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COME SI PRODUCE L'ENERGIA

Ti sei mai chiesto come viene prodotta l’energia che, quotidianamente, arriva nella tua casa?
Da quella che alimenta le tue lampadine sino a quella che ti fa ricaricare tablet e cellulare, l’energia elettrica è il frutto di una serie consequenziale di conversioni, che partono tutte da un concetto comune: l’energia non si ‘costruisce’, ma viene semplicemente trasformata.
Scopri come l’essere umano è riuscito, nel corso dei secoli, a far suo questo semplice – eppure, non immediato – concetto, costruendo macchine capaci di convogliare l’energia presente nel pianeta (e non solo!) in altre macchine, in grado di compiere lavoro e migliorare l’esistenza.

 

Ma prima conosciamo l'energia 

Per capire bene il concetto dietro alla base della produzione di energia, va prima specificato cos’è l’energia.
Essenzialmente, energia è tutto ciò di cui è composto l’universo: la materia stessa è essenzialmente energia, come dimostrato matematicamente da Albert Einstein con la sua famosa equazione E=mc2.
Allo stato attuale delle nostre conoscenze, non sappiano esattamente definire con precisione cosa sia l’energia, ma sappiamo bene quali sono le sue manifestazioni: è tutto ciò che ci circonda, e siamo anche noi organismi biologici.

L’energia si distingue in sostanza in due stati principali: energia capace di compiere lavoro ed energia non più in grado di compiere lavoro.
L’energia capace di compiere lavoro è organizzata in maniera diremo ‘ordinata’, mentre l’energia che già ha compiuto lavoro tende a disperdersi in maniera ‘disordinata’.
Quando tutta l’energia ‘ordinata’ diventa ‘disordinata’, il sistema si definisce ‘in equilibrio’.
Tutto l’universo, così come qualsiasi altro sistema isolato (anche il corpo umano) tende al disordine, poiché più esso aumenta, più aumenta l’equilibrio energetico.

 

L’energia non può essere ‘costruita’, così come non può essere ‘distrutta’: semplicemente, si converte.
Può essere paragonata ad una specie di ‘numero magico’ che rimane sempre uguale anche dopo essere stato sottratto, aggiunto, moltiplicato o diviso un numero infinito di volte e per qualsiasi altro numero.
Ogni volta che l’energia viene convertita da una forma all’altra, parte del suo potenziale di lavoro si disperde, diventando non più utilizzabile per altro lavoro.
Ecco perché ci sentiamo stanchi dopo aver corso molto, oppure il motore della nostra auto si spegne quando finisce il carburante.

Il nostro pianeta, la Terra, così come il nostro sistema solare, è carico di energia capace di compiere lavoro.
Esiste dappertutto, in molte forme: il vento, la luce del sole, la gravità del pianeta, gli idrocarburi fossili, gli zuccheri, la clorofilla delle piante, l’instabilità di alcuni atomi, un fulmine, anche i nostri muscoli o la nostra voce.
Produrre energia’ significa, molto semplicemente, convertire l’energia da una forma all’altra, ed utilizzarla per muovere macchine che, di rimando, la convertono in lavoro.
Tutto ciò ha però un prezzo: ogni volta che accendiamo una lampadina o usiamo il nostro smartphone aumentiamo il livello di disordine dell’universo, facendo diminuire la quantità totale di energia utile al lavoro.

Tanti tipi di centrali, tanti tipi di conversioni energetiche

L’energia è presente nel nostro pianeta sotto tante forme e, nel corso dei secoli, l’essere umano ha imparato a sfruttarne molte, alcune in maniera più intensiva di altre.
L’efficienza, ovverosia la capacità di resa lavorativa, cambia di molto a seconda del tipo di conversione che si sceglie.
Ad esempio, tra le prime forme assolute di sfruttamento dell’energia possiamo annoverare il lavoro degli animali (energia cinetica) oppure l’uso del fuoco (energia termica).
Altri esempi basilari di conversione dell’energia possono essere l’uso della vela o dei mulini a vento (energia eolica), l’uso della ruota nei mulini ad acqua (energia idrica) oppure, semplicemente, l’uso del piano inclinato e della ruota (energia gravitazionale).

 

I metodi di conversione dell’energia sono rimasti pressoché primitivi, invariati per secoli, almeno fino alla fine del XVIII secolo e l’inizio del XIX secolo.
Con il progredire della scienza e della tecnica, attività unite ad un’intensa produzione intellettiva di grandi pionieri di fisica, matematica, chimica e meccanica, sono aumentati i modi in cui è possibile estrarre energia utile al lavoro.
La scoperta dei combustibili fossili, disponibili in grandissima quantità in molte zone del pianeta, l’invenzione del motore endotermico, del pistone e della biella prima e della batteria elettrica poi hanno radicalmente cambiato la storia dell’umanità, dando il via alla cosiddetta ‘rivoluzione industriale’, i cui effetti sono ancora oggi ben visibili.

Centrale termoelettrica

La tipologia di centrale elettrica più comune, presente pressoché in ogni paese di ogni parte del mondo.
Storicamente, assieme alle centrali idroelettriche, è la tipologia di centrale elettrica più antica.
Si basa sul presupposto che l’energia elettrica è convertita grazie alla combustione di un combustibile (solitamente un derivato del petrolio, carbone o gas) con un comburente, quindi l’ossigeno.
Il petrolio o il gas viene fatto bruciare di modo da riscaldare l’acqua di una gigantesca caldaia che, portata a pressione, fa girare a sua volta grandi turbine, che generano una forza elettromotrice grazie ad altrettanto grandi alternatori.

Le vecchie tipologie di centrali termoelettriche non sono molto efficienti a livello energetico: datosi che vi sono molte conversioni di energia, dal combustibile all’alternatore, vi sono altrettante dispersioni energetiche, che troncano il rendimento massimo a circa il 35%.
Molto meglio, invece, le centrali cosiddette ‘a ciclo combinato’, capaci di recuperare i gas di scarico della combustione (incandescenti) direttamente dalla turbina, usandoli per riscaldare un’altra caldaia.
Si ottiene così un rendimento energetico molto più alto, con una resa fino anche al 60%.
Il problema maggiore delle centrali termoelettriche è, oltre al livello di inquinamento prodotto dai combusti del petrolio o del gas (in quest’ultimo caso, trascurabili), la limitatezza delle risorse globali disponibili.
I combustibili fossili infatti, oltre ad essere cari da estrarre e trasportare, sono anche disponibili in quantità limitata in tutto il pianeta, e la gran parte è presumibilmente già stata utilizzata.

 

Centrale idroelettrica

Assieme alle centrali termoelettriche, è la tipologia di centrale elettrica più antica e, cosa curiosa, anche quella più ecosostenibile.
Si basano sullo sfruttamento dell’energia cinetica presente nei grandi corsi d’acqua come fiumi o cascate, oppure sull’energia potenziale di due masse d’acqua poste ad altezze differenti (come ad esempio bacini di acqua ad alta quota).
Nelle centrali ad acqua fluente, la centrale è costruita a ridosso di un fiume o di una cascata, e grandi turbine idrauliche trasformano l’energia potenziale dello scorrere dell’acqua in energia prima meccanica e poi elettrica, grazie agli alternatori.

 

Nelle centrali a caduta, invece, l’acqua di un bacino (naturale oppure artificiale) viene costretta attraverso in sistema di condotte verso una diga, in cui (come il caso precedente) grandi turbine ed alternatori trasformano il potenziale idroelettrico in energia elettrica vera e propria.
Tutte e due le tipologie di centrali sono ad emissioni zero, in quanto non viene bruciato nessun gas o combustibile fossile, e non vengono prodotte scorie di nessun genere.

Il problema principale di questo tipo di centrali è essenzialmente logistico: possono essere posizionate solo dove esiste una costante fonte di energia idroelettrica, quindi o un grande fiume, o una cascata, o un bacino.
L’impatto ambientale è dato essenzialmente dall’inquinamento urbanistico: centrali a caduta richiedono grandi e costosissime opere ingegneristiche, è invece importante operare in modo da preservare l’ambiente e l’ecosistema circostante.
Non essendo basata sul consumo di fonti considerate ‘ad esaurimento’ come gli idrocarburi, l’energia prodotta dalle centrali idroelettriche rientra nelle ‘fonti rinnovabili’ propriamente dette.

Centrale nucleare

Centrali elettriche in cui l’energia elettrica è prodotta a partire dall’energia potenziale rinchiusa negli atomi (instabili) di particolari elementi radioattivi, come ad esempio alcuni isotopi dell’uranio e del plutonio.
L’uranio, un metallo molto pesante discretamente abbondante nel pianeta, è un elemento chimico decisamente particolare: i nuclei dei suoi atomi decadono spontaneamente, trasformandosi lentamente in altri elementi.
Datosi che i nuovi elementi hanno una massa atomica inferiore rispetto al nucleo di partenza, per la famosa equazione di Einstein E=mc2 questa ‘massa mancante’ risulta essersi trasformata in energia.
È quindi possibile recuperare parte di questa energia ed usarla per compiere lavoro.
Il primo reattore nucleare è stato costruito dall’italiano Enrico Fermi negli anni ’40 del 1900, e concettualmente le centrali moderne adottano lo stesso, identico principio.
Delle barre di elemento fissile, ovverosia degli isotopi dell’uranio, vengono posizionate vicine tra di loro ma separate alcune altre barre definite ‘di controllo’.
Le barre poi vengono immerse in un contenitore pieno d’acqua, chiuso a tenuta stagna, e viene dato il via alla fissione nucleare, agevolando artificialmente il decadimento radioattivo dell’uranio tramite un bombardamento di neutroni veloci.

La fissione nucleare produce grande energia termica, che riscalda e porta a pressione l’acqua del reattore, che è a sua volta convogliata in un circuito idraulico primario.
Il circuito primario è poi messo in connessione termica (ma non contaminato nei flussi) con un altro circuito secondario, che assorbe calore dal primario e porta a pressione una seconda caldaia.
Tale caldaia alimenta infine delle gigantesche turbine che, come nelle centrali tradizionali termoelettriche o idroelettriche, producono poi energia elettrica grazie a grandi alternatori.
L’acqua bollente del circuito secondario, non essendo minimamente contaminata da quella radioattiva del primario, può essere rimessa nell’ambiente dopo averla opportunamente raffreddata.
Le centrali nucleari hanno la caratteristica di produrre, a parità di spazio occupato, molta più potenza rispetto a quelle termoelettriche, anche se la resa energetica finale è sostanzialmente eguale (circa il 35%).

 

A dispetto di quello che comunemente si crede, una centrale nucleare non produce nessun tipo di inquinamento diretto: non c’è emissione di CO2 e nell’ambiente non vengono dispersi combusti o residui della fissione nucleare.
Il problema più grande di questo tipo di centrali, oltre ai costi costruttivi molto alti, è che dopo un certo periodo d’utilizzo il materiale fissile del nucleo deve essere sostituito.
Questo genera un problema di trattamento e stoccaggio delle scorie, radioattive, che per molti paesi è un grosso problema, sia economico che sociale (i depositi di scorie sono generalmente mal visti dall’opinione pubblica).

Centrale eolica

Centrali in cui la produzione di corrente elettrica è data dalla conversione dell’energia potenziale presente nel vento, ossia nello spostamento di grandi masse di aria dovuto a pressioni di differente natura.
Il principio di funzionamento delle moderne centrali eoliche non è dissimile da quello dei vecchi mulini a vento: l’energia è convogliata, per mezzo di enormi eliche (formate da una o più pale), ad un alternatore, posto alla base di un palo di conduzione, che regge tutta la struttura.
Per funzionare bene, le pale eoliche devono essere poste ad una giusta altezza – solitamente, elevata – e in punti strategici, in cui le correnti sono costanti.

 

La resa di un impianto eolico è molto alta: nei migliori casi, fino al 60% totale.
I problemi principali allo sviluppo massivo delle centrali eoliche sono gli altissimi costi di realizzo, la difficoltà logistica nel trovare un posto adatto con vento costante, e l’inquinamento urbanistico prodotto dai pali e dalle eliche, che per ben funzionare devono coprire superficie molto ampie.
Anche in questo caso, datosi che questo tipo di centrali non necessita di energia proveniente da combustibili fossili o ad esaurimento, rientrano nel novero delle ‘energie rinnovabili’.

Centrale geotermica

Centrale che sfrutta l’energia dei vapori e dei fluidi provenienti dal sottosuolo terrestre, a loro volta prodotti da particolari reazioni nucleari che, di fatto, rendono il pianeta molto caldo al suo interno.
A svariati chilometri sotto la crosta terrestre, infatti, avvengono costantemente reazioni di fissione nucleare: la grande quantità di uranio, torio e altri elementi radioattivi di varia natura fanno sì che il pianeta sia paragonabile ad un’enorme ‘centrale nucleare’, non dissimile da quelle costruite artificialmente dall’uomo.
Ciò è riscontrabile nel ‘fondo di radioattività naturale’, ossia un costante bombardamento radioattivo a cui gli esseri viventi della Terra si sono abituati nel corso dell’evoluzione.
Il decadimento nucleare produce molta energia termica, che a sua volta riscalda la roccia pura, in cui possono essere presenti falde d’acqua (piovana o termale), che quindi si tramuta in vapore.

Una centrale geotermica sfrutta la pressione di questo vapore per alimentare enormi turbine, collegate agli alternatori per la produzione di corrente elettrica.
Contemporaneamente, è possibile anche utilizzare parte dell’energia del terreno riscaldato per produrre acqua calda sanitaria, utile al riscaldamento diretto degli edifici.
La resa finale delle centrali geotermiche è bassa (circa il 20%), ma è compensata dall’assenza di residui tossici e, soprattutto, dalla rinnovabilità della fonte.
Gli svantaggi maggiori di una centrale geotermica sono direttamente proporzionali alla profondità della sorgente d’acqua: più è in profondità e più i costi di progettazione e costruzione sono alti.
D’altro canto, ad un grande costo iniziale è poi fatto seguito un basso costo operativo.
Anche l’energia geotermica è considerata tra le fonti pulite e ‘rinnovabili’, in quanto non dipendente da idrocarburi o da altri elementi soggetti ad esaurimento.

 

Centrali fotovoltaiche

Centrali in cui l’energia solare, ossia la quotidiana dose di fotoni provenienti dal sole, è parzialmente convertita in energia elettrica, per via dell’effetto fotovoltaico.
Tale effetto, scoperto casualmente da Albert Einstein agli inizi del XX secolo, suppone che una radiazione elettromagnetica sufficientemente carica di energia (quindi, a particolari, alte frequenze) può cedere parte di questa energia agli elettroni di un altro materiale, quelli più esterni che, grazie a questo, tendono a distaccarsi dal loro orbitale.
È quindi possibile convogliare questi elettroni ‘sciolti’ in un flusso costante, producendo quindi energia elettrica.

Una centrale fotovoltaica è costruita essenzialmente da enormi pannelli di un particolare materiale (solitamente, silicio opportunamente trattato), orientati verso il sole.
La produzione di energia elettrica è possibile solo entro certi limiti di luminosità, il che rende il posizionamento dell’impianto una forte discriminante strategica.
L’installazione dei pannelli prevede un investimento iniziale che però viene compensato con costi di manutenzione dell’impianto molto bassi.
Datosi che non vengono prodotti scarti o scorie di nessun genere, è una fonte considerata pulita e ‘rinnovabile’.

 

Le centrali fotovoltaiche hanno una bassa potenza media ed una resa totale dell’impianto ancora più bassa: solitamente attorno al 2%, che la rende inadatta per molti usi industriali ed insufficiente per alimentare i centri urbani, anche di piccola entità.
Per questo motivo una centrale fotovoltaica ha bisogno inoltre di enormi spazi per posizionare un gran numero di pannelli.

Centrali termodinamiche

Centrali in cui l’energia solare è sfruttata in maniera differente rispetto alla tecnologia fotovoltaica, e non si basa quindi sull’effetto fotovoltaico.
Il principio è molto semplice, e non è dissimile da quello intuito già dal siracusano Archimede nel III secolo prima di Cristo con i suoi ‘specchi ustori’.
L’energia solare è convogliata, per mezzo di enormi specchi, in un unico punto centrale, nel quale si trova una grande caldaia (fuoco).
I fotoni provenienti dal sole, carichi di energia, cederanno quindi parte della loro frequenza al metallo del fuoco, riscaldando quindi l’acqua in esso presente e portandola ad ebollizione. Il vapore è poi convogliato in delle condotte e da qui, canonicamente, alle turbine per la produzione di energia elettrica.
Anche in questo caso, datosi che non viene utilizzato alcun combustibile fossile per la produzione di energia, si è in presenza di una fonte giudicata rinnovabile e, per l’assenza di qualsiasi residuo o scoria, anche ‘pulita’.

Il problema maggiore degli impianti termodinamici è che occorrono centinaia e centinaia di specchi ustori, installati in aree molto grandi, per raggiungere potenze accettabili dell’impianto.
Ciò comporta elevatissimi costi d’installazione, che non è facile poi recuperare con l’esercizio a regime dell’impianto.
Ancora, per funzionare al meglio l’impianto deve essere posizionato solo in zone sufficientemente illuminate, e la produzione elettrica è, ovviamente, discontinua: si blocca totalmente la notte, e perciò è necessario provvedere alla progettazione di apposite caldaie isolate da quella principale, per assicurare una certa continuità di servizio anche in caso di cattivo tempo.
Ciò aumenta ulteriormente i costi di costruzione dell’impianto.

 

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Il gruppo ha scelto di spostare la sua produzione di energia verso fonti pulite e rinnovabili.
Il forte orientamento del gruppo verso le risorse più sostenibili prosegue giorno dopo giorno, con l’obiettivo di crescere sempre di più, migliorandoci costantemente.
Abbiamo un Codice Etico che vogliamo sempre rispettare: abbiamo dei valori in cui ci rispecchiamo, in ambito economico, sociale ed ambientale.
L’energia del mondo è limitata, e ci impegniamo costantemente a non sprecarla.

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