Fonti di energia-800x400
Le fonti di energia influenzano profondamente tutti gli aspetti della vita umana: l'agricoltura, la salute, l'educazione, le opportunità di lavoro, i cambiamenti climatici ecc. Tutto ciò che produce energia viene chiamato risorsa o fonte energetica. E’ possibile effettuare una classificazione delle fonti energetiche in relazione alle loro disponibilità future. Per questo si usa suddividerle in esauribili (il carbon fossile, il petrolio, i gas naturali e i combustibili nucleari) e inesauribili (sole, vento e calore della Terra ), rinnovabili (le maree, le acque e è l’energia prodotta dai processi di degradazione dei rifiuti organici e dei rifiuti urbani ) e non rinnovabili (coincidono con le fonti energetiche esauribili).
Le fonti più comunemente usate per produrre energia sono quelle provenienti da combustibili fossili: petrolio, carboni e gas naturali. Essi coprono oggi circa il 90% del fabbisogno mondiale mentre solo il 10% proviene dall’energia idroelettrica, nucleare e geotermica. Una fonte di energia viene detta primaria quando è presente in natura in forma direttamente utilizzabile e non deriva dalla trasformazione di nessuna altra forma di energia. La principale fonte primaria dell'energia è il Sole che da solo fornisce più del 90% di tutto l'energia che è disponibile sulla Terra. La vita del mondo moderno sarebbe impossibile senza il ricorso continuo alle risorse energetiche della terra. Negli ultimi due secoli abbiamo progressivamente scoperto e utilizzato senza nessuna pietà i tesori nascosti nel cuore della Terra che hanno il nome di “combustibili fossili”.
È iniziata così una nuova era che, se da un lato ha tanto migliorato la vita di una parte (piccola) dell’umanità, dall’altro ha causato gravi danni alla salute dell’uomo e alla integrità dell’ambiente. Ma purtroppo, e per quel che riguarda i combustibili fossili, li stiamo consumando a un ritmo insostenibile e sfortunatamente queste preziose risorse non sono neanche parzialmente rinnovabili. Le attuali fonti di carbone dureranno probabilmente per altri 300 anni, mentre si prevede che le riserve conosciute di petrolio si estingueranno in una cinquantina d'anni. Va inoltre considerato che la combustione di queste fonti energetiche immette nell'atmosfera enormi quantitativi di anidride carbonica, che è fra i principali responsabili dell'effetto serra, e di anidride solforosa e ossidi di azoto, che causano il fenomeno delle piogge acide.
Anche la produzione di energia nucleare pone una serie di problemi. Uno dei mezzi indispensabili per far fronte a queste preoccupanti questioni è di ridurre il consumo energetico globale. Occorre, inoltre, promuovere e finanziare la ricerca verso nuove fonti di energia rinnovabili che sfruttino forze naturali "pulite" come il Sole, il vento e le maree e cioè e l’energia che proviene dalle fonti rinnovabili. Il sole è, di fatto, una stazione di servizio inesauribile, che fornisce energia gratuitamente, in modo abbondante e senza sostanziali discriminazioni fra le varie nazioni della Terra. Aumentare l’accesso a servizi energetici più moderni ed efficienti è una delle sfide più importanti per i Paesi in via di sviluppo. Attualmente circa 1,5 miliardi di persone nei Paesi in via di sviluppo ha ancora problemi di accesso ai servizi energetici.
Oggi parleremo di 5 fonti di energia, importantissime per la vita dell'uomo, la maggior parte delle quali, per colpa del ritmo attuale di sfruttamento a cui sono sottoposte, spariranno dal nostro pianeta con il passare degli anni, in quanto non sono rigenerabili in brevi periodi di tempo. Vediamole insieme.
1. Il Carbone
Il carbone è un combustibile fossile così come il petrolio e il gas naturale. A differenza di questi ultimi, il carbone è un combustibile solido, e, tra i combustibili solidi, è il più consumato e sfruttato al mondo nella produzione di energia elettrica. Viene classificato come roccia organica sedimentaria, è costituito da materiale vegetale risalente all'era preistorica e quando viene bruciato libera l'energia che ha immagazzinato a quei tempi. Per meglio comprendere la provenienza dell'energia che oggi alimenta i frutti della tecnologia moderna, immaginate una luminosa giornata di sole milioni di anni fa, sul limitare di una palude popolata da strane piante e insetti. In quel preciso momento una minuscola porzione dell'energia solare fu catturata per essere liberata milioni di anni dopo a vantaggio di una specie che allora non esisteva ancora e cioè l'uomo.
Quando piante e alberi rimangono sepolti e compressi in un ambiente povero di ossigeno, l'acqua e i gas organici originariamente contenuti vengono espulsi a favore di un progressivo incremento di carbonio. I resti vegetali si trasformano inizialmente in torba (un accumulo cioè di resti vegetali parzialmente decomposti e impregnati d'acqua), che non è considerata carbone in senso stretto perché contiene circa l'80% di acqua e gas. L'ulteriore riscaldamento e compressione di questo materiale dà origine a un carbone vero e proprio, cioè la lignite detta anche carbone bruno (un carbone marrone e tenero che contiene il 70% di carbonio), quindi, a uno stadio successivo, a un carbone bituminoso detto litantrace, il carbone più comunemente utilizzato per la produzione di energia elettrica. Quest'ultimo produce quantità di calore molto elevate e costituisce il 90% di tutto il carbone estratto.
Nelle varietà qualitativamente migliori può essere conservato a lungo e brucia producendo una fiamma virtualmente priva di fumo. L'antracite, una roccia nera, lucida e compatta, che ha il più alto tenore di carbonio è la migliore qualità di carbone in essa contenuto in una percentuale che va dal 93% al 98% in quanto contiene, e solo il 5% circa di acqua e gas. Il carbone viene bruciato per riscaldare l’acqua. Il vapore prodotto dalla combustione crea una pressione contro le pale delle turbine facendole ruotare. Le turbine sono collegate a generatori che producono elettricità.
Il primo produttore e consumatore di carbone al mondo la Cina. Pensate che nel 2010 il consumo di carbone da parte di questo Paese è stato di 1713 milioni di TEP con una produzione di 1800 milioni di TEP all'anno (Fonte dei dati: BP Statistical Review of World Energy - giugno 2011). La combustione del carbone è uno dei metodi più economici per produrre energia, ma produce anidride carbonica e biossido di zolfo che contribuiscono all’effetto serra. e alla produzione di un gas che si trova nelle piogge acide. Essendo una fonte di energia non rinnovabile le sue riserve un giorno si esauriranno.
2. Il petrolio
Il petrolio è un combustibile fossile, così come il carbone e il gas naturale ed è costituito da microscopici resti vegetali e animali, morti centinaia di milioni di anni fa, quando l'uomo non era ancora comparso sulla Terra, e rimasti sepolti nei fini sedimenti fangosi del fondale marino. Ed e lì che è rimasto, imprigionato nei giacimenti sottomarini o sotterranei da cui viene oggi estratto mediante la trivellazione di pozzi. Dai combustibili fossili, in particolare dal petrolio, proviene la maggior parte dell'energia che utilizziamo attualmente. Si tratta però di una fonte di energia non rinnovabile e quindi destinata ad esaurirsi in periodi di tempo più o meno lunghi.
Il petrolio un liquido oleoso più o meno denso, infiammabile, di colore variabile da giallastro a nero, , di odore sgradevole, costituito essenzialmente da una miscela di idrocarburi (sostanze chimiche organiche le cui molecole sono formate esclusivamente da atomi di carbonio e di idrogeno, variabilmente legati gli uni agli altri) fossili. Esso è la materia prima usata nell’industria petrolchimica. Di solito, oltre la miscela di idrocarburi contiene anche zolfo e ossigeno; il contenuto di zolfo varia dallo 0,1 al 5% circa.
La sua fluidità dipende dalla lunghezza delle catene delle molecole degli idrocarburi. Le catene più brevi corrispondono ai fluidi più leggeri (da cui derivano cherosene, benzina e nafta), mentre le catene più lunghe danno vita a materiali più viscosi come catrami e asfalti. Il petrolio migra attraverso le formazioni porose, ad esempio di arenaria, denominate rocce serbatoio, e vi rimane intrappolato quando raggiunge strati impermeabili di scisti o di sale. Oggi al mondo si consumano ogni secondo 1.000 barili di petrolio, ovvero 159.000 litri e in media si consumano 4,9 barili di petrolio a testa ogni anno. Dal petrolio si possono ottenere molti prodotti, da alcuni dei più diffusi combustibili (la benzina, il gasolio e altre sostanze dette derivati del petrolio) a molte delle materie plastiche utilizzate dall'uomo.
Secondo una classificazione dell'API (American Petroleum Institute) i giacimenti esistenti sono suddivisi in classi a seconda della quantità di petrolio recuperabile che contengono. Le classi dei giacimenti sono divise in Super giganti, giganti, major, classe A, B, C, D, E. Il giacimento più grande al mondo è il super gigante di Ghawar in Arabia Saudita (83 miliardi di barili), seguito da Greater Burgan in Kuwait (70 miliardi di barili) e subito dopo da Costanero Bolivar in Venezuela. Su scala globale circa il 60% del petrolio estratto, e di quello presente nelle riserve, proviene da rocce dell'era Cenozoica (da 2 a 65 milioni di anni fa), il 25% da rocce Mesozoiche (da 65 a 245 milioni di anni fa) e solo il 15% da quelle Paleozoiche (da 245 a 570 milioni di anni fa).
Curiosità: Nel 1859 entra in funzione il primo pozzo petrolifero in Pennsylvania, Stati Uniti. Sono stati 4 statunitensi, George Bissel, un professore di greco e latino, James Townsend, un banchiere, Edwin Drake, un ex-macchinista di treno e Benjamin Silliman, un chimico, a dare l’avvio all’industria petrolifera moderna e all’utilizzo industriale del petrolio. In base alle risorse conosciute oggi si stima che il petrolio al livello di consumo attuale durerà fino al 2048 (solo con le riserve provate) e fino al 2095 (con le risorse convenzionali tecnicamente recuperabili).
3. L'energia geotermica
L’energia geotermica è racchiusa e trattenuta all’interno della Terra sotto forma di calore, praticamente inesauribile ed è una fonte rinnovabile che non dipende dal sole ma dal calore proveniente da uno strato della terra, situato in profondità, e chiamato mantello. Attraverso le rotture degli strati rocciosi, dovute ad assestamenti della crosta terrestre o a eruzioni vulcaniche, le acque e i vapo ri riscaldatesi in profondità salgono verso la superficie e possono essere utilizzati com e fonte di calore oppure per produrre energia elettrica.
E' risaputo che la temperatura delle rocce nel sottosuolo aumenta con costanza di circa 3°C ogni 100 metri (il cosiddetto "gradiente geotermico"), per cui a 1000 metri la temperatura delle rocce è a 30°C, a 2000 metri a 60°C e a 6000 metri a 180 °C. E’ inoltre da evidenziare che in particolari condizioni e in vicinanza di masse magmatiche fluide o in via di consolidamento, possono spingersi a temperature superiori ai 300°C. La roccia fusa può risalire dal mantello in alcuni punti, portando in superficie il calore e in alcuni casi può arrivare in superficie sotto forma di vulcani. In alcuni luoghi, l’acqua minerale naturale può filtrare in profondità sotto la crosta terrestre, raggiungendo zone calde.
Qui viene scaldata e ritorna quindi in superficie sotto forma di sorgenti naturali di acqua calda. In altre parole, l’energia geotermica è la forma di energia dovuta al calore della Terra e le manifestazioni più evidenti sono i fenomeni vulcanici, le sorgenti termali, soffioni, geyser. Le centrali geotermiche sfruttano il calore delle profondita' terrestri. La produzione di elettricità dall’energia geotermica è sicuramente superiore a quella ottenuta dall’energia solare e da quella eolica, in quanto indipendente da ogni tipo di variazione del di e della notte o da situazioni meteorologiche. Inoltre il costo per KWh è competitivo e attualmente oscilla fra 2 e 10 centesimi per KWh.
In Italia la produzione di energia elettrica dalla geotermia è fortemente concentrata in Toscana (Pisa, Siena e Grosseto). I giacimenti naturali di vapore in Toscana producono ogni anno oltre 4 miliardi di Chilowattora di elettricità nelle sole centrali toscane di Larderello (Pisa) e di Montieri. L'energia geotermica presenta diversi vantaggi tra cui i suoi costi bassissimi di gestione e la sua rinnovabilità; inoltre non produce anidride carbonica che causa il riscaldamento globale. Ma, purtroppo, tale forma di energia non è esente da diversi svantaggi, Innanzitutto è molto difficile trovare siti adatti alla costruzione di centrali elettriche geotermiche. Inoltre, da un pozzo possono fuoriuscire gas e minerali pericolosi difficili da smaltire. E, infine, se non è gestito con attenzione un pozzo trivellato può rimanere privo di vapore e può non essere utilizzabile per diversi decenni.
Curiosità: A Larderello (Pisa) si trova il primo impianto geotermico costruito al mondo: i primi esperimenti del Principe Piero Ginori-Conti risalgono al 1904 dove, per la prima volta, l'energia prodotta da quell'impianto permise di accendere cinque lampadine.
4. L'Uranio
L'Uranio è un metallo pesante ed instabile, radioattivo, duro, dal colore bianco-argenteo, malleabile e duttile, presente in natura nella crosta terrestre e negli oceani, che ebbe origine nel corso dell'evoluzione delle stelle. Col tempo tende a decadere in forme più leggere e più semplici, liberando enormi quantità di energia nucleare. In natura l'uranio non si trova allo stato libero ma solo sotto forma di ossido o sale complesso in minerali (esistono circa 200 minerali conosciuti che lo contengono).
L’uranio venne scoperto nel 1789 da M. H. Klaproth analizzando il minerale petchblenda e diede questo nome in onore del pianeta del sistema solare Urano, scoperto otto anni prima dell'elemento. Si trova in diversi posti in tutto il mondo. Tutti i composti e gli isotopi dell'uranio sono tossici e radioattivi ad un livello potenzialmente letale. I danni da radiazione sono permanenti; le particelle inalate possono restare nelle vie respiratorie per lungo tempo. Il Canada è il principale esportatore ma l’Australia ne possiede la maggiore quantità. La principale fonte di uranio è il minerale uranite, materiale duro e radioattivo di colore nero e di elevato peso specifico. L'Uranio è una risorsa molto limitata destinata a esaurirsi in poche decine di anni.
L’energia nucleare è prodotta dalla scissione degli atomi di uranio in particelle più leggere tramite bombardamento con neutroni (la cosiddetta "fissione nucleare"). Si crea una reazione a catena che produce grandi quantità di energia termica e si attua attraverso la scissione dell'atomo che libera altri neutroni i quali, a loro volta, scindono altri atomi di uranio liberando altri neutroni e così via. Controllato all'interno di un reattore nucleare, il calore prodotto dall'uranio può essere sfruttato per alimentare le convenzionali turbine a vapore. Quando la massa di uranio presente in un luogo supera la soglia critica, tutta l'energia disponibile viene liberata in una sola volta. Su questo principio si basa il terribile potere distruttivo della bomba atomica.
L’energia dell’atomo è il modo più pulito e meno costoso per ottenere elettricità su larga scala. Pensate che con 30 grammi di uranio si ottiene la stessa produzione che con 3 tonnellate di carbone, ma differenza di quest'ultimo o del petrolio, senza emissioni di anidride carbonica (principale causa dell'effetto serra). Dal punto di vista economico, l’energia ricavata dall’uranio può essere più competitiva sul mercato, a differenza di quella ricavata dal carbone e dal petrolio.
L’energia nucleare non è rinnovabile ed è estremamente inquinante in quanto i residui radioattivi rimangono pericolosi per centinaia di anni e non c'è modo di renderli innocui o sbarazzarsene. Essa produce, infine, scorie radioattive che devono rimanere sepolte in contenitori sigillati per molto tempo. Le scorie a vita media rimangono radioattive da 200 a 300 anni, le scorie a vita lunga anche miliardi di anni. E non esiste ancora un sistema per la gestione in sicurezza nel lungo periodo.
5. Il gas naturale
Il gas naturale è una miscela di sostanze chimiche dette idrocarburi e gas inerti in concentrazioni variabili (in massima parte metano, oltre il 90%), che si forma nella parte superiore dei depositi di petrolio. Gli idrocarburi sono una grande famiglia di combustibili (a cui appartiene anche il petrolio) dove atomi di carbonio e atomi idrogeno si mescolano con un rapporto variabile a seconda delle circostanze. Spesso la pressione che esso esercita nel deposito è sufficiente a far risalire petrolio e gas lungo l'asta di perforazione, dando luogo ai pozzi petroliferi a eruzione spontanea. Poiché questi sono pericolosi e comportano sprechi di preziose risorse, la tecnologia attualmente in uso prevede l'introduzione nei depositi di fluidi a elevata densità (fanghi di barite) che frenano la pressione dei gas fino all'apertura del pozzo estrattivo.
Sul nostro pianeta esso si trova prevalentemente nelle porosità delle rocce che costituiscono la parte superiore della crosta terrestre e risulta essere il prodotto di processi chimici e fisici svoltisi nel corso della storia della Terra. Non si sa ancora con certezza quale sia l’origine del gas. Secondo diverse teorie tale combustibile si sarebbe formato milioni di anni fa quando organismi morti si depositarono sul fondo degli oceani e dei fiumi e nelle paludi mescolandosi con fango e sabbia. Nel corso dei secoli si sovrappose una quantità sempre maggiore di questi depositi. Il calore e la pressione trasformarono lo strato organico in una sostanza scura simile a cera chiamata kerogene. Successivamente tali molecole si divisero in molecole più piccole e leggere composte per lo più di atomi di carbonio e d’idrogeno. Se questo composto si presenta più liquido esso si trasforma in petrolio grezzo e se invece si presenta più gassoso si trasforma in gas naturale.
I principali utilizzi del gas naturale si hanno nei settori industriale, commerciale, nell’autotrazione e nella produzione di elettricità. Ma l’uso più comune del gas naturale è quello residenziale, in quanto non soltanto è il più pulito tra tutti i combustibili fossili ma anche quella più conveniente grazie a costi di gestione delle apparecchiature significativamente più bassi. Il gas naturale è un ottimo combustibile per l'industria e per produrre elettricità, per il riscaldamento altri utilizzi domestici, è facile da usare e rispettoso dell'ambiente. Per quanto riguarda l’Italia, nel 2010 ha utilizzato circa 90 miliardi di metri cubi di gas, soddisfacendo così il 33-34% del fabbisogno energetico nazionale. Attualmente un terzo del gas distribuito proviene dai giacimenti italiani, mentre gli altri due terzi vengono importati dall'estero e precisamente dalla Russia, dall'Algeria, dall'Olanda e dagli off-shore norvegesi del Mare del Nord.
Curiosità: In Occidente, il primo impianto di illuminazione a gas venne realizzato da William Murdoch per un grande cotonificio inglese, il Phillis and Lee. Nel 1857 venne presentato anche il primo fornello a gas, per cucinare e contemporaneamente scaldare una stanza. Tutto ciò cambiò non poco le abitudini di chi viveva in città.
