Lenergia Giorgio Giacomelli Università di Bologna Bologna 6/2/2006.
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L’energia Giorgio Giacomelli Università di Bologna
Bologna 6/2/2006
Cibo, salute, ambiente dipendono dall’ energiaPer avere cibo, si consuma molta
energia: fertilizzanti, macchinari, irrigazione, ecc. per produrre 1 kg di carne occorrono 7 litri di petrolioPer avere assistenza sanitaria, si consuma molta energia: ospedali, attrezzature, farmaci, trasporti, ecc; per costruire un computer occorrono ~200 litri di petrolioLe fonti di energia piu’ usate danneggiano l’ambiente: effetto serra, piogge acide, variazioni climatiche
I quattro grandi problemi dell’umanità : Cibo, salute, ambiente, energia
+ Qualita’ della vita + Economia
PIL
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PIL, aspettativa di vita e alfabetizzazione
Country Real GDP perPerson (1997)
LifeExpectancy
AdultLiteracy
United States $29,010 77 years 99%
Japan 24,070 80 99
Germany 21,260 77 99
Mexico 8,370 72 90
Brazil 6,480 67 84
Russia 4,370 67 99
Indonesia 3,490 65 85
China 3,130 70 83
India 1,670 63 53
Pakistan 1,560 64 41
Bangladesh 1,050 58 39
Nigeria 920 50 59
L’astronave Terra
“passeggeri”: 6,2 miliardi che diventeranno 8
miliardi entro 20 anni
l’ aumento è di 80 milioni all’
anno ogni minuto nascono 24 cinesi
da V. Balzani
rifiuti
manufatti
lavorazione
servizi
uso
risorse
L’astronave Terra - risorse e rifiuti
L’astronave Terra non è isolata: riceve dal Sole, sotto forma di luce, la risorsa più importante: l'energia
Sole
luce solareenerg ia
pian tefo tos in tes i
C O (diossido di carbonio)2basso contenu to energe tico
C O (diossido di carbonio)2basso contenu to energe tico
O (ossigeno)2a lto contenu to energetico
O (ossigeno)2a lto contenu to energetico
H O (acqua)2basso contenu to energe tico
H O (acqua)2basso contenu to energe tico
cereali, frutta, …a lto contenu to energetico
cereali, frutta, …a lto contenu to energetico
prodotti vegetali:
prodotti vegetali:
energiaper la v ita
esseriviventi
resp iraz ione
Macchine combustione
Sull’astronave Terra il numero di “passeggeri” sta aumentando e quelli che già vi si trovano sono collocati in “classi” diverse. Tutti i passeggeri vogliono avere più energia.~85% dell’energia proviene dai combustibili fossiliE’ necessario diminuire il consumo dei combustibili fossili perché sono una risorsa “una tantum”, non rinnovabile ed il loro uso causa danni, forse irreparabili, all’ambiente.
Popolazione, energia e ambiente:un intreccio di problemi
La potenza a ns. disposizione: gli “schiavi energetici”
TV
Lavatrice
Automobile
350 1600
World primary energy consumption
Proved oil reserves at end 2004
Proved natural gas reserves at end 2004
Proved coal reserves at end 2004
Consumi energetici nel 2003 Italia Mondo
• Petrolio 47 % 34 %• Gas 33 21 • Carbone 7.9 24• Rinnovabili 6.5 13• Nucleare -- 6.5• Importazioni (en.el.) 5.8 --
Totale 100%193Mtep
Consumo pro capite italiano: 3.3 tep/anno/persona
Emissione CO2 = 2.4x193 Mt = 444 Mt CO2/anno
Energia elettrica
• Forma intermedia di energia – non inquina• Facile da trasportare• Ruolo importante nel mondo moderno• Domanda in aumento raddoppio in 10-20 anni• Ore di punta: 10, 16 (con condizionatori ore 14)
• Urgente per l’Italia– aumentare produzione – migliorare la rete elettrica– diversificare le fonti– ridurre emissioni di CO2 (Kyoto)
Blackout !
Energia elettrica in Italia (Dati 2002)
• Domanda totale elettricità: 311 miliardi kWh
Carbone 32.3
Gas 100.2
Olio combustibile 72.1
Rifiuti 1.4
Biogas 0.9
Idrica 46.6
Termica 218.4
Geotermica 4.4
Eolica 1.4
Fotovoltaica 0.01
Importazione 51.5
• Produzione energia elettrica (kWh x 109)
• Consumo pro-capite di elettricità: 5017 kWh /abitante/anno– Industria 53 %– Terziario 25 %– Domestico 22 % ~ 1100 kWh /abitante/anno
L’idrogeno è un ottimo combustibile, perché quando brucia (combustione) libera energia formando solo acqua (niente gas serra, sostanze inquinanti, polveri ) :
H2 + 1/2O2 H2O + energiaenergia
MA…L’idrogeno non esiste sulla Terra: non ci sono pozzi o giacimenti di idrogeno.Questo significa che per usare l’idrogeno bisogna prima produrlo.
Fonti rinnovabili
• Energia solare
• Energia geotermica
• Energia idrica
• Energia eolica
Fonti di energia rinnovabili
Energia solare direttaCalore a bassa temperaturaCalore ad alta temperaturaEnergia elettricaEnergia chimica
Energie solare indirettaIdroelettricaEolicaBiomasseGradienti di temperatura (oceani)
Energia geotermicaEnergia dalle maree
Eolico
M.Barbato, FoggiaM.Barbato, FoggiaE’ la fonte rinnovabile ora piu’ promettente
Grandi centrali eoliche nei paesi del nord Europa, nella California del sud, …
Efficienza(Disponibilita’)< 20 %
Inquinamento acustico
Economicamente competitiva
Potenza installata in Italia: 860 MW
- Le centrali o “fattorie” eoliche possono essere installate sulla terra (“onshore) o in mare (“offshore”).
-In Europa è installata una potenza eolica di 40.000 MW (75% della potenza eolica mondiale)
-Ma l’efficienza media e’ ~ 20% Contributo alla produzione elettrica
Danimarca 15% Germania 5%.Spagna 5%Italia 0,4%
Energia eolica
Energia Solare
• Arriva dovunque, non costa, e’ rinnovabile,
basso inquinamento.• Diluita nello spazio, giorno-notte, stagioni, nubi
• Pannelli solari termici: costo ok, “non in fase con l’uso”
• Pannelli fotovoltaici: produzione energia elettrica mediante celle silicio, costo elevato, “sono in fase con l’uso”
• Sistema fotovoltaico – isolato– connesso alla rete elettrica con invertersBasso rendimento (~10%)
Bavaria Solarpark
10 MegaWatt picco
3 siti
251000 m² (equiv. a 56 campi da calcio)
57600 pannelli solari
Mühlhausen: 6.3 MW
Minihof: 1.9 MW
Günching: 1.9 MW
Programma Tetti Fotovoltaici
Il Programma "Tetti fotovoltaici", è finalizzato alla realizzazione nel periodo 2000-2002, di impianti fotovoltaici di potenza da 1 a 20 kWp, su edifici pubblici e privati.
http://www.minambiente.it/Sito/http://www.minambiente.it/Sito/settori_azione/iar/FontiRinnovabili/settori_azione/iar/FontiRinnovabili/fotovoltaico/progetti/fotovoltaico/progetti/programma_tf_progetti_ep1.aspprogramma_tf_progetti_ep1.asp
Solare termico
Mildura, AustraliaMildura, Australia
200 MegaWattfine costruzione 2008
Diametro 6 km
Altezza 1 km
Tetto solare sopra il Dipartimento di Fisica dell’Università di Bologna
0
200
400
600
800
1000
4 6 8 10 12 14 16 18 20 22Ore
Rad
iazi
one
sola
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pot
enza
el
ettr
ica
prod
otta
(W
/m2)
Potenza elettrica prodotta
Radiazione solare incidente
2 luglio 2003
23 febbraio 2003 0
200
400
600
800
1000
4 6 8 10 12 14 16 18 20 22Ore
Ra
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(W
/m2)
Potenza elettrica prodotta
Radiazione solare incidente
Tabella riassuntiva dati
2001 2002 2003 2004
Insolazione
(kWh/m2)1440 1350 1443 1310
Energia prodotta (kWh/m2)
157 141 158 145
Energia totale prodotta (kWh)
2180 1965 2185 2010
Dati esaminati: 1 Gen 01 – 31 dic 04
Precisione di misura 5%
Rendimento = 150/1400 = 11% nubi 9-10%
Centrale da 100 MW elettrici 4.7 km2
Considerazioni su costi,futuro,inquinamento,…
• Investimento~6000 €/kWhp + Protezioni (ringhiere,…)• Esercizio-manutenzione ~5000 €/>20 anni• Altri costi (tasse, …) ? Smantellamento finale ??• Costo finale ~0.4 euro/kWh se funziona per >20anni• Costo energia elettrica ENEL: 0.10-0.15 euro• Restituisce “Costo in energia” in 4-5 anni• Inquinamenti per produrre materiali utilizzati• Maggiori produttori di pannelli Giappone, USA, UE• In UE: Italia 7% , Germania 73%
1kWh prodotto da fotovoltaico risparmia ~1 kg di petrolio non fa emettere ~1-2 kg di CO2
Conclusioni• Il problema energetico e’ un problema serio I combustibili fossili sono un regalo irripetibile della natura.
• Energie rinnovabili: contributo modesto in parte a causa dei limiti fisici che le caratterizzano
Tetti fotovoltaici: iniziativa positiva, si deve migliorare il rendimento e la manutenzione
• Vanno utilizzate tutte le fonti energetiche• Incentivare il risparmio energetico• La scienza e la tecnica vanno usate per risolvere i grandi problemi, rimuovendo le “grandi paure” che abbiamo