University of Trieste Cambia il clima: deve cambiare il modo di produrre energia. Come? Maurizio Fermeglia Università di Trieste Maurizio.Fermeglia@dicamp.units.it Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell Informazione www.di3.units.it Trieste, Tuesday, September 27, 2011-1
AMBIENTE CIBO 4 Emergenze a livello Mondiale ENERGIA ACQUA Richard E. Smalley, Nobel Laureate, Chemistry, 1996, MRS Bulletin, June 2005 Trieste, Tuesday, September 27, 2011-2
La popolazione mondiale cresce anche se meno degli anni passati. Trieste, Tuesday, September 27, 2011-3
Un pioniere Mtoe/anno 1912 ~ 1 TW Trieste, Tuesday, September 27, 2011-4
G. Ciamician, Science 1912 Trieste, Tuesday, September 27, 2011-5
Quanta energia utilizziamo? Energia usata Mtoe 10 TW WWII 1 Mtoe/anno ~ 1.3GW Trieste, Tuesday, September 27, 2011-6
Energia prodotta Dati nel 2009: 474 exajoules (474 10 18 J) equivalenti a 15 TW h/y Dati da IEO2010 vedi EIA Home Page ( http://www.eia.gov/oiaf/ieo/index.html) Dati in QUAD. 1 QUAD (quadrillion BTU) = 1.055 EJ (10 E 18 J) = 0.033 TW Trieste, Tuesday, September 27, 2011-7
da dove proviene l energia Trieste, Tuesday, September 27, 2011-8
2010 474 exaj = 15,000,000,000,000 Wh/y = 15 TW 2030 23 TW ; 2058 32 TW Trieste, Tuesday, September 27, 2011-9
Fonti fossili? Petrolio: consumi Petrolio: scoperte Trieste, Tuesday, September 27, 2011-10
EROEI Alternative all economia basata su combustibili fossili (Peak Oil, CO 2 )? Non facili, costose Materie prime Energia Energia Processo di produzione Scarti C.A.S.Hall, J.W.Day Jr., Revisiting the Limits to Growth After Peak Oil, Am. Sci. 97 (2009) 230 Trieste, Tuesday, September 27, 2011-11
EROEI a confronto Power Source EROEI(actual) Hydro 50, 43 and 205 Nuclear (centrifuge) 18.1, 18.4, 14.5, 13.6 and 14.8 Nuclear (diffusion) 6.0, 6.7, 5.8, 7.9, 5.3, 5.6 and 3.9 Coal 12.2, 7.4, 7.32, 3.4 and 14.2 Gas (piped) 16 Gas (piped a lot or liquefied) 3.4, 3.76 and 4 Solar 10.6 Solar PV 12-10, 7.5 and 3.7 Wind 12, 6, 34, 80 and 50 Fonte: da The World Nuclear Association, 2011 Nuclear Power EROEI: Da Nuclear Electricity: Potential, EROI and Social and Environmental Impacts Robert Powers - SUNY-ESF, Syracuse NY Trieste, Tuesday, September 27, 2011-12
Costi installazioni per Watt Wiser, Ryan, et al. Tracking the Sun II: The Installed Cost of Photovoltaics in the U.S. from 1998-2008. Lawrence Berkeley National Laboratory, Environmental Energy Technology Division. October 2009. Trieste, Tuesday, September 27, 2011-13
Costi installazione impianti fotovoltaici Costi per installazione in $ per watt Fonte: United States Department of Energy, National Renewable Energy Laboratory. Solar Photovoltaic (PV) Resource Potential. 29 April 2003. 9 June 2010 <http:// www.eia.doe.gov/cneaf/solar.renewables/ilands/fig11.html>. Trieste, Tuesday, September 27, 2011-14
Il mercato del PV Produzione Installazione Arnulf Jager-Waldau, EU Commission, PV Status Report 2010, August 2010 Trieste, Tuesday, September 27, 2011-15
Capacità produttiva (CWS TF) Arnulf Jager-Waldau, EU Commission, PV Status Report 2010, August 2010 Trieste, Tuesday, September 27, 2011-16
Costi dell elettricità da nucleare Cooper, Mark. The Economics of Nuclear Reactors: Renaissance or Relapse? Institute for Energy and the Environment, Vermont Law School. June 2009. Trieste, Tuesday, September 27, 2011-17
Costi solare nucleare: crossover storico Fonte: John O. Blackburn, Sam Cunningham, July 2010 Trieste, Tuesday, September 27, 2011-18
Variazioni della concentrazione di gas serra in atmosfera 2010: 380ppm 1900: 280ppm Trieste, Tuesday, September 27, 2011-19
Le emissioni di anidride carbonica Emissioni Dal 1751 1500 miliardi di tonnellate di cui la metà dal 1975 Nel 2008 29000 milioni di tonnellate Circa 4 % aumento dall anno Distribuzione delle emissioni Combustibili Liquidi e solidi 76.7% (nel 2003) Combustibili gassosi (e.g., gas naturale) 19.2% Emissioni dalla fabbricazione del cemento 3.8% Effetto sul clima in 100 anni (IPCC)?? Di chi è la colpa?? Trieste, Tuesday, September 27, 2011-20
Emissioni: 140 g CO2/km!! Trieste, Tuesday, September 27, 2011-21
L aumento di gas serra in atmosfera e dovuto alle attivita umane Trieste, Tuesday, September 27, 2011-22
Effetto: aumento di temperatura I 12 anni più caldi: 1998,2005,2003,2002,2004,2006, 2001,1997,1995,1999,1990,2000 Period Rate 50 0.128±0.026 100 0.074±0.018 Years /decade Trieste, Tuesday, September 27, 2011-23
Produttività delle piante In verde aumento - In rosso diminuzione Trieste, Tuesday, September 27, 2011-24
Una prova del riscaldamento globale??? Trieste, Tuesday, September 27, 2011-25
Ma generiamo solo 15TW di energia, che equivalgono a 7500 $ PIL (se distribuito uniformemente) Consumo di energia e PIL Trieste, Tuesday, September 27, 2011-26
Oggi: 15TW 6.7 B, di cui alcuni vivono bene PIL medio $6500 28 B ton CO 2 /y 2-5 conflitti in corso Non fare nulla 2058: 32 TW 9 B, più propserità PIL medio $20000 90 B ton CO 2 /y Relativa pace sociale? Raddoppio di CO 2? Esaurimento combustibili fossili Nuovi scenari 2058: 15 TW 9 B, meno prosperità PIL medio $4000 18 B ton CO 2 /y CO 2 stabile Conflitto mondiale! Trieste, Tuesday, September 27, 2011-27
Tirando le somme. Non esiste una singola tecnologia economicamente accettabile per la produzione di energia da garantire a tutti di vivere bene Dobbiamo Ridurre la popolazione ad un livello al quale la biomassa possa supportare le richieste di energia del pianeta Oppure sviluppare nuove tecnologie Trieste, Tuesday, September 27, 2011-28
Abbiamo sempre meno tempo Sequestro della CO 2 Efficienza di produzione da fonti fossili Energia da fonti rinnovabili Risparmio energetico Trieste, Tuesday, September 27, 2011-29
NON ESISTE UN PROBLEMA DI MAGGIORE IMPORTANZA! Trieste, Tuesday, September 27, 2011-30
La terra è un sistema isolato. eccetto che per l irraggiamento solare Trieste, Tuesday, September 27, 2011-31
Conversione di energia solare in energia elettrica: Effetto fotovoltaico Trieste, Tuesday, September 27, 2011-32
Nanoscienze controllare la materia atomo per atomo Mettendoli uno alla volta al posto voluto Sfruttandone la tendenza ad ordinarsi spontaneamente Trieste, Tuesday, September 27, 2011-33
Nano Solar Cells Nano solar cells inserite in materiale plastico che viene applicato su varie superfici Energia solare che diventa disponibile ed economica ] 200 nm Nano solar cell: nanorods inorganici inglobati in polimero semiconduttore, racchiuso a sandwich tra due elettrodi Trieste, Tuesday, September 27, 2011-34
Cella a combustibile fuel cell Trieste, Tuesday, September 27, 2011-35
Effetto fotovoltaico Trieste, Tuesday, September 27, 2011-36
Uno dei grandi problemi Problema: Il trasporto utilizza circa 33% dell energia mondiale Soluzione: Il motore elettrico Tecnologia consolidata con alcuni svantaggi Autonomia Costo batterie Costruzione batterie Approvigionamento Litio Trieste, Tuesday, September 27, 2011-37
Celle a combustibile per il telefono cellulare Trieste, Tuesday, September 27, 2011-38
Fuel cells per applicazioni domestiche Trieste, Tuesday, September 27, 2011-39
Fuel cell per l automobile Trieste, Tuesday, September 27, 2011-40
Prototipo cella ad UNITS Trieste, Tuesday, September 27, 2011-41
L alternativa ad un futuro basato sull idrogeno Trieste, Tuesday, September 27, 2011-42
Commissione Europea sull energia Priorità 1: produzione Riduzione del 20% in emissione gas serra 20% energia da rinnovabili 20% risparmio energetico (per il 2020) Priorità 2: Fornitura di energia da altri paesi 20% rinnovabili non è sufficiente Efficienza energetica Pronti a rispondere in caso di crisi Trieste, Tuesday, September 27, 2011-43
Quali possibilità? Fonti rinnovabili Biomasse: (solo) breve periodo Fotovoltaico: medio lungo periodo Eolico: breve lungo periodo Dall acqua tradizionale: idroelettrica - sfruttata Dall acqua: maree, onde costi investimento Dalla terra: geotermia - trascurabile Soluzione finale: Energia solare Idrogeno Combustibile liquido (aerei ) Trieste, Tuesday, September 27, 2011-44
L età della pietra non è finita perchè si sono esaurite le pietre; l età del petrolio non finirà con l esaurisi del petrolio Don Huberts Trieste, Tuesday, September 27, 2011-45