Energia: una sfida continua tra tradizione e innovazione

Nella conferenza Unitre di Cuorgnè il docente Ing. Donato Stabile ha illustrato in una interessante presentazione che cosa è l’energia, un breve percorso per conoscerla meglio. Il docente ha presentato il sommario degli argomenti sulle fonti energetiche rinnovabile: Solare Termico, Fotovoltaico, Idroelettrico, Eolico. Poi energia ad alto rendimento: Cogenerazione, Trigenerazione. Nucleare civile: differenza tra fissione e fusione nucleare, Reattori di piccole dimensioni SMR, Small Modular Reactors. 

Ma prima di parlare degli interessanti argomenti il docente si è soffermato sul significato della parola energia. L’energia è la grandezza fisica che misura le capacità di un sistema di compiere un lavoro, facendo l’esempio di una persona che porta una carretta piena di materiali. Poi ha spiegato da dove arriva l’energia e come si misura nel sistema internazionale ovvero con il Joule e si indica con J.  Questa unità di misura  prende il nome da James Prescott Joule, nato in Inghilterra nel 1818. Joule dedicò la sua vita all’approfondimento degli studi sul calore e sull’energia. Tornando all’unità Joule, ad esempio, quando si solleva un oggetto che pesa 100 grammi (una mela) da terra per un metro facciamo un lavoro di un Joule, 1 J. Ma allora da dove arriva l’energia? L’energia che possiamo utilizzare nelle diverse forme arriva unicamente dal sole e le forme di energia più comuni sono: Termica, Joule calorie - 1J=0,239 cal; Meccanica, Joule=forza spostamento; Elettrica, Joule=Wattora  - 1Wh=3600J.

Le altre forme di energia sono: Potenziale, Magnetica, Nucleare.  Da dove arriva l’energia? Nel primo principio della termodinamica, questo sconosciuto, l’energia si conserva, ovvero il calore diventa lavoro e viceversa L=Q(calore). In un Sistema isolato purtoppo non è così:  Qcal=L+Qdisp, L= Qcal-Qdisp. Tutto questo è stato illustrato con una interessante slide che mostra da dove arriva l’energia. L’energia non si crea e non si distrugge, ma  si trasforma. Come detto la principale fonte di energia è l’energia solare che proviene dal vento, dall’acqua, con reazioni biologiche come la fotosintesi e il biogas, reazioni chimiche  con combustibili fossili ed infine reazioni nucleari, le centrali atomiche. Nel mondo la principale fonte di energia per gli esseri umani è l’energia solare.

La prima prova tangibile dell’efficacia dell’energia solare è la vita sulla terra. Nell’energia solare abbiamo il solare termico, un sistema in grado di convertire la radiazione solare, cioè la luce, in calore con un collettore termico. Poi abbiamo l’energia solare con il fotovoltaico, per alimentare gli elettrodomestici della casa, per ricaricare l’automobile elettrica o ibrida, riscaldare la casa o produrre acqua calda sanitaria.  Le cellule fotovoltaiche convertono la radiazione solare in energia elettrica a corrente continua. Per il suo funzionamento le stringhe sono l’elemento fondamentale per l’attivazione di un impianto fotovoltaico, che genera corrente continua a partire dalla luce solare che colpisce i pannelli. Le stringhe sono  collegate all’inverter o invertitore di corrente che riceve l’energia elettrica continua e può inviarla alle batterie per l’accumulo, oppure convertirla in corrente alternata in grado di alimentare le utenze di casa.

L’energia termica dal fotovoltaico fornisce energia alle utenze elettriche della casa, la pompa di calore è un macchinario  in grado di trasferire energia termica, ossia calore, da un ambiente più freddo ad uno più caldo. Poi l’impianto alimenta il piano di induzione per ricaricare l’automobile, lo scooter e il monopattino elettrico. E’ importante avere una diagnosi energetica prima di attuare l’intervento energetico nella casa. La diagnosi energetica è un documento che si rende obbligatorio in tutti gli interventi di ristrutturazione degli edifici, sia di carattere pubblico che privato. Questo documento analizza le caratteristiche dell’edificio e permette di creare un modello energetico dell’immobile.

Energia idroelettrica: nelle grandi dighe è presente uno sbarramento che crea l’invaso artificiale in grado di accumulare acqua, ovvero energia potenziale. Viene prodotta energia elettrica da fonte rinnovabile. L’invaso stabilizza la rete durante gli eccessi di produzione delle rinnovabili: fotovoltaico, eolico e mini idroelettrico. Queste dighe contribuiscono alla gestione idraulica del territorio fornendo acqua per uso agricolo in periodo di siccità e gestendo eventuali piene. La diga del Chiotas in provincia di Cuneo ha una Potenza di 1200MW. L’energia del mini idroelettrico invece, non presenta uno sbarramento, non ci sono invasi, produce energia elettrica da fonte rinnovabile e sfrutta direttamente il salto d’acqua senza serbatoio. Il mini idroelettrico è soggetto ai cicli idraulici del luogo, torrenti e piogge.

Qui le turbine possono essere direttamente posizionate nel corso d’acqua o installate in piccole opere dedicate. Le centrali mini idroelettriche vanno da 2-3 kWe a 100kWe. L’energia eolica è anche questa una energia elettrica rinnovabile, ottenuta attraverso generatori che sono azionati da pale mosse da correnti d’aria naturali. Nella produzione di energia ad alto rendimento troviamo la produzione combinate di energia elettrica e termica. Con la trigenerazione avviene la produzione di energia elettrica di calore e di raffrescamento. Con la cogenerazione da biogas, produzione combinate di energia elettrica e di calore mediante biogas proveniente da digestione anaerobica, con assenza dell’ossigeno, viene utilizzato da grandi allevamenti agricoli di bovini. Infine l’energia nucleare che avviene con la fissione nucleare, tecnologia sulla quale si basano le attuali centrali nucleari.

Dalla reazione si ottiene un enorme quantità di energia  attraverso la rottura dei nuclei di uranio. La reazione non produce CO2. Dalla fissione si liberano radiazioni di tipo alfa, beta e gamma. I reattori nucleari non sono bombe atomiche. Anche se la memoria corre al disastro della centrale di Cernobyl, e di Fukushima, ma oggi i reattori più diffusi sono di II generazione e sono in fase di realizzazione reattori di III e IV generazione. Nel mondo hanno causato più morti le estrazioni del carbone e petrolio che con l’energia nucleare. Oggi poi ci sono anche i mini reattori nucleari prodotti con controlli qualitativi per migliorare il loro livello di sicurezza, per dare Maggiore certezza di  budget nella realizzazione e con tempistiche certe. Con la fusione nucleare  due atomi leggeri si fondono  per formare  un atomo pesante e stabile che genera energia.

Il vantaggio è ottenimento di energia pulita senza scorie radiottive, che non produce anitride carbonica CO2 e gas effetto serra. La  reazione nucleare nei nuovi reattori si spegne da sola in caso di anomalie. Oggi lo svantaggio è la complessità ingenieristica e tecnologica. Il trizio, terzo isotopo dell’idrogeno, prodotto dalla reazione nucleare è radioattivo  deve essere maneggiato con cura, ed infine i neutroni liberati dalla reazione possono indurre radioattività alle parti del reattore. Si può dire infine che gli iscritti all’Unitre di Cuorgnè sono  stati attenti e l’attenzione  produce anch’essa energia.