 FONTI DI ENERGIA E INDISPENSABILE ALLA VITA SULLA TERRA ELEMENTO INDISPENSABILE PER SVILUPPO SOCIALE ED ECONOMICO FINO AD ORA: CONTINUO INCREMENTO DI PRODUZIONE E CONSUMO DI ENERGIA MODELLO INEFFICIENTE PER DUE RAGIONI: 1. LIMITATEZZA DELLE RISORSE ENERGETICHE 2. INQUINAMENTO AMBIENTALE LEGATO A PRODUZIONE E CONSUMO DELL ENERGIA DA DOVE PROVIENE L ENERGIA? COME SFRUTTIAMO L ENERGIA DEL SOLE? 3 4 QUASI TUTTA L ENERGIA DISPONIBILE SULLA TERRA PROVIENE DAL SOLE ENERGIA DEL SOLE SULLA TERRA: POTENZA MASSIMA = 1 KILOWATT AL M 2 NON PROVENGONO DAL SOLE: ENERGIA NUCLEARE ENERGIA GEOTERMICA I VEGETALI SFRUTTANO L ENERGIA SOLARE TRAMITE LA FOTOSINTESI PER PRODURRE MATERIA ORGANICA DALLA MATERIA ORGANICA DERIVANO I COMBUSTIBILI FOSSILI L ENERGIA IMMAGAZZINATA DAI VEGETALI SI MANIFESTA CON LO SVILUPPO DELLA PIANTA LEGNO ALIMENTI (ENERGIA CHIMICA) CICLO DELL ACQUA: ENERGIA IDROELETTRICA DIRETTAMENTE: PANNELLI SOLARI, CELLE FOTOVOLTAICHE ENERGIA DEL VENTO RISORSE RINNOVABILI E RISORSE ESAURIBILI RISORSE RINNOVABILI E RISORSE ESAURIBILI RISORSE ENERGETICHE ESAURIBILI SONO LIMITATE NEL TEMPO POSSONO ESSERE SFRUTTATE FACILMENTE 5 RISORSE ESAURIBILI CARBONE PETROLIO METANO URANIO 6 I COMBUSTIBILI FOSSILI (CARBONE, PETROLIO, METANO) COPRONO IL 90% DEL FABBISOGNO MONDIALE RISORSE ENERGETICHE RINNOVABILI SONO ILLIMITATE NEL TEMPO POSSONO ESSERE SFRUTTATE CON COSTI MAGGIORI HANNO FLUSSO INCOSTANTE HANNO RENDIMENTI INFERIORI RISORSE RINNOVABILI SOLE ACQUA (ONDE, MAREE) FORZA IDRAULICA CALORE TERRESTRE VENTO LEGNA MATERIALE ORGANICO RIFIUTI URBANI ENERGIA ANIMALE IDROGENO 1

2 RISERVE E RISORSE 7 ENERGIA E AMBIENTE 8 RISERVE MATERIALI DI CUI CONOSCIAMO LA COLLOCAZIONE E POSSONO ESSERE ESTRATTI CON COSTI CONVENIENTI CON LE ATTUALI CONOSCENZE TECNICHE RISORSE MATERIALI DI CUI NON CONOSCIAMO LA COLLOCAZIONE O NON POSSONO ESSERE SFRUTTATI CON LE ATTUALI CONOSCENZE TECNICHE DISTRIBUZIONE DELLE RISERVE (vedi figura p.256): CARBONE PETROLIO METANO TRASFORMAZIONI ENERGETICHE: GENERANO PROBLEMI LEGATI ALL AMBIENTE CENTRALI ELETTRICHE: PROVOCANO INQUINAMENTO TERMOELETTRICHE (LE PIÙ INQUINANTI) NUCLEARI (MOLTO PERICOLOSE -> CHERNOBYL, FUKUSHIMA) IDROELETTRICHE (MODIFICANO L AMBIENTE) CHE COSA FARE? RISPRMIO ENERGETICO DISPONIBILITA A PAGARE DI PIU L ENERGIA SE PRODOTTA IN MODO PIU PULITO COMBUSTIBILI 9 POTERE CALORIFICO 10 COMBUSTIBILI: MATERIALI CHE BRUCIANO IN PRESENZA DI OSSIGENO (COMBURENTE) BRUCIANDO PRODUCONO CALORE (ENERGIA TERMICA) E LUCE VALORE ECONOMICO DI UN COMBUSTIBILE DIPENDE DALLA QUANTITA DI CALORE CHE SVILUPPA DURANTE LA COMBUSTIONE (CHIAMATA POTERE CALORIFICO) POTERE CALORIFICO 1 JOULE = 4,19 CALORIE ESPRESSO IN KILOCALORIE PER KG O PER M 3 (kcal/kg o kcal/m 3 ) O ESPTRESSO IN KILOJOULE PER KG O PER M 3 (NEL SISTEMA INTERNAZIONALE) CLASSIFICAZIONE DEI COMBUSTIBILI (vedi figura p.257 in basso) SOLIDI LIQUIDI GASSOSI NATURALI E ARTIFICIALI / SINTETICI / DERIVATI DA PROCEDIMENTI VARI PETROLIO GREGGIO METANO CARBONI ANTRACITE LITANTRACE LIGNITE TORBA kcal/kg kcal/kg kcal/kg kcal/kg kcal/kg kcal/kg COMBUSTIBILI FOSSILI CARBONI PETROLI GAS NATURALE LEGNA kcal/kg LEGNA DA ARDERE 11 CARBONI FOSSILI 12 RISORSA RINNOVABILE SE VIENE LASCIATO IL TEMPO ALLE FORESTE DI RIGENERARSI Come si sono formati? DERIVANO DA UNA LENTA DECOMPOSIZIONE DEL LEGNO DI ANTICHISSIME FORESTE SOMMERSE DALLE ACQUE E SEPOLTE SOTTO LA CROSTA TERRESTRE PRINCIPALE COMBUSTIBILE DOMESTICO PER 1/3 DELLA POPOLAZIONE MONDIALE Spiegazione del processo di formazione? IL LEGNO E COMPOSTO DA CELLULOSA (COMPOSTA DA CARBONIO, IDROGENO E OSSIGENO) POTERE CALORIFICO: 3000 KILOCALORIE/KG CELLULOSA -> DECOMPOSIZIONE EFFETTUATA DA BATTERI -> PERDITA DI OSSIGENO E IDROGENO -> TRASFORMAZIONE DELLA CELLULOSA IN CARBONE 2

3 CARBONI FOSSILI Dove si trova il carbone fossile? IN MINIERE A CIELO APERTO IN MINIERE SOTTERRANEE Dove si trovano le miniere di carbone fossile? L ITALIA IMPORTA IL 90% DEL CARBONE DALL ESTERO 13 CLASSIFICAZIONE DEI CARBONI FOSSILI TORBA: 3000 kcal/kg NON CONSIDERATA CARBONE FOSSILE, FOSSILIZZAZIONE NON COMPLETA LIGNITE (BROWN COAL): 5000 kcal/kg CARBONE FOSSILE GIOVANE LITANTRACE (HARD COAL): 7500 kcal/kg CARBONE FOSSILE ANTICO E PIU IMPORTANTE ANTRACITE: CARBONE FOSSILE PIU ANTICO 8500 kcal/kg CARBONE COKE: CARBONE ARTIFICIALE (NON FOSSILE) 14 IMPIEGHI DEL CARBONE 15 PETROLIO 16 (IMPIEGO PRINCIPALE) ALIMENTAZIONE DI CENTRALI TERMOELETTRICHE (LE PIU INQUINANTI) Che cosa è? E UNA MISCELA DI IDROCARBURI - LIQUIDI - SOLIDI - GASSOSI (vedi figure p. 260 in basso) INDUSTRIA CHIMICA PRODUZIONE DI IDROGENO, AMMONIACA, METANOLO, CARBURANTI, SOLVENTI, COLORANTI, ESPLOSIVI, MATERIE PLASTICHE, PRODOTTI MEDICINALI, ANTIPARASSITARI, ECC. Quali sono i suoi impieghi? E LA PRINCIPALE RISORSA ENERGETICA MONDIALE E LA MATERIA PRIMA DI BASE DELL INDUSTRIA PETROLCHIMICA IDROCARBURI Che cosa sono gli idrocarburi? SONO COMPOSTI CHIMICI FORMATI DA IDROGENO E CARBONIO POSSONO ESSERE PRESENTI ANCHE OSSIGENO, AZOTO E ZOLFO Quanti sono gli idrocarburi? SONO NUMEROSISSIMI: MOLTE MIGLIAIA Che struttura hanno gli idrocarburi? (vedi figura p.260) GLI ATOMI DI IDROGENO E CARBONIO SI UNISCONO E FORMANO MOLECOLE DIVERSE 17 PETROLIO Come si è formato il petrolio? E IL PRODOTTO DELLA TRASFORMAZIONE DI ORGANISMI VEGETALI ED ANIMALI Spiegazione del processo di formazione del petrolio (vedi figure p.261) I MARI SONO POPOLATI DA ESSERI VIVENTI VEGETALI ED ANIMALI (SOPRATTUTTO PLANCTON) QUANDO MUOIONO PRECIPITANO SUL FONDO DEL MARE E SI MESCOLANO A FANGHI E DETRITI > FORMAZIONE DI SEDIMENTI (vedi figura p.261 in alto) > TRASFORMAZIONE IN IDROCARBURI GLI IDROCARBURI SONO PIU LEGGERI DELL ACQUA -> SI ACCUMULANO NELLA PARTE PIU ALTA DELLE ROCCE POROSE, CHE DIVENTANO ROCCE MAGAZZINO, COPERTE DA ROCCE IMERMEABILI QUESTE SONO TRAPPOLE PETROLIFERE IL PETROLIO IMPREGNA LE ROCCE, NON CI SONO LAGHI, NE FIUMI SOTTERRANEI 18 3

4 RICERCA DI GIACIMENTI PETROLIFERI (vedi figura p.262 in alto) DOVE: NEL SOTTOSUOLO, IN ROCCE SEDIMENTARIE 19 (vedi figura p.262) POZZO ESPLORATIVO PER INDIVIDUARE CON CERTEZZA UNA TRAPPOLA PETROLIFERA PER DETERMINARE LA QUANTITA DI PETROLIO PRESENTE 20 STUDI PRELIMINARI: RILEVAMENTO AEROFOTOGRAFICO RACCOLTA DI CAMPIONI DI TERRENO (CAROTE) METODI DI RICERCA: METODO SISMICO ESPLOSIONE CONTROLLATA -> GENERA VIBRAZIONI -> ONDE RIFLESSE -> RACCOLTE ED ELABORATE DA COMPUTER -> IMMAGINE GEOMETRICA DEL SOTTOSUOLO E IL METODO PIU PRECISO ALTRI METODI DI RICERCA BASATI SU MISURA DEL MAGNETISMO E DELLA GRAVITA POZZO PETROLIFERO TORRE DI TRIVELLAZIONE (DERRICK) ALBERO DI NATALE COMPLESSO DI VALVOLE CHE REGOLANO IL FLUSSO DIPETROLIO DALLA TESTA DEL POZZO (vedi figura p.263) SERBATOIO DI SEDIMENTAZIONE OLEODOTTO RAFFINERIA RICERCA ANCHE SOTTO I FONDALI MARINI RICERCA FUORI COSTA (OFFSHORE) CON PIATTAFORME (vedi figura p.264) TRIVELLAZIONE DI FONDALI PROFONDI CON NAVI SPECIALI (vedi figura p.265) 21 Dove viene effettuata? NELLE RAFFINERIE Quali processi vengono effettuati? PRIMO PROCESSO DI RAFFINAZIONE: DISTILLAZIONE FRAZIONATA (TOPPING) Qual è l impianto in cui avviene la distillazione frazionata? LE TORRE DI FRAZIONAMENTO PRODOTTI DELLA TORRE DI FRAZIONAMENTO (vedi figura p.266) GAS DI RAFFINERIA BENZINE KEROSENE GASOLI OLI PESANTI RESIDUO SECONDO PROCESSO DI RAFFINAZIONE: CRACKING SI PARTE DAL GASOLIO O DAL KEROSENE PER OTTENERE BENZINE NOTA: TO CRACK (INGLESE) = ROMPERE 4

5 IMPIEGHI DEL PETROLIO ALIMENTAZIONE DI CENTRALI TERMOELETTRICHE (AL POSTO DEL CARBONE) ALIMENTAZIONE DI CENTRALI A TURBOGAS TRASPORTI INDUSTRIA PETROLCHIMICA MATERIE PLASTICHE, FIBRE SINTETICHE, DETERGENTI, COLORANTI, CONCIMI CHIMICI, PRODOTTI FARMACEUTICI, ECC. 25 GAS NATURALE O METANO PROPRIETA E UN IDROCARBURO GASSOSO E IL MENO INQUINANTE TRA TUTTI I COMBUSTIBILI FOSSILI ALTORE POTERE CALORIFICO (9.100 KILOCALORIE/KG) MANCANZA DI TOSSICITA (NON VELENOSO) MANCANZA DI IMPURITA INCOLORE, INODORE ORIGINE SIMILE A QUELLA DEL PETROLIO APPROVVIGIONAMENTO DI METANO L ITALIA NON E AUTOSUFFICIENTE L ITALIA IMPORTA METANO DALL ESTERO (vedi figura p.268) 26 IMPIEGHI DEL METANO 27 GAS LIQUIDI 28 ALIMENTAZIONE DI CENTRALI TERMOELETTRICHE (AL POSTO DEL CARBONE) ALIMENTAZIONE DI CENTRALI A TURBOGAS SONO UNA MISCELA DIIDROCARBURI (BUTANO, PROPANO, PENTANO) ALLA PRESSIONE AMBIENTE SONO GASSOSI PRODUZIONE DI ENERGIA TERMICA INDUSTRIA USI DOMESTICI E CIVILI VENGONO LIQUEFATTI SOTTO PRESSIONE E MESSI IN BOMBOLE INDUSTRIA CHIMICA AUTOTRAZIONE IMPIEGHI PRODUZIONE DI ENERGIA TERMICA DOVE NON ARRIVA RETE DI DISTRIBUZIONE AUTOTRAZIONE: GPL (GAS DI PETROLIO LIQUEFATTI) 5

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