L'energia: definizione, forme, fonti e combustibili fossili

L'ENERGIA

COSA È L'ENERGIA

L'ENERGIA È LA CAPACITÀ DI UN CORPO O DI UN SISTEMA DI COMPIERE UN LAVORO. LA SUA UNITÀ DI MISURA È IL JOULE. ESEMPI:

• UNA MASSA D'ACQUA CHE PRECIPITA DA UNA CERTA ALTEZZA POSSIEDE UN' ENERGIA (CINETICA, CIOÈ DI MOVIMENTO) CAPACE DI FAR RUOTARE LA TURBINA IDRAULICA DI UNA CENTRALE ELETTRICA.
• UN PEZZO DI LEGNO O DI CARBONE PUÒ BRUCIARE ALL'ARIA PER L'ENERGIA (CHIMICA) CHE POSSIEDE E RISCALDARE DELL'ACQUA TRASFORMANDOLA IN VAPORE.
• IL VAPORE PRODOTTO, A SUA VOLTA, POSSIEDE UN'ENERGIA CAPACE DI MUOVERE LO STANTUFFO DI UNA MACCHINA O DI FAR RUOTARE UNA TURBINA DI UNA CENTRALE ELETTRICA.

NOI CONSUMIAMO ENERGIA IN OGNI ATTIMO DELLA GIORNATA. LE PIANTE E GLI ANIMALI UTILIZZANO L'ENERGIA CHE LA NATURA METTE LORO A DISPOSIZIONE PER NUTRIRSI, CRESCERE E SOPRAVVIVERE. ESSA È INDISPENSABILE PER LA VITA.

DA DOVE PROVIENE L'ENERGIA

TUTTA L'ENERGIA DISPONIBILE SULLA TERRA, ECCETTO L'ENERGIA NUCLEARE E L'ENERGIA GEOTERMICA, PROVIENE DAL SOLE.

• I VEGETALI FISSANO L'ENERGIA SOLARE CON IL PROCESSO DELLA FOTOSINTESI, CON IL QUALE PRODUCONO MATERIA ORGANICA. È GRAZIE A QUESTO MECCANISMO CHE RITROVIAMO OGGI NEL SOTTOSUOLO I COMBUSTIBILI FOSSILI: IL CARBONE DELLE FORESTE SOTTERRATE, IL PETROLIO E IL GAS NATURALE CHE DERIVANO DALLA DECOMPOSIZIONE DI ORGANISMI VIVENTI. L'ENERGIA IMMAGAZZINATA DAI VEGETALI SI MANIFESTA CON LO SVILUPPO DELLA PIANTA, DI CUI SFRUTTIAMO IL LEGNO, E SI TROVA NEGLI ALIMENTI SOTTO FORMA CHIMICA.
• L'ACQUA DEL MARE SI RISCALDA ED EVAPORA, E IL VAPORE PRODOTTO, PRESTO O TARDI, SI RICONDENSA IN NUVOLE, CADE SOTTO FORMA DI PIOGGIA O NEVE E SI RITROVA NEI FIUMI DAI QUALI TRAIAMO L'ENERGIA IDROELETTRICA.
• POSSIAMO SFRUTTARE DIRETTAMENTE L'ENERGIA SOLARE PER INNALZARE LA TEMPERATURA DELL'ACQUA (PANNELLI SOLARI) O PER LA CONVERSIONE DIRETTA IN ENERGIA ELETTRICA (CELLE FOTOVOLTAICHE).
• POICHÉ IL RISCALDAMENTO SOLARE È MAGGIORE AI TROPICI CHE AI POLI, NE RISULTA UNO SQUILIBRIO TERMICO SULLA SUPERFICIE TERRESTRE, CHE È ORIGINE DEI GRANDI MOVIMENTI DI CIRCOLAZIONE CHE AVVENGONO NELL'ATMOSFERA: È COSÌ CHE IL SOLE CI DÀ L'ENERGIA DEL VENTO.

LE FORME DI ENERGIA

SECONDO IL PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELL'ENERGIA "L'ENERGIA NON SI PUÒ CREARE NÉ DISTRUGGERE, MA PASSA DA UNA FORMA ALL'ALTRA". ESISTONO NUMEROSE FORME DI ENERGIA: VEDIAMONE LE PRINCIPALI.

1ENERGIA RADIANTE È L'ENERGIA CHE PROVIENE DAL SOLE SOTTOFORMA DI ONDE ELETTROMAGNETICHE. È DETTA ENERGIA NOBILE PRIMARIA PERCHÉ DA ESSA DERIVANO QUASI TUTTE LE ALTRE FORME DI ENERGIA ESISTENTI È ALLA BASE DELLA VITA SULLA TERRA.

ENERGIA CHIMICA È L'ENERGIA CHE VIENE SVILUPPATA O ASSORBITA DURANTE UNA REAZIONE CHIMICA ED È LA CONSEGUENZA DELLA FORMAZIONE O DELLA ROTTURA DI LEGAMI TRA GLI ATOMI DELLE MOLECOLE. L'ENERGIA CHIMICA CONTENUTA NEL CIBO CHE MANGIAMO O NEI COMBUSTIBILI, PER ESEMPIO, È ENERGIA POTENZIALE CHE PUÒ ESSERE CONVERTITA IN CALORE MEDIANTE REAZIONI CHIMICHE.

ENERGIA ELETTRICA È L'ENERGIA DOVUTA ALLO SPOSTAMENTO DI ELETTRONI, LE PARTICELLE CARICHE NEGATIVAMENTE CHE SI TROVANO NEGLI ATOMI. L'ENERGIA ELETTRICA CHE UTILIZZIAMO È OTTENUTA DALLA TRASFORMAZIONE DI ALTRE FORME DI ENERGIA (CHIMICA, MECCANICA, SOLARE NUCLEARE ... ): PER QUESTO MOTIVO LA DEFINIAMO UN'ENERGIA SECONDARIA.

ENERGIA NUCLEARE + È L'ENERGIA CHE SI OTTIENE DALLA ROTTURA O DALLA MODIFICAZIONE DEI LEGAMI TRA LE PARTICELLE DEI NUCLEI ATOMICI DI ALCUNI ELEMENTI CHIMICI.

ENERGIA POTENZIALE È L'ENERGIA POSSEDUTA DA UN CORPO IN STATO DI QUIETE IN VIRTÙ DELLA SUA POSIZIONE. È TIPICA DI TUTTI I CORPI CHE SI TROVANO A UNA CERTA ALTEZZA RISPETTO A UN LIVELLO DI RIFERIMENTO, PER ESEMPIO IL SUOLO.

ENERGIA CINETICA È L'ENERGIA POSSEDUTA DA UN CORPO IN MOVIMENTO. (IL VENTO CHE SOFFIA, L'ACQUA CHE PRECIPITA A VALLE, IL VAPORE CHE ESCE DAL SOTTOSUOLO).

ENERGIA MECCANICA È L'ENERGIA CINETICA APPLICATA A UN MECCANISMO (PER ESEMPIO: LE PALE DI UN MULINO CHE RUOTANO AL SOFFIO DEL VENTO, LA ROTAZIONE DI UNA TURBINA IDRAULICA ... )

ENERGIA TERMICA È L'ENERGIA CHE SI MANIFESTA MEDIANTE CALORE CHE PASSA DA UN CORPO ALL'ALTRO, CAUSANDO CAMBIAMENTI DI TEMPERATURA.

LE FONTI DI ENERGIA

FONTI ENERGETICHE ESAURIBILI E FONTI RINNOVABILI

ABBIAMO A DISPOSIZIONE DUE MEZZI PER PROCURARCI L'ENERGIA:

POSSIAMO TRASFORMARE IN ENERGIA TUTTO CIÒ CHE LA NATURA HA GIÀ IMMAGAZZINATO:

• IL CARBONE,
• IL PETROLIO,
• IL METANO,
• L'URANIO.

QUESTE SONO LE FONTI ESAURIBILI DI ENERGIA.

LE FONTI ESAURIBILI SONO:

• LIMITATE NEL TEMPO
• HANNO BISOGNO DI MOLTO TEMPO PER RIGENERARSI

> POSSONO ESSERE SFRUTTATE FACILMENTE

• SONO SPESSO CAUSA DI INQUINAMENTO.

10 & DROP FONTI DI ENERGIA ESAURIBILI PETROLIO METANO URANIO CARBONE

POSSIAMO UTILIZZARE CIÒ CHE LA NATURA FORNISCE LIBERAMENTE:

• IL SOLE
• L'ACQUA
• IL VENTO
• IL MATERIALE ORGANICO.

QUESTE SONO LE FONTI RINNOVABILI DI ENERGIA.

LE FONTI RINNOVABILI:

• SI RINNOVANO IN TEMPI BREVI
• SONO ILLIMITATE NEL TEMPO
• HANNO UN FLUSSO INCOSTANTE PER LA MAGGIOR PARTE, SONO TRASFORMABILI IN ENERGIA ELETTRICA CON BASSI RENDIMENTI E CON COSTI PIÙ ALTI

FONTI DI ENERGIA RINNOVABILI VENTO FORZA IDRAULICA MAREA GEOTERMIA ONDE LEGNA RIFIUTI URBANI FORZA ANIMALE RAGGI SOLARI RIFIUTI ORGANICI ANIMALI FORZA UMANA

ATTUALMENTE LA MAGGIOR PARTE DELL'ENERGIA PROVIENE DALLE FONTI ESAURIBILI, SOPRATTUTTO DAI COMBUSTIBILI FOSSILI (CARBONE, PETROLIO, METANO), CHE COPRONO CIRCA IL 90% DEL FABBISOGNO MONDIALE. IL RESTO DERIVA DALL'ENERGIA IDROELETTRICA, NUCLEARE E GEOTERMICA; ALTRE FONTI RINNOVABILI (SOLE, VENTO, MAREE, ONDE, BIOMASSE, RIFIUTI URBANI, ECC.) PER IL MOMENTO CONTRIBUISCONO SOLTANTO CON PICCOLE PERCENTUALI AL FABBISOGNO ENERGETICO.

I COMBUSTIBILI FOSSILI

3ATTUALMENTE IL 90% DELL'ENERGIA UTILIZZATA SULLA TERRA TRAE ORIGINE DAI COMBUSTIBILI FOSSILI:

• CARBONE,
• PETROLIO
• GAS NATURALE (METANO)

LA LORO IMPORTANZA ENERGETICA È PARI A QUELLA ECONOMICA E POLITICA: SONO STATE FATTE GUERRE PER IL CONTROLLO DEL PETROLIO E ALTRE SONO STATE MINACCIATE E L'AUMENTO O IL RIBASSO DEL PREZZO DI QUESTI COMBUSTIBILI PUÒ CONDIZIONALE LO SVILUPPO DI UN PAESE

I COMBUSTIBILI SONO QUEI MATERIALI CHE, BRUCIANDO IN PRESENZA DI OSSIGENO (COMBURENTE), PRODUCONO CALORE (ENERGIA TERMICA). NEI COMBUSTIBILI È IMMAGAZZINATA UNA CERTA QUANTITÀ DI ENERGIA CHIMICA, PRESENTE NEI LEGAMI ESISTENTI FRA GLI ATOMI ALL'INTERNO DELLE LORO MOLECOLE. QUANDO QUESTI LEGAMI VENGONO SPEZZATI DURANTE LA COMBUSTIONE, UNA PARTE DI QUESTA ENERGIA VIENE RILASCIATA SOTTO FORMA DI CALORE E DI LUCE.

IL VALORE ECONOMICO DI UN COMBUSTIBILE DIPENDE DALLA QUANTITÀ DI CALORE SVILUPPATA DURANTE LA COMBUSTIONE. QUESTA QUANTITÀ PUÒ ESSERE MISURATA SPERIMENTALMENTE E PRENDE IL NOME DI POTERE CALORIFICO.

IL POTERE CALORIFICO DEI PRINCIPALI COMBUSTIBILI

CARBONI PETROLI GAS NATURALE 10.500 9.100 8.500 7.500

VENGONO COMUNEMENTE CHIAMATI COMBUSTIBILI FOSSILI A CAUSA DELLA LORO ORIGINE.

5.000 3.000 3.000 PETROLIO GREGGIO METANO ANTRACITE LITANTRACE LIGNITE TORBA LEGNA

LA CLASSIFICAZIONE DEI COMBUSTIBILI

COMBUSTIBILI SOLIDI LIQUIDI GASSOSI NATURALI ARTIFICIALI NATURALI SINTETICI NATURALI DERIVATI CON PROCEDIMETI VARI

• legna da ardere
• carboni fossili petrolio greggio
• benzine
• metano
• benzine
• oli sintretici
• gasolio
• carburanti alternativi
• gas di petrolio liquefatti (GPL)
• gas di distillazione del petrolio
• cherosene
• coke di carbone
• oli combustibili
• gas di città e di cokeria
• carbone di legna
• idrogeno

LA LEGNA DA ARDERE

LE PIANTE, SI SVILUPPANO MEDIANTE IL PROCESSO DELLA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA, CHE RAPPRESENTA UN ACCUMULO DI ENERGIA SOLARE SOTTO FORMA DI ENERGIA CHIMICA. QUINDI LA LEGNA PUÒ ESSERE CLASSIFICATA TRA LE RISORSE ENERGETICHE RINNOVABILI, SOLO SE CONSIDERATA COME FONTE ENERGETICA NON ESCLUSIVA: POICHÉ IL TEMPO NECESSARIO A UNA PIANTA DI ALTO FUSTO PER SVILUPPARSI COMPLETAMENTE È DI ALCUNE DECINE D'ANNI, SE SI ADOPERASSE SOLO LA LEGNA COME FONTE ENERGETICA, IN POCHI ANNI VERREBBERO DISTRUTTE TUTTE LE FORESTE. LA LEGNA DA ARDERE RAPPRESENTA ANCORA OGGI IL PRINCIPALE COMBUSTIBILE DI USO DOMESTICO, PER CUCINARE E PER RISCALDARE GLI AMBIENTI, PER CIRCA UN TERZO DELLA POPOLAZIONE MONDIALE, SPECIALMENTE IN ASIA, AFRICA E AMERICA LATINA.

PELLET, BRICCHETTI E CIPPATO

LA LEGNA, IL COMBUSTIBILE PIÙ ANTICO DEL MONDO, OGGI È UTILIZZATA IN FORME PIÙ MODERNE.

PELLET RAPPRESENTA UNA VALIDA ALTERNATIVA ALLE TRADIZIONALI FONTI ENERGETICHE PER IL RISCALDAMENTO. LA PRODUZIONE DI PELLET OFFRE LA POSSIBILITÀ DI UTILIZZARE I PRODOTTI DI SCARTO CHE DERIVANO DAL SETTORE AGRICOLO E FORESTALE. IL PELLET È FATTO DI MINUSCOLI CILINDRETTI RICAVATI DA SEGATURA PRESSATA, DEL DIAMETRO DI 6 MM, LUNGHI FINO A 5 CM. LA SEGATURA E I TRUCIOLI DI LEGNAME DI CONIFERA (ABETE, PINO, ECC.) VENGONO PULITI, FRANTUMATI, FORMATI E PRESSATI TRAMITE MACCHINARI SPECIALI. POSSONO ESSERE UTILIZZATI COME COMBUSTIBILE PER STUFE, CAMINI E CALDAIE.

BRICCHETTI HANNO UNA DIMENSIONE MAGGIORE RISPETTO AL PELLET (DIAMETRO DI 8 CM E LUNGHEZZA DI 28 CM): IL MATERIALE DI BASE È FORMATO SEMPRE DA SEGATURA E TRUCIOLI. IL PROCESSO DI PRODUZIONE DIFFERISCE RISPETTO AL PELLET, IN QUANTO PUÒ ESSERE AGGIUNTO DAL 40 AL 50% CIRCA DI LEGNO DURO (FAGGIO, ECC.) RAGGIUNGENDO COSÌ UN POTERE CALORIFICO ANCORA MAGGIORE.

CIPPATO FORMATO DA SCAGLIE DI LEGNO SMINUZZATO IN PICCOLI PEZZI DALLE DIMENSIONI DI POCHI CENTIMETRI. IL CIPPATO (DETTO ANCHE CHIPS DI LEGNO DALL'INGLESE WOOD CHIPS) VIENE OTTENUTO DALLA FRAMMENTAZIONE DI LEGNI VARI ATTRAVERSO PARTICOLARI MACCHINE DETTE CIPPATRICI E VIENE UTILIZZATO PREVALENTEMENTE PER ALIMENTARE GROSSE UTENZE COME IMPIANTI DI COGENERAZIONE E TELERISCALDAMENTO.

I CARBONI FOSSILI

IL CARBONE È UNA ROCCIA DI COLORE BRUNO O NERO ABBASTANZA LEGGERA, DI PESO INFERIORE ALLE ROCCE COMUNI. È FORMATO DA:

• CARBONIO, IN PERCENTUALE ALTISSIMA (70-95%); È LA SOSTANZA ORGANICA, CIOÈ DI ORIGINE VIVENTE, CHE BRUCIA FORNENDO ENERGIA TERMICA E RILASCIANDO ANIDRIDE CARBONICA MATERIALE INORGANICO, COSTITUITO DA SOSTANZE ARGILLOSE E DA SALI DI ZOLFO CHE CON LA COMBUSTIONE DIVENTANO CENERI E SOSTANZE VOLATILI INQUINANTI.

LA FORMAZIONE DEI CARBONI

I CARBONI FOSSILI DERIVANO DA UNA LENTA E GRADUALE DECOMPOSIZIONE CHE, MIGLIAIA DI SECOLI FA, HA SUBITO IL LEGNO DI ANTICHISSIME FORESTE, SOMMERSE DALLE ACQUE E SEPOLTE POI SOTTO LA CROSTA TERRESTRE. QUESTA DECOMPOSIZIONE È AVVENUTA:

• IN MANCANZA DI ARIA
• SOTTO L'AZIONE DI ALTE TEMPERATURE E PRESSIONI
• IN PRESENZA DI SPECIALI BATTERI.

COME SAPPIAMO, I TESSUTI VEGETALI SONO COSTITUITI IN MASSIMA PARTE DI CELLULOSA, SOSTANZA FORMATA DA CARBONIO, IDROGENO E OSSIGENO. DURANTE LA DECOMPOSIZIONE QUESTI TESSUTI HANNO PERDUTO QUASI TUTTO L'OSSIGENO E L'IDROGENO (ALLA FINE RIMANE SOLO CARBONIO CON PICCOLE QUANTITÀ DI ALTRI ELEMENTI) E SI SONO TRASFORMATI IN CARBONE. LE FASI PRINCIPALI DELLA FORMAZIONE DEL CARBONE SONO LE SEGUENTI: I CARBONI FOSSILI PIÙ ANTICHI RISALGONO ALLA FINE DELL'ERA PRIMARIA, A CIRCA 300 MILIONI DI ANNI FA: IN QUEL PERIODO GRANDI SUPERFICI DELLA TERRA ERANO OCCUPATE DA IMMENSE FORESTE ACQUITRINOSE CHE, GRAZIE A UN CLIMA CALDO E UMIDO, SI SVILUPPARONO PER MIGLIAIA DI SECOLI. NELL'ERA SUCCESSIVA, L'ERA SECONDARIA, A CAUSA DI GIGANTESCHI RIVOLGIMENTI DELLA CROSTA TERRESTRE, IL TERRENO SPROFONDÒ LENTAMENTE, GLI ALBERI VENNERO SOMMERSI DALLE ACQUE E COPERTI DAL FANGO PORTATO DAI FIUMI. IL FANGO SI TRASFORMÒ IN ROCCIA COMPRIMENDO COSÌ LA MASSA VEGETALE CHE, NELL'ARCO DI MOLTI MILIONI DI ANNI, SUBÌ LA CARBONIZZAZIONE. COMINCIARONO COSÌ A FORMARSI I CARBONI PIÙ ANTICHI COME LE ANTRACITI E I LITANTRACI. CON IL PASSARE DEL TEMPO CREBBERO SULLO STESSO LUOGO NUOVE FORESTE, CHE SUBIRONO LA MEDESIMA SORTE. SI FORMANO COSÌ DIVERSI STRATI DI CARBONE, SEPARATI TRA LORO DA STRATI DI ROCCIA. UNO STRATO CARBONIFERO PUÒ AVERE LO SPESSORE DI 4 M E UNO SVILUPPO ORIZZONTALE O INCLINATO IN BASE AI MOVIMENTI DELLA CROSTA TERRESTRE. I SUCCESSIVI SOLLEVAMENTI DELLA CROSTA TERRESTRE CHE FORMARONO I CONTINENTI RIPORTARONO ALLA SUPERFICIE I DEPOSITI CARBONIFERI ATTUALMENTE SFRUTTATI. QUESTO CICLO (SVILUPPO DI GRANDI FORESTE, ALLUVIONI E RIVOLGIMENTI, FORMAZIONE DI CARBONI) CONTINUÒ NELLE ERE TERZIARIA E QUATERNARIA, L'ERA ATTUALE.