Energie e tecnologie alternative

 

La crisi del petrolio e i problemi del nucleare hanno dato linfa al dibattito sulle fonti energetiche alternative rinnovabili. In proposito esistono numerose leggi e infiniti impegni politici, eppure ancora siamo ben lontani da una politica energetica realmente sostenibile.
In Italia risultano installati appena 180.000 mq di pannelli termici, contro i 2.000.000 di mq della Germania ed 1.241.000 dell’Austria, paesi che dispongono meno sole del nostro. Sul solare fotovoltaico la Germania ha già in corso un programma che ha già dato risultati ben oltre l’obiettivo programmato di 100.000 tetti. I programmi adottati in Italia, al confronto, sono risibili. Sul versante eolico sono stati installati 785 MW a fronte degli oltre 12.000 MW della Germania, o agli oltre 900 MW che la Spagna realizza ogni anno.
L’apporto delle fonti alternative in Italia resta una frazione insignificante, mentre a livello globale comincia a muoversi qualcosa: la produzione mondiale di energia alternativa è cresciuta del 16,4%; il comparto eolico fattura 5 miliardi di dollari e cresce al ritmo del 40% annuo; la superficie di pannelli solari è più che decuplicata in dieci anni.

 

Energia solare fotovoltaica

L’energia solare fotovoltaica è energia elettrica prodotta attraverso pannelli che convertono l’energia solare. Le celle fotovoltaiche sono costituite da due strati accoppiati disposti su un supporto di vetro. Colpendoli, il sole instaura un flusso di elettroni che forma una corrente elettrica.
Questa tecnologia permette di creare elettricità in luoghi lontani dalle linee elettriche ed è vantaggioso per zone isolate o per l'illuminazione stradale. Per gli altri usi ha bisogno di essere ancora perfezionata, ma i costi sul mercato negli ultimi anni sono notevolmente scesi. Gli enti pubblici potrebbero svolgere un ruolo importante per incentivare questo settore e accelerare la sua maturazione economica, ma i tentativi fatti fino ad ora sono stati poco efficaci, troppo complicati e limitati. Nelle condizioni di soleggiamento del centro-sud un pannello di un metro quadro può produrre oltre 180 kwh all'anno, cioè il consumo mensile di una famiglia di due o tre persone.
Attualmente il costo di un impianto fotovoltaico è tra i 5000 e i 7000 euro per KW, così il costo dell’energia prodotta può essere stimato sui 0,32 euro/KW, ben più caro di altre fonti. Si prevede che il costo dell’energia elettrica prodotta attraverso pannelli solari fotovoltaici possa diventare competitivo entro il 2010.
Dal 1990 al 1996 il tasso annuo di crescita della capacità installata a livello mondiale è stato in media del 20% e negli anni successivi ha raggiunto incrementi del 35%. Oltre il 60% delle nuove installazioni si sono registrate in Giappone e Germania che attualmente coprono oltre il 50% del mercato mondiale. In Italia ci sono stati investimenti consistenti durante gli anni ’80 e nei primi anni ’90, con la realizzazione di alcune centrali fotovoltaiche, poi il mercato ha vissuto una forte contrazione in controtendenza con il resto del mercato mondiale, a causa dello scarso impegno politico.

 

 

Energia solare termica

L’energia solare termica è una tecnologia più matura e già economicamente conveniente che potrebbe fornire un enorme contributo nella sostituzione di combustibili fossili, soprattutto nell’Italia meridionale.
I pannelli vengono di solito installati sul tetto, rivolti a sud, assorbono l'irraggiamento solare e riscaldano il liquido al loro interno. Il rendimento è massimo tra giugno e settembre, periodo in cui riescono a soddisfare il 100% del fabbisogno di acqua calda. Sul totale dell'anno la media è del 60%.
L'impianto solare può essere allacciato a quello esistente, ma installarlo durante la costruzione delle casa permette di risparmiare notevolmente.
Un pannello solare da 2 kwh, sufficiente per una famiglia media, nell'arco di 30 anni (che è la sua vita media) permetterà il risparmio di 10.000 kg di olio combustibile evitando l'emissione di 28 tonnellate di CO2. Tenendo conto di variabili quali posizionamento, zona geografica, radiazione solare giornaliera, in media si può considerare una produzione di acqua alla temperatura di 40° pari a 80-100 litri al giorno per ogni mq di pannello installato. In genere è opportuno integrarlo con un impianto a gas per riscaldare l'acqua quando il sole non basta e per l’integrazione esistono centraline apposite.
Sono ormai sperimentati anche impianti di condizionamento che funzionano con pannelli solari termici collegati ad appositi dispositivi.
Diverse associazioni in Italia si sono specializzate nell’organizzazione di corsi per l’autocostruzione di pannelli solari. Tra queste la Cooperativa Kosmòs, (http://www.kosmositalia.it) e l’associazione PAEA (http://www.paea.it).
Un’applicazione dell’energia solare sono le cucine solari che possono essere montate all'esterno invece del barbecue e consentono di cucinare cibi nella maniera più salutare. Alcune ONG stanno sviluppando progetti di cooperazione internazionale per dotare villaggi in vari paesi del sud del mondo di questa “tecnologia appropriata” e sostenibile.

 

 

Energia eolica

Il mulino è usato dall'antichità per produrre energia meccanica. All'inizio del secolo scorso in Danimarca è stata applicata una dinamo ad un mulino ottenendo elettricità. Oggi la Danimarca soddisfa il 20% delle sue esigenze energetiche con questo sistema. La regione spagnola della Navarra arriva al 50%.
L’energia eolica è la sorgente energetica con il maggior tasso di crescita a livello mondiale ed è del tutto competitiva con le fonti fossili tradizionali. Ci sono circa 55.000 turbine installate nel mondo, con un bilancio di oltre 5 miliardi di dollari e un tasso di crescita annuo di circa il 40%. Oltre 40 milioni di persone vedono i propri fabbisogni di energia elettrica soddisfatti da questa fonte. Potenzialmente potrebbe coprire l’intero fabbisogno di elettricità dell’Europa.
Anche in questo settore la Germania, assieme alla Danimarca, si presenta come capofila, con 3.247 MW installati nel 2002 ed una capacità totale di 12.000 MW (oltre la metà dell’energia eolica complessiva dell’Unione Europea). L’obiettivo del governo è di arrivare a 20.000 MW per il 2010. Già oggi il settore dà lavoro a 70 mila persone in Germania e 20 mila in Danimarca e Spagna.
L’Italia, dal canto suo, ha 1400MW eolici, di cui 357 installati nel 2004. Negli ultimi anni il settore è cresciuto, ma rispetto ad altri paesi europei il ritmo è molto lento.
Gli impianti, pur avendo un impatto di gran lunga inferiori a quelli delle centrali a combustibile, presentano un non trascurabile impatto sull’avifauna ed un impatto paesaggistico che può mal conciliarsi con alcuni scenari della nostra penisola, oltre ad un impatto diretto sul suolo, limitato all’ancoraggio delle torri e alle strutture di servizio (cabine, strade, elettrodotti).
La tecnologia eolica può essere applicata anche su piccola scala. Si pensi alla tipica immagine della fattoria americana con il mulino nel cortile (ripresa anche dai fumetti di Lupo Alberto). Piccoli impianti, al pari dei pannelli solari, potrebbero essere installati sui tetti delle case in condizioni di vento favorevoli e specifici impianti, inferiori ai 100 Kw, potrebbero contribuire al fabbisogno energetico di una fabbrica.

 

 

Biomasse

Per biomassa si intende qualunque combustibile che ha provenienza organica (escluso petrolio e derivati), che sia solido, liquido o gassoso. Tipico è il legno, che ha riscaldato le nostre case fino a pochi decenni fa. A livello europeo si stima un potenziale capace di coprire il 20% del fabbisogno energetico, attualmente sottoutilizzato.
E' una risorsa rinnovabile e rispettosa dell'ambente se risponde ad alcuni criteri base come la provenienza da boschi cedui a taglio controllato, non troppo lontani dall'impiego. E’ fondamentale che le biomasse bruciate siano rimpiazzate da nuovi alberi. In Svezia e Norvegia si piantano 100 alberi ogni albero tagliato, perché si tiene conto anche dei tempi di crescita, quindi, per rimpiazzare un albero adulto servono almeno 100 piantine. Una centrale a biomasse è conveniente solo se il combustibile è reperito nel raggio di 100 km, se non è troppo grande e fa parte di un sistema decentrato di produzione.
La combustione della legna genera CO2, ma produce la stessa quantità che ha assorbito dall'atmosfera durante la sua crescita, quindi non incrementa l'effetto serra. Una stufa a legna può contemporaneamente soddisfare le esigenze di riscaldamento, di produzione di acqua calda e da piano di cottura. Con un sistema ad acqua può riscaldare anche altre stanze. Un impianto di questo tipo potrebbe essere accoppiato ad uno comune a gas, così da avere anche acqua calda istantanea anche nelle stagioni in cui la stufa è spenta. Il consumo di una stufa è circa 2,5 kg di legna all'ora.

 

 

Biogas

Il biogas è un gas naturale prodotto dalla decomposizione di sostanze organiche. In discarica questo processo è tipico e con alcuni accorgimenti può essere accelerato per ottenere un gas ricco di metano senza rilasciare odori. Il biogas può essere usato per un generatore elettrico e dopo un processo di lavorazione anche immesso nella rete del gas.

 

 

Cogenerazione e teleriscaldamento

Un impianto di produzione elettrica ha un’efficienza di solo il 35%, e il 65% dell’energia consumata viene dispersa in calore inutilizzato. Per cogenerazione si intende la produzione di elettricità combinata al recupero del calore per altri usi, raggiungendo un’efficienza superiore al 90%. Il calore recuperato può essere usato per la produzione di acqua per impianti di teleriscaldamento.
Su piccola scala, per alberghi, condomini, comunità e grandi edifici civili, è possibile realizzare microimpianti di cogenerazione che forniscono sia elettricità che calore. A questo scopo possono essere utilizzate apposite macchine alimentate a gas, di taglia compresa tra i 5,5kw e i 2 Mw. Considerando anche le perdite evitate in bassa tensione, si stima che la microcogenerazione riduce di oltre 450 g ogni Kwh le emissioni di CO2.
Una interessante esperienza in questo campo è stata realizzata dall’azienda municipalizzata di Vicenza che ha installato piccoli impianti di cogenerazione presso piscine, collegi e comunità.
Il teleriscaldamento è un sistema che distribuisce calore prodotto in una centrale. Di norma viene applicato a centrali per la produzione elettrica, dove il calore viene recuperato e distribuito attraverso una rete che può servire interi quartieri. All’interno di questa rete circola acqua che nella centrale viene portata alla temperatura di circa 118°C, quindi raggiunge i diversi edifici dove, attraverso scambiatori, cede il calore agli impianti interni per riscaldare gli ambienti, per poi ritornare, ormai raffreddata a circa 68°C, alla centrale per essere nuovamente riscaldata.
Il teleriscaldamento è molto diffuso nell’Europa del centro e del nord, nel Nord America e in Giappone. Si sta sviluppando in Cina e nei Paesi dell’Est. In Italia la prima città ad introdurre il servizio è stata Brescia, nel 1971, con un progetto di successo internazionale. Attualmente, i centri italiani che vantano questo servizio sono una trentina. Il sistema risulta particolarmente vantaggioso per le aree urbane, adattandosi agevolmente sia alle nuove costruzioni, sia a quelle esistenti.

 

 

Energia geotermica

Per energia geotermica si intende il calore proveniente dall'interno della terra, che può essere utilizzato per la generazione di energia elettrica o per riscaldare case ed edifici. Si tratta di una fonte di energia praticamente inesauribile che non dipende dalle stagioni e dalle condizioni atmosferiche ed è disponibile tutto l’anno.
Per trasportare il calore geotermico in superficie si utilizza l’acqua presente in falde sotterranee e si stanno sperimentando tecnologie per l’immissione artificiale. Questa acqua, a temperature superiore ai 100° C, può essere usata in centrali elettriche per alimentare turbine e generatori, tecnologia molto sfruttata in Islanda. A temperature inferiori può alimentare impianti di teleriscaldamento. A Ferrara è stato realizzato un impianto di teleriscaldamento geotermico che serve 14.000 appartamenti con l'utilizzo di acqua calda a 102 °C rinvenuta a 4 km dalla città in un pozzo a 1.300 m di profondità: L'acqua viene poi reiniettata nel sottosuolo. Oltre al risparmio di combustibile fossile la città beneficia di un minore inquinamento dell'aria.
Con le attuali tecnologie di perforazione si possono raggiungere profondità di 6000 metri, tali pozzi permetterebbero di ottenere energia elettrica ad un costo inferiore a 0,05 € al kWh.
A livello mondiale, agli inizi del 2000, risultavano installati in 22 Paesi impianti geotermici per una potenza totale di circa 8000 Mw. Le riserve note sono stimate in 50 mila miliardi di Kwh, ovvero 12 miliardi di tonnellate equivalenti petrolio (un decimo delle riserve mondiali), tanto che società come Shell, Bp, Unocal guardano con molto interesse alla geotermia.
La geotermia in Italia è sfruttata in Toscana, dove ci sono giacimenti che valgono oltre 300 miliardi di euro. Le potenzialità sono stimate in oltre 5 mila miliardi di kilowattora, una quantità sufficiente a soddisfare circa 70 anni di consumi elettrici nazionali.
Anche con l’energia geotermica, in siti che presentano adeguate caratteristiche, possono essere realizzati impianti per piccole utenze, formati da apposite sonde in cui circola un fluido. Durante l'inverno l'ambiente viene riscaldato trasferendo energia dal terreno all'abitazione mentre durante l'estate il sistema s'inverte estraendo calore dall'ambiente e trasferendolo al terreno. In Svizzera si trovano più di 30.000 sonde di questo tipo.

 

 

Microcentrali idroelettriche

L’energia dei corsi d’acqua è stata sfruttata da tempo, attraverso i mulini, e poi per la produzione di energia elettrica. Di recente si è diffusa la pratica di costruire grandi dighe che hanno enormi controindicazioni (si veda il capitolo sull’acqua). Piccoli impianti locali, realizzati con alcuni accorgimenti, là dove le condizioni idrogeologiche lo consentono, possono invece essere una fonte di energia pulita.
Impianti idroelettrici di piccola dimensione possono dare un contributo importante alla produzione energetica del paese, infatti l’attuale produzione idroelettrica di 48.000 GWh/anno potrebbe raggiungere i 65.000 attraverso la realizzazione di microimpianti.

 

 

La pompa di calore

Una pompa di calore è una macchina che consente il trasferimento di calore da un corpo a temperatura inferiore ad un corpo a temperatura superiore, utilizzando lo stesso principio del frigorifero. Con questo sistema è possibile riscaldare acqua e anche raffreddare un ambiente in estate.
I maggiori costi rispetto ad un impianto elettrico a resistenza sono compensati, in un periodo di circa due anni, dai risparmi energetici.