Quello dell’energia è un mondo magico: scopri come si produce!

Per capire bene il concetto dietro alla base della produzione di energia, va prima specificato cos’è l’energia. - 1
Per capire bene il concetto dietro alla base della produzione di energia, va prima specificato cos’è l’energia. - 2

SCOPRIAMO COME SI PRODUCE L’ENERGIA

Lo sai 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.

Scopriamo insieme come l’essere umano è riuscito, nel corso dei secoli, a far suo questo concetto, costruendo macchine capaci di convogliare l’energia presente nel pianeta (e non solo) in altre macchine, in grado di generare lavoro e migliorare così l’esistenza.

CONOSCIAMOLA MEGLIO

Per capire bene il concetto che sta alla base della produzione di energia, va prima chiarito che cosa sia l’energia.

Essenzialmente, “energia” è tutto ciò di cui è composto l’universo. Allo stato attuale delle nostre conoscenze, non sappiamo esattamente definire con precisione cosa sia l’energia, ma sappiamo bene quali sono le sue manifestazioni in tutto ciò che ci circonda e presso gli organismi biologici ai quali noi stessi apparteniamo. 

Per capire bene il concetto dietro alla base della produzione di energia, va prima specificato cos’è l’energia. - 3

L’energia si distingue in sostanza in due stati principali: energia capace di compiere lavoro ed energia che ha esaurito questa possibilità. L’energia capace di compiere lavoro è organizzata in maniera, diciamo, “ordinata”, mentre l’energia che ha smesso di compiere 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, anche se sembra paradossale, l’equilibrio energetico.

L’energia non può essere “costruita”, così come non può essere “distrutta”: semplicemente, si converte. 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.

Per capire bene il concetto dietro alla base della produzione di energia, va prima specificato cos’è l’energia. - 4

Tanti tipi di centrali, tanti tipi di conversioni energetiche

’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 invariati per secoli, almeno fino alla fine del XVIII secolo e all’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.

come-si-produce-energia-agn-energia-2

Centrale termoelettrica

Si tratta della tipologia di centrale elettrica più comune e antica, presente pressoché in ogni paese del mondo.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: dato che vi sono molte conversioni di energia, dal combustibile all’alternatore, vi sono altrettante dispersioni energetiche, che riducono il rendimento massimo a circa il 35%.

In questo senso, risultano più performanti le cosiddette centrali “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 che arriva addirittura fino al 60%.

Il problema maggiore delle centrali termoelettriche è, oltre al livello di inquinamento prodotto dalla combustione del petrolio, 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 sua gran parte, presumibilmente, è già stata utilizzata.

Per capire bene il concetto dietro alla base della produzione di energia, va prima specificato cos’è l’energia. - 6

Centrale idroelettrica

Assieme alle centrali termoelettriche, è la tipologia di centrale elettrica più antica e anche quella più ecosostenibile.

La centrale idroelettrica si basa 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 il sistema di condotte verso una diga, in cui, ancora una volta, grandi turbine ed alternatori trasformano il potenziale idroelettrico in energia elettrica vera e propria.

Tutte e due le tipologie di centrali sono a zero emissioni, 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. L’impatto ambientale è dato essenzialmente dall’inquinamento urbanistico: centrali a caduta richiedono grandi e costose opere ingegneristiche. 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.

Per capire bene il concetto dietro alla base della produzione di energia, va prima specificato cos’è l’energia. - 7

CENTRALE NUCLEARE #1

Si tratta di centrali elettriche in cui l’energia 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.

Dato 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 e utilizzarla 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 da alcune altre barre, dette “di controllo”.

Le barre vengono poi immerse in un contenitore pieno d’acqua, chiuso a tenuta stagna. A questo punto, si avvia la fissione nucleare, agevolando artificialmente il decadimento radioattivo dell’uranio tramite un bombardamento di neutroni veloci.

Per capire bene il concetto dietro alla base della produzione di energia, va prima specificato cos’è l’energia. - 8

CENTRALE NUCLEARE  #2

La fissione nucleare produce grande energia termica che riscalda e porta a pressione l’acqua del reattore che, a sua volta, viene 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 di utilizzo il materiale fissile del nucleo deve essere sostituito.

Questo genera un problema di trattamento e stoccaggio delle scorie radioattive che, per molti paesi, risulta un grosso problema, sia economico che sociale, di fronte all’opinione pubblica. 

Per capire bene il concetto dietro alla base della produzione di energia, va prima specificato cos’è l’energia. - 9

CENTRALE EOLICA 

In questo tipo di centrali 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), a 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%.Gli ostacoli principali allo sviluppo massivo delle centrali eoliche sono gli altissimi costi di realizzazione, 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 superfici molto ampie.

Anche l’eolico, non necessitando di energia proveniente da combustibili fossili o ad esaurimento, rientra nel novero delle energie rinnovabili.

Per capire bene il concetto dietro alla base della produzione di energia, va prima specificato cos’è l’energia. - 10

CENTRALE GEOTERMICA

Questa centrale 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 a 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, a un grande costo iniziale segue poi 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 a esaurimento.

Per capire bene il concetto dietro alla base della produzione di energia, va prima specificato cos’è l’energia. - 11

CENTRALI FOTOVOLTAICHE 

Nella centrale fotovoltaica 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, presuppone che una radiazione elettromagnetica sufficientemente carica di energia (quindi, a particolari, alte frequenze) possa cedere parte di questa energia agli elettroni di un altro materiale, quelli più esterni, che tendono così a distaccarsi dal loro orbitale. È quindi possibile convogliare questi elettroni “sciolti” in un flusso costante, producendo energia elettrica.

Una centrale fotovoltaica è costituita essenzialmente da enormi pannelli di un particolare materiale (tipo 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.

Le centrali fotovoltaiche hanno una bassa potenza media e 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 di enormi spazi per posizionare un gran numero di pannelli.

L’installazione dei pannelli prevede un investimento iniziale che però viene compensato con costi di manutenzione dell’impianto molto bassi. Dato che non vengono prodotti scarti o scorie di nessun genere, è una fonte considerata pulita e “rinnovabile”.

Per capire bene il concetto dietro alla base della produzione di energia, va prima specificato cos’è l’energia. - 12

Centrali termodinamiche

Si tratta di impianti in cui l’energia solare è sfruttata in maniera differente rispetto alla tecnologia fotovoltaica. Il principio è diverso, molto semplice e non è dissimile da quello intuito già da 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, ossia 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 a ebollizione. Il vapore è poi convogliato in alcune condotte e da qui alle turbine per la produzione di energia elettrica.

Il problema maggiore degli impianti termodinamici è che occorrono centinaia e centinaia di specchi ustori, installati in aree molto grandi, per permettere all’impianto di raggiungere potenze accettabili.

Ciò comporta elevatissimi costi di installazione, che non è facile poi recuperare con l’esercizio a regime della centrale. Per funzionare al meglio, essa deve inoltre essere posizionata solo in zone sufficientemente illuminate. La produzione elettrica che ne consegue 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.

Anche in questo caso, dato 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”.

Scegli AGN ENERGIA e seguici nel futuro!

Negli anni, abbiamo deciso di rafforzare la nostra produzione di energia verso fonti sempre più pulite e rinnovabili. Il forte orientamento del nostro Gruppo verso le risorse sostenibili prosegue, giorno dopo giorno, con l’obiettivo di diventare una compagnia energetica sempre più allineata alle esigenze del Pianeta. Anche il nostro Codice Etico conferma i valori in cui ci rispecchiamo, in ambito economico, sociale e ambientale. L’energia del mondo è limitata, impegniamoci a non sprecarla e a valorizzarla.