Breve storia delle fonti di energia

1. Breve storia delle fonti di energia Dal fuoco alle energie rinnovabili, dai fossili al nucleare PON C4 “ENERGHEIA. CONFRONTIAMOCI CON L’ENERGIA” LICEO ORIANI – CORATO Prof. T. Menduni

2. Breve storia delle fonti energetiche ENERGIA MUSCOLARE ENERGIA DEL FUOCO ENERGIA DELLE MACCHINE CARBONE E PETROLIO ELETTRICITA’ NUCLEARE

3. L’energia del fuoco L’uomo preistorico impara a conservare il fuoco acceso dai fulmini, poi impara ad accenderlo egli stesso inaugurando l’era energetica del legno. L’uso del fuoco (Paleolitico da 2,5 milioni di anni fa) apre la strada a nuove scoperte e migliora le condizioni di vita determinando un notevole aumento della popolazione. Nel tardo Paleolitico (da 36000 a 10000 anni fa) scoppia la prima crisi energetica: la selvaggina inizia a scarseggiare e le risorse non si rinnovano. E’ la rivoluzione neolitica: nascono l’agricoltura e l’allevamento degli animali. Popolazione: circa 10 milioni di persone.

4. L’energia muscolare Il lavoro degli uomini è stato per molti secoli la principale fonte di energia. Nella lunga epoca dello schiavismo, organizzando gruppi disciplinati militarmente, si riescono a realizzare vere e proprie mega-macchine ad altissima efficienza: si costruiscono edifici monumentali, si muovono le macine dei mulini e gli argani, le navi a remi solcano i mari. Purtroppo lo schiavismo ancora impera in molte forme e in molte parti del mondo.

5. L’energia delle macchine Nel Medioevo il grande sistema energetico muscolare va in crisi; il prezzo degli schiavi diventa proibitivo e una forte crisi demografica provoca carenza di braccia. I monasteri diventano i centri all’avanguardia nella cultura e nelle attività produttive; si realizzano macchine che utilizzano l’energia dell’acqua (mulini, argani), del vento (mulini, velieri) e degli animali (sono introdotti i finimenti e la ferratura dei cavalli). Dal 5000 a.C. all’anno 1000 d.C. la popolazione mondiale si stima che passi da 15 a 200 milioni di persone. Estese epidemie determineranno in seguito un enorme calo demografico.

6. I combustibili fossili L’enorme progresso scientifico e tecnologico del Rinascimento richiede grandi quantità di energia: le piccole aziende artigiane si stanno trasformando in industrie. La richiesta di energia termica aumenta e per produrla c’è solo la legna e il carbone vegetale. Dopo il 1400 inizia l’uso del carbon fossile su grande scala nelle fabbriche di armi del Belgio. Nel 1603 viene inventato il coke che riduce i problemi di inquinamento prodotti dal carbon fossile. Nel 1807 viene montato un motore a vapore su di una nave e nel 1825 la prima locomotiva a vapore muove il primo treno. Con la diffusione delle macchine a vapore aumenta enormemente la richiesta di carbone che l’Inghilterra vende a mezza Europa. Proprio in Inghilterra ha inizio la Rivoluzione Industriale (basata sul carbone)che modifica radicalmente il sistema economico e sociale; si ha un’esplosione demografica in Europa: si passa dagli 84 milioni del 1500 ai 146 milioni del 1750 e ai 584 milioni del 1850. Verso la metà dell’800 viene scoperto il petrolio (il primo pozzo petrolifero viene aperto in Pennsylvania); ai primi del ‘900 viene inventato il motore a scoppio e inizia l’era delle automobili. Il petrolio come nuova fonte energetica sposta gli equilibri geopolitici mondiali.

7. Il carbon fossile Il carbon fossile è estratto da miniere sotterranee o a cielo aperto o è prodotto artificialmente. La formazione del carbone risale a circa 300 milioni di anni fa, quando un clima caldo e umido ed un'elevata concentrazione di CO2 favorirono la crescita di alberi giganti: la loro morte, favorita da inondazioni, e la successiva degradazione, assistita da funghi e batteri, hanno portato a quelli che conosciamo come carboni fossili. È un combustibile pronto all'uso composto principalmente da carbonio, tracce di idrocarburi, oltre a vari altri minerali accessori assortiti compresi alcuni a base di zolfo. Ancor oggi il carbone rimane un combustibile assolutamente importante: un quarto dell'elettricità di tutto il mondo viene prodotta usando il carbone. Negli Stati Uniti circa la metà dell'elettricità è generata dal carbone. In Italia la quota è del 17%. Dal lavaggio del gas di carbone si ottiene inoltre come sottoprodotto il catrame di carbone. 

8. Il coke Il coke è un residuo solido carbonioso di litantrace bituminoso con bassi livelli di cenere e di solfuri, dal quale le componenti volatili siano state estratte attraverso la cottura in forno alla temperatura di 1000 °C e in assenza di ossigeno. Questo procedimento permette di fondere il carbonio fisso con le ceneri. È grigio, duro e poroso, e ha potere calorifico pari a 29.6 MJ/kg. I sottoprodotti della conversione del carbone in coke sono catrame o pece,  ammoniaca, oli leggeri e "carbone gassificato", o "gas di cokeria". Il coke è utilizzato come combustibile e come agente riducente nei forni fusori dei minerali metalliferi, quindi negli altoforni. Il coke è ottenuto da processi di raffinazione del petrolio e del litantrace in impianti chiamati cokerie, che solitamente fan parte del complesso di un impianto siderurgico.  

9. Distribuzione dei giacimenti di petrolio 

10. L’elettricità Nel 1831 Joseph Henry inventa il primo motore elettrico a turbina. Egli, contemporaneamente a Michael Faraday, scopre il fenomeno dell’induzione magnetica notando che un magnete spostandosi all’interno di un conduttore produce energia elettrica.

11. Produzione di energia elettrica Nel 1882 il vapore viene utilizzato per generare elettricità nelle prime centrali elettriche di Londra e New York. La produzione dell'elettricità consente di distribuire l'energia su un territorio molto ampio rispetto ai combustibili fossili e al gas e permette, inoltre, di slegare la produzione di energia dal luogo di consumo finale. Nell'Ottocento si costruiscono anche le prime centrali idroelettriche ai piedi delle cascate, la prima è realizzata negli Stati Uniti alle cascate del Niagara nel 1895. Il Novecento si apre con un grande ottimismo nei confronti della scienza e della tecnologia. Con la scoperta della turbina a gas, negli anni '30 entrano in funzione le prime centrali elettriche a gas che si affiancano a quelle a carbone e ad olio combustibile (petrolio).

12. L’energia nucleare La prima metà del Novecento è caratterizzata dalla scoperta e dalle prime applicazioni dell'energia nucleare. Il tutto accade in pochi anni. Nel 1896 H. Becquerel scopre la radioattività. Nel 1938 Hahn e Strassman scoprono la fissione dell'atomo. Nel 1942 il fisico italiano Enrico Fermi realizza la prima pila atomica con reazione a catena controllata presso l'università di Chicago. Nel 1954 entra in funzione la prima centrale nucleare della storia. La tecnologia nucleare basata sulla fissione nucleare sarà costantemente migliorata nel corso del secolo. Nel 1975 entra in funzione la centrale nucleare autofertilizzante Phenix in Francia. Nonostante le aspettative, questa fonte di energia è ancora oggi marginale se si considera che 3/4 della domanda energetica è soddisfatta dalle fonti di energia fossili (petrolio, gas, carbone). Nel 1991 viene realizzato il primo reattore per produrre energia dalla fusione nucleare. Gli studi sulla fusione nucleare sono tuttora in corso. La storia delle fonti di energia per il momento si ferma qui. Il futuro è ancora tutto da scrivere.