LE FONTI ENERGETICHE

Obiettivi

1.     Saper distinguere le forme di energia non rinnovabile da quelle rinnovabili

2.     Riconoscere le varie energie sfruttate dall’uomo

3.     Saper riproporre le caratteristiche principali delle nuove forme energetiche meno conosciute

4.     Analizzare lo scambio energetico e le caratteristiche tecnologiche di centrali termoelettriche ed idrauliche.

5.     Riconoscere l’importanza delle agevolazioni statali per la diffusione delle risorse rinnovabili.

Contenuti

Le forme di energia utilizzate dall’uomo, tradizionali e di ricerca, rinnovabili e non.

Le fonti energetiche meno conosciute: biogas, moto ondoso e maree,  gassificazione scarti legnosi, recupero energetico.

Le centrali termoelettriche, scambio energetico, le parti principali cui è realizzata.

Le centrali idroelettriche, scambio energetico, differenze tra le diverse turbine utilizzate.

Gi incentivi previsti dal Piano Energetico Nazionale.

Metodo e attività

Sono solito presentare l’argomento “Energia” utilizzando una vasta serie di diapositive che ho preparato nel tempo, nelle quali ho raccolto, non solo le fonti tradizionali, ma anche quelle meno usuali o di tipo sperimentale. Foto scattate durante le visite guidate o schemi ricavati da riviste specifiche, mi permettono di coprire in maniera molto aggiornata la vastità energetica sfruttata dall’ingegno umano.

Utilizzo anche una serie di filmati predisposti o realizzati durante le visite guidate ed anche diversi ipertesti che la scuola ha a disposizione.

Nel frattempo invito i ragazzi a curare una raccolta monografica in tema energetico, per approfondire gli argomenti, analizzare situazioni alla luce delle conoscenze possedute, per presentare anche agli esami,  interventi legati all’attualità.

La maggior parte delle risorse energetiche proviene dal sole, escludendo l’energia geotermica ed energia nucleare, entrambe derivate dalla formazione della Terra, residue del Big Bang iniziale.

Dal sole derivano anche le energie fossili, frutto di lentissime trasformazioni ad alta pressione e temperatura, di interi ecosistemi inglobati nel sottosuolo, a causa di rilevanti sconvolgimenti sismici ai primordi della vita sulla Terra.

Il sole

Qui faccio notare ai ragazzi, di come non esista una sostanziale differenza tra la parabola che muoveva la prima tipografia solare nel 1882 a Parigi e le attuali parabole riflettenti della Magneti Marelli, capaci di produrre 4 Kw elettrici. E’ passato circa un secolo, tutto dedicato all’utilizzo del petrolio e derivati, e ben poco si è fatto per lo studio dello sfruttamento del sole. La tecnologia oggi comunque ci permette di utilizzare una vasta varietà di pannelli capaci di sfruttare l’energia del sole (piani ad assorbimento, a profilo parabolico e parabole riflettenti, centrali a riflessione multipla e, frutto dell’elettronica, le celle fotovoltaiche, che convertono la luce solare in elettricità).

Schema tratto da “Energia e Agricoltura” di Jean-Roger Mercier ed. Muzzio 1980 Padova, pag104

Il biogas

Il biogas è una miscela di metano (60÷70% ) con altri gas ricavata dalla fermentazione anaerobica (assenza di ossigeno) di sostanza organica. E’ una fonte sempre più importante perché permette di ottenere dai liquami di scarico urbani, zootecnici, industriali, oltre alla mineralizzazione di queste sostanze e quindi un più efficace sistema di smaltimento e/o utilizzo, anche gas infiammabile da utilizzare in azienda, nello stesso impianto di depurazione. Per poter fare questo occorre portare i liquami contenuti in appositi digestore, alla temperatura di 40 gradi, alla quale si attivano i batteri metaniferi. Questo sistema è conveniente per depurare gli scarichi di città oltre i 100.000 abitanti (vedi n° 8 dell’1.1.2000 di Scuola e didattica “Gli scarichi liquidi” classi seconde)

Moto ondoso e maree

L’innalzamento delle onde nel mare è utilizzato per muovere piattaforme composte da parti incernierate (o anche navi intere munite di snodi pieghevoli), che oscillando provocano il movimento di fluidi (aria o olio idraulico), utilizzati per la rotazione dei generatori. Si tratta di esperimenti che sempre più oggi  mostrano la loro efficacia.

L’unico impianto che sfrutta il dislivello delle maree, è stato costruito sulla foce della Rance in Francia. Con l’innalzamento del livello del mare, si riempie il lago realizzato sull’estuario del fiume, facendo funzionare le turbine. Con la bassa marea si scarica l’acqua dal bacino verso il mare utilizzando le stesse turbine mosse in senso opposto. Nel mondo ci sono oltre 24 siti adatti a questo tipo di sfruttamento.

Recupero energetico

Gruppi elettrogeni costituti da un motore a scoppio che muove un generatore elettrico, sono trasformati in impianti di cogenerazione (generare con...). La Fiat ha realizzato un gruppo definito TOT.E.M (Total Energy Modul) che produce 15 kw elettrici e 38,5 Kw termici, recuperando il calore dal raffreddamento del motore e del generatore, dal raffreddamento dell’olio lubrificante, dai fumi di scarico, portando il rendimento complessivo della macchina al 92%. Oggi tale applicazione viene effettuata anche su grossi gruppi Diesel (vedi n°8 dell’1.1.2000 di Scuola e Didattica “Gli scarichi liquidi”).

L’Enea ha realizzato un gasogeno capace di fornire gas infiammabile (ossido di carbonio) da pezzi di legname di scarto, bruciati in povertà di ossigeno. Il gas prodotto, depurato, viene inviato ad un motore a scoppio collegato ad un generatore. Si tratta della versione moderna dello stesso sistema utilizzato nell’ultimo periodo bellico e anni successivi, per far muovere gli automezzi adibiti ad uso civile, sprovvisti di benzina.

Dalla fermentazione di sostanze zuccherine di scarti agricoli, è possibile ottenere alcool utilizzato come combustibile automobilistico sia direttamente, che miscelato con la benzina: è ciò che avviene in Brasile con gli scarti di canna da zucchero e manioca, dove con il 2% delle terre coltivabili, si è garantita l’autosufficienza di combustibile.

Centrali termoelettriche

Sono centrali dove l’acqua distillata viene portata allo stato di vapore che viene inviato a delle turbine collegate a generatori elettrici. Le caldaie a vapore sono riscaldate da combustibili fossili (in Italia devono poter bruciare in alternativa, tre combustibili diversi); il ciclo del vapore è chiuso, infatti all’uscita della turbina esso viene raffreddato e riportato allo stato liquido nei condensatori, tramite acqua proveniente da fiumi, dal mare o da torri di raffreddamento, per poi essere ripompato di nuovo nella caldaia.

Anche le centrali nucleari, sono di tipo termico; la caldaia è sostituita da un reattore nucleare dove nei suoi innumerevoli pozzi vengono calate barre di uranio arricchito, che interagendo fra loro provocano il riscaldamento del fluido termovettore. In Italia dopo il referendum del 1987, le centrali nucleari civili, di Caorso, Trino Vercellese, Latina, Garigliano, sono state chiuse.

Una tra le prime nazioni a sfruttare l’energia della terra, l’Italia utilizza l’energia la geotermia soprattutto nella zona di Larderello, del Monte Amiata in Toscana e nell’alto Lazio. La caldaia di questo tipo di centrale termoelettrica è naturale e si trova a circa tremila metri nel sottosuolo; l’acqua piovuta o spinta attraverso dei micropozzi disposti intorno all’area della centrale, raggiunge il magma e si trasforma in vapore che viene estratto attraverso apposite perforazioni e sfruttato in impianti termoelettrici.

Anche le centrali eliotermoelettriche sono realizzate come una centrale termica tradizionale, dove la caldaia è montata su una torre, verso la quale convergono i raggi solari riflessi da una moltitudine di specchi montati su degli eliostati ad inseguimento automatico: ad Adrano in Sicilia la superficie riflettente copre un’area di 1 ettaro per 1 Mw di potenza, mentre la “Solar One” nel deserto dell’Ohio, ben 10 ettari sviluppati a 360° intorno alla torre-caldaia con uno sviluppo di 10 Mw elettrici.

Le turbine idrauliche

Sono dei motori funzionanti ad acqua: trasformano l’energia cinetica del flusso, in energia motrice rotativa. Per le caratteristiche costruttive ne distinguiamo di 4 tipi diversi: Pelton, Francis, Kaplan, Ossberger (Michell-Banki).

Le Pelton sono adatte per alti dislivelli, basse portate d’acqua, elevata velocità di rotazione; le Francis sono a pale fisse elicoidali, devono funzionare per il dislivello cui sono state progettate e realizzate; le Kaplan sono turbine lente a basso dislivello ed alta portata; inoltre possono avere le pale a passo variabile per adattare la portata alla potenza richiesta. Le turbine Ossberger (Michell-Banki) sono turbine a flusso radiale applicate su portate abbastanza variabili, dato il suo particolare tipo di distributore capace di sezionare fino ad un terzo del getto d’acqua.

Grafico tratto dall’opuscolo della Ossberger

Le agevolazioni statali per l’energia rinnovabile

Il Piano Energetico Nazionale, presentato attraverso le leggi n° 9 e 10 del 9.1.91, ha confermato una serie di interventi a favore delle risorse rinnovabili, già anticipate dalla L. n° 308 del 1982. E’ stato di fatto abrogato il monopolio dell’Enel, quale produttore unico di energia, favorendo la libera produzione energetica da fonti rinnovabili quali: sole, vento, acqua, geotermia, maree, moto ondoso, da trasformazione di prodotti vegetali e rifiuti organici, cogenerazione. La libera produzione, viene concessa fino ad un limite di 3 Milioni di watt elettrici, per la quale sono destinati sostanziosi contributi.

Verifiche

I vari materiali audiovisivi utilizzati per la presentazione energetica, saranno oggetto di relazioni da parte degli allievi e di relativa verifica. Così pure le visite guidate ai piccoli impianti di produzione energetica saranno motivo di controllo di quanto appreso.

Per quanto riguarda la verifica generale possono essere proposte le seguenti domande, inerenti le unità didattiche trattate.

1.      Quale è la sorgente primaria delle energie utilizzate sulla Terra

2.      Come si distinguono le energie rinnovabili dalle non rinnovabili

3.      Da quale particolare processo è dovuta la formazione dei combustibili fossili

4.      Cosa è necessario per ottenere la fermentazione di biogas dalla sostanza organica

5.      In quale regione della Francia è situato l’impianto mareomotrice: perché

6.      A cosa serve il condensatore nelle centrali termoelettriche

7.      Quale è la differenza tra una centrale termoelettrica tradizionale ed una geotermica

8.      Indica le trasformazioni energetiche che interessano una centrale idroelettrica

9.      Esprimi le caratteristiche e differenze tra le varie turbine idrauliche conosciute

10.  Indica alcune delle forme di energia da te conosciute ed in fase di sperimentazione.

Discipline coinvolte

Scienze può intervenire presentando una valutazione di impatto ambientale delle varie fonti energetiche analizzando le varie problematiche, con particolare riguardo all’effetto dei fumi discarico delle termoelettriche, alla realizzazione di enormi bacini idraulici, allo stoccaggio e smantellamento delle centrali nucleari

Geografia può presentare le forme energetiche particolari e loro risvolti economici, di alcuni paesi, quali in biogas in India, alcool in Brasile, la dislocazione delle grandi dighe sul Nilo e sul fiume Azzurro, i fattori meteorologici che hanno determinato la ricaduta radioattiva della centrale nucleare di Chernobyl.

Storia può intervenire presentando l’antica tassa sul macinato ad acqua, il periodo dell’industrializzazione, i  combustibili usati in periodo autarchico, l’uso del nucleare, e ricercare presso gli archivi pubblici della propria zona, i vecchi mulini o gli opifici che usavano la forza motrice dell’acqua.

Lingua Straniera  presenta la situazione energetica delle proprie nazioni, l’area della Rance e della Normandia a forte escursione di maree, le zone dei mulini a vento, gli impianti di trattamento di combustibile nucleare, le miniere di carbone, le piattaforme di trivellazione degli idrocarburi. Inoltre si può scrivere in lingua alla ditta Ossberger ed altre, chiedere di ricevere i propri opuscoli in francese, inglese e tedesco e attivarsi per la corretta interpretazione.

Religione può fare un richiamo al prefazio 6° della domenica ordinaria, presentare i discorsi di Giovanni Paolo 2°, del 13.5.86 ai giovani di Ravenna dopo l’esplosione di Chernobyl, ai lavoratori Enel di Torre Valdaliga Nord sull’Osservatore Romano del 20.3.87, alla Pontificia Accademia delle Scienze sull’Oss. Rom. del 4.11.94 a proposito delle energie rinnovabili nel terzo mondo.

Bibliografia

Debeir Deléage Hémery “Storia dell’energia” ed. Sole 24 Ore 1987 Milano

Quilici Galluzzi “Uomo Ambiente Energia” ed. ENI 1987 Roma

Miles Litvinoff “Il primo atlante di Gaia” ed. Zanichelli 1996 Bologna

Dermot McGuigan “Energia dell’acqua a piccola scala” ed. Muzzio 1980 Padova

Bernard Lagrange “Il biogas” ed. Longanesi 1981 Milano

Cd Rom “EcomeEnergia” progetto didattico per la Scuola Media ENI 1998

Cd Rom “ Energia per l’ambiente” ENEA 1998

Cd Rom “ Il mondo in cui viviamo” Mani Tese 2000

Sant’Angelo in Vado 26.8.00

Prof. Giuseppe Dini