Studi confermano che entro il 2035 le energie rinnovabili saranno in grado di fornire circa il 25% dell’energia mondiale.
Secondo l’Aie (Agenzia Internazionale dell’Energia) entro il 2040 il 40% della domanda di energia sarà soddisfatta dalle energie rinnovabili, in particolare da quella eolica e solare, il cui peso va di pari passo all’innovazione tecnologica e all’efficienza.
Uno studio condotto dalle Università di Standford, Berlino, Berkeley e Aarhus ha dimostrato che i 130 paesi, Italia inclusa, potenzialmente destinati ad essere 100% rinnovabili entro il 2050, potrebbero conseguire già l’80% di questi risultati entro il 2030, se alimentati esclusivamente con fonti rinnovabili.
Anche gli studi di Bloomerg New Energy Finance, del 2018, avrebbero confermato il boom delle fonti rinnovabili degli ultimi anni, affermando che l’energia verde arriverà entro il 2050 a soddisfare il 50% della domanda mondiale soprattutto per mezzo dei sistemi di accumulo.
Il rapporto del Bnef evidenzia come le energie rinnovabili si stiano espandendo in alcuni paesi in modo molto più incisivo rispetto ad altri, tra questi l’Australia, in cui a breve il fotovoltaico e le batterie rappresenteranno più del 40% della capacità totale e la Germania, dove le rinnovabili arriveranno entro il 2025 a coprire il 70% della produzione.
Prima di vedere le fonti di energia è necessario trattare i sistemi di trasporto e le varie perdite dovute alle dissipazioni.
Le centrali elettriche vengono costruite vicino alla fonte di energia utilizzata e producono quasi tutte corrente alternata che, rispetto alla corrente continua, risulta più conveniente perché può facilmente passare da un voltaggio maggiore, utilizzato durante il trasporto per ridurre le perdite, ad uno minore attraverso i trasformatori. Il trasferimento dell’energia elettrica prodotta nelle centrali ai luoghi di utilizzazione avviene per mezzo di linee elettriche di trasporto o elettrodotti. Si tratta di grandi tralicci che sostengono cavi metallici (due gruppi di tre), distanziati tra loro, appesi a isolatori, che evitano pericolose scariche elettriche; in casi particolari si usano cavi interrati o subacquei, adeguatamente isolati.
Dalle centrali, gli elettrodotti giungono alle stazioni di smistamento e di trasformazione, che provvedono alla distribuzione dell’energia elettrica sul territorio con cavi di alluminio, più leggeri ed economici, ma meno performanti di quelli di rame.. Nelle cabine di distribuzione la tensione viene ridotta a valori bassi (220 per gli usi domestici e 380 V per quelli industriali) e distribuita, mediante cavi aerei o interrati, agli utenti.
Si calcola che, per le forniture in bassa tensione, le perdite di rete corrispondano a poco più del 10% della corrente erogata. Per quanto riguarda gli impianti con tensione media le perdite corrispondono a poco meno del 4%. Percentuali più basse – intorno al 2% – si registrano invece per impianti in alta tensione
SVILUPPI FUTURI
Sono in corso studi per impiegare cavi superconduttori per la trasmissione di energia elettrica. Il problema è la difficoltà e il costo elevato dovuto alla necessità di refrigerare i cavi a bassissima temperatura, cosa che rende il progetto non conveniente a livello di costi energetici totali rispetto ai metodi tradizionali e pertanto non ancora attuato.
Un altro metodo è quello senza fili (l'idea di Nikola Tesla), ma dovendo essere rispettati i limiti massimi di campo elettrico e magnetico nonché di potenza assorbita per kg di peso corporeo nelle aree con presenza di esseri viventi, essa non è applicabile nel campo delle linee di trasmissione elettrica di potenza.
COMPOSIZIONE DI UN FILO ELETTRICO
I fili elettrici che formano la rete interna dell’abitazione e conducono ai vari punti di utilizzo sono in rame, rivestiti da una guaina isolante in gomma, al fine di evitare dispersioni di corrente, con rischio notevole per le persone. Successivamente ognuno dei singoli fili sono inseriti in un tubicino in gomma più grande al fine di isolare e proteggere ulteriormente i fili ed a favorire il passaggio sia nelle pareti che sotto il pavimento.
Il colore dei tubicini che rivestono i fili distingue anche la loro diversa funzione:
Nero, marrone o grigio: riveste il filo che porta la corrente all’utilizzatore (filo di fase)
Blu: riveste il filo che chiude il circuito (filo neutro)
Giallo-verde: riveste il filo che collega la rete elettrica domestica all’impianto di messa a terra
Gli impianti eolici moderni sono sistemi avanzati di trasformazione della forza del vento in energia elettrica che si compongono essenzialmente di due parti: una meccanica, pala, che segue il movimento del vento, ed una elettromagnetica, generatore, che ne trasforma il moto rotatorio in elettricità.
Le pale eoliche, che compongono questo sistema definito aerogeneratore, mantengono lo stesso meccanismo di funzionamento dei mulini a vento ovvero sfruttano la forza del vento e la sua energia cinetica per convertire l’energia eolica in energia elettrica.
Per quanto riguarda il numero di pale quasi tutti 3 pale, perché una turbina a 3 eliche può generare più energia ed a velocità di rotazioni minori di una turbina a 2 eliche e avere un rapporto efficienza/costo migliore di una turbina a 4 eliche.
TIPI DI GENERATORI:
I generatori degli impianti eolici si possono, a loro volta, suddividere in due categorie:
Generatori ad asse orizzontale: è la più comune e la più efficiente. Si tratta di generatori in grado di generare una potenza variabile da pochi Kw fino a 6 MW, sfruttando la diversa forza del vento in base alle zone e al tempo. I generatori ad asse orizzontale sono costituiti da una torre in acciaio di altezza massima di 100 metri, in cima alla quale si trova un involucro all’interno del quale è contenuto appunto il generatore elettrico azionato da un sistema a pale lunghe detto rotore. Lo svantaggio principale è che non possono raggiungere velocità troppo elevate in quanto dotati di un sistema frenante che blocca il funzionamento dell’aerogeneratore per sicurezza. Inoltre per ottenere la resa massima e non perdere efficienza, l’asse di rotazione di questo sistema deve sempre trovarsi in posizione parallela alla direzione del vento. Proprio per questo motivo gli impianti eolici ad asse orizzontale sono provvisti di un sistema che, posizionano l’asse nella posizione ideale.
Generatori ad asse verticale: è meno rumorosa per la minore efficienza, non sono influenzati dalla direzione del vento, in quanto dotati di una struttura composta da poche parti mobili e dunque in grado di resistere alle forti raffiche. Questa caratteristica permette all’impia
TIPI DI IMPIANTI:
Oltre che in funzione del tipo di generatori, gli impianti eolici si possono distinguere anche in funzione del luogo in cui sono costruiti, ecco quali sono le principali tipologie di parchi eolici e in cosa si differenziano l’uno dall’altro.
Parchi eolici on-shore: Si tratta di impianti eolici installati in zone pianeggianti esposte ad una corrente costante, che distano generalmente una decina di km dal mare. È un tipo di parco eolico molto diffuso nella zona centrale degli Stati Uniti ma in dimensioni ridotte, può anche essere installata in zone tendenzialmente isolate oppure essere utilizzata sul tetto o sul balcone di abitazioni private arrivando anche a produrre energia in eccesso da rivendere alle società elettriche.
Parchi eolici near-shore: include impianti nella costa, generalmente fino a 10 km di distanza. Proprio in virtù della sua posizione tende a sfruttare il più possibile la forza cinetica dei venti che provengono dal mare e si abbattono in modo costante tutto l’anno sulla costa, da cui traggono elevate velocità.
Parchi eolici off-shore: sono costruiti in zone più lontane dal mare o dalle coste degli oceani e si caratterizzano per una maggiore stabilità. Oltre a possedere centinaia di turbine in un’area molto vasta, questi parchi possono contare su correnti d’aria costantemente presenti. Hanno lo svantaggio di richiedere costi di realizzazione e manutenzione piuttosto elevati rispetto ad altri impianti. La stessa esposizione al vento e all’acqua rappresenta un problema per il buon funzionamento delle componenti, che subiscono un’erosione rapida. L’altro problema che intacca l’efficienza del sistema è la modalità di installazione che richiede un lavoro sottomarino di impianto delle pale eoliche o, in alternativa, la creazione di piattaforme galleggianti.
IMPIANTI NEL MONDO
Il più grande impianto eolico del mondo si trova a Thanet in Gran Bretagna, con una potenza installata di 300 MW, al secondo posto troviamo quello di Homs Rey, in Danimarca, dove il 43,4% del consumo elettrico nel 2017 sarebbe derivato dal vento.
Spagna e paesi Scandinavi hanno intrapreso la strada dell’eolico con successo installando parchi eolici offshore, ma sono almeno 83 i paesi del mondo che utilizzano l’energia eolica.
Secondo dati e ricerche, nel 2017 la produzione annuale di energia eolica avrebbe raggiunto una percentuale di crescita pari al 17%, coprendo così il 4,4% del fabbisogno elettrico globale e l’11,6% di quello dell’Unione Europea. Nel 2018 la produzione mondiale di energia eolica è cresciuta del 9,6%.
In Italia siamo ancora lontani da questi risultati, per quanto siano stati presentati ben 15 progetti eolici al governo, che ancora sembrano non poter essere realizzati a breve per motivi burocratici.
VANTAGGI E SVANTAGGI
La costruzione degli impianti eolici, grazie alla praticità e al ridotto ingombro offerto dai generatori, inoltre, non compromette le attività agricole e quelle di allevamento del bestiame, pur occupando vaste aree di terreno.
Gli impianti eolici non producono scarti o sostanze dannose e inquinanti.
Se è vero che gli impianti eolici hanno un costo sempre più contenuto, spesso gli investimenti richiesti per la costruzione degli impianti superano i ricavi ottenuti. Negli anni 2000, in realtà, l’energia eolica sembra aver raggiunto gli stessi costi di produzione rispetto alle fonti di energia tradizionale e sembra essere destinata a diventare la fonte più economica di energia. A parte i costi iniziali di costruzione, un impianto di energia eolica richiede una spesa di circa 1 cent per KW-h, che può essere ridotta ulteriormente grazie alla tecnologia sempre più avanzata di questi impianti, molti dei quali sono dotati di maggiore efficienza e migliori prestazioni grazie a pale più lunghe e leggere.
Non essendo possibile prevedere l’intensità del vento o la sua presenza, spesso risulta difficile stimare l’efficienza di alcune tipologie di impianti in termini economici e di resa.
Impatto visivo negativo. La produzione di energia eolica ha un basso impatto ambientale, spesso l’impatto visivo delle pale eoliche viene visto come una sorta di deturpazione di aree incontaminate e zone paesaggistiche e panoramiche.
Inquinamento acustico, generando disagio agli animali e causando cambiamenti all’ecosistema.
Le pale eoliche rappresentano un pericolo mortale per gli uccelli sulla loro rotta. Uno studio norvegese ha provato a dipingere di nero una delle pale delle turbine eoliche. Il risultato è una diminuzione del 70% della mortalità annuale degli uccelli del luogo. Purtroppo vista l'indifferenza della popolazione sono ancora inutilizzate.
ENERGIA EOLICA IN CASA
Installabili in giardino, sul tetto o addirittura sul balcone della propria casa, nella taglia più ridotta, si definiscono così i sistemi in grado di produrre fino a 200 kW di energia. Grazie alle detrazioni fiscali e agli incentivi possono essere molto convenienti, ma occorre valutare bene la forza del vento nel luogo di installazione. I sistemi mini eolici sono in grado di produrre fino a 200 kW e sono suddivisi in taglie, dalla XS alla L. Per un’abitazione privata la taglia giusta è la S, corrispondente a una produzione tra 1 e 6 kW. Per un impianto “chiavi in mano”, realizzato da una ditta certificata, si possono spendere tra i 2mila e i 5mila euro, per produrre energia tra 1 e 5 kW e la vita media di un’impianto eolico è di 25 anni, quindi l’investimento viene abbondantemente ammortizzato. Necessita di venti sueriori hai 5m/s e l’unico vincolo da rispettare è quello dell’altezza del supporto, che non potrà in nessun caso essere superiore ai 10 metri.
ENERGIA EOLICA SENZA PALE
L’energia eolica si può ricavare anche dalle vibrazioni indotte dal vento e con potenza che può superare del 60% quella della tecnologia convenzionale.
Vortex Tacoma, la turbina brevettata dalla start up spagnola Vortex Bladeless (senza pale), ha superato i primi test in ambiente reale e punta ad essere commercializzata il prossimo anno.
La tecnologia sfrutta il fenomeno delle risonanza, che in questo caso “amplifica” il naturale fenomeno chiamato ‘Vortex Shedding‘. La turbina consiste infatti in un cilindro fissato verticalmente con un’asta elastica che oscilla in un determinato range di frequenze, calcolato in modo che i vortici che si formano naturalmente attorno al cilindro risultino amplificati dal suo moto.
Può aumentare del 60% la potenza generata dalle comuni pale eoliche (e più efficiente anche degli attuali pannelli solari), con l’ulteriore vantaggio di essere meno impattante per l’ambiente circostante in quanto di dimensioni più contenute. Costi più bassi fino all’80%.
“L’attuale tecnologia delle turbine eoliche deve sostenere livelli di carico molto diversi a velocità del vento variabili – si legge sul sito di Vortex Bladeless – il che comporta importanti requisiti meccanici di componenti come ingranaggi, cuscinetti e altri. Le molteplici parti mobili sono costantemente soggette ad usura, il che comporta elevati costi di manutenzione. Le turbine eoliche senza pale eliminano completamente gli elementi meccanici che possono subire l’usura per attrito”.
Il funzionamento di un impianto idroelettrico è molto semplice. All’interno della centrale idroelettrica è prevista l’installazione di una turbina idraulica che verrà azionata dal movimento dell’acqua. La spinta dell’acqua (che si troverà ad un livello di altitudine superiore rispetto alla centrale) sulla turbina ne provoca la rotazione. Quest’ultima funzionando da alternatore genera energia elettrica.
La scelta della tipologia di turbina da utilizzare dipende dal salto, tra il punto in cui viene prelevata l’acqua e la posizione della centrale.
La potenza di un impianto idroelettrico è determinata da due fattori: il peso della massa d’acqua movimentato e il dislivello. La potenza pertanto può essere determinata algebricamente moltiplicando tra loro portata ponderale e dislivello. La portata ponderale a sua volta è data dalla moltiplicazione tra portata che passa nell’unità di tempo (il secondo) e il dislivello.
TIPI DI IMPIANTI
Impianti idroelettrici ad acqua fluente: sfruttano la portata naturale (disponibile) di un corso d’acqua, posto su due livelli differenti. L’acqua viene prelevata e fatta confluire in un bacino di carico e tramite un sistema di condotte raggiunge la centrale idroelettrica, dopodiché l’acqua viene scaricata attraverso un canale di scarico e immessa nuovamente nel corso d’acqua. La potenza sviluppata dagli impianti idroelettrici ad acqua fluente dipende, quindi, dalla portata del corso d’acqua.
Impianti idroelettrici a bacino (o deflusso regolato o a serbatoio): il funzionamento di questi sistemi, si basa sull’utilizzo di un bacino idrico che può essere di origine naturale o artificiale, e che talvolta prevede la creazione di sbarramenti, utilizzati per aumentare la portata dei bacini naturali. A seconda della posizione della centrale idroelettrica rispetto al serbatoio da cui viene prelevata l’acqua si parla di centrale idroelettrica addossata alla diga: la centrale si trova allo stesso livello del serbatoio, centrale idroelettrica ad alta caduta: la centrale si trova ad un livello superiore rispetto al serbatoio. L’acqua viene convogliata attraverso delle condotte forzate, dalla diga alla turbine idrauliche che ruotando generano energia elettrica. Gli impianti idroelettrici a bacino permettono di avere un controllo sui flussi d’acqua, riuscendo così a regolarne il deflusso in base alle esigenze in determinate ore della giornata o in determinati periodi dell’anno, proprio per questo motivo sono conosciuti anche come impianti idroelettrici a deflusso regolato.
Impianti idroelettrici di pompaggio (o ad accumolo): Questo tipo di impianti consente di incrementare la produzione di energia delle centrali idroelettriche che utilizzano un impianto a bacino. Gli impianti ad accumulo prevedono l’utilizzo di due serbatoi collocati a quote differenti, uno a monte e uno a valle. Attraverso un sistema di pompaggio, durante le ore in cui la richiesta di energia è minore (ore notturne) l’acqua viene trasferita dal bacino di valle al bacino di monte, permettendo così di far fronte in sicurezza alla maggior richiesta di energia delle ore diurne.
VANTAGGI E SVANTAGGI
Una turbina idraulica ha un rendimento superiore al 90%, spesso superiore al 95%, ciò vuol dire che quasi tutta l'energia potenziale contenuta nell'acqua diventa energia elettrica. Un valore elevatissimo, se si pensa che le migliori centrali termoelettriche raggiungono il 60% di efficienza e il restante 40% dell’energia del combustibile fossile viene disperso in calore inutilizzato.
Le centrali idroelettriche sono flessibili in quanto permettono di variare rapidamente la produzione di energia elettrica in base alla quantità di acqua che si fa arrivare alla turbina: questo consente di intervenire rapidamente in caso sia necessario ripristinare l’equilibrio della rete elettrica. Un impianto idroelettrico è incredibilmente veloce, poiché può iniziare a produrre in un tempo quantificabile in minuti, mentre una centrale termoelettrica impiega più di un'ora dall’accensione all’effettiva produzione.
Tuttavia la costruzione comporta gravi danni ambientali e richiedono manutenzione, senza la quale si possono verificare danni enormi, come la distruzione della diga sul Vajont.
L'IMPIANTO PIU' IMPORTANTE
La diga più famosa e più grande del mondo è sul fiume Yangtze, nella provincia dello Hubei. Ha una capacità di 22,5 Gigawatt ed è stata completata nel 2006. In Cina l’energia idroelettrica è la seconda fonte di energia dietro al carbone e nel 2015 pesava per un quinto dell’intera produzione di energia del Paese. La diga è alta 185 metri ed è lunga più di 2,3 chilometri. L’acqua del bacino formatosi a monte dell’impianto muove turbine che in un anno hanno prodotto 87 miliardi di chilowattora (una famiglia italiana media ne consuma 3.500 l’anno). Nonostante i suoi numeri la Diga delle Tre Gole ha prodotto meno energia di quella sudamericana di Itaipu.
Questa opera è infatti diventata il simbolo dell’impatto ambientale delle dighe: oltre ad aver sommerso più di 1.300 siti di interesse archeologico, 13 città, 140 paesi e 1.352 villaggi e aver forzato il trasferimento di circa 1,2 milioni di abitanti, la diga delle Tre Gole ha distrutto l’habitat di migliaia di specie animali e vegetali.
NUOVI SVILUPPI:
Alcune aziende stanno sviluppando un sistema ibrido tra eolico e idroelettrico, sfruttando la forza delle correnti per far ruotare le pale delle eliche.
Questo aquilone, sviluppato dalla Svezia, lavora collegato a una piattaforma e invia a terra l’energia elettrica che genera tramite dei cavi sottomarini collegati a una centrale. Seppur alle prime fasi di sviluppo risulta ottimo per le piccole comunità situate in isole o aree costiere remote del pianeta.
Prima di tutto, è molto interessante sapere che il sole è una fonte di energia inesauribile, la quantità di energia radiante che arriva sulla Terra dal Sole per unità di tempo e superficie è pari a 1,4 kW/m². Complessivamente quindi, l’energia che arriva sulla Terra potrebbe soddisfare ampiamente il fabbisogno energetico mondiale.
TIPI DI IMPIANTI
Solare termico
Il pannello solare termico è la tecnologia che sfrutta i raggi del sole per riscaldare l’acqua sanitaria contenuta al suo interno in uno speciale serbatoio di accumulo. Sfruttato in contesti commerciali e domestici, questo sistema funziona tramite collettore solare, con il quale riscalda uno speciale fluido termovettore all’interno delle tubazioni, caratterizzato da materiale isolante che evita il surriscaldamento delle sue componenti.
I collettori solari termici possono differenziarsi in due tipologie: a circolazione naturale e forzata.
Nel primo caso i serbatoi di accumulo che contengono lo scambiatore di calore si trovano al di sopra dei pannelli di calore dove circola il liquido, mentre nel secondo caso si utilizza una pompa al fine di far circolare il fluido nello scambiatore e nel pannello, mentre il serbatoio si trova più in basso dei pannelli.
L’uso del solare termico per produrre energia indispensabile al riscaldamento e raffreddamento dei dispositivi permette una netta riduzione dell’uso degli impianti di condizionamento e di riscaldamento degli ambienti, diminuendo la dipendenza dai combustibili fossili a vantaggio dell’ambiente.
Solare fotovoltaico
Il pannello fotovoltaico sfrutta le radiazioni solari per produrre energia elettrica attraverso alcuni elementi semiconduttori sollecitati dalla luce.
Più nello specifico si tratta di celle fotovoltaiche costituite da silicio che permettono di convertire la luce solare in energia elettrica.
Questo avviene attraverso gli elettroni, che, quando la luce colpisce i materiali semiconduttori, vengono incanalati e producono, così, corrente elettrica.
Per quanto questa tipologia di impianto a energia solare non funzioni in modo continuo ma soltanto nelle ore in cui la luce del sole può essere sfruttata, è in grado di sopperire al fabbisogno di serbatoi montani e zone isolate grazie ad una produzione elevata.
Solare a concentrazione
L’impianto solare a concentrazione sfrutta alcuni specchi parabolici per produrre elettricità dai raggi solari e fornire calore a temperature elevate.
Attraverso i pannelli solari a concentrazione, questi impianti concentrano tutta l’energia su un tubo ricevitore contenente il fluido termovettore che la trasferisce in turbine a vapore per convertirla in energia elettrica.
Oltre al sistema degli specchi parabolici, detto a concentrazione puntiforme, che è il più utilizzato, il solare a concentrazione si può servire di specchi piani posizionati a terra attraverso cui convogliare i raggi solari verso la sommità di una torre (sistema a torre centrale).
L’impianto solare a concentrazione può anche essere a parabole lineari ossia formato da tubi a parabola, dunque privi di copertura, il cui ruolo è ancora una volta quello di riscaldare il fluido contenuto nelle tubazioni.
VANTAGGI E SVANTAGGI
Il sole infatti è la fonte energetica più green, poiché non prevede nessuna combustione di gas e nessuna emissione di CO2. Inoltre, non presenta problemi di geo localizzazione: tutta la terra viene irradiata dal sole, anche se alcune zone risultano effettivamente più esposte.
Sul fronte economico, i vantaggi sono notevoli: sebbene, per esempio, l’installazione di un impianto fotovoltaico sia una spesa abbastanza importante, l’investimento viene comunque ammortizzato nel giro di pochi anni: per fare un esempio, l’installazione completa di un impianto da 3 kW richiede una spesa di circa 6.000 euro, recuperabili in un lasso di tempo che va dai 4 agli 8 anni (su una durata dell'impianto di circa 30 anni), grazie al risparmio in bolletta e alle detrazioni fiscali che incentivano l’utilizzo di questi metodi di approvvigionamento energetico. Oltre a ciò, se si sceglie l’opzione di impianto fotovoltaico con accumulo, è possibile arrivare a un risparmio energetico in bolletta pari al 90%.
Anche l’energia solare presenta degli svantaggi: uno di questi è che, essendo la radiazione solare non continua a causa dell’alternarsi del giorno e della notte e di eventi climatici, spesso non è garantita la continuità della produzione; per ovviare a questo problema è possibile optare per un impianto fotovoltaico con accumulo, in modo da poter disporre dell’energia elettrica anche quando non l’impianto non la produce. L’impianto solare termico invece prevedere già l’installazione di un accumulo. Inoltre in Italia alcune aree sono sottoposte a vincolo paesaggistico e il loro impiego è limitato, a volte richiedono i pannelli rossi o a forma di tegole.
Lo svantaggio principale deriva dall'estrazione delle materie prime che avviene prevalentemente in Cina dove le centrali a carbone sono numerose e garantiscono la corrente necessaria all'estrazione. L'inquinamento quindi è anche quattro volte superiore rispetto all'estrazione in Europa dove però l'energia ha un costo sempre più elevato. Inoltre lo smaltimento non è sempre semplice anche se gli ultimi modelli sono via via più riciclabili.
L'IMPIANTO PIU' IMPORTANTE
Il noor 1 è la centrale solare termodinamica più grande del mondo. Copre un’area di 1, 4 km quadrati e fa parte di un progetto ancora più ampio. L’impianto è grande come 200 campi di calcio e fornisce energia elettrica pulita a circa un milione di persone.
La costruzione dell’impianto solare più grande del mondo è iniziata nel 2013 alla presenza del re del Marocco Mohammed VI. Il progetto finale, oltre al Noor 1, prevede altri due impianti; mentre il Noor 1 è già in funzione, si aspetta l’allestimento del Noor 2, simile al primo e del Noor 3 che raccoglierà il calore solare riflesso dagli specchi in una torre. Si tratta di un sistema più efficiente simile alla torre solare spagnola divenuta operativa nel 2014
Gli impianti di grandi dimensioni richiedono spazio ed è uno spreco usare un terreno fertile, è quindi preferibile installarli in un terreno desertico o sopra io tetti delle abitazioni o come nelle foto sopra delle serre. Questo riduce notevolmente il suolo perso.
La bioenergia e 'l'energia che si genera a partire dalla biomassa. La bioenergia si comprende nella definizione di “energia rinnovabile”. Nella pratica, la percentuale maggiore di bioenergia proviene dalla legna, seguita dagli olii vegetali o agrocombustibili che si stanno espandendo rapidamente.
Durante gli ultimi 200 anni, soprattutto nei paesi industralizzati sono state utilizzate e soprattutto consumate le riserve fossili - petrolio, carbone, gas naturale - in quanto erano le principali fonti di energia. Attualmente si vuole sostituire l’energia fossile con l’energia generata a partire dalla materia viva o “biomassa”.
Il 17 dicembre 2008 il Parlamento Europeo ha dato impulso per mezzo di una legge (Direttiva per l’Energia Rinnovabile RED) allo sviluppo permanente delle energie rinnovabili in Europa, includendo l’energia proveniente dalla biomassa. Gli obiettivi (targets) vincolanti per gli stati membri, stimolano in modo significativo l’impiego di tecnologie di produzione industriale di bioenergia con considerevoli sussidi o contributi.
Nell’Unione Europea, due terzi dell’energia proviene da fonti rinnovabili da biomassa. Il restante 25% si riparte tra energia solare o eolica.
Per produrre e quindi ottenere queste enormi quantità di biomassa, sono necessarie enormi superfici di terre produttive: parliamo di quelle terre dove ci sono boschi e foreste naturali, coltivazioni per l’alimentazione e terre già occupate con monocolture industriali di alberi e centrali energetiche.
Se, per esempio, le piantagioni di alberi degli USA vengono destinate a soddisfare la domanda di biomassa degli USA e dell’Europa, significa che il Sudamerica e altre regioni saranno ancora più sotto pressione per poter colmare il vuoto della domanda di polpa di cellulosa e carta. Sebbene le prime implementazioni industriali “dimostrative” si stanno costruendo in Europa e in USA, i paesi con il volume maggiore di centrali attive faranno spazio alla maggior parte di centrali per la produzione, in ultima analisi per la nuova bioeconomia la “geografia e 'un destino”.
L’industria ha già gli occhi puntati sulle terre produttive di paesi come il Brasile, Messico, Sudafrica e Malesia.
Coprire l’elevata domanda di biomassa delle centrali elettriche industriali per la produzione di calore ed energia e`difficile e costoso. La produzione di bioenergia su scala industriale presenta una delle nuove grandi minacce per i boschi e le foreste, la biodiversità, le popolazioni ed il clima considerando l’espansione della domanda di prodotti dell’agricoltura e la silvicoltura.
Il sovrasfruttamento nel lungo periodo e 'di impatto fortemente negativo per le popolazioni locali, il suolo, l’acqua e l’aria.
Rinnovabile non è sempre sinonimo di rispettosa dell’ambiente. Bruciare intere foreste e colture alimentari NON è una pratica rispettosa dell’ambiente e NON è sostenibile.
Gli incentivi europei all’utilizzo delle energie rinnovabili stanno fomentando la deforestazione e distruggendo aree ricche di vegetazione, come la foresta pluviale in Indonesia, capace di assorbire elevate quantità di anidride carbonica dall’atmosfera. Oltre ad aumentare le emissioni di Co2, la deforestazione sta mettendo a rischio la sopravvivenza delle specie animali nelle zone colpite.
L'IMPIANTO PIU' IMPORTANTE
Venti anni fa, a Katowice e Cracovia c’era tutto un proliferare di impianti, alimentati a carbone, ad alta concentrazione di zolfo, che alimentavano acciaierie e altre industrie, diffondendo un’inconfondibile patina di fuliggine lungo tutta la regione sud-orientale del paese.
Oggi la regione ospita la Green Unit, che con i suoi 205 megawatt di potenza è il più grande impianto al mondo alimentato a biomasse provenienti da legno e scarti dell’agricoltura. Finalmente la fuliggine si è dissolta, le città e i loro monumenti sono stati riportati all’antico splendore.
L'energia geotermica è la forma d'energia dovuta al calore contenuto all'interno della sfera terrestre. Tale calore si manifesta con l'aumento progressivo della temperatura delle rocce con la profondità, secondo un gradiente geotermico, in media, di 3°C ogni 100m di profondità. Alcune zone presentano gradienti più alti della media (9°-12°C ogni 100m), a causa di anomalie geologiche o vulcaniche.
L'energia termica accumulata nel sottosuolo è resa disponibile tramite vettori fluidi (acqua o vapore), naturali o iniettati, che fluiscono dal serbatoio geotermico alla superficie spontaneamente (geyser, soffioni, sorgenti termali) o erogati artificialmente tramite perforazione meccanica (pozzo geotermico).
In Italia esistono due principali aree geotermiche in sfruttamento ad alta entalpia: Larderello-Travale/Radicondoli e Monte Amiata, entrambe posizionate nella Toscana meridionale.
TIPI DI CENTRALI
Ci sono 3 grandi tipologie di centrali geotermiche:
a vapore secco, la più antica tecnologia geotermica che estrae il vapore dalle fratture presenti nel terreno e lo usa direttamente per azionare una turbina
flash, trasformano l'acqua bollente profonda e ad alta pressione, in acqua più fredda e a bassa pressione
binarie, l'acqua bollente viene fatta scorrere accanto a un secondo fluido che ha un punto di ebollizione molto al di sotto rispetto a quello dell'acqua; tutto ciò fa sì che quest'ultimo fluido si trasformi in vapore, il quale poi aziona una turbina
L'IMPIANTO PIU' IMPORTANTE
Il Geysers Complex, situato nei Monti Mayacamas, 72 miglia a nord di San Francisco, California, USA, è il più grande giacimento geotermico del mondo. Il complesso, e le sue centrali geotermiche 22, ha una capacità installata combinata di 1,520 MW. La potenza generata dai geyser aiuta a soddisfare il fabbisogno di elettricità delle contee californiane di Sonoma, Mendocino e Lago. Una parte del fabbisogno energetico delle contee di Napa e Marin è anche soddisfatta dal Geysers Complex. Ciò è particolarmente importante, poiché quest'area della California ha un gran numero di persone e industrie importanti, molte delle quali sono molto ecologicamente consapevoli.
Attualmente sono la Francia, la Slovacchia e il Belgio a puntare maggiormente sull'energia nucleare: il 70 per cento dell’energia elettrica prodotta in Francia è di origine nucleare e in Slovacchia e in Belgio supera di poco la metà della produzione nazionale.
In tutto il mondo sono attualmente in funzione circa 440 centrali nucleari in 32 Paesi. Il loro numero è stagnante, ma la potenza installata cresce e alla fine del 2019 ammontava a 390 GW. L’energia nucleare rappresenta il 10 per cento di tutta l’energia prodotta a livello mondiale.
Oltre la metà dei reattori nucleari esistenti a livello mondiale data più di 30 anni e nei prossimi anni verranno disattivati. L'Agenzia internazionale per l'energia atomica (AIEA) ritiene che fino al 2050 la quota di elettricità di origine nucleare continuerà ad aumentare in tutto il mondo. Attualmente in diversi Paesi sono stati costruiti 53 nuovi reattori e 118 sono in fase di progettazione; la maggior parte di essi si trova in Cina, India e Russia.
Tuttavia l'effetto serra e il caro petrolio hanno fatto riavvicinare all'energia nucleare anche i paesi occidentali più scettici. La Francia recentemente ha espresso l'intenzione di costruirne nuove per raggiungere l'autosufficienza energetica.
L'IMPIANTO PIU' IMPORTANTE
La centrale nucleare di Kashiwazaki-Kariwa è una moderna centrale elettronucleare (la prima al mondo con un reattore di III generazione) su un sito grande 4,2 chilometri quadrati collocato nelle città di Kashiwazaki e Kariwa della prefettura di Niigata in Giappone, sulle coste del Mar del Giappone (da dove prende l'acqua per il raffreddamento).
Sempre più aziende e governi investono nella nuova tecnologia dell'atomo, stretti tra una richiesta di elettricità in crescendo e l’allarme sulle conseguenze ambientali. E si sviluppano decine di startup e l'Italia in prima fila con il Dtt.
La sfida sta nel replicare una stella sulla Terra. La ricerca sulla fusione nucleare punta a imitare un processo che genera enormi quantità di energia ma senza il prezzo di scorie radioattive da smaltire e gas serra emessi nell’atmosfera.
Per questo la corsa alla fusione nucleare attira un numero crescente di concorrenti e di investimenti. Il traguardo è fissato al 2050. Anche se c’è chi tenta lo scatto.
Commonwealth fusion systems (Cfs) del Massachusetts institute of technology (Mit) di Boston, che ha annunciato di voler accendere il primo reattore nel prossimo decennio.
Naka, Giappone, si lavora al JT-60Sa, uno dei tre impianti tandem tra Tokyo e Unione europea.
In Cina i progetti bandiera sono due: East (Experimental advanced superconducting tokamak), che ha raggiunto i 121 milioni di gradi di temperatura, e Cfetr (China fusion engineering test reactor).
Nel 2025 si prevede l’accensione dell’International thermonuclear experimental reactor (Iter), il progetto per la costruzione di una speciale macchina a forma di ciambella, nel centro di ricerca di Cadarache. Costo stimato: 22 miliardi di euro, finanziati per il 45% dall’Unione europea e per la restante parte, in quote uguali, da Stati Uniti, Cina, Corea del sud, Giappone, India e Russia.
Nel 2026 sarà la volta del tokamak made in Italy, il Dtt (acronimo di Divertor tokamak test). Nei laboratori dell’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (Enea). A Frascati, area dei Castelli romani, già si lavora alla realizzazione del Centro italiano per la fusione nucleare. L’operazione vale nel suo complesso circa 600 milioni di euro, mezzo miliardo solo per la macchina. Dalla Banca europea degli investimenti arrivano 250 milioni. Altri 60 li mette la Commissione europea. I ministeri dello Sviluppo economico e dell’Università e ricerca contribuiscono con 40 milioni a testa e la Regione Lazio ha deliberato per ora di spenderne 25, con l’impegno di poter arrivare a un massimo di 59 milioni. Il progetto italiano è legato a doppio filo all’Iter, un programma internazionale che mira a dimostrare la fattibilità tecnico-scientifica della fusione, con l’obiettivo di raggiungere i 500 megawatt di energia elettrica prodotta. A quel punto la palla passerà a una centrale dimostrativa per poi procedere alla produzione dal 2050.
Il governo inglese si è dato tempo fino al 2040 per costruire un prototipo di centrale a fusione con uninvestimento: 220 milioni di sterline.
Negli USA si sperimenta la tecnologia laser,
La Germania ha ricevuto dall’Europa un 20% di coperture per Wendelstein 7-X Stellarator.
I primi risultati si spera arriveranno tra il 2025 e il 2035. Prevedono che questo reattore raggiungerà le 2.6 atmosfere, a discapito delle 2 già raggiunte in precedenza.
Funzionamento
La fusione termonucleare è il fenomeno per cui due atomi leggeri (tipicamente isotopi di Idrogeno) si fondono per formare un atomo più pesante. La differenza con la fissione nucleare, che produce energia nelle attuali centrali elettronucleari risiede nel fatto che quest'ultima produce energia dalla fissione (rottura) di atomi pesanti (tipicamente di Uranio, Plutonio) in atomi più leggeri. Uno dei particolari punti di interesse della fusione nei confronti della fissione è dato dal fatto che la fusione non produce scorie radioattive, ma solo atomi di Elio ad elevata stabilità nucleare, quindi la radioattività della fusione viene solo dall'utilizzo del Trizio (isotopo dell'idrogeno con peso atomico 3) e dall'attivazione dei materiali che circondano il volume in cui viene prodotta energia. Delle diverse reazioni di fusione possibili, quella più attraente e studiata più estesamente è la reazione DT (Deuterio - Trizio) che produce un atomo di Elio ed un neutrone.
Diverse opzioni per il confinamento del plasma di fusione sono attualmente considerate:
Confinamento magnetico: è la strategia principale. Le prestazioni migliori sono state raggiunte in configurazione tokamak, negli esperimenti JET e JT60-U; il futuro esperimento ITER, ancora lontano dall'essere un reattore per la produzione di energia elettrica, dovrà fornire risposte definitive sulle prestazioni raggiungibili da un tokamak. Una opzione alternativa è la configurazione stellarator, studiata negli esperimenti WX-7 in Europa, e LHD in Giappone. La configurazione RFP non è più considerata per un reattore, ma rimane di interesse per studi di turbolenza e confinamento di plasma. Un reattore a confinamento magnetico può funzionare in maniera continua sostenendo la scarica di plasma tramite riscaldamenti addizionali come gli NBI o riscaldamenti a onde (e.g. ECRH).
Confinamento inerziale: molto meno sviluppata e secondaria nella ricerca per scopi civili di produzione elettrica. Tramite l'impiego di laser, o metodi alternativi. L'impianto che ha dimostrato ufficialmente la validità della tecnica del confinamento laser è stato il National Ignition Facility americano, che ha generato più energia di quella consumata per ottenerla. La Z machine presso Sandia National Laboratories sfrutta la forza di Lorentz generata dal passaggio di correnti elevatissime per il confinamento (Z-pinch) e detiene il record per la temperatura più alta mai ottenuta in laboratorio. Entrambi questi sistemi permetterebbero solo un funzionamento pulsato, con sostituzione della capsula di combustibile decine di volte per secondo.
Ricadute economiche
Un’analisi del centro studi Trinomics su Iter calcolava nel 2018 un valore aggiunto lordo di 4,8 miliardi di euro nel decennio 2008-2017, contro i 5,1 spesi, e 34mila posti di lavoro creati. E che gli effetti non si limitavano al sito di Cadarache, ma si diramavano in avanzamenti tecnologici e nuove occasioni di business. Sono dati a sostegno di un’operazione che, nonostante la promessa di energia illimitata e pulita, ha subito numerosi rallentamenti e costa quasi quattro volte i preventivi iniziali. Per ogni euro investito, ne genera uno in ricadute dirette e due in quelle indirette. Nel periodo 2018-20 Trinomics stima un impatto di 15,9 miliardi e 72.400 posti di lavoro generati per realizzare quello che sarà il più grande tokamak al mono, 30 metri di altezza per 30 di diametro e 23mila tonnellate di peso.
L’ultimo contratto assegnato in Italia è per un valore di 33 milioni di euro, a seguito di una gara internazionale, riguarda la fornitura di 18 giganteschi magneti superconduttori da parte dell’italiana ASG Superconductors (Malacalza), che ha acquisito contratti analoghi anche per il progetto internazionale sulla fusione ITER. Le altre gare bandite sino ad oggi, che riguardano la fornitura di materiali hi-tech superconduttivi, sono state vinte dalla coreana Kiswire Advanced Technology per oltre 32 milioni di euro, dalla statunitense Luvata Waterbury per un totale di 16 milioni e dalla giapponese Furukawa Electric Co per 4 milioni.