Modulo 1 UD 3 Lez. 1 Fonti energetiche pag. 1 Contenuto della lezione 1. Le fonti energetiche... 2 1.1. Le fonti energetiche dopo la rivoluzione industriale... 2 1.2. L energia elettrica... 3 2. Principali energie rinnovabili... 4 2.1. Energia solare... 4 2.2. Biomasse... 4
Modulo 1 UD 3 Lez. 1 Fonti energetiche pag. 2 1. Le fonti energetiche Le fonti energetiche (o fonti di energia) sono le risorse di energia che l'uomo può utilizzare per trarre utilità in modo diretto o indiretto. La prima fonte di energia utilizzata dall'uomo è la forza animale ed umana per produrre un lavoro. A queste si aggiunge nel corso della preistoria la scoperta del fuoco. Da questo momento in poi la storia delle fonti energetiche segue parallelamente quella della tecnologia. Un'altra fonte energetica utilizzata dall'uomo nell'antichità è il vento, la cui forza viene sfruttata nella navigazione a vela e nelle macine alimentate dai mulini a vento. A questa si aggiunge la forza del moto delle acque dei fiumi e dei torrenti con i mulini ad acqua. Fino al XIX secolo le principali fonti energetiche dell'uomo sono le seguenti: Fuoco (calore) Forza del vento Forza dell'acqua Forza animale/umana Il fuoco è utilizzato principalmente come fonte di calore. La forza del vento è impiegata nel settore dei trasporti marittimi (navi a vela) e, in particolari casi, per alimentare le macine del grano (mulini a vento). La forza dell'acqua ha un utilizzo analogo nei mulini ad acqua. La forza animale ed umana è, infine, utilizzata per generare lavoro: spostare materiali, produrre merci, per gli spostamenti ed il trasporto (navi a remi, carri, ecc). Per migliaia di anni l'uomo migliora le tecnologie utilizzando le medesimi fonti di energia. 1.1. Le fonti energetiche dopo la rivoluzione industriale La rivoluzione nel settore energetico arriva con la scoperta della macchina a vapore nel XVIII secolo. L'uso della forza vapore consente di ottenere una forza lavoro senza ricorrere alla forza animale ed a quella umana. Le macchine iniziano a sostituire l'uomo nelle attività lavorative, aumentando la capacità produttiva degli impianti. La scoperta della forza vapore rivoluziona anche il settore dei trasporti su mare. Le caldaie a vapore alimentano le pale dei primi battelli sostituendosi progressivamente alla navigazione a vela. Per generare il calore necessario a produrre la forza vapore si ricorre alla combustione del carbone, del gas e della legna. A questi si aggiunge il petrolio nel corso del XIX secolo. La scoperta e l'applicazione dell'elettricità consente, infine, il trasporto dell'energia anche per lunghe distanze, separando il luogo di produzione dell'energia (centrali elettriche) da quello di utilizzo (fabbriche, case). Nel corso del XX secolo alle fonti di energia si aggiunge l'energia nucleare e le energie rinnovabili. Le fonti di energia dell'epoca contemporanea sono le seguenti: Energia fossile (carbone, petrolio, gas) Energia rinnovabile (solare, eolico, idroelettrico, geotermia, biocarburanti) Energia nucleare Legna e biomasse Le fonti energetiche dell'epoca contemporanea sono prevalentemente composte dalle fonti di energia fossile (carbone, gas, petrolio) per almeno 3/4 della produzione complessiva di energia. Queste fonti di energia hanno la caratteristica di essere esauribili. Nonostante abbiano registrato buoni tassi di crescita, il nucleare e le fonti di energia rinnovabile occupano ancora una quota poco rilevante della produzione di energia. L'analisi delle fonti di energia è seguito con particolare attenzione negli studi sullo sviluppo sostenibile. Per quanto possa sembrare strano agli occhi di un occidentale, oggi il 10% della produzione di energia deriva dalla combustione della legna e soddisfa i bisogni della maggior
Modulo 1 UD 3 Lez. 1 Fonti energetiche pag. 3 parte della popolazione mondiale. Lo studio delle fonti energetiche è quindi collegato all'economia, alla distribuzione della ricchezza e del benessere mondiale. 1.2. L energia elettrica L'energia elettrica è l'energia associata all'elettricità. Il termine è utilizzato per indicare sia all'energia di una corrente elettrica e sia all'energia elettrostatica derivante da una particolare distribuzione delle cariche in un corpo. L'energia elettrica è l'energia derivante dal moto delle cariche elettriche. Più comunemente si utilizza il termine ( energia elettrica ) per indicare la corrente elettrica. L'energia elettrica è originata dal processo di trasformazione di altre forme di energia. L'energia elettrica può essere prodotta tramite dei processi di trasformazione dall'energia chimica ( es. pile chimiche ), dall'energia meccanica ( es. generatori, dinamo, alternatori ), dall'energia termica, dall'energia luminosa (es. fotoelettrico, celle fotovoltaiche ) ecc. L'energia elettrica ha il vantaggio di essere facilmente trasportata e distribuita. Alla fine dell'ottocento l'energia elettrica ha sostituito il gas nella rete di illuminazione pubblica e successivamente si è estesa in modo capillare fino ad entrare nelle utenze domestiche. In epoca contemporanea l'energia elettrica viene prodotta prevalentemente dalle centrali termoelettriche tramite combustione delle fonti di energia fossili ( petrolio, gas, carbone ), dalle centrali nucleari ( energia nucleare ), dalle centrali idroelettriche e dalle altre energie rinnovabili (fotovoltaico, eolico, geotermia, ecc.).
Modulo 1 UD 3 Lez. 1 Fonti energetiche pag. 4 2. Principali energie rinnovabili 2.1. Energia solare L'energia solare è una delle principali fonti di energia rinnovabile. Con il termine energia solare si intende la produzione di energia termica ed elettrica ottenuta sfruttando i raggi solari. Il Sole irraggia il nostro pianeta per una potenza di circa 180 mila miliardi di kilowatt. Una parte dei raggi solari viene riflessa dall'atmosfera terrestre verso lo spazio esterno. In qualsiasi momento il Sole irraggia sull'orbita terrestre una energia pari a 1367 watt / m² ( 1,3 kw / m2 ). Complessivamente, giunge fino alla superficie terrestre circa 1 kilowatt di energia solare per metro quadro. L'energia solare può essere sfruttata utilizzando diverse tecnologie rinnovabili come i pannelli solari. Le principali tecnologie ad energia solare sono le seguenti: Pannello solare fotovoltaico. Il pannello solare fotovoltaico converte l'energia solare direttamente in energia elettrica tramite l'ausilio delle proprietà fisiche di alcuni semiconduttori quando sono sollecitati dalla luce solare. Pannello solare termico. Il pannello solare termico (o collettore solare) è una tecnologia in grado di catturare l'energia termica dei raggi solari per riscaldare l'acqua sanitaria contenuta in un serbatoio di accumulo tramite uno scambiatore di calore. 2.2. Biomasse Le biomasse comprendono vari materiali di origine biologica, scarti delle attività agricole riutilizzati in apposite centrali termiche per produrre energia elettrica. Si tratta generalmente di scarti dell'agricoltura, dell'allevamento e dell'industria. Sono anche utilizzare per il riscaldamento domestico (pellet in particolare).
Modulo 1 UD 3 Lez. 1 Fonti energetiche pag. 5 legname da ardere residui agricoli e forestali scarti dell'industria agroalimentare reflui degli allevamenti rifiuti urbani specie vegetali coltivate per lo scopo Trarre energia dalle biomasse consente di eliminare rifiuti prodotti dalle attività umane, produrre energia elettrica e ridurre la dipendenza dalle fonti di natura fossile come il petrolio. Una fonte di energia pulita su cui l'ue ha deciso di investire al pari dell'eolico. I biocombustibili sono un'energia pulita a tutti gli effetti. Liberano nell'ambiente le sole quantità di carbonio che hanno assimilato le piante durante la loro formazione ed una quantità di zolfo e di ossidi di azoto nettamente inferiore a quella rilasciata dai combustibili fossili.