RICERCA SCIENTIFICA ed ENERGIA DEL FUTURO

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1 RICERCA SCIENTIFICA ed ENERGIA DEL FUTURO G. Turchetti Dipartimento di Fisica Università di Bologna, INFN Sezione di Bologna Le fonti d energia Storia: la disponibilità di energia ha caratterizzato lo sviluppo delle civiltà ed il loro declino. Per vari millenni la fonte di energia primaria sono state le biomasse. Da due secoli sono i combustibili fossili. Geografia: il consumo attuale è geograficamente disomogeneo. Dei 9 miliardi di tonnellate di petrolio (in Italia 200 milioni) consumati annualmente circa la metà vanno nei paesi sviluppati che hanno circa il 20% della popolazione mondiale. Economia: a crescita della domanda da parte di paesi con economie emergenti, come la Cina e l India, sta determinando un aumento persistente del prezzo del petrolio e le sue conseguenze sull economia sono visibili.

2 Ambiente: ogni processo di combustione comporta emissioni di anidride carbonica ( CO 2 ). La sua concentrazione nell atmosfera è aumentata di oltre il 30% dall inizio del XIX secolo e si prevede che raddoppi prima del Clima: la correlazione tra concentrazione di CO 2 e temperatura media è provata. Gli effetti sul clima non sono ancora prevedibili anche se lo scenario più probabile è la tropicalizzazione con forte aumento di eventi estremi. Rimedi: per preservare l attuale ecosistema, evitando catastrofi globali, occorre aumentare rapidamente le fonti di energia solare e nucleare (ad emissione zero) promuovendo forme avanzate di risparmio energetico. Sinistra: consumo annuo in Mtep suddiviso nelle diverse fonti: petrolio (verde), gas naturale (rosso), energia nucleare (giallo), idroelettrico (blu), carbone (grigio). Destra: aumento della temperatura media.

3 Energia solare Inesauribile, senza emissioni ma a bassa concentrazione. Conversione fotovoltaica: un pannello di 1 m 2 fornisce una potenza di picco tra 100 W e 150 W ed una potenza media tra 20 e 40 W Una centrale da 1 GW richiederebbe una superficie di 50 km 2. Per coprire il fabbisogno nazionale occorrerebbero circa tremila km 2 (circa mezzo milione di campi da calcio). Invece una famiglia con un consumo di 1 kw dovrebbe coprire solo una parte del suo tetto ( 50 m 2 ). Concentrazione indiretta: idroelettriche. non prevedibile. l esempio più significativo sono le centrali Anche il vento fornisce energia solare concentrata ma in modo

4 L idrogeno Non è una fonte primaria e richiede energia per essere prodotto. È tuttavia un ottimo vettore di energia. Usato come carburante dei veicoli contribuirebbe ad abbattere l inquinamento. Biotecnologie: i batteri possono produrlo utilizzando l energia solare. L ingegneria genetica potrebbe permettere di avere alti rendimenti senza associata produzione di CO 2. Forse si possono progettare anche piante che incapsulino l idrogeno prodotto dai batteri, semplificandone la raccolta. Le biomasse: L ingegneria genetica può migliorarne la produzione, ma, utilizzate come combustibili, hanno gli stessi problemi di quelli fossili.

5 Energia da combustibili fossili Alta concentrazione, scorte limitate (due/tre secoli), emissioni di CO 2 Rappresenta ancora l 80% dell energia totale. Una centrale da 1 GW consuma circa tonnellate al giorno di combustibile ed occupa un area di circa 15 ettari. Energia nucleare Altissima concentrazione, scorte abbondanti o inesauribili, emissioni nulle, scorie radioattive Una centrale da 1 GW consuma 500 kg di uranio al giorno. I reattori di III generazione, intrinsecamente sicuri, sono già disponibili, ma producono scorie a vita media lunga. Un reattore veloce di IV generazione consumerebbe 10 kg di uranio al giorno producendo scorie a vita media breve. Installazioni possibili per il Alcuni progetti prevedono l uso combinato di un reattore sottocritico e fasci di neutroni prodotti tramite un acceleratore, altri la produzione combinata di idrogeno.

6 Energia chimica Energia nucleare rapporto ev Mev 1: Raggio atomo Raggio nucleo rapporto nm Fm :1

7 I reattori termonucleari La fusione di nuclei leggeri anziché la fissione di nuclei pesanti è la strada che porterebbe il sole in casa Fusione magnetica: tale processo è molto difficile da realizzare. Il prossimo esperimento ITER si propone di dimostrarne la fattibilità portando il gas all interno del reattore alle temperature che si hanno nella parte interna del sole. Fusione inerziale: consiste nel fare scoppiare per compressione delle microcapsule contenenti una miscela di isotopi dell idrogeno. La compressione viene fatta con raggi laser o con ioni pesanti prodotti da un acceleratore. Vi sono due grandi esperimenti NIF e MEGAJOULE. La strada è lunga, non impossibile e possibili istallazioni si proiettano a fine secolo.

8 Quale futuro Abbandono dei fossili. Risparmio energetico e nuovo modello di sviluppo. Utilizzo combinato del solare e del nucleare come fonte primaria. Idrogeno come vettore e per i trasporti. Una nuova frontiera Reattori nucleari e propulsione a ioni consentiranno la conquista dello spazio. Ricerca scientifica Può risolvere il problema energetico salvando il nostro pianeta ed aprendo nuovi orizzonti. Anche il maggiore laboratorio europeo (CERN) potrebbe orientarsi verso problematiche energetiche (nucleare e linee superconduttive). L energia è uno dei tre temi affrontati nel master di II livello Valorizzazione della conoscenza scientifica promosso dal Prof. Bolletta a Bologna. La ricerca scientifica non è un lusso ma la migliore assicurazione sul nostro futuro

9 Fisica dei Sistemi Complessi Università di Bologna pagina sull energia /energia05