Problemi legati all’inquinamento e forme di energia rinnovabile

1. Problemi legati all’inquinamentoe forme di energia rinnovabile Realizzato da: Luca Patrignani Prof. Andrea Merli A. S. 2012-2013

2. EFFETTO SERRA

4. CONSEGUENZE EFFETTO SERRA L’incremento della temperatura della Terra può provocare una serie di effetti ambientali di notevoli proporzioni. L’aumento del calore e quindi dell’evaporazione dai grandi bacini idrici comporta un aumento corrispondente della quantità d’acqua in atmosfera e quindi un aumento delle precipitazioni. Alcuni ricercatori ritengono che queste siano cresciute di circa l’uno per cento su tutti i continenti nell’ultimo secolo. Le aree poste ad altitudini più elevate dimostrano incrementi più consistenti, al contrario le precipitazioni sono diminuite in molte aree tropicali. In ogni caso si nota una maggiore intensità delle piogge e dei fenomeni meteorologici più violenti (come le tempeste e gli uragani) con un conseguente aumento delle inondazioni e delle erosioni a carico del terreno. Il riscaldamento globale comporta anche una diminuzione complessiva delle superfici glaciali. Le grandi masse di ghiaccio della Groenlandia e dei ghiacciai continentali stanno arretrando notevolmente. L’aumento del volume oceanico a causa della temperatura più alta e lo scioglimento dei ghiacci provocano anche l’innalzamento del livello medio del mare. Negli ultimi cento anni è cresciuto approssimativamente di 15-20 cm. Inoltre, in molte zone tropicali già si assiste ad una riduzione dell’umidità del suolo che comporta una diminuzione nella resa agricola; molte aree, anche in Europa, sono a rischio di desertificazione. Tutti questi effetti sono già scientificamente evidenti per i molti dati ottenuti a riguardo e si ipotizza un inasprimento della situazione attuale nel caso in cui le concentrazioni dei gas serra aumentassero. Da notare che il riscaldamento globale continuerebbe comunque per secoli anche se venissero stabilizzate le concentrazioni dei gas serra in atmosfera: date le masse in gioco, le risposte del clima terrestre ai cambiamenti della composizione dell'atmosfera sono piuttosto lente. Attualmente, se le emissioni continuano a questo ritmo, si può ipotizzare uno scenario impressionante: i deserti potrebbero espandersi in terre ora semiaride; le foreste, i polmoni della terra, diminuirebbero ulteriormente nella loro estensione; intere popolazioni, ora in regime di sussistenza, non avrebbero più risorse idriche a disposizione; città costiere e numerose isole scomparirebbero nel mare.

5. Protocollo di Kyoto

6. Il protocollo di Kyoto Il protocollo di Kyoto è un trattato internazionale in materia ambientale riguardante il riscaldamento globale. Il trattato è entrato in vigore il 16 febbraio 2005. Perché il trattato potesse entrare in vigore era necessario che venisse ratificato da non meno di 55 Nazioni, e che queste stesse Nazioni firmatarie complessivamente rappresentassero non meno del 55% delle emissioni serra globali di origine antropica: un obiettivo raggiunto proprio grazie alla sottoscrizione Russa.

7. Ozono

8. Ozono L'ozono presente a livello del suolo (ozono "cattivo") non va confuso con l'ozono "buono" che si trova in una particolare fascia dell'atmosfera posta fra i 20 e i 30 km di altezza, che ci protegge dalle componenti dannose dei raggi solari.

9. CFC

10. CFC Col nome commerciale di freon (DuPont de Nemours, USA) è identificata una famiglia di composti chimici derivanti dal metano e dall'etano per sostituzione degli atomi di idrogeno con atomi dialogeni (cloro, fluoro, bromo). Chimicamente questo tipo di composti appartengono alla famiglia degli alogenuri alchilici. Talvolta tali composti vengono chiamati impropriamente clorofluorocarburi (abbreviato in CFC). Questo tipo di composti fu sintetizzato a partire dal 1931 e trovò inizialmente applicazione come fluido refrigerante nei cicli frigoriferi a compressione. Alcuni di questi composti (in particolare quelli contenenti cloro) sono stati banditi dal protocollo di Montreal del 1990, eccetto che negli usi per cui non si possono trovare gas sostitutivi.

11. Le Fonti Rinnovabili

12. L’Energia Solare

13. I Pannelli Fotovoltaici La radiazione solare può essere sfruttata non solo per produrre calore, ma anche elettricità in modo pulito e rinnovabile. I pannelli fotovoltaici, più propriamente detti moduli fotovoltaici, consentono di trasformare l’energia del sole in energia elettrica. Il processo fotovoltaico di trasformazione dell’energia del sole in elettricità avviene nelle celle fotovoltaiche, sottili fette di silicio sottoposte a complessi trattamenti chimici e fisici, che collegate in serie compongono il modulo fotovoltaico. Partendo dal lato da esporre al Sole, il modulo si presenta con una fibra di vetro, copertura resistente che lo protegge dagli urti, seguita dalle celle fotovoltaiche, collegate tra di loro in modo da avere le prestazioni elettriche desiderate, che appoggiano su un elemento plastico posteriore che conferisce rigidità al modulo. Una cornice in alluminio anodizzato, resistente quindi alle corrosioni, chiude il tutto. Nella parte posteriore si ha infine una cassetta da cui fuoriescono i 2 cavi elettrici (+ e -) provenienti dalle celle.

14. Centrali solari a specchi Nelle centrali solari i raggi del sole vengono convogliati dagli specchi su una caldaia dove il calore trasforma l'acqua in vapore che viene spinto a pressione verso una turbina. Il vapore viene ricondensato e mandato nuovamente alla  caldaia dove  ricomincia il ciclo. L’acqua che vi si trova viene surriscaldata ad altissime temperature così da far funzionare una turbina collegata ad un alternatore. La centrale solare non si esaurisce ma ha dei costi di manutenzione molto alti.Gli specchi della centrale devono seguire il movimento del Sole quindi ogni specchio ha un costoso motore. La centrale occupa una superficie molto grande, per poter catturare maggiori raggi solari. L’energia del Sole non è presente di notte e diminuisce se il cielo è nuvoloso.

15. Pannelli solari per la produzione di acqua calda per uso domestico Il Sole può regalarci tranquillamente l'80 - 95 % dell'acqua calda che tutti i giorni utilizziamo per lavarci le mani, per fare la doccia, per lavare le stoviglie, o anche per lavare gli indumenti, se si riesce a collegare il proprio impianto solare anche all'ingresso dell'acqua calda per la lavatrice o per la lavastoviglie. I risultati sono ottimi anche nel Nord Italia se i prodotti sono di buona qualità, come i nostri, e l'impianto è ben dimensionato. Mentre nel Sud Italia i rendimenti sono eccellenti anche per i periodi invernali, al Nord Italia invece si riescono ad ottenere buoni risultati se si installa un pannello in più, o se si prevede un buon serbatoio capiente, in modo da compensare i giorni nuvolosi, visto che un buon serbatoio mantiene l'acqua in temperatura anche per diversi giorni.

16. Le Piogge Acide

17. Le Piogge Acide Il fenomeno della deposizione acida, maggiormente noto con il termine di piogge acide, consiste nella deposizione acida umida ovvero la ricaduta dall'atmosfera sul suolo di particelle acide, le molecole acide diffuse nell'atmosfera vengono catturate e deposte al suolo da precipitazioni quali: piogge, neve, grandine, nebbie, rugiade, ecc.; Tale processo si distingue dal fenomeno della deposizione acida secca nella quale la ricaduta dall’atmosfera di particelle acide non è veicolata dalle precipitazioni ed avviene per effetto della forza di gravità. In questo caso si parla quindi di depositi secchi. Una pioggia viene definita acida quando il suo pH è minore di 5. La composizione delle deposizioni acide umide è data per circa il 70% da anidride solforica, che reagisce in acqua dando acido solforico. Il rimanente 30% risulta principalmente costituito dagli ossidi di azoto.

18. Energia Eolica

19. Storia Energia Eolica Il vento ha svolto per molto tempo un ruolo importante nella storia della civiltà umana. Il primo uso conosciuto del vento risale a 5000 anni fa, in Egitto, dove si usavano barche a vela per attraversare il Nilo da sponda a sponda o per navigarlo controcorrente. Il primo mulino a vento, formato da delle pale attaccate ad un asse per produrre un moto circolare, potrebbe essere stato costruito nel 2000 a.C. nell’antica Babilonia. Nel decimo secolo d.C si cominciano a vedere i primi mulini a vento dotati di notevoli dimensioni in una zona tra l’attuale Iran e l’Afghanistan orientale. Venivano usati per la macinazione del grano. Il mondo occidentale ha scoperto il mulino a vento molto più tardi: i primi riferimenti scritti riguardanti macchine funzionanti che sfruttavano il vento cominciano a partire dal XII secolo. Anche queste macchine venivano usate per la macinazione del grano. La stessa parola “mulino” deriva da mola, la ruota in pietra impiegata nelle macine. Sono passati ancora alcuni secoli prima che i mulini a vento fossero modificati per pompare acqua ed aiutare a liberare gran parte del territorio dell’Olanda dalle acque. In Olanda i mulini svolgevano quindi un doppio ruolo: da un lato inviavano le acque verso i canali di drenaggio, dall'altro venivano impiegati per macinare il grano, segare il legno o spremere l'olio. La familiare fattoria con mulino a vento si sviluppa negli Stati Uniti a partire dalla seconda metà del 19° secolo. Nel 1889 esistevano già ben 77 fabbriche a mulino a vento negli Stati Uniti e fino alla fine del secolo il mulino a vento costituiva una delle maggiori esportazioni americane. Fino all’avvento del motore diesel, molte linee ferroviarie transcontinentali negli Stati Uniti dipendevano da grandi mulini a vento che erano necessari per pompare l’acqua per le locomotive a vapore. Nel 1888 Charles F. Brush aveva però già realizzato la prima turbina eolica in grado di produrre energia elettrica. Per la prima volta qualcuno ha l’idea di usare il vento per produrre energia elettrica: l’ambizione visionaria di Charles F. Brush avrà l’effetto di rivoluzionare lo sfruttamento della forza del vento. E’ per questo che negli anni tra i 1930 ed il 1940 vennero costruite migliaia di piccole turbine eoliche negli Stati Uniti per la produzione di energia elettrica per l’illuminazione delle fattorie (illuminazione costituita di solito da un massimo di due lampadine), per caricare batterie elettriche o per alimentare apparecchi radio. Queste turbine eoliche non erano collegate a nessuna rete elettrica e servivano piuttosto per ovviare alla mancanza della rete elettrica in zone lontane dalle grandi città. Negli anni successivi al 1950 però la rete elettrica pubblica venne estesa anche in zone precedentemente inaccessibili e anche questo tipo di turbine eoliche rimase senza mercato per i venti anni successivi. All’inizio degli anni ‘70 l’interesse per le turbine eoliche si risveglia. Si comincia a parlare di “fine del petrolio” e si fanno le prime previsioni sulle conseguenze dell’inquinamento atmosferico a causa della massiccia combustione di petrolio e derivati del petrolio. E’ l’inizio di una nuova rivoluzione nel campo dell’energia eolica. In molti paesi del mondo vengono portati avanti dei programmi energetici che prevendono lo sfruttamento dell’energia eolica. Da questo momento in poi i tipi di turbina eolica che vengono sviluppati sono innumerevoli, alla ricerca di una sempre migliore efficienza nello sfruttamento dell’energia del vento. Per avere anche solo una parziale idea della varietà di forme e profili alari delle turbine eoliche potete leggere il mio articolo: tutti i tipi di turbine eoliche.

20. Energia Eolica L'energia eolica è l'energia ottenuta dal vento ovvero il prodotto della conversione dell'energia cinetica, ottenuta dalle correnti d'aria, in altre forme di energia (meccanica o elettrica). Oggi viene per lo più convertita in energia elettrica tramite una centrale eolica, mentre in passato l'energia del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e pre-industriali (come ad esempio nei mulini a vento). Di fatto è stata la prima forma di energia rinnovabile, assieme a quella idraulica, scoperta dall'uomo dopo il fuoco (si pensi alle vele delle navi) e una tra quelle a sostegno della cosiddetta economia verde nella società moderna. Le applicazioni più tipiche sono i parchi eolici, sebbene possa essere sfruttata anche in installazioni stand-alone su piccola scala.

21. Pale Eoliche

22. Mulini a Vento

23. Energia Idrica

24. Storia Energia Idrica Migliaia di anni fa l'uomo ha imparato a sfruttare l'energia meccanica prodotta dalla caduta dell'acqua. Già Greci e Romani usavano dei mulini ad acqua per macinare il grano. A Barbegal, in Francia, nei pressi di Arles, importante porto che riforniva Roma di grano, sono stati trovati dei mulini idraulici a otto ruote che sfruttavano contemporaneamente lo stesso corso d'acqua (310 d.C.). In Europa, però, lo sfruttamento dell'energia idraulica per ricavare lavoro meccanico si sarebbe massicciamente diffuso solo nei secoli XII e XIII. Il principale utilizzo riguardava il settore agricolo e quindi la macinazione, mediante mulini ad acqua, di granaglie, ma anche olive, sale e altri minerali. Seppure molto meno diffusi dei mulini, tra il Cinquecento e il Seicento, sono stati realizzati altri macchinari alimentati dalla corrente dei ruscelli. Uno dei più prolifici inventori di queste macchine fu proprio Leonardo da Vinci. Sempre nel Medioevo, trovò grande diffusione anche la ruota ad acqua inventata dai greci: una specie di mulino che serviva per sollevare l'acqua e fu utilizzato per la bonifica dei terreni paludosi, l'irrigazione e nell'attività mineraria. La ruota idraulica, corredata di albero a camme, permise, inoltre, di riprodurre un movimento verticale discontinuo, come quello del martello. Essa fu così utilizzata per stampare tessuti e azionare mantici che servirono a sviluppare maggiormente l'attività metallurgica. Un progresso tecnico di enorme portata si è avuto in seguito all'evoluzione della ruota idraulica nella turbina, cioè in un apparecchio capace di trasformare l'energia meccanica in energia elettrica. La nascita della turbina idraulica risale alla fine dell'Ottocento. Da allora questa tecnologia è stata ulteriormente perfezionata e oggi il rendimento complessivo degli impianti più moderni supera l'80%. Ciò vuol dire che, se l’energia dell’acqua è pari a 100, l’energia utile fornita da un impianto idroelettrico è pari a 80.

25. L'energia idroelettrica è una fonte di energia alternativa e rinnovabile, che sfrutta la trasformazione dell'energia potenziale gravitazionale, posseduta da una certa massa d'acqua ad una certa quota altimetrica, in energia cinetica al superamento di un certo dislivello; tale energia cinetica viene infine trasformata in energia elettrica in una centrale idroelettrica grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina. L'energia idroelettrica viene ricavata dal corso di fiumi e di laghi grazie alla creazione di dighe e di condotte forzate. Esistono vari tipi di diga: nelle centrali a salto si sfruttano grandi altezze di caduta disponibili nelle regioni montane. Nelle centrali ad acqua fluente si utilizzano invece grandi masse di acqua fluviale che superano piccoli dislivelli; per far questo però il fiume deve avere una portata considerevole e un regime costante. L'acqua di un lago o di un bacino artificiale viene convogliata a valle attraverso condutture forzate, trasformando così la sua energia potenziale in energia di pressione e cinetica grazie al distributore e alla turbina. L'energia cinetica viene poi trasformata attraverso il generatore elettrico, grazie al fenomeno dell'induzione elettromagnetica, in energia elettrica. Per permettere di immagazzinare energia e di averla a disposizione nel momento di maggiore richiesta, sono state messe a punto centrali idroelettriche di generazione e di pompaggio. Nelle centrali idroelettriche di pompaggio, l'acqua viene pompata nei serbatoi a monte sfruttando l'energia prodotta e non richiesta durante la notte cosicché di giorno, quando la richiesta di energia elettrica è maggiore, si può disporre di ulteriori masse d'acqua da cui produrre energia. Questi impianti permettono di immagazzinare energia nei momenti di disponibilità per utilizzarla nei momenti di bisogno. L'energia idroelettrica è una fonte di energia pulita (non vi sono emissioni), integrativa ,(da non confondere con alternativa), e rinnovabile, tuttavia la costruzione di dighe e grandi bacini o invasi artificiali, con l'allagamento di vasti terreni, apporta sempre e comunque un certo impatto ambientale che nei casi più gravi può provocare lo sconvolgimento dell'ecosistema della zona con grandi danni ambientali, come è successo con la grande diga di Assuan in Egitto, oppure rischi di tipo idrogeologico come accaduto nel disastro del Vajont. La produzione di energia idroelettrica può avvenire anche attraverso lo sfruttamento del moto ondoso, delle maree e delle correnti marine. In questo caso si parla di energia mareomotrice. Energia Idroelettrica

26. Bacini Idroelettrici

27. Turbina Idraulica Turbine Turbina a Vapore