Energie rinnovabili

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Energie rinnovabili

Energia solare
Energia eolica
Energia biomasse
Energia geotermica
Energia del mare

F) Energia riciclaggio dei rifiuti
G) Energia congenecazione

Energia idroelettrica

ENERGIA EOLICA

Tra le nuove energie rinnovabili l’eolica è attualmente quella più vicina alla competitività economica. È un’energia nobile, perché facilmente utilizzabile nei paesi molto poveri e in via di sviluppo.
Il vento non è confinabile, né recintabile, appartiene a tutti e non c’è rischio di non averne più perché una nazione alza troppo il prezzo o perché sulla terra non c’è ne abbastanza per tutti. Gli aerogeneratori appaiono all’inizio di questo secolo negli Stati Uniti, già nel 1914 ne ruotano centinaia, con potenze che variano da 3 a 30 KW e tra le due guerre le tecnologie compiono un vero salto di qualità fino alla costruzione delle grandi turbine americane con una potenza di 1250 KW, l’espansione massima è però del 1980. Le turbine installate tutt’oggi, nella sola California sono circa 16000, hanno una potenza di generazione di circa 1,5 milioni di KW e sarebbero tranquillamente in grado di soddisfare una città grande come San Francisco. In Europa è la Danimarca la nazione più avanti nello sfruttamento dell’eolico, con 3000 turbine pari ala metà dell’intero eolico Europeo, che coprono il 3% dei consumi elettrici interni. Altre nazioni in Europa interessate allo sviluppo economico sono Germania, Gran Bretagna, Olanda, Spagna, mentre l’Italia ha attivato solamente da pochi anni i primi impianti di produzione. Inoltre iniziative importanti sono state inviate in Egitto dove qualche decina di MW risultano già installate, in India circa 100 MW eolici con macchine europee opportunamente modificate, in Cina la scelta è stata di tanti e piccoli sistemi per il funzionamento isolato; si parla più di 100000 già attivate e di 20000 già pronti da installare.

Cos’è il vento

È aria in movimento, fra strati diversi e distinti di atmosfere, rimescolati dall’effetto delle radiazioni solari e dalla rotazione terrestre. L’aria è una combinazione di gas: ossigeno 21% e azoto 78%.

Le moderne macchine

Le macchine eoliche più moderne per la produzione di energia elettrica sono di due tipi:

ad asse orizzontale: l’asse del rotatore è parallelo alla direzione del vento e dal terreno
ad asse verticale: l’asse del rotatore è perpendicolare alla direzione del vento e dal terreno.

In questo momento le macchine ad asse orizzontale sono più diffuse di quelle ad asse verticale.

Non è ancora possibile stabilire se le macchine ad asse verticale potranno in futuro competere con quella ad asse orizzontale.

Le macchine

Una, due, tre pale non di più, si chiamano aerogeneratori e ce ne sono di tanti tipi. Ci sono a seconda delle dimensioni in piccoli, medi e grandi; quelli con il supporto tubolare e quelli a traliccio; anche i materiali da costruzione possono variare, partendo dal vecchio legno, al più solido acciaio, fino alle fibre sintetiche e alle leghe, di nuovo, nuovissima concezione. Ogni pezzo è comunque studiato nei minimi dettagli (curvature, distribuzione dei pesi, inclinazione ecc…) al fine di sfruttare al massimo le potenzialità e la resa. La tipica configurazione di un aerogeneratore ad asse orizzontale è dato dal sostegno che parte alla sua sommità la gondola o navicella, costituita da un involucro esterno; nella gondola sono contenuti l’albero di trasmissione lento, il moltiplicatore di giri, l’albero veloce , il generatore elettrico e i dispositivi ausiliari. All’estremità dell’albero lento e all’esterno della gondola è fissato il rotore, costituito da un mozzo, sul quale sono montate le pale, il rotore può essere posto sia sopra vento che sotto vento rispetto al sostegno. La gondola è in grado di ruotare rispetto al sostegno allo scopo di mantenere l’asse della macchina sempre parallelo alla direzione del vento (movimento di imbardata). Opportuni cavi convogliano al suolo l’energia elettrica prodotta e trasmettono i segnali necessari per il funzionamento.

Passo
Il sistema di imbardata serve per facilitare la direzione della navicella a seconda della direzione del vento.
Negli aerogeneratori veloci è sempre necessario un sistema automatico che regoli il passo delle pale, cioè,l’angolo di cui la pala è inclinata rispetto al suo piano di rotazione (angolo ), facendo variare opportunamente  in base alla velocità di rotazione si può regolare (limitare) la stessa velocità di rotazione della pala.
L’angolo si regola in modo che la pala non possa mai superare la massima velocità di rotazione prefissato. La variazione dell’angolo  è realizzata automaticamente.
Oltre ai componenti elencati vi è un sistema di controllo che segue, nel caso più generale, diverse funzioni: il controllo della potenza, che può essere eseguito ruotando le pale intorno al loro asse, in maniera da aumentare o ridurre la superficie esposta al vento, oppure in termini costruttivi, tramite la scelta di un opportuno profilo delle pale, il controllo dell’orientamento della navicella (imbardata) che serve a inseguire la direzione del vento, ma che può essere anche utilizzato per il controllo della potenza, l’avviamento della macchina allorché è presente il vento di velocità sufficente , la fermata della macchina, quando vi è un vento di velocità superiore a quella massima per la quale la macchina è stata progettata.

Modelli di macchine
Attualmente uno dei modelli più diffusi è un aerogeneratore ad asse orizzontale di taglia media (200-400 KW) con uno, due, tre pale. Dal rotore l’energia cinetica del vento viene trasmessa a un generatore di corrente collegato a sistemi di controllo e trasformazione (posto in genere alla base del sostegno) tali da regolare la produzione di velocità e l’eventuale allacciamento in rete perché ci sia l’avviamento che permette la generazione di energia elettrica è necessario che la velocità del vento raggiunga una soglia minima di investimento, che nel modello medio con un rotore di 30 m è un vento che viaggia a circa 20 Km/h all’altezza del mozzo. La velocità massima è di circa 90 Km/h. In ogni caso queste macchine sono progettate per venti fino a 170 Km/h. Ci sono aerogeneratori piccoli aventi rotori di 1 metro di diametro sufficiente come carica batterie. Ci sono aerogeneratori grandi con rotori che producono alcuni MW.
Energia geotermica

L’energia geotermica è quella particolare forma di energia dovuta al calore immagazzinato all’interno della crosta terrestre. Questo arriva in superficie propagandosi attraverso le rocce o tramite fluidi, vettori come acqua e gas. Il calore terrestre è quindi l’essenza della geotermia. Una parte del calore terrestre che si propaga attraverso le rocce arriva in superficie e prende il nome di flusso calorico o flusso geotermico. Attraverso le rocce del sottosuolo il calore si propaga per conduzione, o per concezione (con trasporto di materia), la propagazione per irradiamenti è praticamente trascurabile. Procedendo verso l’interno della crosta terrestre , la temperatura aumenta secondo un gradiente geotermico, che mediamente è di 3°C per ogni 100 m di profondità.
Tale gradiente sarebbe costante in tutti i punti del globo se il suo interno avesse ovunque caratteristiche costanti.

Calore
È una forma particolare di energia contenuta nella materia: energia termica.

Caloria

È l’unità di misura del calore. La caloria è la quantità di calore necessaria per far innalzare da 14,5°C a 15,5°C 1g massa di acqua distillata, sotto la pressione costante di 1 atmosfera.

Entalpia

Il termine entalpia significa “quantità di energia termica” (o “calore totale” oppure “contenuto termico”) di una data massa di fluido.

Sistemi geotermici

Lo sfruttamento dell’energia geotermica consiste nell’utilizzazione del calore contenuto nelle rocce del sottosuolo relativamente vicine alla superficie, dove è arrivato dalle parti più profonde propagandosi per conduzione o convezione. Per giungere in superficie dove sarà utilizzato il calore ha bisogno di un “vettore” oppure “veicolo fluido” (acqua o vapore) naturale o iniettato. È per questa ragione che la concentrazione di calore più facilmente utilizzabile si trova in quelle parti del sottosuolo formate da rocce porose e permeabili dove possono fluire notevoli quantità di fluidi. Il serbatoio deve essere poi protetto da rocce impermeabili (copertura) che impediscano o limitino la dispersione dei fluidi e del calore. Il fluido proviene prevalentemente da acqua meteorica; è necessario quindi una zona di alimentazione esterna per la “rinnovabilità”, cioè, per sostituire il fluido sottratto dall’utilizzazione. Il sistema geotermico presuppone l’esistenza di:

una fonte di calore
una roccia serbatoio
una roccia di copertura
un’eventuale alimentazione esterna di acqua meteorica

Il termine “sistema geotermico” può sostituire la denominazione “di giacimento” utilizzata comunemente in campo minerario e petrolifero.

Il pozzo
(esplorazione profonda). L’esecuzione del pozzo costituisce l’atto finale della fase esplorativa. È il momento in cui arriva la verifica delle ipotesi scaturite dai risultati delle indagini di superficie. L’esplorazione del pozzo (o sondaggio) realizzata con impianti di perforazione meccanica, l’uso di tali impianti, sempre più perfezionato si è diffuso per merito della ricerca petrolifera che ha spinto la trivellazione altre 10km di profondità.
Nel campo della ricerca geotermica, i pozzi più profondi hanno toccato i 5000m. La media generale si mantiene nella gamma dei 1500-3000m, almeno per la ricerca dei fluidi ad alta entalpia. Due sono sostanzialmente i sistemi di perforazione:

impianti a percussione
impianti rotary.

Impianti a percussione
Il foro viene eseguito tramite colpi virati temporaneamente sullo scalpello. Questo sistema è più utilizzato in impianti di limitata capacità penetrativa 200-300m.

Impianti rotary
Impianti che utilizzano come elemento di percussione uno scalpello rotante. Questo sistema può essere impiegato negli impianti di qualsiasi potenza, è comunque escluso in quelli di grande taglia.

Schema di impianti a rotazione
La struttura portante dell’impianto, come pure la capacità dei motori e delle pompe, varia in funzione della profondità che può raggiungere, restano tuttavia comuni a qualsiasi impianto rotary gli organi principali, e cioè:

la torre (derrick) è costituita da un robusto traliccio in acciaio che può sorpassare i 60m di altezza
apparato motore (diesel o elettrico) serve per la rotazione dello scalpello e delle aste che lo sostengono (batterie). Lo stesso motore, abbinato ad un argano o ad un gancio, serve inoltre per il sollevamento della “batteria”, quando si deve estrarre lo scalpello e dei tubi di rivestimento del pozzo
pompe del fango: permettono di far circolare il fango di perforazione
tavola rotante (tavola rotary) trasmette il movimento alle batterie (aste + scalpello)
preventer, consiste in un apparato capace di bloccare la bocca del pozzo in caso di eruzione (o solo pericolo)

Materiale per la perforazione

scalpello: ha la funzione di sgretolare la roccia. C’è ne sono di diversi tipi (diamantati ecc…) e di varie misure (da pochi cm a più di 60cm)
aste, sono dei tubi in acciaio della lunghezza di 9m, vengono però usate unità i serie di 3 (27m). All’estremità inferiore portano lo scalpello. Internamente vi circola, sotto pressione, il fango di perforazione
tubi di rivestimento, sono dei tubi in acciaio con vari diametri. Il loro peso è naturalmente in funzione del diametro ed è lo spessore dell’acciaio. Per un casing medio si aggira sui 70kg per metro. Vengono calati e cementati nel foro per rivestire le pareti di una solida protezione.

Malte per cementazione
La cementazione è necessaria per fissare i tubi in acciaio alle pareti del foro. Le molte sono composte da cementi che vengono preparati tenendo conto del tipo di roccia e della temperatura riscontrata.

Fango di perforazione

È di importanza primaria nell’ambito della perforazione data la molteplicità delle sue funzioni. È costituito prevalentemente da acqua
con aggiuntivi di sostanze colloidali tipo l’argilla. Esso svolge i seguenti compiti:
1) lubrifica e raffredda lo scalpello
2) trasporta i detriti di roccia
3) grazie alle sue caratteristiche di trasformarsi in gel in condizioni “statiche”, durante i periodi di non circolazione e in grado di tenere in sospeso i detriti di roccia che si formano lungo tutta la sezione verticale del pozzo impedendo la loro caduta sul fondo
4) con il suo peso controbilancia la pressione dei fluidi impedendone l’imprevista fuoriuscita anche in caso di sovrappressioni
5) esercita una pressione sulle pareti del foro non ancora opportunamente protette dal tubo di rivestimento.

Pozzo geotermico
Un pozzo di questa categoria è sostanzialmente simile ad un normale pozzo per la ricerca dell’acqua in particolare quando la profondità non è elevata.
La diversità che si riscontrano nei pozzi profondi (1000-3000m) sono dovute alla natura più complessa delle operazioni richieste anche se qualitativamente non sono molto dissimili da quelle relative ai sondaggi “superficiali”. Una volta raggiunto il serbatoio, la perforazione è finita. Viene accertato che il pozzo sia in condizione di sicurezza e successivamente si passa alle prove brevi di produzione. Quando il pozzo a carattere artesiano si procede alla valutazione della sua portata in erogazione spontanea, prima di saggiare la potenzialità massima per mezzo del pompaggio. Se invece il pozzo non eroga spontaneamente , si ricorre all’uso di una pompa generalmente sommersa.
Artesiano
Pozzo perforato per captare una falda acquifera sotterranea che scorrendo attraverso uno strato permeabile inclinato, compresso tra due strati impermeabili, è in pressione e quindi zampilla spontaneamente.

Pozzo a bassa entalpia

LE BIOMASSE

Si può dire che è biomasse tutto ciò che ha materia organica. Sono da escludere le plastiche e i materiali fossili che, pur rientrando nella chimica organica, non hanno nulla a che vedere con le caratteristiche che qui interessa nei materiali organici. La biomasse rappresenta la forma più sofisticata di accumulo dell’energia solare. Questo infatti consente alle piante di convertire l’anidride carbonica atmosferica in materia organica, tramite il processo di fotosintesi durante la loro crescita. In questo modo vengono “fissate” complessivamente 2x1011 tonnellate di carbonio all’anno, con un contenuto energetico nell’ordine di 70x103 Mtep (1 Mtep è uguale a 106 tep).
La biomasse utilizzabile ai fini energetici consiste in tutti quei materiali organici che possono essere utilizzati direttamente come combustibili solidi, liquidi o gassosi. Le biomasse possono quindi essere costituite da:
1-residui delle coltivazioni destinate all’alimentazione, residui del campo forestale, come trucioli di legno.
2-scarti delle aziende zootecniche o rifiuti urbani. Lo sfruttamento su larga scala delle biomasse può permettere sia ai paesi economicamente sviluppati sia a quelli in via di sviluppo, non solo di produrre con le moderne macchine e moderne tecnologie energia pulita a costi competitivi, ma anche di utilizzare terreni non coltivati o degradati, ma anche di utilizzare terreni non coltivati che prima non erano stati considerati, con notevoli benefici per l’ambiente e, contemporaneamente per l’economia delle zone rurali.

La biomasse, soprattutto quella vegetale costituisce una delle principali risorse energetiche, cui le moderne tecnologie di sfruttamento attuano ulteriori possibilità di sviluppo: può servire a produrre grandi quantità di energia se bruciata direttamente e convertite in combustibili solidi, liquidi o gassosi. Essa offre 2 vantaggi fondamentali:
1- è rinnovabile in quanto è composta da culture erbacee e arboree che, man mano che vengono usate, ricrescono naturalmente
2- non incrementa l’effetto serra, in quanto il ciclo delle biomasse per la produzione di energia è analogo a quello naturale.
Il progresso tecnologico ha permesso di creare un vero e proprio sistema bioenergetico, diversificabile e decentralizzabile a seconda della possibilità ed esigenze locali.
Si può produrre combustibile per motori e centrali termiche, estraendo dalla canna da zucchero (bioetanolo) e da colture olioginose (biodiesel). Si può produrre energia elettrica, usando come combustibile piante appositamente coltivate, residui dell’agricoltura e silvicoltura ed anche rifiuti organici.

I processi di conversione
1- metodi bio-chimici (digestione anaerobica, fermentazione alcolica, digestione aerobica)
2- metodi termochimica (combustione diretta, gassificazione, pirolisi, carbonizzazione, estrazione di oli vegetali)
Per le scelte vanno prese in considerazione i contenuti in carbonio e azoto (rapporto C/N) e l’umidità presente nella materia organica da trattare. Il primo processo (conversione bio-chimica) permette di ricavare energia per reazione chimica dovuto al contributo di enzimi, funghi e microrganismi che si formano nelle biomasse (sotto particolare condizioni e vengono impiegati per quelle biomasse in cui il rapporto C/N sia inferiore a 30 e l’umidità alla raccolta superiore al 30%). Risultano idonei alla conversione bio-chimica le colture acquatiche, alcuni sottoprodotti culturali (foglie e steli di barbabietole) e alcuni scarti di lavorazione, nonché le biomasse eterogenee immagazzinate nelle discariche controllate.
Il secondo processo è basato sull’azione del calore che permette le reazioni chimiche necessarie a trasformare la materia in energia e utilizzabili per i prodotti ed i residui cellulosi e legnosi i cui rapporti C/N abbiano valori superiori a 30 e di contenuto di umidità non superiori al 30%. La biomasse più adatta a subire processi di conversione termochimica sono la legna e tutti i suoi derivati (segatura, trucioli ecc…) i più comuni sottoprodotti colturali di tipo legno cellulosico (paglia di cereali, residui di potatura delle viti e dei fruttiferi…) e taluni scarti di lavorazione (gusci, noccioli ecc…).
Alcune tecnologie di conversione delle biomasse possono considerarsi giunte ad un livello di sviluppo da consentire l’utilizzazione su scala mondiale, altre necessitano di ulteriore sperimentazione

Su scala industriale

                                         Combustione diretta
                                        Estrazione di oli
                                        Fermentazione alcolica
                                        Digestione anaerobica

Gassificazione
sperimentazione Pirolisi
Digestione aerobica

Combustione diretta
I residui della silvicoltura e della produzione agricola confezionati in mattonelle o polverizzati, possono essere usati come combustibile per la produzione di energia, mentre le ceneri dei bruciatori possono essere ripiegate come fertilizzante. Si calcola che se venisse utilizzato solamente ¼ della quantità globale ti tali residui, si potrebbe coprire il 7% del fabbisogno energetico mondiale.
L’utilizzazione dei residui non è però sufficiente a sviluppare su grande scala la produzione di energia dalle biomasse. Per fare ciò bisogna coltivare piante apposite, sia erbacee che arboree, quali la canna da zucchero, girasole, pioppo, salice ecc…
Particolarmente adatte sono le piante perenni dei giunchi, denominate C-4: ve ne sono circa 1700 specie, adatte a tutti i climi, tagliate alla base a fine stagione ricrescono l’anno successivo.

Digestione anaerobica
La digestione anaerobica è u processo di tipo bio-chimico che avviene in assenza di ossigeno, consiste nella demolizione ad opera di microrganismi di sostanze organiche complesse (lipidi ecc…) contenuti nei vegetali e nei sottoprodotti di origine animale, che produce biogas costituito per il 50, 60% da metano e per la restante parte soprattutto da CO2. Il biogas così ottenuto può essere anche raccolto, essiccato, compresso ed immagazzinato e può essere utilizzato come combustibile per alimentari, lo stesso processo di bioconversione, ovvero veicoli a gas o caldaie per produrre calore e/o energia elettrica. Al termine del processo di fermentazione si conservano integri nell’effluente i principali elementi nutritivi (azoto, fosforo ecc…) già presenti nelle materie prime, favorendo così la mineralizzazione dell’azoto organico: l’effluente così un ottimo fertilizzante. Gli impianti a digestione anaerobica possono essere alimentati mediante residui ad alto contenuto d’umidità, quali deiezione degli animali, reflui civili, rifiuti alimentari e rifiuti solido-urbani.

Fermentazione alcolica

La fermentazione alcolica è un processo di trasformazione dei trucidi contenuti nelle produzioni vegetali in etanolo. L’etanolo risulta un prodotto utilizzabile anche nei motori a combustione interna.
Il basso costo iniziale e la grande disponibilità hanno contribuito ad affermare i modo molto rapido l’uso come combustibile. Le prestazione che può fornire pone l’etanolo come uno dei prodotti migliori in sostituzione dei idrocarburi.

Estrazione di oli

I vegetali più usati per l’estrazione di olio da destinare all’uso energetico sono prevalentemente il girasole, la soia. I sistemi d’estrazione sono 2:
-estrazione per torchiatura
-estrazione per solvente.
Esistono diverse apparecchiature e numerosi solventi che d’hanno il massimo rendimento in olio. I residui dell’estrazione, ricchi di proteine, hanno un uso importante per l’alimentazione del bestiame. L’utilità dell’uso degli oli vegetali nei motori diesel deriva dal fatto che le varietà vegetali interessate crescono in tutte le zone climatiche d’Europa e l’olio è utilizzabile anche senza grosse modifiche. Tuttavia esistono alcuni inconvenienti che riguardano la maggior densità e viscosità e la tendenza a produrre residui e resine.
Conviene quindi raffinare estraendo l’Estere Metilico che si avvicina maggiormente al gasolio nelle caratteristiche tecniche e può essere usato come carburante per autotrazione nei motori diesel e come combustibile negli impianti di riscaldamento.

Conversione delle biomasse in sperimentazione: la pirolisi

La pirolisi è un processo si decomposizione termochimica di materiali organici ottenuta mediante l’applicazione di calore compresi tra i 400-800°C in assenza di ossigeno.

Gassificazione e produzione di metanolo

Nel processo di gassificazione le temperature più elevate (anche 1700°) insieme all’assenza di ossigeno, determinano la trasformazione di tutte le biomasse in idrogeno e ossido di carbonio.

Digestione aerobica

Tale processo consiste nella metabolizzazione (cambiamento) delle sostanze organiche ad opera di microrganismi di cui lo sviluppo è condizionato dalla presenza di ossigeno. La sua tecnologia è ancora poco sviluppata, attualmente la produzione di carburante, di energia, è diffusa (in minima quantità) in Canada e USA; in Europa è la Germania con impianti che servono per il riscaldamento attraverso H2O.

ENERGIA SOLARE

Il sole
Il sole può offrire tantissima energia che l’uomo non ha ancora imparato a utilizzare. Il suo calore, la sua energia è enorme (19000 “miliardi” di tep all’anno riversati sulle sole terre emerse) che inonda il nostro pianeta e che l’uomo ha imparato ad imbrigliare, tecnologicamente parlando, solo da pochi anni e solamente in minima parte.
La terra è uno sferoide che un raggio di circa 6380 km intorno al quale si distingue un’aureola, l’atmosfera, spessa circa 100 km. Ad una distanza della terra di circa 8 minuti luce (la radiazione solare viaggia nello spazio ad una velocità che si aggira sui 300000 km/s, impiega circa 8 minuti e 18 secondi per coprire la distanza sole-terra) vi è il sole, migliaia di volte più grande.

Tep

Tonnellata equivalente di petrolio, ovvero l’energia equivalente a quella insita in una tonnellata di petrolio e cioè che si libera attraverso la combustione di una tonnellata di petrolio. Per avere un paragone 1 tep corrisponde all’incirca alla necessità energetica di riscaldamento annuo di una famiglia media (375 persone) residente nell’Italia centrale.

Energia solare

L’energia solare viene captata per mezzo di dispositivi denominati collettori solari (o pannelli solari). Solitamente l’energia solare viene convertita nei collettori in energia termica di un fluido termo-vettore, mentre nel caso dei pannelli fotovoltaici viene convertita direttamente in energia elettrica.

Collettore solare piano
Un collettore solare piano è costituito da una piastra assorbente, in genere metallica, da una o più coperture in vetro o di materiale plastico trasparente alla radiazione solare e opache alla radiazione infrarossa emessa dalle piastre.

Da un sistema di canali collegati alla piastra e attraversati da un fluido termo-vettore, liquido o aeriforme, da un isolante termico posto sulle pareti laterali e sulla piastra inferiore del collettore, e da un contenitore che racchiude i vari componenti costituendo così la struttura del supporto. Nei collettori piani l’energia radiante che raggiunge la piastra ha la stessa densità dell’energia che colpisce il suolo, non essendo concentrata per mezzo di opportuni riflettori, in compenso viene utilizzata sia la radiazione diretta che quella diffusa. Possono essere impiegati per applicazioni che richiedono temperature massime di funzionamento non superiori ai 100°C normalmente ai 40-60°C.

Collettori ad aria

Catturare l’energia dal sole per disporre di calore o di econergia meccanica (lavoro) richiede la costruzione di impianti particolari e diversi a seconda delle condizioni e dell’uso che se ne vuol fare. Tuttavia alcuni elementi sono comuni a tutti i tipi di impianto:
1- elemento captatore detto “collettore” o “pannello” con o senza un dispositivo concentratore dei raggi solari captati
2- un serbatoio termicamente isolato, destinato all’accumulo dell’acqua calda prodotta. Questa viene inviata direttamente all’utenza nei sistemi più semplici (a circolazione semplice) oppure rimane in un circuito chiuso che è inserito in un serbatoio più grande
3- alcuni componenti ausiliari (scambiatori di calore, pompe di circolazione, valvole di regolazione, centralina di controllo…) per completare il circuito di collegamento tra i due elementi
4- il sistema di trasporto al punto di utilizzo, rappresentato, a seconda dei casi, da un impianto di distribuzione dell’acqua calda all’unità per il riscaldamento locale (termosifoni, radiatori) o altro.

Collettori solari ad aria
È spesso conveniente, particolarmente per il riscaldamento di ambienti, utilizzare collettori ad aria, poiché il coefficiente termico di scambio aria piastra risulta 50 volte più piccolo di quello dell’acqua, è necessario disporre della massima superficie di scambio termico possibile per rimuovere il calore dalla piastra assorbente e in vetro secondo varie possibilità:

Per incrementare l’efficienza dei collettori solari è conveniente ricoprire le superfici assorbenti con strati di materiale selettivo. Una superficie è detta selettiva quando presenta un elevato valore del coefficiente di assorbimento della radiazione solare ed un basso valore del coefficiente di emissione della radiazione infrarossa.

Collettori a concentrazione
I collettori a concentrazione usano dei dispositivi ottici, riflettori o rifrattori, per aumentare l’intensità della radiazione solare sulla superficie assorbente. A parità di energia totale una densità di energia più elevata comporta un’area assorbente più piccola e ciò riduce le perdite di calore. È possibile così raggiungere temperature del fluido molto più alte di quelle ottenibili con i collettori piani.

Rispetto a quest’ultimi vi è però l’inconveniente di poter operare solo sulla componente diretta della radiazione solare essendo la componente diffusa non concentrabile e dunque utilizzabile. Questi collettori possono essere anche visti come collettori piani muniti di un concentratore che incrementa la densità dell’energia solare sulla superficie assorbente. La densità di energia può essere incrementata secondo un fattore piccolo come 1,5 o 2 o anche molto alto dell’ordine di 10000; più alto è questo fattore, più elevata è la temperature di uscita del fluido, ma più costosa è la tecnologia dei sistemi ottici e degli assorbitori. Quando vengono raggiunte temperature molto elevate dell’ordine di migliaia di gradi si parla di fornaci solari, che vengono usate per studiare il comportamento dei materiali ad alte temperature. Dal punto di vista ingegneristico i collettori a concentrazione presentano il problema, con l’eccezione delle piccole concentrazioni, di dover essere continuamente variati di orientamento in modo da concentrare ad ogni istante l’energia solare diretta sull’assorbitore. Necessitano inoltre di manutenzione accurata in modo da conservare le proprietà ottiche iniziali. Tutto ciò ha reso finora l’uso di tali sistemi.

Impianti fotovoltaici
Quando un fotore dotato di sufficiente energia viene assorbito nella cella, nel materiale semiconduttore di cui essa è costituita si crea una coppia di cariche elettriche di segno opposto (cioè una carica di segno negativo) ed una “lacuna” (carica positiva). Si dice allora che queste cariche sono disponibili per la conduzione di elettricità. Per generare effettivamente una corrente elettrica, però è necessaria una differenza di potenziale e questa viene creata grazie all’introduzione di piccole quantità di impurità nel materiale che costituisce la cella. Questa impurità chiamata anche “drogante”, è in grado di modificare profondamente le proprietà elettriche del semiconduttore.
Se il materiale semiconduttore, come comunemente accade è il silicio, introducendo atomi di fosforo, si ottiene la formazione di tipo “N” caratterizzato da una quantità di elettroni liberi (cariche negative) più alta di quella presente nel silicio normale. La tecnica del drogaggio del silicio con atomi di boro porta silicio di tipo “P” in cui le cariche libere in eccesso sulla norma sono di segno positivo. Una cella fotovoltaica richiede il contatto, su una grande superficie, di due starti di silicio, detto “giunzione P-N”, si ha la formazione di un forte campo elettrico. Le cariche elettriche positive e negative generate, per effetto fotovoltaico, dal bombardamento dei fotoni costituenti la luce solare, nelle vicinanze della giunzione vengono separate dal campo elettrico. Tali cariche danno luogo ad una circolazione di corrente quando il dispositivo viene connesso ad un carico. La corrente è tanto maggiore quanto maggiore è la quantità di luce
incidente.

RICICLAGGIO

Uno dei tentativi più interessanti per risparmiare energia è senza dubbio il riciclaggio dei materiali di scarto, provenienti dai processi produttivi , dagli scarti urbani, dalle aziende zootecniche ecc… Numerosi progetti sono in corso per capire in che modo i rifiuti possono diventare un importante fonte energetica . esaminiamo il riutilizzo di alcuni materiali.

Vetro
Il recupero del vetro in Italia segnala risultati buoni e conferma come il metodo in assoluto più valido sia quello della raccolta nei contenitori. Tra i vantaggi del riciclaggio: ridotti i consumi energetici e di materie prime, e minore inquinamento atmosferico.

Anche nell’antichità il vetro è stato u materiale primario per il riciclaggio; il vetro recuperato era nell’antica Roma molto alto, tanto è vero che è difficile ritrovare frammenti di vetro di quel periodo storico. Attualmente il riciclaggio del vetro viene regolarizzato dal consorzio COREVE regolamentato da normative precise e dettagliate che impone scadenze e valori minimi di raccolta.

Acciaio

L’acciaio per le sue caratteristiche è il materiale riciclabile per eccellenza. Attualmente avviene tramite il Consorzio Nazionale Acciaio, istituito alla fine del 1997. suo compito è garantire il ritiro e il conseguente riciclo e recupero dei rifiuti di imballaggio in acciaio. Attualmente ci sono circa 400000 tonnellate di rifiuti di imballaggio in acciaio, di cui una parte proveniente da rifiuti solido-urbani (scatolame di piccole dimensioni di uso domestico come barattoli, secchielli, bombolette, capsule di chiusura ecc…), mentre circa 60000 tonnellate sono costituite da imballaggi ad uso industriale.

Compostaggio

Già oggi gli impianti di compostaggio italiani trattano 3000000 di tonnellate anno di rifiuti altrimenti destinati al conferimento in discarica, ma le potenzialità di crescita sono notevolmente più elevate nella scala gerarchica del trattamento dei rifiuti la discarica viene ritenuta l’ultima frontiera in assenza di soluzioni alternative. Per le loro caratteristiche molto spesso questi rifiuti sono facili da raccogliere e selezionare e mostrano caratteristiche omogenee.

Legno

C’è un consorzio nazionale dedicato al riciclaggio del legno si chiama Rilegno. Suo compito, in collaborazione con il consorzio nazionale degli imballaggi , il Conai, di promuovere, organizzare, coordinare la raccolta, il recupero e il riciclaggio degli imballaggi dei rifiuti in legno, una vera e propria montagna di rifiuti: l’Italia consuma 2,4 milioni di tonnellate di imballaggi in legno a queste si aggiungono 400000 tonnellate di imballaggi industriali e 300000 tonnellate di cassette ortofrutticole.

Plastica

La raccolta per il riciclaggio della plastica in Italia è per lo più PET (le classiche bottiglie dell’acqua e delle bibite) e POLIETILENE (i flaconi dei detersivi e dei cosmetici). Il polietilene viene granulato e riutilizzato in vari campi. Dai meno “nobili” (è il caso dei sacchi della spazzatura) via a salire, magari addizionato al materiale primario.
Per quanto concerne il pet, l’utilizzo principale è il fiocco per la produzione di fibra e quindi imbottitura, filo continuo per moquette, tessuti e non tessuti. L’esempio più appariscente è quello del pile.

ENERGIA IDROELETTRICA

Produzione, trasporto, utilizzazione dell’energia idroelettrica

Una centrale idroelettrica deve disporre di un getto d’acqua ad una certa pressione, poiché in natura sono rari i salti d’acqua sfruttabili, in questo senso si ovvia costruendo medianti enormi dighe i sbarramento dei bacini artificiali che raccolgono acqua ad altezze notevoli e la inviano alla centrale dentro grossi tubi d’acciaio e di cemento armato, detti condotte forzate. Nella centrale quest’acqua grazie all’energia cinetica immagazzinata nella caduta mette in moto delle turbine che a loro volta azionano dei generatori di corrente. L’energia elettrica ottenuta dai generatori viene inviata ad una stazione di trasformazione, situata vicino alla centrale, dove dei trasformatori elevatori provvedono a trasformarla in alta tensione (120000-230000 Volt) da qui l’energia elettrica mediante elettrodotti viene inviata a grandi distanze nei centri di utilizzazione. L’alta tensione in arrivo si arresta in una sottostazione di trasformazione dove appositi trasformatori riduttori provvedono a ridurla ad una tensione di 6000-20000 Volt dalla sottostazione, tramite linee a media tensione viene convogliata alle cabine di trasformazione esistenti nei centri abitati nelle quali si ha la trasformazione in corrente di rete (220-380 Volt).

COGENERAZIONE
La cogenerazione indicata anche CHP è la generazione simultanea o sequenziale di 2 diverse forme di energia, meccanica e termica partendo da una singola forma primaria di energia ed effettuata con un solo sistema integrato. I sistemi CHP di solito sono costituiti per il recupero del calore ed interconnessioni elettriche concentrati in un solo sistema integrato. Il principio su cui si basa la cogenerazione è quello di recuperare il calore generato durante la fase di produzione di energia elettrica che solitamente viene perso e riutilizzato per produrre energia termica. Quindi la cogenerazione deve essere considerata una soluzione impiantistica finalizzata ad aumentare l’efficienza dei processi di produzione energetica.

Fonte: http://torno2aitisvolta.altervista.org/tecnologia/produzione_industriale_3.doc

Energie rinnovabili