IL SOLE

L'energia solare è la fonte di energia più diffusa, disponibile ovunque in modo gratuito e in grandissima quantità; ma purtroppo la sua utilizzazione presenta problemi tecnici ed economici che rendono notevole la differenza tra le capacità potenziali e le possibilità pratiche d'impiego. Un primo problema è la bassa densità energetica dell'energia solare, che rende necessario l'impiego di ampie superfici di raccolta, con conseguenti elevati posti d'impiego. Un secondo svantaggio è rappresentato dalla sua discontinuità dovuta all'alternanza del giorno e della notte, al ciclo delle stagioni e soprattutto alla variazione delle condizioni meteorologiche. Questa discontinuità dell'energia solare ha conseguenze economiche negative poiché ad essa si deve far fronte con sistemi di accumulo dell'energia e con integrazioni fornite da impianti che utilizzano altre fonti energetiche.
Nel sole, attraverso il processo di fusione nucleare, nuclei di idrogeno si uniscono formando nuclei di elio con produzione di energia. Infatti, ogni secondo 108 tonnellate di idrogeno si trasformano in elio nella parte centrale del sole. L'energia prodotta si trasferisce verso la superficie esterna da dove viene emessa nello spazio sotto forma di onde elettromagnetiche di tutte le lunghezze. Anche se, in corrispondenza della produzione di energia, nella fusione si ha una perdita di massa, per il sole ci sono ancora 5 miliardi di anni di vita. Dall'enorme quantità di energia irradiata dal sole soltanto una piccolissima parte viene intercettata dalla terra, poiché nell'attraversamento dell'atmosfera l'irradiamento del sole viene immediatamente assorbito convertendosi in energia termica e disperso. L'irraggiamento ricevuto varia poi con la latitudine, l'altitudine, l'ora, la stagione, le condizioni meteorologiche e la nuvolosità del cielo. Della radiazione solare che giunge al limite dell'atmosfera, solo il 51% riesce ad arrivare fino alla superficie terrestre. Se la terra assorbisse più radiazione di quella riemessa nello spazio, la sua temperatura media aumenterebbe costantemente. Gli esseri viventi utilizzano una piccola frazione di energia solare attraverso le piante verdi con la fotosintesi clorofilliana: anidride carbonica + acqua + energia solare = ossigeno + idrati di carbonio.
L'energia solare può essere sfruttata in tre modi: produzione di calore a bassa temperatura, conversione termodinamica e conversione fotovoltaica.
La produzione di calore a bassa temperatura è prodotta da un pannello solare che assorbe le radiazioni solari e trasmette il calore al fluido che lo attraversa, mentre una lastra trasparente limita le perdite di calore per convenzione e per irraggiamento.
La conversione termodinamica, invece, prevede la trasformazione della radiazione solare in calore e la successiva trasformazione in energia meccanica e poi in energia elettrica. Nel sistema a torre e campo specchi le radiazioni solari vengono riflessi da alcuni specchi che seguono il percorso del sole, su di una caldaia alla sommità di una torre. In questa caldaia, si genera vapore che viene inviato ad una turbina collegata ad un alternatore per la produzione di energia elettrica.
Infine, la conversione fotovoltaica, utilizza il processo fotovoltaico che si basa sulle proprietà che hanno alcuni semiconduttori, di generare energia elettrica se vengono colpiti dalle radiazioni solari. I generatori che utilizzano questo processo sono chiamati celle solari o celle fotovoltaiche; un certo numero di celle collegate in parallelo formano un modulo, cioè un unità fondamentale di questi impianti.

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L'ACQUA

Per molti secoli l'energia idraulica è stata usata per azionare mulini e macchine semplici, ma attualmente è usata con lo scopo di produrre energia elettrica. L'energia elettrica è ottenuta sfruttando il movimento di caduta dell'acqua da un bacino a livello superiore fino alla centrale.
L'energia cinetica che possiede l'acqua in movimento si trasforma, mediante l'impiego di opportune turbine, in energia meccanica e quindi tramite alternatori in energia elettrica.
Possiamo trovare due tipi di impianti idroelettrici: ad acqua fluente o a serbatoio. I primi utilizzano piccoli salti d'acqua, quindi la produzione di energia elettrica è collegata alla portata d'acqua; nei secondi invece viene formato un lago artificiale.
Le turbine si trovano ai piedi della diga. In questo caso l'acqua arriva tramite condotte in pressione. Negli impianti idraulici ad acqua fluente si usano due tipi di turbine: FRANCIS e KAPLAN. Per gli impianti a serbatoio invece si usa la turbina PELTON.

L'impatto ambientale di una centrale idroelettrica si rivela nell'alterazione del paesaggio naturale e nella variazione della temperatura dei corsi d'acqua o dei laghi che ricevono l'acqua utilizzata influendo negativamente sugli equilibri ambientali di flora e fauna.

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LE MAREE E LE ONDE MARINE

Il principio di funzionamento di una centrale elettrica, che sfrutti il moto mareale, è molto semplice. Durante l'alta marea, l'acqua del mare si alza e riempie un bacino artificiale; nel periodo successivo di bassa marea, si fa cadere l'acqua dal bacino, generando energia elettrica con turbine e alternatori analoghi a quelli impiegati in una centrale idroelettrica.
Rispetto all'energia eolica, quella ricavabile dalle maree ha il vantaggio di essere legata ad un moto che ha una periodicità ben definita (l'intervallo fra due maree successive è di circa 12 ore).
Tuttavia, un impianto di tal genere può essere realizzato solo in luoghi (e non sono molti) dove le maree sono particolarmente alte e dove la topografia della costa si presta alla costruzione di dighe per creare ampi bacini artificiali (baie, grandi estuari).
Anche le onde marine costituiscono una notevole fonte di energie che, però, allo stato attuale della tecnologia non si è in grado di utilizzare.

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IL VENTO

L'energia eolica è stata usata sin dai tempi antichi per spingere le vele delle navi. Venne poi sfruttata per azionare i mulini e macchinari variinquinante, rinnovabile e dal costo della . E' una fonte di energia scarsamente materia prima uguale a zeropotenziata la ricerca di tecnologie idonee . Negli ultimi decenni si è allo sfruttamento del vento per la produzione di energia elettrica. Gli aerogeneratori, ad esempio, trasformano l'energia cinetica del vento in energia meccanica, in grado di azionare i generatori di corrente.
L'impiego di tale fonte di energia è ancora molto limitato in quanto può essere sfruttata solo nelle zone molto ventose dove la direzione e l'intensità del vento sono costanti. Gli impianti eolici funzionano con venti ad intensità comprese tra i 10 km/h e i 65 km/h.
La tecnologia sinora elaborata non consente di creare stazioni eoliche in grado di fornire grandi quantitativi di energia. Esistono impianti in Canada, Stati Uniti, Belgio, Olanda, Germania, Danimarca.
In Italia le zone giudicate interessanti per eventuali installazioni sono: gli Appennini, le coste delle regioni meridionali, le isole del basso Tirreno e Pantelleria.

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IL CALORE INTERNO DELLA TERRA

Più si procede verso l'interno della terra più la temperatura aumenta. Spesso le acque si infiltrano nel sottosuolo e in presenza di alte temperature evaporano.
L'energia geotermica è sfruttata per scopi termali, per riscaldare interi quartieri urbani, oppure nelle centrali geotermoelettriche per ricavarne elettricità
Il vapore, portato in superficie per mezzo di trivellazioni viene convogliato in tubazioni chiamate vapordotti e inviato alla centrale dove viene convertito in energia meccanica mediante il movimento di turbine che, collegate ad un alternatore, producono energia elettrica. Il vapore viene recuperato e riconvertito a uno stato liquido per essere smaltito nel terreno.
Un altro interessante impiego delle acque geotermiche a basse temperature è costituito dall'irrigazione delle colture di serra e ad effetto climatizzante, in grado di garantire le produzioni agricole anche nei paesi freddi.

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LE BIOMASSE

S'intende l'insieme di materiali organici che possono essere trasformati in combustibili solidi, liquidi o gassosi; questa trasformazione viene attuata, mediante particolari trattamenti. E' una fonte il cui utilizzo è destinato ad aumentare. Il legname, ad esempio, fa parte della biomassa. Un m³ di legno assorbe 1.000 kg di biossido di carbonio (CO₂) durante la sua crescita; dopo circa 50 anni un albero costituisce una buona riserva di carbonio ma una volta che questa è ultimata inizia ad assorbire sempre meno CO₂ e a produrre meno Ossigeno (O₂).
Inoltre diventa più vulnerabile ad insetti, funghi e soggetto a facile rottura, la sua funzione di collettore biologico si fa sempre più ristretta quindi un albero non più efficiente biologicamente deve essere abbattuto.
Ma anche l'utilizzo dei rifiuti può essere interessante in funzione del risparmio energetico, usando materiali di scarto provenienti dai processi produttivi, dagli scarichi urbani e dalle aziende zootecniche. Le aziende agricole zootecniche non hanno in genere problemi, perché lo stallatico è utilizzato per la concimazione; ben diversa è però la situazione degli allevamenti industriali, che non hanno campi da concimare. In questi casi i rifiuti zootecnici vengono trattati in una specie di recipiente chiamato "digestore" così chiamato per indicare che proviene dall'opera di organismi viventi. Il biogas trova impiego immediato nel riscaldamento. Il biogas prodotto dal digestore viene raccolto in un serbatoio pronto per essere utilizzato.

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IDROGENO, ENERGIA PULITA

Per diminuire l'inquinamento ambientale derivato dall'impiego di combustibili fossili srà necessaria l'introduzione di nuovi combustibili, più ecologici.
Uno di questi è l'idrogeno, elemento del tutto pulito e presente in gran quantità nel nostro pianeta. Esso è un gas incolore ed inodore, non velenoso, che brucia nell'aria secondo una semplice reazione, la quale afferma: idrogeno più ossigeno uguale acqua e calore (H2+1/202= H20 + calore).
In più, tale sostanza, se bruciata ha come prodotto di scarto acqua pura, perciò se si alimentassero i motori a scoppio con idrogeno i problemi ambientali causati dall'emissione di CO₂ (per es. effetto serra) sarebbero ridotti.
Altro vantaggio dell'idrogeno è che la sua combustione può avvenire anche in maniera elettrochimica, ossia senza fiamma. Esiste, infatti, un dispositivo, denominato cella a combustibile, che permette la trasformazione dell'energia chimica dell'idrogeno in energia elettrica, in grado di mettere in funzione un motore elettrico. Tramite tale dispositivo l'idrogeno viene fatto gorgogliare in una cella, contenente una soluzione chimica, nella quale sono immersi due elettrodi; ai capi di questi ultima si genera una differenza di potenziale, la quale fa scorrere in un circuito esterno, collegato agli elettrodi, la corrente elettrica.

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