Energie rinnovabili

Le fonti di energia si definiscono rinnovabili se sono in grado di rigenerarsi e non sono esauribili nella scala dei tempi umani. Dunque il loro utilizzo non ne pregiudica la presenza in futuro.
Sono fonti energetiche rinnovabili la radiazione solare, il vento, l’acqua dei fiumi e del mare, il calore della terra, le biomasse.

Energia solare

Per energia solare si intende l’energia, elettrica o termica, prodotta grazie alla radiazione elettromagnetica proveniente dal Sole.

In media, sull’orbita terrestre all’esterno dell’atmosfera, si ha un irraggiamento di 1367 W/m² (la cosiddetta “costante solare”). L’irraggiamento è invece più basso sulla superficie terrestre a causa dell’azione filtrante dall’atmosfera (variabile a seconda delle condizioni meteorologiche e della latitudine).

L’energia solare può essere utilizzata per generare elettricità o per generare calore. Le tecnologie principali oggi disponibili per trasformare in energia sfruttabile l’energia del sole sono tre:

• Il pannello solare termico sfrutta la radiazione solare per scaldare un fluido termovettore al suo interno; questo a sua volta cede il calore all’acqua contenuta in un serbatoio d’accumulo mediante uno scambiatore di calore.
• Il pannello solare fotovoltaico sfrutta le proprietà di alcuni particolari elementi (detti “semiconduttori”) per produrre energia elettrica quando questi vengono investiti dalla luce solare.
• Il pannello solare a concentrazione sfrutta una serie di specchi parabolici per concentrare la radiazione solare su un tubo ricevitore in cui scorre un fluido termovettore oppure una serie di specchi per concentrare la radiazione all’estremità di una torre su cui è posta una caldaia riempita di sali liquidi. In entrambi i casi, il fluido ricevente si riscalda a temperature molto elevate (400°C ~ 600°C) e può essere sfruttato per produrre vapore surriscaldato, che inviato in una turbina genera energia elettrica.

Energia eolica

L’energia eolica è l’energia (generalmente elettrica) prodotta grazie alla conversione dell’energia cinetica del vento. Tale energia elettrica viene prodotta mediante generatori eolici, che possono essere ad asse verticale o ad asse orizzontale.

L’efficienza massima di un impianto eolico può essere calcolata utilizzando la legge di Betz, che mostra come l’energia massima che un generatore qualunque possa produrre sia pari al 59,3% di quella posseduta dal vento che gli passa attraverso. Tale efficienza è molto difficile da raggiungere, e un aerogeneratore con un’efficienza compresa tra il 40% ed il 50% viene considerato ottimo.

Oggi l’eolico è la prima tra le energie rinnovabili per quanto riguarda il rapporto costo/produzione. Infatti gli impianti eolici consentono grosse economie di scala, che abbattono il costo del kWh elettrico con l’utilizzo di pale lunghe ed efficienti in grado di produrre diversi MW ciascuna.

Gli impianti eolici hanno tuttavia un rilevante impatto acustico e paesaggistico. Una maggiore potenza elettrica significa grossi risparmi sui costi di produzione, ma anche pale più lunghe e visibili da grandi distanze. Per questo motivo, nonostante la maggiore convenienza economica e l’efficienza degli impianti di grossa scala, per lo più si decide per una soluzione di compromesso tra il ritorno economico e l’impatto ambientale.

Energia idroelettrica

L’energia idroelettrica sfrutta la trasformazione dell’energia potenziale gravitazionale posseduta da masse d’acqua in quota in energia cinetica. Tale energia cinetica viene infatti trasformata, grazie ad una turbina accoppiata ad un alternatore, in energia elettrica.

Esistono diversi tipi di impianti idroelettrici: nelle centrali a salto si sfruttano grandi altezze di caduta, disponibili generalmente nelle regioni montane; nelle centrali ad acqua fluente si utilizzano invece grandi portate di acqua fluviale che superano dislivelli anche molto ridotti.

Esistono poi centrali, dette di pompaggio, che presentano un bacino a monte e uno a valle: l’acqua che ha generato energia elettrica durante il giorno passando nelle turbine può essere riportata dal bacino di valle al bacino di monte durante le ore di minor richiesta di energia (ad esempio di notte) mediante pompaggio, utilizzando per questa operazione l’energia elettrica a basso costo prodotta dalle centrali che conviene tenere sempre accese e che non è diversamente accumulabile.

Energia marina

Per energia marina si intende l’energia estraibile sotto varie forme dai mari e dagli oceani.

Esistono diverse tecnologie per l’estrazione di tale energia, tutte ad oggi in fase sperimentale o pre-commerciale: tra queste paiono particolarmente promettenti quelle che riguardano l’energia delle correnti marine, l’energia del moto ondoso e l’energia delle maree (o energia mareomotrice).

Energia geotermica

L’energia geotermica, che oggi rappresenta meno dell’1% della produzione mondiale di energia, viene generata sfruttando il calore endogeno della terra.

Esistono due tipologie di energia geotermica: quella classica, relativa allo sfruttamento di anomalie geologiche o vulcanologiche (geyser, soffioni boraciferi, acque termali) per produrre energia elettrica e termica, e quella più recente, relativa allo sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico dal quale estrarre calore durante la stagione invernale ed al quale cederne durante la stagione estiva.

Energia da biomasse

Le biomasse sono le sostanze, di origine animale o vegetale, che possono produrre energia se usate come combustibili. Alcune sostanze come il legno non richiedono trattamenti prima di subire la combustione, altre devono essere sottoposte a digestione anaerobica o fermentazione.

Dalla fermentazione dei vegetali ricchi di zucchero si può produrre bioetanolo, utilizzabile per alimentare i motori a scoppio, in sostituzione o in soluzione con la benzina.

Dalla transesterificazione con alcol metilico di alcuni oli vegetali (per esempio olio di colza o di girasole) si può invece ottenere biodiesel, utilizzabile nei motori Diesel puro o miscelato con il gasolio tradizionale.

I vegetali coltivati, i rifiuti vegetali e i liquami di origine animale possono inoltre essere sottoposti a digestione o fermentazione anaerobica (cioè in assenza di ossigeno). La biomassa viene chiusa in un digestore, nel quale si sviluppano microrganismi che con la fermentazione dei rifiuti formano il cosiddetto biogas. Dopo un trattamento depurativo, questo può essere usato come carburante o come combustibile per il riscaldamento e per la produzione di energia elettrica.