Macchine e fonti di energia

Macchine e fonti di energia:
l’utilizzo nella storia
La storia del consumo di energia è la storia della ricerca delle fonti, del
loro possesso, della produzione industriale, dello sviluppo, dei mutamenti
sociali e culturali, in definitiva la storia tout court.
CREDITS
CONOSCENZE SCIENTIFICHE
COS’È L’ENERGIA ?
Nel linguaggio di tutti i giorni:
Energia è qualcosa di necessario per la vita, per la buona salute;
sentirsi deboli, senza forze, si esprime col dire “mancare di
energia”
La fisica fornisce invece la definizione:
Energia è l’attitudine di un corpo o di un sistema a compiere
un lavoro
Entrambe le definizioni fanno trasparire la complessità del
concetto.
FORZA MUSCOLARE DELL’UOMO
La sola forza muscolare dell’uomo, spesso ridotto in schiavitù, ha
consentito di soddisfare le esigenze energetiche di molte società e
realizzare imprese ricordate ancor oggi.
LE MACCHINE SEMPLICI
La forza dell’uomo e degli animali può essere esaltata con
l’utilizzo di macchine. L’uso di macchine semplici, piano
inclinato, vite, cuneo, ruota, leva (conosciute fin
dall’antichità), ha consentito la costruzione di opere
grandiose.
IL PIANO INCLINATO
Il piano inclinato consente di eseguire semplici esperienze ma
molto utili per introdurre i concetti di:
• Forza
• Composizione
forze
di
• Lavoro
• Energia potenziale
• Energia cinetica
• Unità di misura
dell’energia
IL BATTIPALO
Le macchine semplici
erano costituite da un
solo organo, ma potevano
essere combinate tra di
loro
nelle
macchine
composte. Nel battipalo,
insieme alla struttura di
sostegno, più organi,
ciascuno di per sé una
macchina
semplice,
concorrono
al
suo
funzionamento.
L’USO DEGLI ANIMALI
L’uso di animali addomesticati, cavallo, bue, consente di
disporre di potenze maggiori di quelle dell’uomo. Il cavallo
è stato largamente utilizzato per i trasporti e in guerra, i
bovini nei lavori agricoli.
ENERGIA DAL VENTO - LA NAVIGAZIONE
Si attribuisce agli Egizi l’idea di sfruttare l’energia del vento utilizzando
sulle barche la vela quadrata. I miglioramenti nella tecnica di utilizzo
delle vele e nella costruzione degli scafi ne consentirono l’uso per
esplorazioni e commerci fino a metà del XIX secolo.
IL MULINO A VENTO
Il mulino a vento, noto in Asia
dal 650, viene introdotto nel
Mediterraneo dagli Arabi. Solo
nel XII secolo si diffuse in
Europa divenendo la tipica
macchina
delle
zone
Atlantiche. I mulini a vento
non raggiunsero però mai
l’importanza e la diffusione dei
mulini ad acqua.
ENERGIA DALL’ACQUA
La prima notizia di
una ruota ad acqua
risale al I secolo a.C.
riportata da Antipatro
di Tessalonica. La
diffusione mostrata in
figura si realizza solo
tra il IV e il XVIII
secolo.
MULINI AD ACQUA
Le ruote idrauliche furono utilizzate non solo nella
macinazione del grano ma anche come “motori primari”
in altre attività produttive. La realtà bolognese del 1600
rappresenta un tipico esempio di questo utilizzo e ben
testimonia i mutamenti che la ruota ad acqua ha
innescato in ogni campo.
LA RUOTA AD ACQUA - MODELLO DI SMEATON
John Smeaton (1742-1792),
progettista e costruttore di
ruote idrauliche, si pose il
problema
di
capirne
scientificamente i principi di
funzionamento per migliorarne
il rendimento. Smeaton costruì
un modello in scala di ruota
idraulica e ne sperimentò il
funzionamento in laboratorio
con misure rigorose.
CONOSCENZE SCIENTIFICHE
L’ENERGIA MECCANICA
La forma di energia in gioco nelle trasformazioni studiate è definita
energia meccanica. Espressioni fondamentali ne sono:
LAVORO = FORZA x SPOSTAMENTO
POTENZA = LAVORO : TEMPO
Il lavoro è il modo con il quale si trasmette l’energia meccanica.
La potenza è il lavoro sviluppato nell’unità di tempo.
L’unità di misura dell’energia e del lavoro è il Joule.
L’unità di misura della potenza è il Watt.
INNOVAZIONI TECNICHE
La ricerca della maggiore efficienza portò a continui miglioranti
tecnici nella costruzione dei mulini. Queste macchine (motori primari)
forniscono, a seconda della loro struttura, due tipi di moto: il moto
rotatorio e il moto rettilineo alternativo. Quasi sempre il moto deve
essere trasferito mediante dispositivi detti organi di trasmissione.
L’innovazione tecnica studiò pulegge, cinghie, ingranaggi, catene, per
ottenere i risultati richiesti.
LA CENTRALE IDROELETTRICA
I mulini ad acqua, per
quanto efficienti e ben
costruiti, avevano alcuni
svantaggi
ineliminabili.
Per
ottenere
grandi
potenze era necessario
costruire
ruote
molto
grandi e resistenti e,
soprattutto,
dovevano
essere realizzati nei posti
dove erano presenti i corsi
d’acqua.
Il principio di funzionamento delle ruote idrauliche a pale è stato
comunque ripreso nella seconda metà dell’Ottocento con le turbine
idrauliche, Francis (1852) prima e Pelton (1870) poi, che oggi azionano le
dinamo delle centrali idroelettriche.
AMBIENTE
Lo sfruttamento dell’acqua e del vento come fonti di energia non
provocarono importanti e irreparabili danni ambientali (probabilmente
dello stesso avviso non erano gli abitanti di Marly-la-Machine ove nel
1725 era stata posta la rumorosissima ruota idraulica che alimentava le
fontane di Versailles ) ma il grande pregio di queste fonti è che sono
rinnovabili .
CALORE E MOVIMENTO
L’idea di costruire motori che
sfruttassero l’energia termica e
quindi il calore, era nota fin
dall’antichità.
E’
abbastanza
semplice trasformare energia
meccanica
in
calore,
più
complicata l’operazione inversa.
Erone di Alessandria (I secolo
a.C.) ci riuscì con alcuni
dispositivi quali l’eolipila e
l’apertura delle porte del tempio.
Occorre attendere le conoscenze scientifiche del XVII secolo perché la
tecnologia possa costruire macchine utili.
LA NASCITA DELLA SCIENZA
Nei secoli XVI e XVII si affermò il metodo scientifico per lo studio dei
fenomeni naturali. Le esperienze di Evangelista Torricelli sulla pressione
atmosferica, le spettacolari esperienze di Otto von Guericke, fornirono le
conoscenze propedeutiche per la realizzazione della macchina a vapore.
LA MACCHINA A VAPORE
All’inizio del secolo XVIII in Inghilterra maturarono le condizioni per una
utilizzazione pratica del vapore. Non scienziati, ma tecnici, artigiani e
ingegneri diedero il contributo decisivo per la realizzazione e lo sviluppo
della macchina a vapore.
Thomas Savery brevetta nel 1698 una macchina per sollevare l’acqua.
Thomas Newcomen nel 1712 costruisce una macchina che è il primo vero e
proprio motore.
James Watt nel 1769 propone le innovazioni che renderanno matura la
macchina a vapore.
Nelle macchine a vapore la combustione avviene all’esterno (macchine
esotermiche)
Pompa di Savery
Macchina di Watt
Macchina a
pressione
atmosferica di
Newcomen
LA MACCHINA DI WATT
James Watt, esaminando un
modello
da
riparare
di
macchina di Newcomen ne
studiò i difetti e, con la
collaborazione
del
chimico
Black, indrodusse innovazioni
decisive. L’idea fondamentale
fu quella di fare avvenire la
condensazione del vapore in un
recipiente diverso e separato dal
cilindro in modo da avere un
recipiente, il condensatore,
tenuto sempre freddo e un
recipiente, il cilindro, sempre
caldo.
Il brevetto del 1769 e i successivi perfezionamenti portarono ad una vera e
propria macchina a vapore che consentì il pieno sviluppo della Rivoluzione
Industriale.
INNOVAZIONI TECNICHE
Innumerevoli le innovazioni
tecniche che i costruttori di
macchine a vapore, in
particolare
Watt,
introducono
per
via
sperimentale. Nel complesso
rapporto tra scienza e
tecnica è certo infatti che la
macchina a vapore è un
esempio evidente di un caso
in cui la realizzazione tecnica
precede di molto la relativa
teoria e fornisce anzi ad essa
gli strumenti e gli stimoli
per la sua nascita.
CONOSCENZE SCIENTIFICHE
LA SCIENZA E LA MACCHINA A VAPORE
La nascita della termodinamica nella prima metà dell’800, a partire dagli
studi di Sadi Carnot chiarì il collegamento tra calore e lavoro.
Fondamentali sono i principi fissati dalla termodinamica che affermano:
Il primo principio, o principio della conservazione dell’energia: l’energia
non si può creare né distruggere ma si conserva, anche se può manifestarsi
in forme differenti.
Il secondo principio: il calore non può passare spontaneamente da un
corpo freddo a uno caldo
Questi principi hanno grande rilevanza per le macchine che trasformano
calore in lavoro. In particolare ci dicono che il lavoro può sempre e
integralmente essere convertito in calore, ma ciò non si verifica per il
passaggio inverso.
LA TURBINA A VAPORE
Il glorioso periodo della macchina
a vapore, protagonista nella
produzione
industriale,
nei
trasporti (treni, navi) e quindi
artefice
dei
cambiamenti
dell’organizzazione del lavoro e
dei rapporti sociali noti come
Rivoluzione Industriale, si chiude
verso la fine del XIX secolo per la
concorrenza
dei
motori
a
combustione interna.
Oggi l’uso del vapore prodotto da combustibili fossili o da “combustibile”
nucleare viene utilizzato per azionare le turbine delle centrali elettriche.
IL MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA
Nella seconda metà del XIX secolo le accresciute capacità tecniche
consentirono di realizzare un motore a combustione interna (endotermico).
Esso sfrutta la combustione (scoppio) di una miscela di gas o liquido ed aria
direttamente nel cilindro.
Agli italiani Barsanti e Matteucci (1854) va il merito di aver costruito il primo
motore a combustione interna. Nel 1877 le innovazioni del tedesco Otto con
un motore a quattro tempi ne migliorarono le prestazioni. Nel 1872 il tedesco
Diesel realizza il motore che porta il suo nome.
IL FUTURO DEL MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA
Il motore a combustione interna ha consentito di disporre di potenze
elevate con macchine di peso e volume limitati. La realizzazione
dell’automobile e soprattutto dell’aereo non sarebbero stati possibili con il
motore a vapore.
I problemi legati all’uso massiccio di petrolio, risorsa non rinnovabile, e lo
scarico di inquinanti nell’aria, impongono però pensare a soluzioni nuove.
I COMBUSTIBILI
I combustibili fossili, carbone, petrolio,
metano, sono le principali fonti energetiche
utilizzate attualmente. Il combustibile è un
materiale che bruciando sviluppa grandi
quantità di energia sotto forma di calore e di
luce.
La combustione è una reazione chimica tra il
carbonio contenuto nel combustibile e
l’ossigeno (comburente). Nel linguaggio della
chimica:
C + O2
=
CO2 + Energia
I combustibili si classificano in base alla quantità di energia che
sviluppano, cioè il “potere calorifico”. Queste fonti di energia non sono
rinnovabili e non sono distribuite uniformemente sulla Terra.
L’ENERGIA ELETTRICA
La storia dell’elettricità, se
trascuriamo
le
conoscenze
empiriche del mondo greco
relative
all’elettrizzazione
dell’ambra (ambra in greco si
dice electron), inizia nel XVI
secolo con le esperienze di
numerosi ricercatori. Per circa
due
secoli
lo
studio
dell’elettrostatica
e
del
magnetismo, la costruzione di
macchine
elettrostatiche,
la
definizione di importanti concetti
teorici, non si concretizzarono in
dispositivi “utili”.
Passaggio fondamentale avviene con la costruzione della pila (1799) da parte
di Alessandro Volta. La disponibilità di una sorgente di corrente elettrica
continua e stabile consentì lo studio e le applicazioni dell’energia elettrica.
USI DELL’ENERGIA ELETTRICA
La principale caratteristica
dell’elettricità è la sua grande
versatilità.
Può
essere
trasportata facilmente e si
presta
all’utilizzo
in
numerose applicazioni che
contraddistinguono la vita
oggi.
- Può essere trasformata in energia meccanica con i motori elettrici
- Può essere trasformata in energia radiante per l’illuminazione
- Può essere usata per le comunicazioni (telegrafo, telefono, radio, televisione,
computer)
- Altri usi ancora in campo medico, galvanico, termico, per citarne alcuni
MOTORI E GENERATORI ELETTRICI
Le macchine che consentono la
trasformazione
dell’energia
meccanica in elettrica e viceversa
sono,
rispettivamente,
i
generatori e i motori elettrici.
L’italiano Antonio Pacinotti
costruì il primo dispositivo
meccanico capace di generare
corrente elettrica, la dinamo
(1860).
I dispositivi oggi usati sono:
- Dinamo e alternatori: sono generatori meccanici di corrente;
trasformano cioè l’energia meccanica, trasmessa da una macchina motrice
(turbina, motore a scoppio, ecc.) in energia elettrica.
- Motori elettrici: trasformano l’energia elettrica, fornita da un
generatore, in energia meccanica di movimento.
INNOVAZIONI TECNICHE
Le innovazioni tecniche introdotte a partire dall’800 sono, in gran
parte, quelle descritte e ancora caratterizzano la nostra vita. E’
da notare che spesso il rapporto tra scienza e tecnica è inverso a
quello descritto per la macchina a vapore. Ad esempio nel XIX
secolo le innovazioni dell’elettromagnetismo si possono
considerare applicazioni della scienza.
In generale non è comunque corretto vedere le realizzazioni
tecniche solo come la ricaduta pratica degli studi scientifici.
Scienza e tecnica hanno a volte percorsi paralleli e separati, si
influenzano reciprocamente ma non sono in un meccanico
rapporto di subalternità.
CONOSCENZE SCIENTIFICHE
L'ENERGIA ELETTRICA
La comprensione della natura dei fenomeni elettrici giunge solo
quando, agli inizi del XX secolo, iniziò il fantastico periodo che
portò alla comprensione dell'intima struttura della materia.
La scoperta della struttura atomica e dell'elettrone ha chiarito che
i fenomeni elettrici sono il risultato del moto degli elettroni,
particelle con carica elettrica negativa, nei materiali.
L'unità di misura dell'energia elettrica è il Joule,
Il Chilowattora, più pratico, spesso però lo sostituisce.
SECOLO XX
ENERGIA NUCLEARE
Nel 1905 Albert Einstein enunciò la
famosa equazione:
E = mc2
L’equazione implica che energia e massa sono equivalenti, la massa può essere
trasformata in energia ma anche l’energia può essere trasformata in massa, cioè in
materia. Si può affermare che la materia è energia congelata.
Poiché la velocità della luce vale circa 300.000 km/s, è evidente che da una
piccolissima frazione di massa è possibile ottenere una enorme quantità di energia.
Queste trasformazioni avvengono nelle reazioni nucleari come nella bomba atomica e
nei reattori nucleari e sono alla base della produzione di energia all’interno delle
stelle.
La reazione nucleare è un processo di trasformazione di un nucleo atomico in un
nucleo di natura differente. A parità di massa, una reazione nucleare fornisce più di
un milione di volte dell’energia prodotta in una reazione chimica di combustione.
LA FISSIONE NUCLEARE
In alcuni elementi naturali, detti radioattivi, la
reazione nucleare avviene spontaneamente. Il
nucleo dell’atomo di Uranio (isotopo 235) si
disintegra formando elementi più leggeri, il
processo è detto fissione (divisione del nucleo
atomico) ed emette radiazioni pericolose.
Gli scienziati hanno scoperto che bombardando i
nuclei degli atomi radioattivi con neutroni è
possibile accelerare il processo (reazione a catena)
liberando grandi quantità di energia. Fu Enrico
Fermi, nel 1942 a Chicago, a realizzare il primo
reattore nucleare. Nel 1945 furono fatte esplodere
su Hiroshima e Nagasaki le prime bombe
atomiche. Successivamente iniziò l’uso pacifico
dell’energia atomica con la costruzione delle
centrali elettronucleari.
LE CENTRALI ELETTRONUCLEARI
Le centrali elettronucleari sfruttano i
processi di fissione in modo
controllato. Il calore prodotto dalla
reazione genera vapor d’acqua che,
attraverso un sistema turbinaalternatore, produce energia elettrica.
La centrale può essere:
- Reattore ad acqua in pressione
- Reattore ad acqua bollente
- Reattore veloce o autofertilizzante
I problemi di pericolosità delle centrali sono legati all’emissione di
radiazioni (in caso di incidenti) e allo smaltimento dei residui del processo
(scorie radioattive).
LA FUSIONE NUCLEARE
La reazione nucleare di fusione è la trasformazione
in cui due o più nuclei leggeri si uniscono per
formarne uno più pesante. Ad esempio nuclei
dell’elemento Idrogeno si uniscono e formano un
nucleo dell’elemento Elio.
La fusione libera enormi quantità di energia
perché la massa del nucleo risultante è minore
della massa dei nuclei iniziali. La differenza si
trasforma in energia secondo l’equazione di
Einstein.
Le reazioni di fusione avvengono
spontaneamente al centro delle stelle. Finora, sulla
Terra, si è riusciti a innescare la reazione in modo
incontrollato (bomba all’idrogeno). Nei laboratori
si studia la possibilità di controllare il processo di
fusione che potrebbe fornire energia in grande
quantità e con impatto ambientale accettabile.
AMBIENTE
La diffusione su larga scala degli standard di produzione e consumo tipici degli stili di vita
occidentali unita comunque alla grande disparità tra gli abitanti della Terra, pone tre ordini
di problemi:
1- Le risorse naturali, specie quelle energetiche, diventano sempre più scarse,
2- Si generano danni all’ecosistema estremamente elevati,
3- Si creano problemi sociali.
Il primo problema deriva dal fatto che la gran parte delle fonti di energia oggi usate non
sono rinnovabili (combustibili fossili e nucleari).
Il secondo è legato ai cambiamenti globali del clima provocati da emissioni di gas in
atmosfera. Gas che sono responsabili dell’effetto serra (diossido di carbonio), del buco
dell’ozono (clorofluoro carburi), delle piogge acide (diossido di zolfo).
Il terzo è generato dai profondi squilibri tra i diversi popoli che favorisce emigrazioni,
disordini e guerre.
Il nucleare pone il problema della pericolosità degli impianti e dello smaltimento delle scorie
radioattive.
Le iniziative internazionali intraprese da alcuni anni sono culminate nel Protocollo di Kyoto
(2005) con il quale 141 paesi si impegnano, tra l’altro, di ridurre le emissioni di gas serra.
IL FUTURO DELL’ENERGIA
L’energia è alla base di tutte le attività dell’uomo e contribuisce a
migliorarne la qualità della vita. Fare rinunce è oggi impossibile anzi
sempre più paesi raggiungeranno lo sviluppo di quelli occidentali. Per
rendere possibile ciò la parola d’ordine è Futuro Sostenibile. Si realizza con:
- Il risparmio di energia attraverso un diverso stile di vita e con l’uso di
dispositivi più efficienti: nei trasporti, nelle abitazioni, nell’industria.
- L’orientarsi sull’uso di fonti di energia rinnovabili. Le fonti tradizionali
sono destinate ad esaurirsi e portano danni irreparabili all’ambiente. Il
miglioramento dell’efficienza e una migliore diffusione dei sistemi eolici,
solari e altri ancora, potrà essere, insieme alle fonti rinnovabili attuali
(idroelettrica e geotermica) una alternativa e non più solo una
“integrazione” all’attuale situazione energetica.
SECOLO XX
FONTI DI ENERGIA RINNOVABILI
La risposta ai problemi legati
all’esaurimento
dei
combustibili fossili ma anche
a quelli sociali e ambientali
connessi ad un loro uso
distorto, può venire dal
potenziamento delle fonti
energetiche rinnovabili.
Le fonti principali sono:
idroelettrica - geotermica - solare- eolica - biomassa
Il principali punti di forza sono quelli di non esaurirsi, di rendere accettabili le
modifiche ambientali, ma anche di essere diffuse su tutta la superficie del
pianeta e perciò il loro uso può risolvere i problemi sociali legati al possesso
delle risorse esauribili. Tra gli aspetti negativi: la scarsa concentrazione
dell’energia e la dipendenza dalle condizioni atmosferiche.
LA GEOTERMIA
L’interno della Terra è un enorme
serbatoio di calore naturale, ma la gran
parte di questa energia si trova in una
forma dispersa ed a profondità troppo
elevate per poter essere sfruttata
industrialmente. In alcune zone il calore
è però concentrato in spazi ristretti ed a
profondità economicamente accessibili: i
così detti serbatoi geotermici.
Questi si formano grazie a particolari condizioni geologiche e termodinamiche, come la presenza
di acqua sotterranea riscaldata da una inclusione di magma caldo nella crosta terrestre
Perforando il sottosuolo fino ad incontrare queste sacche, si può estrarre il fluido geotermico,
separarne il vapore dalla fase liquida e inviarlo in un sistema turbina-alternatore per produrre
energia elettrica.
L’Italia è stato il primo paese a sfruttare l’energia geotermica per produrre elettricità nella zona
di Larderello in Toscana.
L’EOLICO
Il vento è la fonte energetica
rinnovabile che offre maggiori
possibilità di competitività,
nel medio termine, con le
tradizionali
fonti
termoelettriche.
Gli aerogeneratori derivano dai tradizionali mulini a vento e sono costituiti
essenzialmente da un rotore, formato da alcune pale fissate su un mozzo e progettate per
sottrarre al vento parte della sua energia meccanica; il rotore tramite un moltiplicatore
di giri aziona un albero veloce che alimenta un generatore elettrico.
Deturpazione del paesaggio, se installati in zone di pregio, e notevole rumorosità sono gli
aspetti negativi di questi impianti.
IL SOLARE
L’energia che dal Sole giunge alla Terra e che garantisce la vita di piante e animali, può
essere sfruttata dall’uomo anche per soddisfare i suoi bisogni energetici. Le tecnologie
che sfruttano direttamente questa risorsa sono:
- Il solare termico - L’energia del Sole è convertita in calore attraverso i pannelli solari,
che riscaldano, a temperatura relativamente bassa (inferiore a 100°C), l’acqua usata per
usi igienici e per il riscaldamento. Questo impiego può avvenire solo su piccola scala, ma
la sua diffusione può consentire notevoli risparmi.
- Il solare termo-elettrico - La luce solare viene concentrata tramite specchi su un fluido
che, così riscaldato, produce vapore in uno scambiatore di calore. Il vapore con un
sistema turbina-alternatore produce energia elettrica.
- Il solare fotovoltaico - Alcune sostanze particolari e
opportunamente trattate (semiconduttori) generano
corrente elettrica per effetto fotovoltaico quando sono
esposte alla luce solare. Questi sistemi non possiedono
parti in movimento, non hanno bisogno di manutenzione
e non fanno uso di acqua: possono essere installati in
luoghi aridi o isolati. Il costo si sta abbassando con il
diffondersi della tecnologia.
LE BIOMASSE
La luce solare è utilizzata
direttamente
dalle
piante
attraverso la fotosintesi, in questo
processo acqua e diossido di
carbonio (anidride carbonica)
vengono trasformati in composti a
elevato contenuto energetico, quali
zuccheri, amidi, cellulosa, lignina.
I prodotti vegetali (biomasse) possono fornire energia con la combustione,
come si fa bruciando il legno, oppure con la gasificazione, oppure attraverso
processi di fermentazione che producono gas o alcol (ad esempio alcol etilico)
o biodiesel, utilizzabili come combustibili.
Ricordiamo che resti vegetali e animali accumulatisi per milioni di anni e
trasformati da enormi pressioni e temperature hanno formato i depositi di
combustibili fossili: carbone, gas naturale e petrolio.
FONTI DI ENERGIA RINNOVABILI MINORI
- Le onde possono essere fonte di energia mettendo in movimento turbine
collegate a generatori elettrici ma finora non sono state sfruttate in questo senso
a causa delle difficoltà tecniche e costi elevati.
- Le maree producono, soprattutto nei
bacini oceanici, grandi variazioni del
livello d’acqua. Sono state costruite
centrali in cui l’acqua spostata dalle
maree aziona turbine per la
produzione di energia elettrica.
- I gas prodotti da discariche o da fanghi di impianti di depurazione e biogas
sono una fonte di energia da utilizzare per produrre energia elettrica e/o
riscaldamento.
FONTI VIRTUALI DI ENERGIA
La necessaria ricerca di fonti
rinnovabili
non
deve
far
dimenticare che l’uso razionale
dell’energia ed il suo risparmio
rappresentano una fonte di
energia.
La legge indica:
- La cogenerazione intesa come produzione combinata di energia elettrica o
meccanica e calore.
- Il calore recuperabile nei fumi di scarico e da impianti termici, da impianti
elettrici e da processi industriali.
- Forme di energia recuperabile in processi, in impianti produttivi e interventi
in edilizia (illuminazione e riscaldamento).
L’IDROGENO
L’idrogeno è un combustibile pulito in quanto ha come unici prodotti di reazione acqua e
energia.
2H2 + O2 = 2H2O + Energia
Il suo uso può diventare strategico per la propulsione delle
automobili così da risolvere i problemi di inquinamento.
Le soluzioni tecniche allo studio sono due:
- Idrogeno usato come combustibile negli attuali motori a
combustione interna,
- Idrogeno che alimenta batterie elettrochimiche (fuel cell)
e successivo impiego di motore elettrico.
Purtroppo l’idrogeno non è una fonte energetica perché
non è presente libero sulla Terra. E’ più propriamente
definito “vettore energetico”. Il suo impiego diviene
ecologicamente vantaggioso se prodotto sfruttando fonti
rinnovabili. Ad esempio mediante elettrolisi dell’acqua
usando l’energia elettrica di fonti eoliche o solari.
CONSUMO PRO CAPITE DI ENERGIA NELLA STORIA
Età preistorica: 2000 kcal
Età contemporanea: 230000 kcal
Il consumo energetico è aumentato
in maniera vertiginosa.
FONTI DI ENERGIA E MACCHINE FONDAMENTALI
Greci e Romani
Medioevo
1700
1800
1900
Uomo
_________ uomo, schiavi e macchine semplici____________________________]
Animali
_________ animali addomesticati e macchine semplici______________________ ____]
Energia
dall’acqua
Energia
dal vento
Energia
termica da
combustibili
fossili
Carbone
Petrolio
Gas naturale
2000
[____ruote ad acqua – mulini___________________________________________]
[_______ turbina ad acqua________
_____________ navigazione___________________________________________]
[___________________ mulini a vento____________________________]
[______ macchina a vapore________________]
[___ turbina a vapore____
[___ turbina a gas _
[_ motore a combustione interna_
[__________ comunicazione ___________
Energia
elettrica
[______ motore elettrico_______
[___ illuminazione ________
Energia
nucleare
Fonti
integrative
[ reattori
_
[_ eolica __
[_ solare __
[ biomassa_
[_ altre ____
ANDREA ASSIRI
Consulente scientifico del Museo del
Patrimonio Industriale
COSETTA BIGALLI
Sezione didattica del Museo del Patrimonio
industriale