Energia idroelettrica

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Tags : energia idroelettrica, energie rinnovabili, ambiente, società

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Energia idroelettrica

Diga ad arco utilizzata per produrre energia elettrica

L'energia idroelettrica è quel tipo di energia che sfrutta la trasformazione dell'energia potenziale gravitazionale (posseduta da masse d'acqua in quota) in energia cinetica nel superamento di un dislivello, la quale energia cinetica viene trasformata, grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina, in energia elettrica.

L'energia idroelettrica viene ricavata dal corso di fiumi e di laghi grazie alla creazione di dighe e di condotte forzate. Esistono vari tipi di diga: nelle centrali a salto si sfruttano grandi altezze di caduta disponibili nelle regioni montane. Nelle centrali ad acqua fluente si utilizzano invece grandi masse di acqua fluviale che superano piccoli dislivelli; per far questo però il fiume deve avere una portata considerevole e un regime costante.

L'acqua di un lago o di un bacino artificiale viene convogliata, attraverso condutture forzate, a valle trasformando così la sua energia potenziale in energia di pressione e cinetica grazie al distributore e alla turbina. L'energia cinetica viene poi trasformata attraverso il generatore elettrico, grazie al fenomeno dell'induzione elettromagnetica, in energia elettrica. Per permettere di immagazzinare energia e di averla a disposizione nel momento di maggiore richiesta, sono state messe a punto centrali idroelettriche di generazione e di pompaggio. Nelle centrali idroelettriche di pompaggio, l'acqua viene pompata nei serbatoi a monte sfruttando l'energia prodotta e non richiesta durante la notte cosicché di giorno, quando la richiesta di energia elettrica è maggiore, si può disporre di ulteriori masse d'acqua da cui produrre energia. Questi impianti permettono di immagazzinare energia nei momenti di disponibilità per utilizzarla nei momenti di bisogno.

L'energia idroelettrica è una fonte di energia pulita (non vi sono emissioni) e rinnovabile, tuttavia la costruzione di dighe e grandi bacini artificiali, con l'allagamento di vasti terreni, può provocare lo sconvolgimento dell'ecosistema della zona con enormi danni ambientali, come è successo con la grande diga di Assuan in Egitto.

La produzione di energia idroelettrica può avvenire anche attraverso lo sfruttamento del moto ondoso, delle maree e delle correnti marine. In questo caso si parla di energia mareomotrice.

I greci e i romani furono le prime civiltà nel Mondo allora conosciuto, ad utilizzare l'immensa potenza dell'acqua, o più precisamente dell'energia cinetica prodotta dal liquido (cui simbolo chimico è H2O, perché formato da due particelle atomiche di idrogeno e una sola particella di ossigeno); però si deve specificare che queste due antiche civiltà sfruttarono questo tipo di energia rinnovabile solo per azionare semplici mulini per macinare il grano. Si deve aspettare il Basso Medioevo, e le scoperte portate dal popolo degli Arabi del Nordafrica, per avere altri metodi di struttamento dell'acqua: furono sempre più utilizzate, sia per l'irrigazione dei campi, sia per la bonifica di vaste zone paludose, la ruota idraulica, schematizzabile come un mulino senza pale che ruotava su un punto fisso per azione della forza esercitata dall'acqua stessa. Un progresso tecnico di enormi proporzioni si è avuto alla fine dell'Ottocento, circa all'inizio della Seconda Rivoluzione Industriale avvenuta in Europa e non solo, in seguito all'evoluzione della ruota idraulica in turbina, macchina motrice costruita da una ruota a pale imperniata su un asse, che all'inizio erano grossolane e schematizzate, ma con le innovazioni tecnologiche, soprattutto della prima metà del Novecento, divenne sempre più perfezionata e funzionale.

Per centrale idroelettrica si intende una serie di opere di ingegneria idraulica posizionate in una certa successione, accoppiate ad una serie di macchinari idonei allo scopo di ottenere la produzione di energia elettrica da masse di acqua in movimento. L'acqua viene convogliata in una o più turbine che ruotano grazie alla spinta dell'acqua. Ogni turbina è accoppiata a un alternatore che trasforma il movimento di rotazione in energia elettrica .

Per la parte superiore



Risorse e consumo di energia nel mondo

Consumo di energia mondiale, 1970-2025. Fonte: International Energy Outlook 2004.

Il consumo di energia mondiale è una misura dell'utilizzo dell'energia, come ad esempio quella prodotta dal carburante o dall'elettricità. Essenzialmente la voce consumo di energia cerca di quantificare i processi dinamici che danno luogo ad un aumento dell'entropia.

Per potere comparare direttamente le risorse energetiche del mondo, ed il consumo di energia delle nazioni, questa voce di avvale delle unità del sistema SI e dei prefissi SI e misure della fornitura di energia/tempo (potenza) in watts (W) e le quantità nette di energia in joules (J). Un watt equivale alla fornitura di un joule in un secondo (potenza=lavoro/tempo).

Nel 2004, il consumo mondiale medio totale dell'umanità era pari a 15 TWh (= 1.5 x 1013 Wh) che per un 86,5% proveniva dai combustibili fossili . Questo equivale a 0,5 ZJ (= 5 x 1020 Joule) per anno, anche se vi è un'incertezza di almeno il 10% nei valori del consumo energetico totale del mondo. Non tutte le economie del mondo tengono registri dei loro consumi energetici con lo stesso rigore, e l'esatto contenuto di energia di un barile di petrolio o di una tonnellata di carbone varia in rapporto alla sua qualità.

La maggior parte delle risorse energetiche del mondo hanno come fonte prima i raggi solari che colpiscono la supeficie terrestre - e negli eoni quell'energia si è conservata indirettamente sotto forma di energia fossile (bitume, carbone, gas, idrati, petrolio) oppure come energia direttamente impiegabile (ad.esempio i venti si formano in seguito a complessi fenomeni di riscaldamento nelle zone soleggiate e di convezione nelle zone fredde, il tutto abbinato alla rotazione terrestre). Anche l'energia idroelettrica deriva dall'energia solare che provoca evaporazione dell'acqua e condensazione dell'acqua quando le nuvole incontrano l'aria di fronti climatici freddi o quando risalgono alte montagne. Il vapor d'acqua salendo in quota acquisisce una certa energia potenziale che cede in parte alle piogge ed ai corpi acquosi siti in quote elevate.

Il termine costante solare (in inglese solar constant) definisce la quantità di radiazione elettromagnetica solare che arriva per unità di superficie, misurandola a livello della superficie esterna dell'atmosfera terrestre, da un aereo perpendicolare ai raggi. La costante solare include tutti i tipi di radiazione solare, non soltanto la luce visibile. Il suo valore è stato misurato da satelliti a circa 1.366 watt per metro quadro, anche se può variare di circa lo 6,9% durante l'anno - da circa 1.412 W/m2 a gennaio a 1.321 W/m2 a luglio, questo dovuto alla variazione della distanza della terra dal sole, oltre ad una lieve variazione della luminanza solare di poche parti su mille da un giorno all'altro. Per l'intero globo terrestre, che ha una sezione di taglio di 127.400.000 km², la potenza fornita dall'energia solare é di 1.740 × 1017 Watt, con una variazione del +/- 3,5%.

Le stime sulle risorse energetiche rimanenti nel mondo variano, ed é stato calcolato che le risorse di combutibili fossili totalizzino uno stimato di 0,4 Yottajoules (1 YJ = 1024 J) e che le risorse disponibili di combustibile nucleare come l'uranio superino i 2,5 YJ. Le riserve di combustibili fossili dovrebbero essere di 0,6-3 YJ se gli estimi delle riserve di clatrati di metano sono accurate e se il loro sfruttamento divenisse tecnicamente possibile.

Principalmente grazie al Sole, il mondo possiede anche un flusso di energia rinnovabile utilizzabile, che eccede i 120 petawatt (pari ad 8.000 volte gli utilizzi totali del 2004), o 3,8 YJ/anno, rendendo così minuscole tutte le risorse non-rinnovabili.

Sin dall'inizio della rivoluzione industriale, il consumo di energia nel mondo é cresciuto ad un ritmo sostenuto. Nel 1890 il consumo di carburanti fossili eguagliava approssimativamente la quantità di combustibile da biomassa che veniva bruciato nelle case e dall'industria. Nel 1900, il consumo di energia globale ammontava a 0,7 Terawatt (0,7 volte 1012 watt).

Negli ultimi quarant'anni, l'utilizzo assoluto dei combustibili fossili é aumentato con continuità e la loro quota percentuale dell'energia fornita é aumentata.

Il ventesimo secolo vide un rapido incremento, di circa venti volte, nell'utilizzo dei combustibili fossili. Tra il 1980 e il 2004, la crescita mondiale della loro produzione-consumo è stata del 2% annuo circa.

Il carbone ha mosso la rivoluzione industriale nei secoli XVIII, XIX e buona parte del XX. Il carbone può essere utilizzato nelle caldaie per produrre calore per vari usi e riscaldando l'acqua, vapore in pressione per muovere la turbina a vapore. L'utilizzo più classico è quello della locomotiva a vapore, mossa dal motore a vapore. Successivamente sono state introdotte le turbine a vapore, che sin dai primi anni del novecento sono servite per generare energia elettrica e nella propulsione delle turbonavi (decisivo è stato l'abbandono del carbone in favore del petrolio nelle corazzate britanniche, che grazie al petrolio, con la stessa turbina a vapore potevano navigare ad una velocità superiore).

Negli ultimi tre anni, il carbone, che é una delle fonti energetiche più inquinanti (sia nel processo di estrazione, che durante la sua combustione perché emette moltissima CO2 e spesso anche anidride solforosa, oltre a metalli pesanti), é diventata la fonte a maggior crescita come consumi.

Nel mondo il 25% dell'energia elettrica viene prodotta in impianti a carbone, di questo carbone il 60% e' consumato dai paesi dell'Asia, ed i consumi della Cina ammontano al 46% del totale del carbone prodotto. Molti affermano che ogni giorno, in Cina, si innaugura una nuova centrale termica a carbone.

Uno dei modi per rendere marginalmente più pulite le emissioni delle centrali a carbone, è quello di deviare le emissioni di CO2, CO, Cx, H2 ed H2O, CH4, prodotti dalla combustione del carbone (syngas, da produrre in ambiente povero di N2), verso la reazione con idrogeno in ambiente riducente (H2 prodotto per elettrolisi, oppure nei reattori nucleari ad alta temperatura), con produzione di acqua, metano (CH4) e metanolo (CH3-OH), da destinare a miscele (fino al 85% di metanolo) da utilizzare come carburante assieme alla benzina, oppure trasformandolo in etere-dimetilico (buon addittivo per il gasolio), o per altri utilizzi nel quadro generale della economia a metanolo.

Con la diffusione dei mezzi di trasporto terrestri, marittimi ed aerei, nonché i razzi spaziali, il petrolio è diventato il carburante dominante durante il ventesimo secolo. In alcune forme quali l'olio combustibile per la produzione di elettricità, il bitume e l'asfalto per le strade o anche le materie plastiche, il petrolio ha dominato e domina tuttora il mondo moderno.

La crescita del petrolio come combustibile fossile più importante venne inoltre consolidata dalla sostenuta caduta del suo prezzo (in dollari costanti) che iniziò nel 1920 per finire nel 1973. Dopo lo shock petrolifero del 1973 e quello del 1979, (che vide crescere il prezzo del petrolio da 5 a 45 dollari americani per barrile), iniziò un lento ed incostante allontanamento dall'economia del petrolio. Nella maggior parte dei paesi dell'OCSE, il carbone, il nucleare, e l'idroelettrico divennero i combustibili di scelta per la generazione di elettricità ed alcune misure di conservazione aumentarono l'efficienza energetica.

In Italia, dal momento che esistono molte raffinerie di petrolio che lo processano per produrre benzina per l'autoconsumo ed esportazione all'estero, la grande disponibilità di residui, sotto forma di olio combustibile, adatto ai motori marini ed all'essere bruciati per generare elettricità, diede luogo ad una persistenza nella generazione di elettricità dal petrolio.

Ammettendo che il tasso ed il tipo di consumi energetici possa rimere costante, alcuni studiosi affermano che il petrolio (da fonti convenzionali) finirà in 35 anni ed il carbone in 200 anni. Nella pratica nessuna delle risorse arriverà ad esaurirsi del tutto, perché via a via che si esauriscono, come afferma la teoria del picco di Hubbert, lo squilibrio tra l'eccesso di domanda e la scarsa offerta e l'inaffidabilità della risorsa petrolifera causerà un'impennata dei prezzi, con diversificazione e crollo dei consumi e dunque della produzione, che diminuirà fino ad un punto dove le risorse petrolifere saranno destinate ad un mercato residuale (petrolchimica: fertilizzanti, pesticidi, plastiche, vernici; benzina e diesel per macchine storiche; asfalto per le strade, ecc.) che non potrà essere sostituito con altre fonti, e che forse sparirà improvvisamente per la non convenienza di mantenere impianti di raffinazione e distributori.

Nel 2005 l'energia nucleare totalizzava lo 6,3% della forniture primarie totali.

La produzione di potenza elettro-nucleare nel 2006 ammontava a 2.658 TWh, che era pari allo 16% della produzione di enegia elettrica mondiale. Nel Novembre 2007, nel mondo vi erano 439 reattori in funzione (104 USA, 59 Francia, 55 Giappone, 31 Russia), con una capacità totale di 372.002 MWe, questa produzione copre il 6,4% di tutta la energia prodotta nel mondo, e il 15% dell’energia elettrica mondiale. Inoltre si costruivano 33 reattori, 94 reattori erano pianificati e 222 reattori erano stati proposti. tra le nazioni che attualmente non utilizzano l'energia nucleare, 25 paesi stanno costruendo i loro primi reattori, oppure eseguono studi di fattibilità.

Al ritmo attuale di consumo, l’uranio delle odierne miniere andrà in esaurimento nel 2055, con l'aggiunta delle nuove centrali questo avverrà molto prima. Secondo la AIEA (agenzia internazionale energia atomica) le riserve di uranio sono di 4,7 milioni di tonnellate e si trovano in Australia (28%), Kazakistan (18%) e Canada (12%) Il costo spot, cioè per contratti a breve termine (che rappresentano meno del 20% del mercato) del U3O8 dal 2005 al 2008 si è all'incirca triplicato (da 20 a 65 dollari a libbra) ed è soggetto a forti fluttuazioni di mercato ; il prezzo EURATOM per contratti a lungo termine ha subito finora aumenti molto minori ma con un trend in ascesa in considerazione dell'aumento dei prezzi spot. Deve essere inoltre evidenziato come ad oggi il materiale estratto da miniera contribuisca solo per il 55% circa alle richieste provenienti dal mercato, il resto essendo coperto da materiale proveniente dallo smantellamento di armamenti nucleari.

D'altro canto, i costi del minerale d'uranio sono negligibili di fronte al costo di costruzione, gestione e smantellamento del reattore. Questo è vero specialmente se si impiegano reattori autofertilizzanti, oppure il CANDU funzionante con il torio. In un'ottica a lungo termine, l'uranio e/o il torio possono essere estratti dall'acqua di mare sottoposta a evaporazione o a elettrolisi per altri motivi .

Nel 2004, le energie rinnovabili fornivano attorno al 7% dell'energia consumata nel mondo. Il settore delle energie rinnovabili é cresciuto significativamente dagli ultimi anni del ventesimo secolo, e nel 2005 il totale delle nuove inversioni era stimato attorno 38 miliardi (38 x 109) di dollari USA. La Germania e la Cina guidano la graduatoria, con investmenti di circa $ 7 miliardi ognuna, seguiti dagli Stati Uniti, dalla Spagna, dal Giappone, e dall'India. Questo ha comportato l'aggiunta di 35 GW di energia rinnovabile di picco durante l'anno.

Nel mondo la produzione di energia idroelettrica raggiunse i 816 GW nel 2005, consistendo di 750 GW degli impianti maggiori, e 66 GW dell installazioni mini-idroelettriche. Molte grosse dighe con una capacità produttiva che totalizza i 10,9 GW sono state aggiunte dalla Cina, dal Brasile e dall'India nel corso dell'anno 2005, ma vi é stata una crescita molto più veloce (8%) nel cosiddetto "small hydro", che vede l'aggiunta di 5 GW, principalmente in Cina, dove circa il 58% degli impianti mini-idroelettrici si localizzano.

Nell'Occidente, anche se il Canada è il maggiore produttore di energia idroelettrica nel mondo, la costruzione di grossi impianti idroelettrici ha subito una stagnazione a causa di preoccupazioni di tipo ambientalista. La tendenza odierna sia nel Canada che negli Stati Uniti propende verso il microidroelettrico perché ha un impatto ambientale irrilevante e rende possibile sfruttare molti più siti per la generazione di energia. Nella sola regione canadese della British Columbia le stime sono che il microidroelettrico riuscirà a più che radoppiare la produzione di energia nella provincia.

Fino alla fine del diciannovesimo secolo le biomasse erano il combustibile predominante, ed attualmente mantengono soltanto una piccola porzione della fornitura di energia mondiale. L'elettricità prodotta da sorgenti di biomassa era stimata a circa 44 GW per il 2005. La generazione di elettricità da biomasse e aumentata più del 100% in Germania, Ungheria, Paesi Bassi, Polonia e Spagna. Inoltre, ulteriori 220 GW circa sono stati usati per il riscaldamento (nel 2004), portando il totale di energia consumata da biomasse attorno ai 264 GW. L'utilizzo mondiale delle biomasse, nella cottura dei cibi e nel riscaldamento domestico, è molto difficile da valutare e dunque viene escluso da questo studio.

La produzione mondiale di bioetanolo, da destinare a combustibili per autotrazione, aumentò del 8% nel 2005 per raggiungere i 33 miliardi di litri (8,72 bilioni di gal US), registrando il maggior incremento negli Stati Uniti, che raggiunsero così i livelli di produzione e consumo esistenti in Brasile. La produzione di biodiesel aumentò del 85% a 3,9 miliardi di litri (1,03 bilioni di gal US), rendendola nel 2005 la risorsa rinnovabile a più rapida crescita sul mercato. Più del 50% della produzione di biodiesel avviene in Germania.

Secondo l'agenzia GWEC, la capacità installata di energia eolica aumentò del 25,6% nel periodo tra la fine del 2005 fino a quella del 2006, raggiungendo il totale di 74 GW, registrando più della metà dell'incremento in soli quattro paesi: Germania (20.621 MW di capacità eolica totale nel 2006), Spagna (15.515 MW nel gennaio 2008), Stati Uniti (16.800 MW nel 2008) ed India (7.660 MW nel 2007). Il raddoppio della capacità generativa richiese circa tre anni e mezzo. La capacità totale installata è circa tre volte quella della media reale dell'elettricità eolica prodotta dal momento che la capacità nominale rappresenta la massima produzione di picco; la vera produzione elettrica media é generalmente attorno al 25-40% della capacità nominale, situazione che in inglese viene definita en:capacity factor. Ad esempio, una turbina da 1 megawatt con un "capacity factor" del 35% non produrra 8.760 megawattora in un anno (1x24x365), ma soltanto 0.35x24x365 = 3,066 MWh, con una media di 0,350 MW. Sono disponibili dati on-line per alcune localita, ed il fattore di capacita' puo essere calcolato dal lavoro elettrico fornito nel totale di un anno.

Grazie ai recenti sviluppi tecnologici l'energia eolica inizia ad essere economicamente vantaggiosa. Il costo di installazione è relativamente basso (circa 1,5€ per Watt, se raffrontato ad altre tecnologie come ad esempio il fotovoltaico (circa 5€ per Watt). oppure il nucleare (circa 2 a 6 € per Watt, a seconda del tipo d'impianto e coinvolgimento dei militari nei costi).

In alcuni paesi come la Danimarca l'elettricita' prodotta con l'eolico ha raggiunto il 23% del fabbisogno nazionale. All'avanguardia sono anche la Spagna 9% e la Germania 7%. L'Italia è settima nella classifica delle nazioni con le maggiori capacità installate. Tra il 2000 e il 2006, la capacità mondiale installata è quadruplicata.

Negli USA, attualmente si calcola che un aerogeneratore di ultima generazione (da 3 Mw di picco, costo 3-6 milioni di dollari, altezza 100 m.) posto in zone agricole ventose come il Nord e Sud Dakota, il Kansas, oppure il Texas, possa generare 300.000 $ di energia elettrica all'anno. Se consideriamo attorno all'aerogeneratore, un'area "di rispetto" di 4 ettari (40.000 m2), coltivata a mais da destinare a bioetanolo, si calcola che questi 4 ettari produrranno circa 2000 litri di etanolo, vendibili a 1000-2000 $ (con uso intensivo di carburante, manodopera e macchine agricole) .

Nel 2008 il Fondo di Inversioni della Corona Britannica, che possiede le aree marittine della Gran Bretagna, fino a ~20 km dalla costa, con il programma Clipper's Britannia Project, ha deciso di investire in giganteschi aerogeneratori, di potenza superiore ai 5 MW.

L'uso dell'energia solare durante il 2005 ammontava a 93,4 GW; nostante questo, la quantità di energia solare teoricamente sfruttabile, che investe la superficie terrestre è pari a 3,8 YJ/anno (120.000 TW). Soltanto una piccola frazione delle risorse disponibili sarebbero sufficienti a sostituire interamente i combustibili fossili e l'energia nucleare come fonte energetica.

Nel 2005 l'elettricità da fotovoltaico connesso in griglia era il tipo di energia rinnovabile che cresceva più velocemente, dopo il biodiesel. Nello stesso anno il consumo d'energia fotovoltaica aumentò del 55% rispetto al 2004, portando la capacità installata a 3,1 GW. Circa metà dell'incremento si è verificato in Germania, attualmente il maggiore consumatore mondiale di elettricità fotovoltaica (seguito dal Giappone). E stato stimato che esistano ulteriori 2,3 GW di energia prodotti fuori dalla griglia della distribuzione elettrica, portando il totale a 5,4 GW.

Per la fine del 2007 si stimava che la potenza elettrica totale da fotovoltaico installata superasse i 9 GWe, e proiezioni ottimistiche che prevedono aiuti pubblici (e salita dei prezzi del petrolio) stimano che nel 2012 l'elettricità da fotovoltaico prodotta nel mondo superi i 44 GWe (pari a 44 reattori nucleari da 1000 MWe).

Il consumo annuo di acqua calda da solare ed il riscaldamento solare è stato stimato come pari a circa 88 GWt (gigawatt termici) nel 2004. Da questo calcolo si esclude il naturale riscaldamento che subiscono le piscine non coperte da tetti di vetri o altra copertura.

L'energia geotermica viene utilizzata commercialmente in più di 70 paesi. Verso la fine del 2005, la richiesta mondiale di elettricità ha raggiunto i 9,3 GW, con ulteriori 28 GW usati direttamente come fonte di calore per il riscaldamento. Se il calore ricuperato dalle pompe di calore poste al suolo viene incluso, l'utilizzo della geotermia non ai fini della generazione di elettricità si stima che superi i 100 GW.

Vedi anche: Energy by country (EN) Il consumo di energia delle nazioni correla ampiamente con il PIL, anche se esiste una differenza significativa tra i livelli di consumo dell'energia in paesi industriali ad alto reddito come gli Stati Uniti d'America (11,4 kW per persona) ed il Giappone e la Germania (6 kW per persona). Il Canada ha il maggiore consumo pro-capite. Si registra costantemente un minore consumo di energia nei paesi in via di sviluppo e nelle economie sotto-sviluppate. Nei paesi in via di rapido sviluppo come l'India il consumo pro capite si avvicina a 0,6 kW , , , .

Attualmente la crescita più significativa dei consumi di energia si stà verificando in Cina, che sta crescendo ad tasso medio dello 5,5% annuo negli ultimi 25 anni. La sua popolazione, che supera i 1,3 miliardi di persone, attualmente consuma energia ad un tasso di 2 kW per persona , , , .

Una misura dell'efficienza è quella della intensità energetica. Questa è una misura della quantità di energia che serve ad un determinato paese per produrre un dollaro di prodotto interno lordo. Il Giappone, l'Italia ed il Regno Unito sono tra le nazioni più efficienti al mondo, mentre molto spesso i paesi in via di sviluppo mancano delle risorse per acquistare macchinari produttivi e sistemi di estrazione e trasporto che siano energeticamente efficienti.

Gli utilizzatori industriali (agricoltura, miniere, manifatture, e costruzione) consumano circa il 37% dei 15 TW totali. Il trasporto di persone sia personale che di passeggeri consuma circa il 20%; il riscaldamento domestico, l'illuminazione, e l'utilizzo di elettrodomestici usano l' 11%; e gli usi commerciali (illuminazione, riscaldamento e condizionamento degli edifici commerciali, oltre che l'energia consumata dagli acquedotti, dalla purificazione e distribuzione dell'acqua potabile nonché alla depurazione delle acque nere) sono pari al 5% dei 15 TW totali.

L'altro 27% dell'energia consumata a livello mondiale viene persa nella generazione e nella trasmissione di energia. Nel 2005, il consumo mondiale di elettricità era pari a 2 TW. L'energia consumata per generare 2 TW di elettricità e quasi 5 TW, dal momento che l'efficienza di un tipico impianto di generazione di energia e attorno al 38%. La nuova generazione degli impianti che bruciano gas naturale raggiunge un'efficienza sostanzialmente maggiore, attorno al 55%. Il carbone è il combustibile fossile più economico e popolare tra le compagnie che producono energia elettrica.

Il consumo di energia può essere misurato in rapporto al tempo, ad esempio un apparecchiatura elettrica può assorbire 500 kilowattora. I costi operativi e la vita utile prevista (e l'ammortizzamento del costo di capitale se pagata a rate) devono essere inclusi per calcolare i costi operativi totali di un dispositivo. L'efficienza energetica può essere misurata con disparati parametri, p.es basandosi sul consumo di energia per kilogrammo di tessuti lavati, nelle lavatrici. I bollini Energy Star e la European Union energy label sono etichette di efficienza energetica che permettono ai compratori di fare rapidi confronti tra il consumo energetico dei più disparati elettrodomestici.

Molta energia è consumata per soddisfare necessità fondamentali o velleitarie della moderna civiltà. Sono state proposte alcune teorie che suggeriscono che un certo tipo di evoluzione socioculturale possa essere determinata stimando la produzione di energia e le tecnologie impiegate per produrla.

L'intensità energetica è la misura macroeconomica del consumo energertico. La procedura nota in inglese come en:energy demand management si propone di ridurre il consumo di energia nel luogo dove avviene la sua richiesta in momenti specifici, mentre il risparmio energetico comprende pratiche più ampie che consistono nell'intraprendere azioni per aumentare l'efficienza energetica.

Gli USA consumano in termini assoluti più energia di ogni altro paese. Il Dipartimento della Difesa USA è la singola organizzazione privata o pubblica con il maggiore consumo energetico nel mondo, pur producendo soltanto "sicurezza", soprattutto delle forniture petrolifere (costi completamente esternalizzati dall'industria).

Il Giappone, che subì una grande pressione economica a causa delle crisi petrolifere degli anni settanta ed ottanta, é riuscito a sviluppare una economia molto efficiente nell'utilizzo di energia, con la produzione di beni di consumo ad alto valore aggiunto e bassa densità energetica, oltre automobili e altri macchinari a basso consumo energetico, e attualmente nel suo complesso società-industria ha la maggiore efficienza energetica nel mondo.

Le politiche energetiche consistono in una serie di misure e leggi (locali o internazionali) che hanno lo scopo di cambiare il tipo ed il tasso dei consumi energetici delle nazioni. Ad esempio il razionamento dell'energia oppure l'autosufficienza energetica nel quadro dell'autarchia è una misura largamente adottata in tempo di guerra.

Allo stesso modo l'industria dell'energia è spesso fortemente sussidiata e sotto-tassata. Spesso nell'elaborazione del PIL vengono palesemente ignorati danni anche consistenti provocati ad altre attività economiche come l'agricoltura, la pesca ed il turismo, per il pesante danno e stravolgimento ambientale causato dalle attività di estrazione, trasporto e raffinazione dei vari tipi di energia.

Per orientare le scelte di politica energetica si può ricorrere all'utilizzo di simulazioni, eseguite con strumenti appositi, i "Markal", del sistema energetico e della sua evoluzione. Misure legislative come la carbon tax, ed altre leggi che incentivino il risparmio energetico possono cambiare sostanzialmente, in tempi ragionevoli ed in modo significativo, le varie tendenze di consumo dell'energia mondiale.

Secondo alcuni studi macroeconomici, la produzione di etanolo è la causa del raddoppio in un anno, del costo del mais su tutti i mercati del mondo. Inoltre la media di incremento per altri generi alimentari è stata del 75%.

Secondo il dittatore cubano Fidel Castro, la produzione di etanolo dal mais sta affamando la gente. Mentre il presidente brasiliano Lula da Silva cerca di promuovere l'uso dei biocarburanti, nel 2007 lo stesso Castro assieme ai presidenti Evo Morales e Hugo Chavez hanno intrapreso una campagna per scoraggiare l'uso di sostanze commestibili per fini energetici . Le organizzazioni internazionali FAO e OECD hanno elaborato un rapporto molto critico sull'utilizzo dell'etanolo come carburante .

Laddove, sotto il punto di vista della produzione complessiva di CO2, il bilancio si presentasse favorevole (come nelle foreste equatoriali del Brasile), dove il forte irraggiamento solare ed il mancato utilizzo di pesticidi, fertilizzanti e macchine agricole per la coltivazione della canna da zucchero per bioetanolo, rende insignificante il consumo di carburanti fossili in agricoltura, si pone comunque il problema della distruzione delle foreste e della biodiversità in esse contenuta, oltre alla sostenibilità a lungo termine di queste coltivazioni senza fertilizzanti, che potrebbe portare ad erosione e desertificazione del delicato terreno della foresta tropicale.

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Produzione di energia elettrica in Italia

In Italia la produzione di energia elettrica avviene in parte grazie all'utilizzo di fonti non rinnovabili (come il carbone, il petrolio e il gas naturale) e in parte con fonti rinnovabili (come lo sfruttamento dell'energia geotermica e dell'energia idroelettrica); il restante fabbisogno viene coperto con l'acquisto di energia dall'estero, trasportata nel paese tramite l'utilizzo di elettrodotti.

L'Italia, come sistema fisico nazionale comprendente le proprie centrali e le proprie stazioni di pompaggio, ha consumato nel 2007 circa 360170 GWh (gigaWattora) di energia elettrica. Tale dato è il cosiddetto "consumo o fabbisogno nazionale lordo" e indica l'energia di cui ha bisogno il Paese per far funzionare qualsiasi impianto o mezzo che abbisogni di energia elettrica. Tale dato è ricavato come somma dei valori indicati ai morsetti dei generatori elettrici di ogni singolo impianto di produzione. Tale misura è effettuata prima di una eventuale detrazione di energia per alimentare le stazioni di pompaggio e non considerando gli autoconsumi delle centrali (ovvero l'energia che la centrale usa per il suo funzionamento).

Se si escludono tali "consumi imposti" (servizi ausiliari, perdite nei trasformatori di centrale e l'energia elettrica per immagazzinare energia durante la notte attraverso le stazioni di pompaggio), abbiamo un "consumo nazionale netto" o "richiesta nazionale di energia elettrica", che nel 2007 è stato di 339927 GWh, con un incremento del 0,73% rispetto all'anno precedente e del 2,45% medio negli ultimi venti anni. Tale valore comprende anche le perdite di rete, calcolate intorno ai 20957 GWh circa. La parte rimanente (318952 GWh) rappresenta il consumo di energia degli utenti finali.

L'Italia ha quindi bisogno mediamente di circa 41,1 GigaWatt di potenza elettrica lorda istantanea (38,6 GigaWatt di potenza elettrica netta istantanea). Tali valori oscillano tra la notte e il giorno mediamente da 28 a 50 GigaWatt, con punte minime e massime rispettivamente di 21,5 e 56,8 GigaWatt.

Il dato di consumo nazionale lordo contiene una percentuale pari al 12,8% di energia importata dall'estero (ovvero, al netto delle esigue esportazioni, circa 46283 GWh annui nel 2007), che incide per il 13,6% sul valore dell'energia elettrica richiesta.

Il fabbisogno nazionale lordo di energia elettrica viene coperto per il 73,8% attraverso centrali termoelettriche che bruciano principalmente combustibili fossili in gran parte importati dall'estero (di questi piccole percentuali - inferiori al 2% - fanno riferimento a biomassa, rifiuti industriali o civili e combustibile nazionale). Un altro 13,4% viene ottenuto da fonti rinnovabili (idroelettrica, geotermica, eolica e fotovoltaica) per un totale di energia elettrica di produzione nazionale lorda di circa 313887 GWh annui (2007). La rimanente parte per coprire il fabbisogno nazionale é importata all'estero nella percentuale già citata del 12,8%.

L'Italia non dispone di consistenti riserve di combustibili fossili e quindi la quasi totalità della materia prima utilizzata viene importata dall'estero.

Secondo le statistiche di Terna, società che dal 2005 gestisce la rete di trasmissione nazionale, la maggior parte delle centrali termoelettriche italiane sono alimentate a gas naturale (65,2% del totale termoelettrico nel 2007), carbone (16,6%) e derivati petroliferi (8,6%). Percentuali minori (circa il 2,1%) fanno riferimento a gas derivati (gas di acciaieria, di altoforno, di cokeria, di raffineria) e a un generico paniere di "altri combustibili" (circa il 7,3%) in cui sono comprese diverse fonti combustibili "minori", sia fossili che rinnovabili (biomassa, rifiuti, coke di petrolio, Orimulsion, bitume e altri).

È da notare come le percentuali relative ai tre principali combustibili siano cambiate radicalmente in pochissimi anni (1996-2007); solo nel 1996, gas naturale, carbone e petrolio "pesavano" rispettivamente il 25%, l'11% e il 59%. Si può notare come, accanto ad un discreto aumento dell'utilizzo del carbone, ci sia stata una radicale inversione dell'importanza relativa tra petrolio e gas naturale, il cui utilizzo è cresciuto fortemente sia in termini assoluti che percentuali . Oggi gran parte delle centrali termoelettriche vengono concepite in maniera di poter utilizzare più combustibili, in maniera da poter variare in tempi relativamente rapidi la fonte combustibile (sebbene negli ultimi anni moltissimi cicli combinati non possano accettare carbone o petrolio o altri combustibili diversi dal gas).

Tale politica è conseguita da considerazioni circa il costo, la volatilità dei prezzi e la provenienza da regioni politicamente instabili del petrolio; non deve inoltre essere trascurato il minor impatto ambientale del gas rispetto al petrolio, soprattutto alla luce dei dettami del Protocollo di Kyōto.

Attualmente l'Italia figura come il quarto importatore mondiale di gas naturale, proveniente principalmente dalla Russia e dall'Algeria, con quote minori da Norvegia, Libia e Paesi Bassi; il potenziamento del gasdotto sottomarino "Greenstream" dovrebbe in futuro far crescere sensibilmente la quota di gas importata dalla Libia.

Nonostante ciò, l'Italia rimane ancora oggi (dati 2005) il paese europeo (sesto al mondo) maggiormente dipendente dal petrolio per la produzione di energia elettrica.

La maggior parte dell'energia elettrica prodotta in Italia con fonti rinnovabili deriva dalle fonti rinnovabili cosiddette "classiche". Le centrali idroelettriche (localizzate principalmente nell'arco alpino e in alcune zone appenniniche) producono il 10,7% del fabbisogno energetico lordo; le centrali geotermoelettriche (essenzialmente in Toscana) producono l'1,5% della potenza elettrica mentre le "nuove" fonti rinnovabili come l'eolico (con parchi eolici diffusi principalmente in Sardegna e nell'Appennino meridionale), sebbene in crescita, producono ancora solo l'1,1% della potenza elettrica richiesta. Percentuali ancora minori vengono prodotte con il solare in impianti connessi in rete o isolati (circa 39 GWh nel 2007, pari a circa lo 0,01% del totale, considerando anche il contributo del programma "Tetti fotovoltaici" e impianti in Conto energia).

Infine, negli ultimi anni è cresciuta la quota di energia elettrica generata in centrali termoelettriche o termovalorizzatori dalla combustione di biomasse, rifiuti industriali o urbani. Tale fonte (generalmente compresa nel computo generale delle "termoelettriche"), è quella che ha avuto i ratei di crescita più alti negli ultimi anni, passando da una produzione quasi nulla nel 1992, fino a superare la quota geotermoelettrica nel 2004, per giungere fino al 2,0% del fabbisogno energetico totale nel 2007. Il 60,7% di tale aliquota è riconducibile ad energia ottenuta a partire dai cosiddetti "RSU", mentre la parte restante è relativa agli altri scarti e rifiuti o biomassa. Gli RSU, tuttavia, non sono una fonte rinnovabile, se non in parte (per la quota organica che contengono), anche se in passato sono stati assimilati alle fonti rinnovabili così da poter ricevere i contributi statali relativi (CIP6).

In conclusione, considerando tutti i contributi, la quota "rinnovabile" italiana giunge fino al 15,7% della produzione totale nazionale, al 14,5% dell'energia elettrica richiesta e al 13,7 del fabbisogno nazionale lordo.

L'Italia è il secondo paese al mondo per importazione di energia elettrica , il primo se invece si considera il saldo con l'estero. L'Italia importa una quantità di potenza elettrica media che, durante l'anno, può avere un massimo giornaliero inferiore ai 4000 MegaWatt (fase notturna, mese di agosto) fino ad un massimo di oltre 7500 MegaWatt (fase diurna, mesi invernali), per un totale di circa 44000 GWh netti all'anno.

Va comunque menzionato che la stessa ENEL è in alcuni casi anche comproprietaria di alcuni impianti di produzione esteri; tale elettricità sarebbe dunque in questi casi ancora dell'ENEL sebbene prodotta fuori dai confini nazionali.

L'importazione non è sempre proporzionale alla richiesta, cosicché il fabbisogno energetico italiano viene sostenuto da corrente prodotta all'estero per un'aliquota che può oscillare tra meno del 10% in fase diurna fino a punte massime del 25% durante la notte. Tale importazione avviene da quasi tutti i paesi confinanti, anche se l'aliquota maggiore è quella proveniente dalla Svizzera e, a seguire, dalla Francia (è da notare, tuttavia che attraverso la Svizzera viene veicolata anche parte dell'energia francese richiesta dall'Italia); considerando dunque questi due Paesi insieme, da Francia e Svizzera proviene circa il 90% di tutta l'importazione italiana di elettricità..

Parte di questa energia (in particolare circa il 40% di quella "svizzera" e l'85% di quella "francese") viene prodotta con centrali nucleari. In effetti l'importazione notturna è percentualmente molto più importante di quella diurna proprio a causa della natura della produzione elettrica con questo tipo di centrali; queste infatti funzionano al meglio in regime costante e quindi l'energia prodotta durante la notte viene praticamente "svenduta" a basso costo . Ciò consente di fermare in Italia durante la notte le centrali meno efficienti e di attivare le stazioni di pompaggio idriche che poi possono "rilasciare" nuovamente energia durante il giorno. Questo meccanismo ha reso conveniente l'importazione di energia dall'estero, da cui il grande sviluppo del commercio di energia negli ultimi anni.

Dai dati pubblicati da Terna riguardanti il 2007 si ricava che l'energia elettrica importata è aumentata solo leggermente rispetto al 2006 (circa 5%), mentre sono aumentate del 65% le seppur esigue esportazioni, specialmente nelle ore di punta diurne quando altri stati non sono in grado di far fronte ai picchi di domanda.

Il risultato del "mix" di fonti italiane è che la corrente elettrica in Italia costa mediamente di più che nel resto d'Europa. Costa ad esempio, al netto della tassazione, circa il doppio di quella prodotta in Francia (con una forte componente di energia nucleare) o di quella prodotta in Svezia (in gran parte idroelettrico). Un costo così elevato è dovuto ad un mix di centrali elettriche ancora sbilanciato verso l'utilizzo di risorse di provenienza estera e/o costose (come il petrolio ed il gas naturale), nonché alla resistenza verso l'uso di fonti considerate (pur se con diverse sfumature) ad alto impatto ambientale come il nucleare, il carbone o la termovalorizzazione.

Bisogna notare che il costo dipende fortemente dal consumo annuale per contratto: per consumi fino a 1800 Kwh l'Italia risulta infatti uno dei Paesi più economici, mentre le tariffe più elevate si riscontrano per consumi oltre i 3540 kwh. Questo sistema ha il fine di incentivare i bassi consumi.

Considerando sia i combustibili che l'energia elettrica importata, l'Italia dipende dall'estero per circa l'84% della propria energia elettrica. Tale valore viene dato dalla quota di generazione termoelettrica (fatto salvo i contributi relativi a combustibile nazionale, combustione di biomasse e rifiuti), più gli scambi di energia con l'estero. Questo genera un settore produttivo instabile, soggetto in particolare a forti variazioni del costo per chilowatt a causa delle variazioni del costo del combustibile (petrolio e gas naturale). Ovviamente ciò è un pericolo per il Paese; un'improvvisa penuria del combustibile o un improvviso aumento dei prezzi potrebbe rendere problematica la produzione di energia elettrica paralizzando il Paese.

Tuttavia, va osservato che anche modificando il mix energetico, non sono possibili sostanziali variazioni di questa percentuale: che si parli di carbone, petrolio, uranio o metano, le riserve italiane sono comunque molto inferiori al reale fabbisogno, per cui l'approvvigionamento avverrebbe comunque dall'estero. In pratica, l'unica modalità di generazione dell'energia che potrebbe realmente considerarsi "interna" è quella che fa affidamento sulle fonti rinnovabili.

I primi impianti di generazione elettrica italiani (sul finire del XIX secolo) furono centrali termoelettriche a carbone situate all'interno delle grandi città. La prima centrale in assoluto fu costruita appunto a Milano.

In seguito, lo sviluppo della rete di trasmissione nazionale permise lo sfruttamento del grande bacino idroelettrico costituito dalle Alpi, e grazie all'energia idroelettrica (unica fonte nazionale e a buon mercato) fu possibile un primo timido sviluppo industriale italiano. Le caratteristiche della risorsa idroelettrica diedero anche per un certo periodo l'illusione che l'Italia potesse essere indefinitamente autosufficiente dal punto di vista energetico (talvolta anche con eccessi retorici sul "carbone bianco delle Alpi").

Inoltre, nel 1904, veniva costruita a Larderello la prima centrale geotermoelettrica del mondo. Tale fonte continua a dare il suo contributo anche oggi, sebbene, a causa della limitatezza delle aree interessate, tale contributo non abbia mai superato l'8% della richiesta nazionale.

Dopo la Seconda guerra mondiale apparve chiaro che la risorsa idroelettrica non poteva più tenere il passo con le richieste dell'industrializzazione e quindi l'Italia dovette sempre più (anche a causa del basso costo del petrolio in quel periodo) affidarsi a nuove centrali termoelettriche. Il potenziale idroelettrico fu quasi completamente sfruttato negli anni cinquanta finché, anche a causa di enormi disastri ambientali (come la strage del Vajont), non fu del tutto abbandonata la costruzione di nuove centrali di questo tipo.

Fin dall'inizio della sua storia, la produzione dell'energia elettrica in Italia era sempre stata affidata all'impresa privata (ove si escludano alcuni tentativi parziali di controllo statale nel periodo fascista); il 27 novembre 1962 la Camera approvava il disegno di legge sulla nazionalizzazione del sistema elettrico e l'istituzione dell'ENEL (Ente Nazionale per l'Energia Elettrica), cui venivano demandate "tutte le attività di produzione, importazione ed esportazione, trasporto, trasformazione, distribuzione e vendita dell'energia elettrica da qualsiasi fonte prodotta". In base a ciò anche produttori "storici" (come "SIP" - Società Idroelettrica Piemonte, "Edison", "SADE", SME) dovevano vendere le loro attività al nuovo soggetto; venivano esclusi dal provvedimento solo gli autoproduttori e le aziende municipalizzate cui rimasero lo stesso quote marginali del mercato. In definitiva, l'ENEL si trovò ad assorbire le attività di oltre 1000 aziende elettriche.

La scelta della nazionalizzazione (all'alba della cosiddetta "stagione del centro-sinistra") sembrava allora essere l'unica possibilità di soddisfare la crescente domanda di energia, in un contesto di sviluppo uniforme ed armonico dell'intero Paese.

Il nuovo periodo che si stava aprendo per l'ENEL e per il Paese sarebbe stato caratterizzato da grandi trasformazioni sia per quanto riguarda la rete di trasmissione che la produzione di energia; basti pensare che negli anni sessanta la produzione di energia elettrica italiana cresceva a un ritmo di circa l'8% annuo, contro lo scarso 2% attuale. Questa crescita avvenne in gran parte grazie allo sviluppo della fonte termoelettrica, facilitato dai bassi prezzi del petrolio tipici di quel decennio.

Tale tendenza venne bruscamente interrotta dalle crisi petrolifere del 1973 e del 1979; negli anni settanta e ottanta, accanto a una temporanea contrazione della produzione causata dalla crisi economica conseguente allo "shock petrolifero", si ebbe un primo tentativo di diversificazione delle fonti di approvvigionamento energetico; in tale ambito si collocano sia una leggera ripresa dell'utilizzo del carbone, sia la crescita dell'acquisto di energia dall'estero.

Ma negli anni settanta la vera e propria "scommessa" fu quella nei confronti dell'energia nucleare: è del 1975 il varo del primo piano energetico nazionale che prevedeva, tra l'altro, un forte sviluppo di tale fonte.

L'Italia aveva cominciato lo sfruttamento della fonte nucleare già dai primi anni '60 (nel 1966 l'Italia figurò addirittura come il terzo produttore al mondo, dopo USA e Regno Unito) ma fu sul finire degli anni '70 che venne effettuata una decisa svolta in questa direzione: alle vecchie centrali del Garigliano e Trino Vercellese si affiancarono (o si cominciarono a costruire) Caorso, Montalto di Castro e la seconda centrale di Trino (per quest'ultima fu solo individuato e terraformato il sito, poi impiegato per la costruzione di un impianto a ciclo combinato da 700 MW, entrato in funzione nel 1997).

Tuttavia, nel 1987, dopo la forte impressione creata nell'opinione pubblica dal disastro nucleare in Unione Sovietica (Disastro di Chernobyl), l'Italia, con votazione tramite referendum, abbandonava di fatto lo sviluppo della fonte nucleare, chiudendo o riconvertendo le centrali esistenti.

Lo scenario del mercato dell'energia è cambiato nuovamente agli inizi degli anni '90: nel 1992 l'ENEL diventa una società per azioni, anche se con il Ministero del Tesoro come unico azionista; poi, il 19 febbraio 1999 viene approvato il decreto legislativo di liberalizzazione del mercato elettrico, anche detto decreto Bersani, che recepisce una direttiva europea in tal senso. Lo scopo è quello di favorire il contenimento dei prezzi dell'energia in un regime di concorrenza.

Nuovi soggetti possono tornare ad operare nel campo della produzione di energia elettrica; le attivita di ENEL che devono essere dismesse sono divise tra tre società (dette "GenCo": Eurogen, Elettrogen ed Interpower) che vengono messe sul mercato.

Inoltre, con la delibera n. 6 del 1992 (CIP6) il Comitato Interministeriale Prezzi ha stabilito una maggiorazione del 6% del prezzo finale dell'energia elettrica a carico del consumatore. I ricavi provenienti da questo sovrapprezzo vengono utilizzati in parte per promuovere la ricerca e gli investimenti nel campo delle energie rinnovabili ed assimilate.

Grazie a tali incentivazioni, nonché ad una forte riduzione dei costi tali fonti (in particolare per l'energia eolica, attualmente competitiva con le altre fonti), si sono accese alcune aspettative su questo fronte, sebbene il contributo della fonte eolica al momento non superi l'1% circa dell'energia richiesta e quella del solare (in particolare fotovoltaico) si limiti a quote ancor più marginali.

Nell'immediato futuro sicuramente vedremo confermate alcune delle tendenze già evidenti oggi, come in particolare, una sempre maggiore apertura e concorrenza nel mercato dell'energia, il sempre più diffuso utilizzo del gas naturale come combustibile delle centrali termoelettriche, nonché una crescita percentuale (di entità non facilmente stimabile) dell'energia prodotta tramite combustione di biomassa e rifiuti e attraverso centrali eoliche o solari fotovoltaiche e termiche.

Nonostante ciò non si può prevedere se tali tendenze porteranno benefici risolutivi dal punto di vista del costo dell'energia o da quello della dipendenza estera (sia come combustibili che come energia prodotta).

Ridurre tale dipendenza è ad oggi in effetti molto difficile, in quanto il Paese non dispone di consistenti risorse fossili di alcun tipo. Le fonti energetiche rinnovabili di tipo "classico" (energia idroelettrica e geotermoelettrica) sono state già quasi completamente sfruttate dove ritenuto conveniente e quindi sensibili miglioramenti in questo campo non sono immaginabili.

Le fonti energetiche rinnovabili "nuove" (in particolare eolico e solare) e le pur favorevoli previsioni di crescita, sono ancora molto lontane dal fornire contributi percentualmente apprezzabili; permangono inoltre alcune perplessità riguardo a problematiche quali "l'aleatorietà" (o "non programmabilità") dell'approvvigionamento elettrico realizzato, nonché (per il fotovoltaico) riguardo costi ancora non competitivi.

La combustione di biomassa non è un settore in cui si stia investendo molto; l'attenzione maggiore è andata all'incenerimento di rifiuti, in passato assimilato alle fonti rinnovabili. La termovalorizzazione di rifiuti, nonostante i forti investimenti (tra il 1981 e il 2002 lo Stato italiano ha finanziato le fonti rinnovabili e assimilate con 51,1 miliardi di euro, e l'incenerimento è stato ed è tuttora il massimo beneficiario), sebbene non dia problemi di "non programmabilità" o di costi, non si prevede che possa in futuro fornire più che contributi comunque marginali.

Poiché attualmente la valutazione dei costi e dei benefici dell'eventuale costruzione di centrali nucleari è ancora oggetto di dibattito, né d'altra parte si può immaginare una grande diffusione delle centrali termoelettriche a carbone (politica che si scontrerebbe con gli obiettivi posti all'Italia dal protocollo di Kyōto), è da ritenere che in futuro si proseguirà e verrà ulteriormente incentivata e diversificata la politica di acquisto di energia elettrica dall'estero, associata ai conseguenti adeguamenti delle rete elettrica nazionale. In tale ambito è previsto il potenziamento dei collegamenti esistenti con l'estero (in particolare con la Francia e la Slovenia), ma soprattutto la costruzione di nuovi collegamenti sottomarini, in particolare con l'area balcanica e nordafricana, al fine di differenziare i mercati d'acquisto dell'energia e ridurre i costi.

In aggiunta a ciò si prevedono investimenti nella costruzione di nuovi gasdotti o potenziamento di quelli già esistenti, nonché progettazione o costruzione di rigassificatori al fine di differenziare ulteriormente le fonti di approvvigionamento di tale combustibile.

Ulteriori benefici potrebbero giungere da eventuali politiche mirate all'incentivazione dell'efficienza energetica e del risparmio energetico. I modi e l'efficacia di tali politiche sono attualmente oggetto di dibattito in ambito tecnico e politico.

In particolare sussistono ancora margini di miglioramento riguardo l'efficienza delle centrali termoelettriche, con politiche di dismissione o ristrutturazione delle centrali con i rendimenti più bassi e maggiore diffusione delle centrali a ciclo combinato o con teleriscaldamento.

Anche altre fonti energetiche molto interessanti, come le centrali solari termiche, lo sfruttamento delle onde marine o l'eolico d'alta quota, al momento sono in Italia ancora allo stato di prototipi oppure non trovano adeguata diffusione.

Permangono infine alcune speranze riguardo la fusione nucleare controllata, sebbene solo sul lungo periodo. Mentre nel 1985 si stimava di poter installare la prima centrale elettrica a fusione nucleare nel 2015, attualmente gli scienziati del progetto ITER hanno spostato quella data al 2040. Inoltre allo stato attuale della ricerca si è ancora in dubbio circa la fattibilità stessa della messa in opera di un reattore commerciale a fusione per la produzione di energia elettrica con rendimenti continuativi accettabili.

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Centrale elettrica

Centrale termoelettrica in Iraq

Una centrale elettrica è un impianto industriale atto alla produzione di energia elettrica. La società moderna si basa in maniera imprescindibile sull'uso dell'energia elettrica, perciò la produzione di tale energia e, conseguentemente, le centrali elettriche hanno un'importanza tecnologica e strategica fondamentale. Le centrali elettriche odierne producono energia quasi esclusivamente in corrente alternata avvalendosi di macchine elettriche denominate alternatori. Esistono eccezioni in Russia, dove, per problemi di perdite su elettrodotti estremamente lunghi, sono state create centrali elettriche in corrente continua.

Le centrali elettriche si caratterizzano principalmente per due aspetti che sono spesso legati fra loro ovvero la potenza, cioè l'energia per unità di tempo che una centrale è in grado di erogare e il tipo di combustibile o altro sistema energetico in ingresso che convertito consenta di ottenere energia elettrica.

La produzione di elettricità da combustibili fossili (petrolio, gas naturale, carbone) non è una fonte rinnovabile dal momento che le riserve di combustibile sono limitate. Si può però ricavare energia termica anche da altre fonti di calore, e cioè dalle fonti energetiche rinnovabili come il calore terrestre (centrali geotermiche) e quello solare (centrale solare) oppure attraverso l'utilizzo dell'energia nucleare (centrale nucleare).

Le centrali termoelettriche sono la tipologia di centrali più diffusa nel pianeta. Il principio di funzionamento di una centrale termoelettrica classica è abbastanza semplice.

Un elemento combustibile (derivati del petrolio, carbone o gas, ma anche, in alcuni casi, biomassa o rifiuti) viene bruciato in modo da sviluppare calore; questo calore viene trasmesso a una caldaia, nella quale circola acqua ad alta pressione (l'acqua deve subire una serie di trattamenti al fine di essere purificata per non danneggiare gli impianti), tale acqua viene così trasformata in vapore raggiungendo temperature elevate. Il vapore viene convogliato verso delle macchine rotanti denominate turbine a vapore nelle quali il vapore espande convertendo il proprio contenuto entalpico in energia meccanica. Collegati all'albero in rotazione di tali turbine vi sono gli alternatori i quali convertono l'energia meccanica di rotazione in energia elettrica.

Un'evoluzione è rappresentata dalle centrali a ciclo combinato: il gas viene bruciato in una turbina a gas che, collegata ad un alternatore, produce elettricità. I gas di scarico della turbina, estrememente caldi, vengono a loro volta utilizzati per scaldare acqua ed il vapore così ottenuto è usato in una turbina a vapore come in una centrale termoelettrica tradizionale, generando altra elettricità. Questo genere di centrali termoelettriche ha un rendimento elettrico estremamente elevato e comunque maggiore di quelle tradizionali, arrivando a sfiorare anche il 60% di resa .

Generalmente le centrali termoelettriche erogano grandi potenze, dell'ordine delle centinaia o migliaia di MW e costituiscono la spina dorsale del sistema di produzione dell'energia elettrica, perché i loro impianti termici danno il massimo rendimento in regime di produzione costante; di solito, quindi, vengono tenute in funzione per lunghi periodi di tempo, costituendo la base della capacità produttiva. Anche se alcuni impianti termoelettrici possono essere polivalenti, ovvero in grado di utilizzare diversi tipi di combustibile, questo si ottiene a spese del rendimento termodinamico e quindi della spesa complessiva: per questo, in generale, si costruiscono centrali termoelettriche in grado di bruciare con la massima efficienza un particolare combustibile, e si riadattano gli impianti in caso diventi necessario bruciare un combustibile diverso.

I residui della combustione dei combustibili generano una quantità elevata di prodotti inquinanti come i fumi, il particolato fine, gli ossidi di zolfo e azoto e gli idrocarburi aromatici, che possono essere dispersi nell'ambiente. I progressi tecnologici degli ultimi anni hanno fatto sì che molte misure per l'abbattimento di tali prodotti fossero implementate nelle centrali (pretrattamento del combustibile, abbattimento delle polveri, desolforatori, etc.) rendendo queste emissioni meno dannose. Nei paesi meno sviluppati questo tipo di impianti sono spesso molto dannosi, poiché a causa del loro alto costo di costruzione, le strutture di depurazione dei fumi non vengono costruite e ciò le rende delle pericolose fonti di inquinamento.

È possibile ridurre notevolmente l'impatto ambientale di queste centrali. Innanzitutto si può semplicemente utilizzare un combustibile poco inquinante (come il gas naturale, il gasolio desolforato ed il carbone bonificato). È possibile contenere notevolmente le emissioni di inquinanti tramite il montaggio di appositi filtri a reagente e catalizzatori ossidanti. Il calore residuo anziché essere sprecato immettendolo nell'aria può essere utilizzato per il teleriscaldamento nella stagione invernale (permettendo così di spegnere tutte le caldaie) e può essere utilizzato nel periodo estivo per il condizionamento (eliminando i condizionatori singoli).

I cosiddetti "termovalorizzatori" sono inceneritori di rifiuti con recupero energetico. Il calore prodotto dalla combustione dei rifiuti viene utilizzato per produrre energia elettrica in maniera analoga a quanto accade nelle centrali termoelettriche, anche se con rendimenti estremamente più bassi e maggior produzione di sostanze inquinanti.

La combustione ad alta temperatura, inoltre, produce una miniaturizzazione delle polveri emesse, proporzionale alla temperatura stessa. Ciò può dunque portare alla produzione di polveri fini, ultrafini e nanoparticelle carboniose, che possono causare diverse patologie. La combustione dei materiali risultanti dalla selezione dei rifiuti, miscelata agli additivi, produce una notevole quantità di polveri, in parte filtrate prima dell'emissione al camino, almeno nelle componenti di maggiori dimensioni normate dalle leggi.

Tali centrali sfruttano l'energia cinetica delle acque fluviali (energia idroelettrica), convogliate in particolari turbine idrauliche messe in rotazione dal flusso dell'acqua. Collegate all'albero rotante delle turbine vi sono gli alternatori che trasformano l'energia meccanica di rotazione in energia elettrica.

Tali centrali sfruttano l'energia potenziale di notevoli masse d'acque poste ad altezza maggiore rispetto a quella di presa (si parla in tal caso di 'invaso', o naturale o artificiale creato tramite dighe). L'energia potenziale dell'acqua viene trasformata in energia cinetica facendo confluire l'acqua in condotte forzate nelle quali l'acqua raggiunge notevoli velocità. L'acqua viene poi fatta confluire come nel caso precedente in turbine collegate ad alternatori producendo così energia.

L'impatto ambientale delle centrali idroelettriche è molto minore di quello delle centrali termoelettriche, per via dell'assenza di fumi, e riguarda soprattutto il diverso regime delle acque da esse sfruttate: l'estrazione di energia cinetica rallenta il corso d'acqua, aumentando la velocità di sedimentazione; nel caso di centrali a caduta è necessario mettere in conto le opere idrauliche necessarie (dighe e condotte). La parte maggiore dell'impatto ambientale si verifica durante la costruzione, a causa degli sbancamenti e delle grandi opere necessarie per realizzare gli invasi ed il sistema di condotte forzate. Le centrali idroelettriche possono avere potenze che vanno da alcuni MW (centrali fluviali) alle decine o centinaia di MW per le grandi centrali a caduta.

Il principale vantaggio delle idroelettriche è che, una volta costruite, offrono energia a costi molto competitivi e non richiedono combustibili o materie prime; sono una fonte di energia totalmente rinnovabile e di fatto illimitata. Inoltre, con una manovra chiamata pompaggio (che consiste nel ripompare l'acqua dai bacini inferiori negli invasi durante le ore notturne, quando la richiesta di energia è minore) si può accumulare energia prodotta dalle altre centrali della rete, per restituirla di giorno nelle ore in cui la domanda di energia raggiunge il massimo. Un ulteriore vantaggio è legato al fatto che la variazione della produzione di energia può avvenire in maniera molto più rapida rispetto ad una centrale termoelettrica o nucleare, variando la quantità di acqua che viene convogliata alla turbina. Il loro impiego è, infatti, generalmente massimo durante le ore di maggiore consumo energetico.

Soprattutto le centrali a caduta, che richiedono un intervento edilizio di enormi proporzioni per la realizzazione di laghi artificiali per fungere da invasi, hanno un impatto ambientale di grandi proporzioni, sia nella fase costruttiva delle opere, sia a posteriori nell'impatto visivo ed estetico. Inoltre, il fatto di alterare la portata e la distribuzione delle acque fluviali porta ad un cambiamento del microclima locale, per la maggiore umidità ed evaporazione portata dal lago che funge anche da serbatoio di calore, livellando le temperature fra giorno e notte. Questo porta in genere a variazioni nella flora e fauna locale; nel caso di bacini montani, si può avere un impatto anche su eventuali ghiacciai nelle vicinanze. Altro svantaggio è dovuto alla naturale sedimentazione, che tende a riempire lentamente l'invaso, e richiede dragaggi periodici: il terriccio di risulta può essere usato a fini edilizi, per riporti e terrapieni.

Esistono inoltre problemi di sicurezza in caso di forti terremoti o frane che hanno portato, per esempio, al disastro del Vajont nel 1963, al primo posto tra i 5 peggiori esempi di gestione del territorio in un documento ONU illustrato alla presentazione del «2008 Anno internazionale del pianeta Terra» .

Questa tipologia di centrali produce un'elevatissima potenza per metro quadrato occupato dall'impianto, a costi più o meno uguali a quelli del carbone, che è attualmente la tecnologia economicamente più conveniente, rappresentando però una soluzione che permette di non dipendere più dai combustibili fossili. Le centrali nucleari non hanno emissioni inquinanti di alcun tipo, l'impatto ambientale di una centrale nucleare è estremamente più ridotto di quello di una centrale termoelettrica per via della completa assenza di emissioni di combustione, la radioattività emessa dalle strutture è simile a quella emessa da un orologio da polso fluorescente e come essa inferiore di centinaia di volte al fondo naturale di radiazioni che comunque vengono percepite per effetto dei raggi cosmici e della naturale radiazione della terra.

Queste centrali sono potenzialmente pericolose, in particolare se mal costruite, mal gestite o lasciate in mano a paesi interessati alla proliferazione militare, giacché le centrali miste civili-militari (come quella di Chernobyl) sono molto più pericolose di quelle civili. Una rottura dei sistemi di contenimento e di refrigerazione della centrale, potrebbe portare alla dispersione nell'ambiente di materiale radioattivo e quindi alla contaminazione di vaste aree (vedi Disastro di Chernobyl): tale rischio, abbastanza basso per le centrali più recenti ed attualmente operative, è viceversa presente per alcune delle centrali più vecchie operative in tutto il mondo.

Lo smaltimento delle scorie radioattive e lo smantellamento della centrale stessa al termine del suo ciclo vitale (circa 25-30 anni) è un problema non completamente risolto: la Finlandia e la Svezia per esempio hanno individuato siti sicuri per lo smaltimento delle scorie nei rispettivi territori, grazie alla presenza di zone sismicamente stabili e disabitate. In Italia invece, con un territorio molto più densamente popolato e quasi tutto a rischio sismico, lo smaltimento resta un problema difficile. Le rigide norme di sicurezza rendono la costruzione di queste centrali costosa e lenta, anche per la variabilità nel tempo delle stesse norme.

L'avvento di centrali nucleari di quarta generazione o comunque avanzate dovrebbe risolvere alcuni degli aspetti negativi, ma, per ora, tali impianti sono solamente allo studio teorico. Le centrali autofertilizzanti invece sono state prototipate finora con scarso successo (per esempio il Superphenix); tuttavia l'idea è quella di consentire il riutilizzo del "combustibile" esausto dei reattori tradizionali per produrre altro materiale fissile (in particolare, plutonio) riducendo i problemi di approvvigionamento dell'uranio. D'altra parte la produzione di più materiale fissile di quello "bruciato" potrebbe alla lunga creare problemi ancora maggiori, fra cui anche quello relativo al proliferare potenziale di arsenali atomici. L'adozione di reattori autofertilizzanti promette un maggior sfruttamento del "combustibile" rispetto ai reattori di 2° e 3° generazione, con una conseguente moltiplicazione delle risorse, attualmente scarse, di combustibile nucleare. Le riserve di 100 anni per l'uranio e di qualche secolo per il torio dovrebbero pertanto essere estese a tempi molto più lunghi benché oggetto di dibattito.

Le centrali geotermoelettriche sono di fatto centrali termiche che utilizzano come fluido primario per scaldare le caldaie il calore naturale dei vapori geotermici contenuti nel sottosuolo (energia geotermica). Non esiste dunque, in questo tipo di centrali, alcun processo di combustione. Le centrali geotermoelettriche possono raggiungere potenze anche rilevanti, di qualche centinaio di MW.

Una volta costruite le tali centrali sono estremamente pulite in quanto sfruttano un riscaldamento termico del tutto naturale e non hanno, quindi, scorie o residui atmosferici.

Tali centrali hanno elevati costi di manutenzione dovuti alla composizione delle acque provenienti dal sottosuolo, che sono ricche di sali disciolti e creano depositi ed incrostazioni. Spesso si trovano giacimenti geotermici anche molto grandi, ma a temperatura di 80/90 gradi, troppo bassa e non utilizzabile con le tecniche attuali; un possibile sfruttamento di questi giacimenti è per il teleriscaldamento.

Uno dei problemi maggiori di queste centrali è che possono essere costruite solamente in appositi siti con presenza di attività geotermica, siti normalmente abbastanza rari.

Esistono poi controversie relative al pericolo di eruzioni geotermali, riduzioni del livello della falda acquifera e suo inquinamento ma soprattutto all'inquinamento atmosferico da parte di gas (anidride solforosa) e metalli pesanti (arsenico) legate alla presenza di centrali geotermiche soprattutto nella zona del Monte Amiata.

Le centrali eoliche sono centrali che sfruttano la velocità del vento per la produzione di energia elettrica. Il principio di funzionamento è abbastanza semplice, il modulo base di una centrale eolica è il generatore eolico. Questa apparecchiatura è composta da un'elica (o al limite una singola pala) collegata ad un albero alla quale è calettato il generatore di corrente.

L'elica e il generatore sono normalmente posti ad altezze elevate in modo da essere attraversati dai venti, venti che mettendo in rotazione l'elica azionano il generatore che produce così energia.

I generatori eolici possono essere di varie dimensioni ed essere utilizzati sia per un uso domestico rurale o in centrali normalmente composte di numerosi generatori. Le potenze di tali generatori variano dalle centinaia di W alle migliaia di kW.

Le centrali eoliche per produrre quantità di energia apprezzabili devono essere costituite da un numero consistente di generatori eolici, che devono essere distanziati per poter sfruttare il vento e per evitare un affollamento che sarebbe sgradevole. Inoltre, la disponibilità produttiva è molto bassa (25%) a causa della discontinuità del vento e, dunque, a parità di potenza nominale installata, una centrale eolica produce un quarto di una centrale nucleare ed un terzo di una centrale a gas, richiedendo in compensazione, dunque, un sovradimensionamento ed un sovracosto pari a 4 volte quello nominale per ottenere le stesse prestazioni effettive.

Si possono installare solo dove c'è abbastanza vento e sono degli impianti moderatamente rumorosi; la loro pericolosità per i rapaci, naturalmente attratti dal rumore, è enorme e modificazioni della resistenza aerodinamica dei suoli possono condurre ad alterazioni permanenti della ventosità, con contraccolpi sull'ambiente. Un esempio è il caso di Los Angeles, città la cui attuale bassa ventilazione, e il conseguente permanere dello smog, è probabilmente dovuta all'installazione di grandi impianti eolici nelle gole attraverso le quali il vento arrivava alla città che hanno provocato l'innalzamento delle correnti eoliche e lo scavalcamento della città da parte dei venti.

Per centrali solari s'intendono le centrali solari termiche, che sfruttano l'energia solare, da non confondersi con i pannelli fotovoltaici che per rendimento, quantità di energia prodotta e costi non possono ancora essere oggi considerate centrali.

Le centrali solari termiche utilizzano come principio di base quello delle centrali termiche classiche, anche in questo caso la differenza sta nel metodo in cui viene scaldata l'acqua della caldaia.

Normalmente la centrale è formata da una superficie nella quale sono posti centinaia di specchi che concentrano i raggi solari in unico punto centrale (detto fuoco) nel quale si trova la caldaia. Questa colpita da tutti i raggi deviati dagli specchi si scalda fino a raggiungere temperature sufficientemente elevate per completare il ciclo del vapore fino alla turbina. Oppure da campi di concentratori parabolici lineari (in inglese parabolic trough), che riscaldano il fluido all’interno di condotti che percorrono la linea del fuoco (vedi fig. a lato).

Notevoli sono i lati positivi di questa fonte di energia, non ci sono emissioni inquinanti o di gas serra, non è necessario il trasporto di combustibili, non si producono scorie e la centrale non è pericolosa per gli abitanti nei dintorni. Altro vantaggio è che, esclusi i costi di costruzione e manutenzione, si produce energia senza bisogno di materie prime, in quanto la luce solare è gratuita.

Questo tipo di centrali richiedono una superficie di esposizione solare di dimensioni elevate, che aumenta in funzione della potenza che si vuole produrre. Ovviamente, producono solo se sottoposte a buon irraggiamento solare, può, quindi, essere sufficiente una nuvola per interrompere il processo di produzione. Gli impianti più moderni, infatti, prevedono di stoccare il fluido ad alta temperatura in appositi serbatoi isolati, che permettono di far funzionare le turbine non solo durante la notte ma con una autonomia di alcuni giorni in caso di cattivo tempo. Questi impianti hanno, comunque, la possibilità di essere alimentati a gas, nel caso le condizioni sfavorevoli perdurino. Le centrali termiche solari hanno potenze minime, i 20 megawatt raggiunti dalle tecnologie solari alla centrale di Priolo bastano ad un paese di 20 mila abitanti, una centrale termoelettrica ordinaria produce tra le 50 e le 200 volte di più. I costi per la messa in esercizio delle centrali solari sono, inoltre, elevatissimi, anche a ragione della necessità di sovradimensionare le strutture produttive in modo enorme per compensare la bassa disponibilità produttiva generata dalla discontinuità dell'irraggiamento, la quale è dovuta al ciclo solare e non può, dunque, essere aggirata ma è destinata ad essere sempre un problema strutturale della tecnologia.

Le centrali solari ad alta temperatura a volano termico con la sostituzione dell'acqua con, miscele (anidre) di sali fusi altobollenti proposte in Italia dal premio Nobel Carlo Rubbia rappresentano le fonti da questo tipo di energia con la maggiore convenienza prospettata attualmente in sperimentazione. La Spagna ha accolto Rubbia, dopo che lo stesso è stato allontanato nel 2005 dalla guida dell'ENEA, ed ha lanciato anch'essa la sperimentazione di centrali simili a quelle progettate per l'Italia. Nel 2006 Rubbia torna in Italia perché Enel ed Enea hanno firmato, alla presenza del ministro dell'Ambiente, il protocollo di intesa per la realizzazione del progetto "Archimede", il primo impianto solare termodinamico italiano ed il primo al mondo ad essere integrato con una centrale a ciclo combinato a gas.

In queste centrali spesso durante l'anno non si raggiungono le temperature di 110 gradi richieste (per poter far evaporare l'acqua). Perciò, nei periodi in cui non vi è una sufficiente insolazione, una buona soluzione sarebbe quella di utilizzare il calore per produrre semplice acqua calda a 90 °C, che, tramite una rete di teleriscaldamento, può essere utilizzata per la produzione di acqua calda sanitaria, per alimentare le caldaie a scambiatore di calore ed i gruppi frigoriferi ad assorbimento.

Le centrali basate su pannelli fotovoltaici convertono direttamente l'energia solare in corrente elettrica sfruttando l'effetto fotovoltaico.

Sebbene tale tecnologia risulti da tempo già affermata in ambito aerospaziale, per applicazioni di utenze isolate o per altri utilizzi di nicchia, la realizzazione di centrali fotovoltaiche è oggi ancora in fase di studio o prototipale. Attualmente, un'installazione fotovoltaica è conveniente per utenze private o piccole aziende, che, in questo modo, possono rivendere energia all'azienda elettrica e ridurre il costo energetico; negli ultimi anni, le nuove celle fotovoltaiche basate sul silicio amorfo (o polisilicio) hanno drasticamente ridotto il prezzo dei pannelli, rendendo maggiormente conveniente l'investimento iniziale.

Questo tipo di centrali richiede una bassa manutenzione dato che non sono dotate di complessi impianti ma solamente dei pannelli fotovoltaici che vanno periodicamente puliti ed orientati in direzione del Sole. Rappresenta, inoltre, una fonte di energia "pulita", dato che non produce alcun tipo di emissione o impatto ambientale, esclusi quelli necessari alla realizzazione dell'impianto stesso di produzione.

Il principale svantaggio degli impianti fotovoltaici è dovuto alla bassa efficienza dei pannelli (al massimo 25% in laboratorio, 14-16% in condizioni operative) ed all'elevato costo dei suddetti pannelli che rende ancora totalmente antieconomica la realizzazione di centrali fotovoltaiche. Inoltre, si presenta lo stesso svantaggio strutturale già visto per le centrali eoliche: a causa della bassissima disponibilità produttiva (11%), causata a sua volta dalla variabilità nel tempo dell'irraggiamento solare, le centrali solari possono produrre, a parità di potenza nominale installata, solo poco più di un decimo di quanto, con la stessa potenza nominale, sono in grado di generare centrali nucleari, a carbone o a gas, e dunque richiedono, per poter essere sfruttate, un sovradimensionamento originario e strutturale che ne moltiplica di un ordine di grandezza i costi.

Sicuramente la produzione di energia elettrica per la sua importanza è oggetto di studi e sforzi in molti ambiti. Oltre alla già citata fusione nucleare elenchiamo una serie di esperimenti e possibilità che si sono affacciate a più riprese negli ultimi anni o che sono in via di sviluppo.

Attualmente la maggior parte dei finanziamenti mondali nei confronti nelle nuovi fonti di energia si sta concentrando sulla costruzione di centrali nucleari basate sulla fusione nucleare. La maggiore iniziativa è il progetto ITER che prevede la fusione nucleare di due nuclei di trizio e deuterio per la generazione di un nucleo più pesante (elio) e di un'enorme quantità di energia.

Il progetto ITER prevede la generazione di plasma stabile che fornisca più energia di quanta ne richiede per la sua generazione. Questo progetto non è in grado di produrre energia elettrica: questo sarà lo scopo del successivo progetto DEMO. Il progetto DEMO mira a convertire l'energia disponibile dalla fusione nucleare in energia elettrica e solo dopo il completamento di questi progetti si potranno costruire centrali elettriche a fusione nucleare. Le prime centrali operative sono previste per il 2050.

Le centrali a fusione nucleare produrrebbero, come tipologia principale di scoria, elio 4 che è un gas inerte e non radioattivo; inoltre, non userebbero sistemi a combustione e, quindi, non inquinerebbero l'atmosfera con gas clima alteranti(di fatto non avrebbero emissioni di pericolosità rilevante). Inoltre, dovrebbero essere in grado di ottenere grandi quantità di energia, anche superiori rispetto alle centrali a fissione odierne.

La fusione richiede temperature di lavoro elevatissime, tanto elevate da non poter essere contenuta in nessun materiale esistente. Il plasma di fusione viene, quindi, contenuto grazie all'ausilio di elevatissimi campi magnetici, e le alte temperature vengono raggiunte con l'utilizzo di potenti laser o altri sistemi di riscaldamento. Il tutto rende il processo difficile, tecnologicamente dispendioso e complesso.

Altro problema è il materiale di ingresso in quanto, a differenza del deuterio, il trizio non è un materiale facilmente reperibile in natura e radioattivo a vita breve.

Le centrali mareomotrici sfruttano il movimento del mare dovuto alle maree. Queste centrali accumulano l'acqua in un bacino durante l'alta marea e poi la rilasciano durante la bassa marea.

L'acqua viene fatta passare in condotte forzate che la conducono in turbine collegate ad alternatori che consentono di produrre corrente elettrica. In alcune zone della Terra il dislivello tra alta e bassa marea può essere anche di 20 metri e può, quindi, rendere conveniente l'installazione di questi impianti.

Sono impianti molto simili alle centrali idroelettriche e quindi la tecnologia è già disponibile e collaudata.

Solo poche zone sono adatte per l'istallazione di questi impianti e, comunque, la potenza generata è modesta rispetto alla superficie occupata dall'impianto.

Una seconda tipologia di centrali è basata sullo sfruttamento delle correnti sottomarine, che opportunamente incanalate potrebbero generare corrente elettrica tramite delle turbine. Queste centrali sono attualmente degli esperimenti da laboratorio, anche se, in breve tempo, si potrebbe passare ad un loro utilizzo reale per la produzione di corrente elettrica.

Una terza tipologia di centrali basata sugli oceani vuole sfruttare la differenza termica dei diversi strati dell'oceano (energia talassotermica). Acqua a differenti profondità ha differenti temperature e queste centrali utilizzano questa differenza di temperatura per produrre elettricità. Essendo la differenza termica tra i vari strati ridotta queste centrali hanno sempre un'efficienza molto bassa, tra 1 e il 3%.

Ulteriori ipotesi allo studio prevedono di utilizzare meccanicamente il moto ondoso del mare per la produzione di energia elettrica (vedi energia del moto ondoso). Una centrale di prova di questa tipologia è stata inaugurata il 1° ottobre 2007 a Agucadoura nel pressi di Lisbona in Portogallo. La centrale è dotata di 3 elementi Pelamis P-750, i Pelamis P-750 sono delle strutture galleggianti ancorate al fondo del mare, il movimento del mare provoca il movimento dei galleggianti, il movimento di questi viene trasformato in corrente elettrica e inviato a terra. Si ritiene che l'impianto potrà soddisfare le necessita di quasi 2000 famiglie. La centrale era considerata un impianto di prova per poter verificare la reale convenienza della tecnologia utilizzata. Nel settembre del 2008 è stato inaugurato il primo impianto commerciale, derivato dall'impianto pilota.

Le centrali basate su celle a combustibili utilizzano ossigeno e idrogeno per produrre corrente elettrica e calore.

L'idrogeno e l'ossigeno combinandosi nella cella a combustibile generano corrente elettrica, calore e acqua. La corrente elettrica può essere utilizzata per azionare i motori elettrici di un veicolo.

Bassissimo impatto ambientale.

L'assenza sulla terra di idrogeno gassoso pronto all'uso come fonte di energia.

L'idrogeno deve essere considerato un vettore energetico e non una sorgente di combustibile. L'idrogeno, infatti, molto abbondante nelle stelle, sulla terra esiste solo sotto forma di composto chimico, per lo più nella sua forma combusta, l'acqua.

L'estrazione dell'idrogeno dall'acqua, per il Secondo principio della termodinamica non può mai essere un processo conveniente, ossia l'energia che si ricava dall'idrogeno è sempre inferiore a quella necessaria per estrarlo.

È possibile ricavare energia dall'idrogeno presente in altri composti quali il metano, ma in questo caso si perdono i benefici ambientali.

Qualora diventasse disponibile, in futuro, una grande quantità di energia di altra natura, parte di essa potrebbe essere utilizzata per generare idrogeno e alimentare celle a combustibile per l'alimentazione di automobili elettriche.

Si fece un gran parlare della Fusione fredda nel 1989, quando due scienziati statunitensi, Martin Fleischmann e Stanley Pons, annunciarono di essere riusciti a trarre energia pulita, ovvero energia che non rilasciava alcun tipo di scoria radioattiva, dalla fusione di due nuclei atomici di Deuterio o in certi casi di Idrogeno, tramite un procedimento che sfrutta l'effetto catalitico di particolari metalli e con l'ausilio di una corrente elettrica. Probabilmente, in quanto la reale esistenza del fenomeno fa ancora parte di un vivace dibattito scientifico, questo procedimento elettro chimico può produrre grandi quantità di energia tramite una reazione nucleare a temperature e pressioni vicine a quelle ambientali, invece delle elevatissime temperature e pressioni normalmente necessarie affinché si possano abitualmente innescare tali tipi di processi. Per questo motivo, a tale tipo di processo, è stato chiamato "fusione fredda".

Però, dopo gli entusiasmi iniziali, i due scienziati cominciarono ad essere sommersi da varie accuse secondo cui la reazione nucleare, di cui essi parlavano, fosse in realtà dovuta ad una messa in scena o ad un errore di laboratorio. Infatti, in quegli anni, furono pochi i laboratori, spesso con risultati non del tutto chiari, in grado di replicare con un certo successo l'esperimento di Fleischmann e Pons.

Solo dopo 10 anni, nel 1999 Carlo Rubbia, allora presidente dell'ENEA, decise che era ora di fare un esperimento che potesse chiarire la natura nucleare del fenomeno, per questo incaricò alcuni ricercatori dell'ente ad intraprendere un programma di ricerca di 36 mesi. Terminati i quali, nel 2002 i ricercatori capeggiati da Antonella Del Ninno confermarono la natura nucleare di tale reazione.

Comunque, nonostante il lavoro svolto da vari gruppi di ricerca, per molti fisici i fenomeni di Fusione Fredda non sono assolutamente reali, o peggio sono il prodotto di una sorta di "Scienza patologica", situazione giustificata anche dal fatto che molti degli esperimenti di fusione fredda, continuano ad essere estremamente difficili da riprodurre e con forte variabilità nei risultati. Solo negli ultimi anni, da parte della piccola comunità degli scienziati che stanno studiando il fenomeno, è venuta forte l'esigenza di concentrarsi più che sulle performance degli esperimenti, sulla capacità di questi di essere costantemente riprodotti e per questo sono in corso vari tipi di esperimenti, che permetteranno, si spera presto, di dare una più chiara visione del fenomeno.

Le attuali sperimentazioni richiedono impianti economici e di ridotte dimensioni. A differenza della fissione nucleare e della fusione nucleare, in molte tipologie di reazioni di fusione fredda non vengono prodotte scorie radioattive, e solo raramente vi vengono rilevate emissioni di raggi gamma.

Nel caso che si dimostri la possibilità di sfruttamento del fenomeno, è ipotizzabile la realizzazione di sistemi di generazione compatti che potrebbero eliminare o quantomeno ridurre la necessità di una rete di distribuzione elettrica.

Gli esperimenti più interessanti, a livello di quantità di energia termica prodotta e ridotto consumo dei componenti, hanno una riproducibilità abbastanza bassa (10-20% degli esperimenti), assolutamente inaccettabile per poter essere presa in considerazione a livello industriale.

Alcune reazioni di fusione fredda, potrebbero produrre, per mezzo di reazioni di Trasmutazione LENR a bassa energia, nuovi elementi atomici assolutamente non presenti nei prodotti inizialmente partecipanti alla reazione. Essendo allo stato attuale, tali fenomeni del tutto sconosciuti ed imprevedibili, questo fatto, se verificato, potrebbe essere causa di potenziali problemi nell'utilizzo generalizzato di tale tecnologia.

Le Centrali solari orbitali dovrebbero ottenere energia elettrica attraverso pannelli fotovoltaici costruiti in orbita. L'energia ottenuta dovrebbe essere trasmessa a Terra tramite microonde. Le microonde verrebbero ricevute tramite un'estesa schiera di antenne e convertite in corrente elettrica immessa nella rete di distribuzione. Una seconda alternativa prevede la trasmissione a Terra dell'energia tramite potenti laser. A Terra ricevitori composti da pannelli fotovoltaici dovrebbero nuovamente convertire la luce del laser in corrente elettrica che verrebbe inviata nelle linee ad alta tensione per la distribuzione.

Essendo in orbita i pannelli sarebbero sempre illuminati e fornirebbero una corrente costante, la mancanza di atmosfera consentirebbe ai pannelli fotovoltaici una maggior efficienza rispetto ad un'installazione a Terra.

La costruzione in orbita è molto costosa e le continue conversioni (da luce a corrente, a microonde e nuovamente a corrente) deprimerebbero le prestazioni dell'impianto dissipando buona parte della potenza prodotta.

Sicuramente molti appassionati di fantascienza e trekker si saranno chiesti se sia realmente possibile costruire un motore materia-antimateria. Anticipando il fatto che non ci sono studi ad oggi che si muovono verso tale direzione si può però affrontare l'argomento sotto un punto di vista teorico. Gli studi scientifici legati al mondo microscopico hanno da anni non solo prodotto antimateria (da notare che parlando di antimateria ci si riferisce ad antiparticelle o di singoli antiatomi, e non a quantità di materia macroscopiche), ma dimostrato ampiamente che l'annichilazione della materia con l'antimateria converte l'intera massa in energia (E=mc2), sviluppando grandi quantità di energia. Quindi, si potrebbe affermare che un ipotetico reattore che sfrutti questi due elementi sarebbe in grado di generare enormi quantità di energia. Naturalmente, siamo gran lungi dall'essere in grado di fare ciò. Odiernamente, l'antimateria viene prodotta principalmente nei ciclotroni per uso scientifico e non si conoscono mezzi tecnologici per produrne quantità rilevanti; ma soprattutto, la sua produzione richiede l'utilizzo di quantità di energia enormemente superiori a quelle che si potrebbero ricavare dalla sua conversione in energia.

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Geografia economica della Colombia

La moneta nazionale: Il Peso colombiano

L'economia colombiana è stata considerata una delle più stabili dell'America Latina con un'inflazione costante. Questo sembra anche paradossale in un paese con grandi disparità sociali.

Prodotto Nazionale Lordo: 5.180$ pro capite (29° posto della classifica mondiale). Bilancia dei pagamenti: -5.682 milioni di $. Inflazione: 4,5%. Disoccupazione: 12,00%.

Punti di forza: gli importanti giacimenti di petrolio e di carbone e la ben sviluppata produzione di energia idroelettrica rendono la Colombia quasi autosufficiente dal punto di vista energetico. Esportazioni buone e diversificate. Punti di debolezza: violenza legata alle droghe e corruzione dissuadono gli investitori esteri. Industria nazionale non competitiva a causa del protezionismo. Disoccupazione elevata.

Produzione di energia elettrica: 10.800.000 kw. Pesca: 167.080 tonnellate. Petrolio: 444.508 b/g. Allevamento: pecore 2,4 milioni, bovini 28,3 milioni, suini 2,5 milioni, cavalli 2,5 milioni. Minerali: petrolio, gas naturale, carbone, nichel, smeraldi, oro, uranio e plutonio. L'economia della Colombia è in piena evoluzione nonostante le difficoltà create dall'ambiente geografico e dalla scarsa importanza del commercio estero.

La varietà del clima, la presenza di altipiani e la qualità dei terreni infraandini, sono all'origine di una produzione agricola estremamente diversificata, che unisce coltivazioni tropicali a coltivazioni di climi temperati. I cereali sono sufficienti al fabbisogno nazionale: sono coltivati grano, riso e soprattutto mais. Nella valle del Cauca si coltivano la canna da zucchero, il cacao, il cotone; le banane sono coltivate nella Valle Magdalena, attualmente in regresso, ed il caffe, il prodotto agricolo principale del paese.

Importanti sono i giacimenti d'oro e di smeraldi colombiani. Notevoli le riserve delle miniere di ferro a cielo aperto di Paz del Rio ed anche giacimenti di carbone di Cali. In sviluppo la produzione di petrolio.

Dopo la seconda guerra mondiale, l'industria ha registrato un rapido sviluppo. Le industrie principali sono quelle tessili e quelle siderurgiche.

Rete stradale: 11.970 km. Rete ferroviaria: 2.113 km. Rete canali navigabili: 14.300 km Le strade del nord sono in buone condizioni, mentre quelle del sud e dell'est, sono dissestate per le piogge frequenti. A causa delle morfologia, i trasporti sono molto difficoltosi. Gli assi principali della circolazione sono costituiti dai fiumi Cauca e Magdalena. I porti principali sono quelli di Cartagena, Barranquilla, Santa Marta (dedicato alle banane) e Buenaventura (utilizzato per l'esportazione del caffè). Flotta mercantile: 118 navi; 117.700 tsl.

1 turista l'anno per ogni 32 abitanti. Provenienza: Venezuela 55%, Ecuador 15%, USA 11%, Canada 3%, Costa Rica 1%, altri paesi 15%.

USA 38%, Venezuela 8%, Germania 7%, Ecuador 4%, Perù 3%, altri 40%.

USA 36%, Venezuela 10%, Giappone 6%, Germania 5%, Messico 4%, altri 39%.

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Source : Wikipedia