Fonti, conversione, usi finali Densità (qualità) dell’energia

1. Alberto MirandolaENERGIA, AMBIENTEE COMUNICAZIONEMaster in Comunicazione delle ScienzeAnno 2014

2. Una comunicazione corretta in campo scientificorichiede- Prendere conoscenza del problema (nel nostro caso: i problemi dell’energia e le loro implicazioni).- Informarsi sull’evoluzione, sullo stato attuale e sulle prospettive della materia di cui si desidera trattare.- Oltre a cercare dati obiettivi, occorre verificare se vi siano diverse opinioni degli esperti, in modo da riferire senza precostituire una “verità” di parte. (Si corre questo pericolo in molti casi, specialmente quando gli aspetti tecnico-scientifici confinano con la politica).- Impostare e sviluppare la comunicazione sulle basi precedenti; in tal modo si opererà in modo eticamente e professionalmente corretto.

3. Programma di queste conversazioniPrima parte:Introduzione al linguaggio e ad alcuni concetti basilari del settore energetico:- fonti e vettori energetici;- forme energetiche: dalle risorse ai consumi finali; tipi di impianti esistenti;- densità di energia e di potenza; rendimenti e loro evoluzione storica.Seconda parte:Risorse, consumi energetici e aspetti ambientali: evoluzione, situazione nel mondo e riflessioni.Terza parte:Etica e correttezza della comunicazione nel settore energetico.

4. Fonti energeticheForme di energia che si trovano in natura:- energia solare nelle sue diverse forme (radiazione diretta, vento, biomasse, salti idrici, geotermia, onde);- combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale);- materiali fissili (uranio prevalentemente).Statistiche sulle fonti energetiche: riguardano solo le fonti commerciali.Usi finali dell’energiaForme di energia utilizzate:- energia termica;- energia meccanica;- energia elettrica.Per convertire le fonti nelle forme finali utili: macchine e impianti di conversione energetica.

5. Fonti rinnovabili e non rinnovabiliFonti rinnovabili = fonti che saranno disponibili per un tempo indefinito, in quanto il loro flusso dipende dai cicli naturali;tipicamente: energia solare nelle sue diverse forme.Fonti non rinnovabili = fonti che si sono formate in tempi lunghissimi e che costituiscono delle scorte; la loro disponibilità si riduce nel tempo man mano che esse vengono utilizzate;tipicamente: i combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale).

6. m Fonti, conversione, usi finali Densità (qualità) dell’energia

7. Fonti e vettori energeticiIdrogeno ed elettricità sono prodotti di trasformazione, cioèsono vettori energetici, non fonti. L’idrogeno esiste in natura,ma non allo stato libero, bensì solo in composti che lo contengono (acqua, idrocarburi).L’idrogeno quindi non è una fonte, ma è un combustibile:- potrà dare un contributo locale alla riduzione dell’impatto ambientale; ma non un contributo come fonte;- sarà un vettore importante, capace di condizionare, almeno in parte, i metodi di trasporto e uso dell’energia, però a lungo termine (siamo ancora molto lontani).

8. I principi della termodinamica (espressi in modo divulgativo) 1° principioL’energia non si crea, né si distrugge, ma soltanto si trasforma da una forma ad un’altra. Ciò avviene negli impianti di conversione energetica.Sotto questo aspetto le diverse forme di energia sono equivalenti; per ciascuna di esse si possono usare le stesse unità di misura. Ma … 2° principioE’ impossibile convertire integralmente energia termica in energia meccanica: si può attingere energia termica da una fonte ad una certa temperatura e convertirne una parte in energia meccanica; la parte rimanente deve essere rilasciata sotto forma termica verso un ambiente a temperatura inferiore. La conversione di energia termica in energia meccanica è di fondamentale importanza nella nostra società.I rendimenti di questa trasformazione hanno subito un’evoluzione importante nel tempo, con il progredire della tecnologia.Come “difendersi” in parte dal 2° principio: la cogenerazione.

9. Trasformazione di energia termica in energia meccanica (elettrica)Evoluzione storica dei rendimentiAnno Rendimento 1700 0,5-1,0 % macchina a vapore di Newcomen (1712),poi di Watt (1756) e di Smeaton (1772) 1800 5,0 macchina a vapore 1850 10,0 macchina a vapore 1900 20,0 macchina a vapore 1950 36,0 centrale a vapore1970 40,0 centrale a vapore, grosso motore Diesel2000 40,0 turbina a gas 2000 52,0 centrale a ciclo combinato 2013 60,0 centrale a ciclo combinato

10. I combustibili fossiliCarbone- uso massiccio dopo l’invenzione della macchina a vapore;- combustione relativamente difficile (oggi si usa polverizzato);- contiene molto carbonio (produce molta CO2);- è solido, quindi il trasporto è relativamente costoso.Petrolio- elevata densità di energia  economico lo stoccaggio e il trasporto via oleodotto o via nave;- viene convertito in prodotti diversi (olio pesante, gasolio, benzina, ecc.); si presta ad usi diversi;- brucia con maggiore facilità e produce meno CO2 del carbone.Gas naturale- bassa densità di energia  costoso lo stoccaggio e il trasporto via gasdotto (stato gassoso) o via nave (liquefatto);- brucia con facilità e produce meno CO2 del petrolio.

11. Massa e Portata, Energia e PotenzaMassaQuantità contenuta in un campione di una certa sostanza(kg, g, ton, ecc.).PortataQuantità o volume di una sostanza che fluisce o si libera nell’unità di tempo (kg/s, m3/s, kg/ora, ton/anno).EnergiaQuantità contenuta in una certa massa di risorsa energetica; si esprime con diverse unità di misura (kcal e suoi multipli, Joule e suoi multipli).Come concetto è assimilabile a quello di massa.PotenzaQuantità di energia che si libera nell’unità di tempo (kcal/s, J/s=W, kJ/s=kW).Come concetto è assimilabile a quello di portata.

12. Unità di misura 1 kcal= 4,186 kJ1 tep = 107 kcal = 4,186 ·107 kJ 1 Mtep = 1013 kcal (nelle statistiche)1 tep  1200 Nm3 di gas naturale (circa)1 Mtep = 1,2 · 109 Nm3 di gas naturale1 kWh= 860 kcal = 860 · 4,186 kJ = 3600 kJ1 MWd= 24000 kWh = 24000 · 860 kcal  2 tep (circa)Poteri calorifici (inferiori) Hu dei combustibiliLegno 3000-3900 kcal/kgCarbone 5000-7500 kcal/kgPetrolio  10.000 kcal/kg (circa)Metano 12.776 kcal/kg (=0,67 kg/Nm3 Hu= 8560 kcal/Nm3)Idrogeno 33.944 kcal/kg (=0,10 kg/Nm3 Hu= 3394 kcal/Nm3)Gas naturale  8250 kcal/Nm3 (è una miscela di gas diversi)Biogas 3000-5000 kcal/Nm3

13. L’energia, l’uomo e l’ambiente- L’energia è il motore della vita, dei fenomeni naturali, delle attività umane.- L’energia ha condizionato lo sviluppo della storia e dell’umanità: infatti c’è correlazione tra il consumo energetico, l’andamento della popolazione e i principali parametri dell’economia.- Lo sviluppo della popolazione e le attività umane hanno condizionato e modificato l’ambiente.N.B.Gli animali si adattano all’ambiente; l’uomo invece tende a modificarlo per renderlo adatto ai suoi bisogni. Ciò si può fare entro certi limiti: è uno dei problemi cruciali del presente e del futuro.

14. Evoluzione della popolazione e dei consumi energetici 6 miliardi 1800: carbone1850: petrolio1900: gas naturale1950: en. nucleare Consumi di energia (Mtep/anno) Popolazione mondiale 1 miliardo 200 milioni

15. I problemi energetici• popolazione• energiaconflittuali• ambienteIn futuro: cambiamenti radicali; se troppo rapidi  conseguenze drammatiche, violenze.Quindi gestire bene la transizioneintensificare laricerca di soluzioni sempre miglioriAzioni:- a breve termine: razionalizzare e migliorare i sistemi attuali;- a lungo termine: pianificare il futuro (nuove tecnologie, nuovi sistemi organizzativi, ecc.).

16. Ripartizione approssimativa della popolazione mondiale nel 2010 (stime ONU) (7 miliardi a inizio 2013; previsti 9-10 nel 2040)Asia 4150 milioni (60.8 %) Africa 984 milioni (14.4 %) Europa 720 milioni (10.5 %) America latina 595 milioni ( 8.7 %) USA e Canada 348 milioni ( 5.1 %) Oceania 35 milioni ( 0.5 %) ---------------- 6832 milioniAlla fine del 2012 la Cina (circa 1350 milioni) e l’India (circa 1200 milioni) contavano da sole poco meno del 40% della popolazione mondiale

17. Le fonti rinnovabili: quali sono? (1)- Risparmio energetico: importante, anche se non è una vera fonte; consente di prolungare la durata delle fonti non rinnovabili.- Energia idroelettrica: molto conveniente, ma quasi saturata in Italia- Energia solare diretta: solare termico (maggiori rendimenti) solare fotovoltaico (minori rendimenti); interessante quando integrato nell’edificio- Energia eolica: si, ma marginale in Italia- Energia geotermica: molto conveniente dove c’è, ma ce n’è poca; interessanti gli usi innovativi su piccola scala abbinati a pompe di calore (ancora molto costosi) - Energia delle maree: solo in località con forti escursioni di livello- Energia delle biomasse:coltivazioni energetiche: si, ma quantità di energia limitatematerie legnose: si, se non si deforesta; attenzione alle emissionirifiuti: devono essere utilizzati con tecniche adeguate

18. Le fonti rinnovabili (2)PREGI: - Sono rinnovabili, cioè non si esauriscono - Contribuiscono poco all’inquinamentoDIFETTI: - Bassissima densità di potenza: è fuorviante fare assegnamento sull’energia globalmente disponibile, senza considerare la potenza per unità di superficie e il momento in cui questa è utilizzabile - Discontinuità e imprevedibilità (bisogna installare sistemi alternativi per fronteggiare le indisponibilità) - Rendimenti bassiQUINDI:- non possono fare miracoli  contributi locali (di nicchia)- però dobbiamo continuare con la ricerca

19. Le fonti rinnovabili (3)Esempi di reale potenzialità sul territorio italiano (301000 km2)Supponiamo di voler produrre il fabbisogno elettrico italiano (330·109 kWh/anno) con:- legna in centrali a biomassa  servono 1,5·106 km2 di boschi;- aeromotori servono 233.000 macchine da 1 MW, ammesso che il vento soffi sempre a 10 m/s;- pannelli fotovoltaici: servono240.000 MW  6000 km2(di cui 2000 di pannelli da pulire ogni 15-20 giorni!).- biodiesel:supponiamo di sostituire il fabbisogno italiano per i trasporti (42 Mtep) con biodiesel (1 ton/ettaro): servono480.000 km2 di colture.Per le fonti intermittenti ci vogliono sistemi integrativi:non sempre la potenza è disponibile quando serve.

20. La questione degli incentivi- Gli incentivi servono a far decollare una tecnologia se questa è utile.- Quindi vanno adottati per tempi limitati, non per tempi indefiniti.- Non devono essere troppo alti, per non distorcere eccessivamente il mercato e provocare iniziative non condivisibili. - Ogni tecnologia, a regime, deve autosostenersi.

21. Le fonti: servono tutte o no?Servono tutte perché:- la popolazione cresce- il consumo pro-capite cresce nei Paesi in via di sviluppo- nessuna fonte può risolvere i problemi energetici dell’umanità- ciascuna fonte è adatta a determinati usi- l’integrazione delle fonti favorisce uno sviluppo equilibrato ed armonico della tecnologia e del sistema economico- le diverse fonti hanno impatti diversi sull’ambiente, sull’economia, sugli aspetti socialiAttenzione: quando si parla di innovazione nel settore energetico non significa solo “fonti rinnovabili” (in quanto innovative), ma anche“usi innovativi delle fonti tradizionali”.

22. SostenibilitàI pilastri della sostenibilità:- risorse necessarie per sostenere la popolazione (energia, cibo, acqua, materiali, ecc.)- aspetti ambientali- aspetti economici- aspetti socialiDevono essere considerati tutti quando si parla di sviluppo sostenibile.In questo periodo di crisi globale particolare attenzione deve essere dedicata agli aspetti socio-economici.Tutte le risorse richiedono energia per essere utilizzate.Perciò l’energia è la risorsa fondamentale.

23. Statistiche energeticheRiguardano solo le fonti commerciali, quindi non conteggiano l’energia solare che alimenta i cicli naturali e quella impiegata per le coltivazioni, le foreste, ecc.; si tratta di quantità enormi.Sono conteggiati gli usi innovativi dell’energia solare a scopo energetico: usi termici e fotovoltaici, biomasse a scopo energetico, energia eolica, energia geotermica, ecc.Nelle tabelle successive i diversi Paesi sono ordinati nel modo seguente:- prima tabella: Paesi ordinati secondo i consumi energetici totali (ordine decrescente);- seconda tabella: Paesi ordinati secondo la popolazione totale (ordine decrescente).

24. NAZIONE POPOLAZIONE ENERGIA PRIMARIA CONSUMO ENERGIA ELETTRICA (2010)CONSUMATA PRO CAPITE Milioni di abitanti % Mtep/anno % tep/ab. TWh kWh/ab. % 1 Cina 1338,10 19,42 2432,20 20,26 1,8177 4206,54 3143,67 19,732 Stati Uniti 309,60 4,49 2285,65 19,04 7,3826 4325,94 13972,67 20,293 Russia 141,90 2,06 690,94 5,76 4,8692 1036,78 7306,42 4,86 4 India 1188,80 17,25 524,23 4,37 0,4410 922,25 775,78 4,325 Giappone 127,40 1,85 500,87 4,17 3,9315 1145,27 8989,52 5,376 Germania 81,60 1,18 319,46 2,66 3,9150 621,00 7610,29 2,917 Canada 34,10 0,49 316,70 2,64 9,2872 629,91 18472,57 2,958 Sud Corea 48,90 0,71 254,97 2,12 5,2141 497,22 10168,17 2,339 Brasile 193,30 2,80 253,92 2,12 1,3136 484,75 2507,78 2,2710Francia 63,00 0,91 252,39 2,10 4,0062 573,20 9098,35 2,6911 Iran 75,10 1,09 212,54 1,77 2,8301 226,10 3010,65 1,0612 UK 62,20 0,90 209,08 1,74 3,3614 381,25 6129,37 1,7913 Italia 60,50 0,88 172,05 1,43 2,8438 298,21 4929,06 1,4014 Messico 110,60 1,60 169,15 1,41 1,5293 269,97 2440,97 1,2715 Spagna 47,10 0,68 149,73 1,25 3,1790 300,43 6378,58 1,4116 Indonesia 235,50 3,42 139,97 1,17 0,5944 166,37 706,45 0,7817 Sud Africa 49,90 0,72 120,91 1,01 2,4230 268,13 5373,33 1,2618 Turchia 73,60 1,07 110,88 0,92 1,5065 210,18 2855,73 0,9919 Ucraina 45,90 0,67 118,02 0,98 2,5712 187,91 4093,90 0,8820 Tailandia 68,10 0,99 107,94 0,90 1,5850 156,41 2296,84 0,7321 Polonia 38,20 0,55 95,75 0,80 2,5066 157,42 4120,86 0,7422 Egitto 80,40 1,17 81,05 0,68 1,0080 143,47 1784,39 0,6723 Argentina 40,50 0,59 77,10 0,64 1,9038 128,47 3172,03 0,6024 Pakistan 184,80 2,68 67,61 0,56 0,3659 90,44 489,40 0,4225 Vietnam 88,90 1,29 43,96 0,37 0,4945 100,17 1126,77 0,4726 Algeria 36,00 0,52 41,13 0,34 1,1426 45,17 1254,75 0,2127 Colombia 45,50 0,66 32,21 0,27 0,7079 56,90 1250,49 0,2728 Filippine 94,00 1,36 27,63 0,23 0,2939 67,74 720,67 0,32 29 Bangladesh 164,40 2,39 23,63 0,20 0,1437 NA NA NA30 Nigeria 158,30 2,30 13,00 0,11 0,0821 NA NA NA31 Sudan 43,20 0,63 5,00 0,04 0,1157 NA NA NA32 Kenia 40,00 0,58 5,00 0,04 0,1250 NA NA NA33 Etiopia 85,00 1,23 3,00 0,02 0,0353 NA NA NA34 Myanmar 53,40 0,77 2,00 0,02 0,0375 NA NA NA 35 Tanzania 45,00 0,65 2,00 0,02 0,0444 NA NA NA36 R. D. Congo 67,80 2,00 0,02 0,0295 NA NA NAOCSE 1237,70 17,90 5568,29 46,39 4,4989 10904,83 8810,56 51,14Mondo (2010) 6892,00 100,00 12002,35 100,00 1,7415 21325,11 3094,18 100,00

25. NAZIONE POPOLAZIONE ENERGIA PRIMARIA CONSUMO ENERGIA ELETTRICA (2010)CONSUMATA PRO CAPITE Milioni di abitanti % Mtep/anno % tep/ab. TWh kWh/ab. % 1 Cina 1338,10 19,42 2432,20 20,26 1,8177 4206,54 3143,67 19,732 India 1188,80 17,25 524,23 4,37 0,4410 922,25 775,78 4,323 Stati Uniti 309,60 4,49 2285,65 19,04 7,3826 4325,94 13972,67 20,294 Indonesia 235,50 3,42 139,97 1,17 0,5944 166,37 706,45 0,785 Brasile 193,30 2,80 253,92 2,12 1,3136 484,75 2507,78 2,276 Pakistan 184,80 2,68 67,61 0,56 0,3659 90,44 489,40 0,427 Bangladesh 164,40 2,39 23,63 0,20 0,1437 NA NA NA8 Nigeria 158,30 2,30 13,00 0,11 0,0821 NA NA NA9 Russia 141,90 2,06 690,94 5,76 4,8692 1036,78 7306,42 4,8610 Giappone 127,40 1,85 500,87 4,17 3,9315 1145,27 8989,52 5,3711 Messico 110,60 1,60 169,15 1,41 1,5293 269,97 2440,97 1,2712 Filippine 94,00 1,36 27,63 0,23 0,2939 67,74 720,67 0,3213 Vietnam 88,90 1,29 43,96 0,37 0,4945 100,17 1126,77 0,4714 Etiopia 85,00 1,23 3,00 0,02 0,0353 NA NA NA15 Germania 81,60 1,18 319,46 2,66 3,9150 621,00 7610,29 2,9116 Egitto 80,40 1,17 81,05 0,68 1,0080 143,47 1784,39 0,6717 Iran 75,10 1,09 212,54 1,77 2,8301 226,10 3010,65 1,0618 Turchia 73,60 1,07 110,88 0,92 1,5065 210,18 2855,73 0,9919 Tailandia 68,10 0,99 107,94 0,90 1,5850 156,41 2296,84 0,7320 R. D. Congo 67,80 2,00 0,02 0,0295 NA NA NA21Francia 63,00 0,91 252,39 2,10 4,0062 573,20 9098,35 2,6922 UK 62,20 0,90 209,08 1,74 3,3614 381,25 6129,37 1,7923 Italia 60,50 0,88 172,05 1,43 2,8438 298,21 4929,06 1,4024 Myanmar 53,40 0,77 2,00 0,02 0,0375 NA NA NA25 Sud Africa 49,90 0,72 120,91 1,01 2,4230 268,13 5373,33 1,2626 Sud Corea 48,90 0,71 254,97 2,12 5,2141 497,22 10168,17 2,3327 Spagna 47,10 0,68 149,73 1,25 3,1790 300,43 6378,58 1,4128 Colombia 45,50 0,66 32,21 0,27 0,7079 56,90 1250,49 0,2729 Ucraina 45,90 0,67 118,02 0,98 2,5712 187,91 4093,90 0,8830 Tanzania 45,00 0,65 2,00 0,02 0,0444 NA NA NA31 Sudan 43,20 0,63 5,00 0,04 0,1157 NA NA NA32 Argentina 40,50 0,59 77,10 0,64 1,9038 128,47 3172,03 0,6033 Kenia 40,00 0,58 5,00 0,04 0,1250 NA NA NA34 Polonia 38,20 0,55 95,75 0,80 2,5066 157,42 4120,86 0,7435 Algeria 36,00 0,52 41,13 0,34 1,1426 45,17 1254,75 0,2136 Canada 34,10 0,49 316,70 2,64 9,2872 629,91 18472,57 2,95OCSE 1237,70 17,90 5568,29 46,39 4,4989 10904,83 8810,56 51,14Mondo (2010) 6892,00 100,00 12002,35 100,00 1,7415 21325,11 3094,18 100,00

26. Cina – India - USA - ItaliaPAESE POPOLAZIONE CONSUMO CONSUMOPRO-CAPITE106 ab. % Mtep % tep/abCina1310 21.0 1178 12.1 0.9anno 2003 1317 19.7 2002 17.7 1.5 anno 2008 1346 19.2 2432 20.3 1.8 anno 2010India1035 16.6 345 3.5 0.3 1140 17.1 433 3.8 0.4 1183 16.9 524 4.4 0.44USA288 4.6 2298 23.6 8.0 304 4.6 2299 20.4 7.6 310 4.4 2286 19.0 7.4Italia58 0.9 182 1.9 3.1 58.1 0.9 177 1.6 3.0 60.6 0.9 172 1.4 2.8

27. Paesi del G8 (2010)NAZIONE POPOLAZIONE PIL ENERGIA PRIMARIA ENERGIA ELETTRICA Milioni di abitanti % 109 USD % Mtep % tep/ab TWh kWh/ab Stati Uniti 309,60 4,49 14658,00 23,30 2285,65 19,04 7,38 4325,94 13972,67Russia 141,90 2,06 1465,00 2,33 690,94 5,76 4,87 1036,78 7306,42Giappone 127,40 1,85 5459,00 8,68 500,87 4,17 3,93 1145,27 8989,52Germania 81,60 1,18 3116,00 4,95 319,46 2,66 3,91 621,00 7610,29Francia 63,00 0,91 2583,00 4,11 252,39 2,10 4,01 573,20 9098,35UK 62,20 0,90 2247,00 3,57 209,08 1,74 3,36 381,25 6129,37Italia 60,50 0,88 2055,00 3,27 172,05 1,43 2,84 298,21 4929,06Canada 34,10 0,49 1574,00 2,50 316,70 2,64 9,29 629,91 18472,57G8 880,30 12,77 33357,00 53,02 4747,14 39,55 5,39 9011,55 10236,91Mondo 6892,00 100,00 62909,00 100,00 12002,35 100,00 1,74 21325,11 3094,18

28. Paesi del G8 (2010)NAZIONE CONSUMO PIL INTENSITA' PRO-CAPITE PRO-CAPITE ENERGETICA tep/ab €/ab €/tepStati Uniti 7,38 34699,12 4700,12Russia 4,87 7566,59 1553,97Giappone 3,93 31404,25 7987,87Germania 3,91 27986,72 7148,67Francia 4,01 30048,90 7500,63UK 3,36 26476,31 7876,62Italia 2,84 24894,37 8753,91Canada 9,29 33829,46 3642,57G8 5,39 27605,10 5119,03Mondo 1,74 6689,79 3841,41

29. Italia 201023° Paese per numero di abitanti (60.5 milioni)13° Paese per consumo totale di energia (172.05 Mtep/anno) 10° Paese per consumo di energia pro-capite (2,84 tep/ab.anno) 9° Paese per consumo elettrico pro-capite (4930 kWh/ab.anno)

30. Italia 2011: consumo di energia per fonti (più dell’85% importata) Mtep %Petrolio 71.1 42.2Gas 64.2 38.1Carbone 15.4 9.1 Energia idroelettrica 10.1 6.0Altre rinnovabili (1) 7.7 4.6 -------- --------Totale 168.5 (2) 100.0(1)Biomasse, geotermia, solare termico, solare fotovoltaico, eolico.(2) Questo consumo, pari a 1.37% del totale mondiale(12274.6 Mtep), è diminuito del 2.7% rispetto al 2010 a causa della crisi economica.

31. Italia 2010: energia elettricaCon quali impianti si produce l’energia elettrica ? TWh % centrali termoelettriche1 221.0 66.9 centrali idroelettriche 53.8 16.3 centrali geotermoelettriche 5.0 1.5 centrali solari/eoliche 10.9 3.3saldo import-export 44.2 13.4 assorbimento pompaggi -4.5 -1.4 ------- ------- totale energia richiesta 330.4 100.0L’energia nucleare è assente (apparentemente),ma quella importata è prevalentemente nucleare.1Alimentate da combustibili fossili: petrolio, gas naturale, carbone

32. Quali strategie per l’Italia?- risparmiare energia in molti modi diversi:• recuperare energie non utilizzate (cogenerazione, rifiuti, mini-idro) • razionalizzare i consumi in tutti i settori • sostituire gli impianti obsoleti con impianti ad alto rendimento • razionalizzare l’organizzazione dei sistemi d’impiego dell’energia; scaglionare i consumi (tariffe) • gestire correttamente gli impianti di produzione ( medio)- diversificarele fonti energetiche:• più carbone (con le moderne tecnologie di abbattimento degli inquinanti) • meno petrolio • uso oculato del gas • valutare l’eventuale ripresa di un piano nucleare • sviluppo delle fonti rinnovabili • seguire l’evoluzione delle tecnologie per l’uso di fonti oggi non competitive (scisti bituminosi, ecc.) - incentivare la ricerca: vi sono ancora molti spazi per l’innovazione- promuovere cultura energetica a tutti i livelli

33. La “cascata energetica” Impianti combinati e cogenerazionePrincipio di funzionamento:utilizzare i cascami energetici di un impianto (impianto topping) per alimentarne un altro (impianto bottoming)Vantaggio: si evita di bruciare nuovo combustibile per alimentare l’impianto bottoming (risparmio energetico)Modalità di realizzazione:- impianto combinato gas-vapore  elevato, emissioni basse- impianto cogenerativo

34. Confronto emissioni

35. Emissioni e concentrazioni Macchi, 2004Klippel, 2004 Wood, 2004

36. L’inquinamentoL’inquinamento zero non esiste: l’utilizzo di ogni fonte produce un impatto sull’ambiente, pur tenendo conto della grandi differenze tra una fonte e l’altra.Si deve considerare che l’impatto non riguarda solo la prima fase (generazione della forma di energia richiesta partendo dalla fonte), ma anche il successivo impiego della forma energetica resa disponibile.

37. Inquinamento e tecnologiaPremesso che:-senza tecnologia non potrebbero vivere 7 miliardi di persone, che diventeranno presto 10 miliardi- non sempre un ambiente “poco inquinato artificialmente” è favorevole alla vita dell’uomoChe cosa ha fatto la tecnologia per migliorare l’efficienza e ridurre le emissioni?

38. Evoluzione tecnologica ed emissioniI mezzi di comunicazione diffondono molte notizie allarmistiche sullo stato dell’ambiente nelle nostre città.Vediamo alcuni dati. Esaminiamo l’evoluzione dei prodotti inquinanti artificiali più comuni, per vedere se abbiamo ottenuto miglioramenti:CO2 anidride carbonica (inquinante indiretto)CO ossido di carbonioNOx ossidi di azotoSOx ossidi di zolfoPM polveri (PTS, PM 10, PM 2.5).Vediamo alcuni dati.

39. Motori a combustione interna Limiti da rispettare secondo le Norme europee per veicoli passeggeri diesel (g/km) ANNO CO NOx HC+NOx PM EURO 1 1993 2,72 - 0,97 0,140 EURO 2 1997 1,00 0,70 - 0,080 EURO 3 2000 0,64 0,50 0,56 0,050 EURO 4 2005 0,50 0,25 0,30 0,025EURO 5 (immatricolazioni 2011) e EURO 6 (immatricolazioni 2015): Limiti ulteriormente restrittivi.

40. Centrali termoelettriche italianeStime generali (media di tutte le centrali):SOx (ossidi di zolfo): diminuiti del 75% tra il 1980 e il 2000;NOx (ossidi di azoto): diminuiti del 50% tra il 1980 e il 2000;PM (particolato): diminuito del 60% tra il 1990 e il 2000.

41. Smaltimento dei rifiuti- Emissioni delle discariche: infiltrazioni nelle falde idriche;metano, ammoniaca, CO2 e molti altri gas- Emissioni degli inceneritori: Macroinquinanti (mg/Nm3)media giornaliera Valore Valore Media 4 mesi prescritta (Bologna) Brescia Bologna Padova 3 *Polveri5 <0.5 2.79 1.69NOx15080 37.05 64.17SOx2510 3.79 0.90SOV(sost.vol.) 10 - 2.20 -Microinquinanti (diossine + furani) (ng/Nm3)valore garantito (BO) Brescia Bologna Padova 3 *0,10000.01000,0005 0.00003* Per Padova 3 (terza linea) risultati non giornalieri, ma su campagne sperimentali

42. Strategie per lo smaltimento dei rifiutiBisogna:- ridurre la produzione di rifiuti con adatte politiche; ma ci vuole tempo;- nel frattempo: smaltire i rifiuti prodotti.Come smaltire?Una giusta politica è la combinazione di:- raccolta differenziata- riciclo (non troppo spinto)- produzione di energia.Combattere gli inceneritori tecnologicamente avanzati significaincentivare le discariche, che sono più dannose per l’ambiente.

43. “Distribuzione dell’inquinamento atmosferico da NOx” (Corriere della Sera, ottobre 2004) Basso livello d’inquinamento Alto livello d’inquinamento

44. Pianura padana - Visione da satellite Fonte: TEMIS

45. Condizioni dell’atmosfera nella Pianura PadanaUn’area “sfortunata” sotto il profilo ambientale:- elevata densità di popolazione e di attività economiche- chiusa tra le Alpi e gli Appennini- scarsa ventilazione- sede di fenomeni di inversione termicaPerciò le sostanze inquinanti nell’aria fanno fatica a disperdersi;però si sono registrati notevoli miglioramenti (dovuti alla tecnologia) nella seconda metà del XX secolo: cioè non siamo in grave e crescente emergenza, come ci fa credere la stampaEsempio - il particolato a Padova: gli attuali limiti imposti dalla UE sono irraggiungibili; perciò non è molto significativo ilnumero di sforamenti, ma l’andamento progressivo nel tempo.

46. Polveri sottili a Padova- La concentrazione media di polveri sottili (e anche degli altri inquinanti) è diminuita negli ultimi 20-25 anni del XX secolo, a causa dei miglioramenti tecnologici sui motori, le caldaie, le centrali, le industrie.- I valori giornalieri dipendono fortemente dalle condizioni atmosferiche (vento, pioggia), pochissimo dagli interventi limitativi sul traffico.- Si può migliorare ancora, ma siamo giunti a valori difficilmente diminuibili (infatti non c’è più diminuzione da qualche anno): comunque servono interventi strutturali, non di emergenza.- E’ illusorio pensare di soddisfare le limitazioni previste dalla UE:50 g/m3 per 330 giorni all’anno sono una vera utopia. Ormai siamo abbastanza vicini al minimo raggiungibile.

47. A proposito di cambiamenti climaticiIl clima sulla terra è sempre stato in evoluzione. Ultimo millennio:- periodo caldo medievale fino a metà del XIV secolo;- piccola era glaciale dal XIV all’inizio del XIX secolo:• in alcune zone i ghiacciai alpini inglobarono fattorie e villaggi;• i fiumi del nord Europa gelavano spesso [pittori fiamminghi]);• Groenlandia ed Islanda erano intrappolate dai ghiacci;alcune possibili cause (ma vi sono molte incertezze):• ridotta attività solare;• eruzioni vulcaniche (le ceneri bloccano parte delle radiazioni solari)- da metà XIX secolo ad oggi: temperatura in aumento.• L’attività solare non è mai stata così intensa come negli ultimi 60 anni;• il contributo dell’uomo è aumentato.

49. Cambiamenti climatici(continua)Citazione da una relazione della Royal Society all’Ammiragliato britannico, 20 novembre 1817 :“… Un considerevole cambiamento di clima, inspiegabile al presente, deve essere avvenuto nella Regione Circumpolare, nella quale la severità del freddo ha, per i secoli passati, chiuso i mari alle alte latitudini in una impenetrabile barriera di ghiaccio. Questa è stata, negli ultimi due anni, in gran parte abbattuta; duemila leghe quadrate di ghiaccio sono interamente scomparse…”Stava iniziando l’aumento delle temperature dopo la piccola era glaciale