1 ALMA MATER STUDIORUM Università degli Studi di Bologna Facoltà di Chimica Tesina sull’intervento del prof. Vincenzo Balzani “Il ruolo della scienza in un mondo fragile” corso interdisciplinare ‘Riflessioni su Scienza e Societ{’ CHIAR.MA PROF.SSA MARGHERITA VENTURI ESAMINANDA LAURA PALTRINIERI Anno Accademico 2009-2010
22
Embed
Tesina sull’intervento del prof. Vincenzo Balzani “Il ...campus.unibo.it/38007/4/Tesina-Paltrinieri_per_web.pdf · 3 PREMESSA Il contenuto di questa tesina prende spunto da un
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
ALMA MATER STUDIORUM
Università degli Studi di Bologna
Facoltà di Chimica
Tesina sull’intervento del prof. Vincenzo Balzani “Il ruolo della scienza in un mondo fragile”
corso interdisciplinare
‘Riflessioni su Scienza e Societ{’
CHIAR.MA
PROF.SSA MARGHERITA VENTURI
ESAMINANDA
LAURA PALTRINIERI
Anno Accademico 2009-2010
2
INDICE
Premessa
1. L’energia
1.1 L’energia e la sua storia
2. Combustibili fossili e Energia dell’atomo
2.1 Carbone
2.2 Gas naturale
2.3 Petrolio
2.4 Crisi Energetica ed Energia nucleare
3. L’uomo e l’Ambiente
3.1 Cambiamenti climatici
3.2 Intelligenza Ecologica
4. Nuove Prospettive
4.0 Premessa
4.1 Energie rinnovabili
4.2 Energia dal sole
Fonti
3
PREMESSA
Il contenuto di questa tesina prende spunto da un seminario tenuto dal Professor Vincenzo Balzani
articolato in una serie di incontri dal contenuto interdisciplinare intitolato ‘Riflessioni su Scienze e
Societ{’1
La mia attenzione si è concentrata in particolare sul tema dell’Energia, sviluppando un breve iter che,
partendo dalle tipologie di fonti energetiche, passa attraverso le problematiche etiche ed ecologiche
riguardanti il loro utilizzo fino a toccare nuove prospettive scientifiche e tecnologiche nell’ambito delle
energie rinnovabili.
Ho scelto questo tema in quanto ritengo che, come studentessa di chimica, sia necessario portare la
questione energetica dal un piano puramente scientifico e didattico ad un livello più vicino alla nostra
realtà quotidiana; L’interesse per l’argomento è ancora più giustificato dalla evidente crisi energetica
ed ambientale che la nostra ‘’astronave terra2 ‘’ sta affrontando.
1 V. Balzani,”Il ruolo della scienza in un mondo fragile” dal seminario “Riflessioni su scienze e società”, Universit{ di Bologna Dipartimento di Chimica
2 Cfr. Vincenzo Balzani e Nicola Armaroli ‘Energia per l’Astronave Terra’, Bologna Zanichelli 2008.
4
ENERGIA
1.1 L’energia e la sua storia
Tutto ciò che noi facciamo e tutto ciò che ci circonda appartiene al concetto di Energia.
Per definire in modo più appropriato l’Energia, è necessario partire dalla nozione di lavoro.
Il lavoro viene definito come quella forza necessaria per spostare in una determinata direzione una
massa.
La capacità di compiere un lavoro (ad esempio quello di alzare un oggetto da un tavolo) è l’Energia,
mentre la rapidità in cui viene impiegata questa energia si definisce potenza.
Esistono varie forme di energia utilizzate nella nostra esperienza quotidiana: energia termica, chimica,
elettrica, elettromagnetica, cinetica, gravitazionale e nucleare.
Spesso le varie forme di energia possono convertirsi l’una nell’altra, allora diventa necessario
descrivere l’energia non attraverso sue svariate forme, ma dalle sue fonti.
La fonti possono essere primarie cioè reperibili direttamente in natura (combustibili fossili, energia
solare, uranio..) oppure secondarie, fonti prime ritrasformate in altre forme di energia (ad esempio dal
petrolio ricaviamo la benzina).
Definire l’energia solamente da un punto di vista descrittivo e categorico non è esauriente. Da sempre
l’uomo si interroga sul perché delle cose, guardando al di là di ciò che semplicemente osserva e
cercando in questo modo di costruire un ponte tra il fenomeno sperimentale e le leggi teoriche che lo
governano; è da questa base che nascono i tre Principi Fondamentali della Termodinamica.
Credo sia utile, prima di inoltrarci nella questione energetica, dare una idea dell’affascinante aspetto
scientifico che la riguarda, presentando quindi una breve descrizione di almeno i primi due principi
che governano l’Energia.
5
Il Primo Principio afferma che l’energia dell’universo è costante, cioè che la sua quantità non cambia.
Come descrive il Prof. Balzani nel suo libro3, questo principio è oggettivamente una buona notizia,
tranne per “chi vuole stare a dieta”: l’energia del cibo o la si spende con l’esercizio fisico e mentale, o la
si accumula sotto forma di grasso.
Il Secondo Principio è possibile descriverlo in vari modi, il più affascinante e sorprendente dei quali
(soprattutto per i più disordinati) consiste nel fatto che l’entropia dell’universo sia sempre in aumento.
Questo significa che l’universo, e tutto ciò che lo riguarda, passa spontaneamente da una situazione di
ordine ad una di disordine. La forma di energia più ‘disordinata’ è il calore e per questo ogni azione che
compiamo o che facciamo compiere ad un oggetto comporta, anche se talvolta in piccolissime
percentuali, una dissipazione termica.
Un altro modo per descrivere il Secondo Principio asserisce che in un sistema isolato l’energia termica
si trasferisce sempre da un corpo a temperatura più alta ad uno a temperatura più bassa. Quindi se
vogliamo fare fluire il calore in direzione contraria dobbiamo fornire energia (questo spiega il perchè
un frigorifero per funzionare deve essere collegato ad una corrente elettrica).
Dopo avere fatto un breve descrizione di carattere scientifico dell’Energia, elencandone la
caratteristiche e le leggi che la governano, si passa a trattare un argomento che tocca più da vicino il
nostro rapporto quotidiano con l’energia: l’utilizzo di combustibili fossili.
3 Cfr. Vincenzo Balzani e Nicola Armaroli ‘Energia per l’Astronave Terra’ , Zanichelli 2008, cap.1, p.21-26
6
COMBUSTIBI FOSSILI ED ENERGIA DELL’ATOMO
Per combustibile si intende una sostanza che possiamo bruciare per ottenere energia, mentre il
termine fossile indica la presenza di resti di organismi viventi vissuti milioni di miliardi di anni fa.
I combustibili fossili utilizzati per produrre energia sono: Carbone, Gas Naturale e Petrolio; essi sono la
principale fonte di energia in nostro possesso, sulla quale si basa l’intera economia mondiale.
2.1 Carbone
Il carbone è un minerale organico con una struttura molecolare molto complessa. Esso si è formato da
resti di piante preistoriche, circa 350 milioni di anni fa, in un ambiente paludoso e carente di ossigeno.
Le principali riserve di Carbone sono localizzate nell’Ex-URSS, Cina e Stati Uniti.
Fig.1: Distribuzione di Carbone stimata nell’anno 2008 4
Il carbone trova il suo più vasto utilizzo per la produzione di energia nel settore industriale, mentre nei
paesi meno sviluppati viene utilizzato anche come combustibile per uso domestico.
4 Fig.1: mappa fornita dal sito http://www.bgr.bund.de (ultima consultazione in data 01/06/2010)
L’utilizzo di combustibili fossili (fonti non rinnovabili) e soprattutto l’eccessivo consumo di energia
causano gravi conseguenze non soltanto all’economia e agli assetti politici del nostro paese, ma anche
a livello ambientale in quanto essi sono una pericolosissima fonte di inquinamento.
E’ invitabile che l’emissione continua di gas serra (come è stato precedentemente dimostrato
attraverso semplici reazioni) e di altri sottoprodotti di combustione gravi pesantemente sull’intero
ecosistema del nostro pianeta.
Non bisogna pensare al fenomeno dell’inquinamento come ad un evento marginale e circoscrivibile ai
soli poli industriali del mondo, è invece lecito porre il problema su un piano globale di fronte al quale
non si può essere indifferenti.
3.1 Cambiamenti Climatici
E’ dai tempi della rivoluzione industriale che non abbiamo mai smesso di emettere nell’atmosfera gas
serra (soprattutto CO2, ma anche cloro-fluoro carburi, metano e ossido nitroso) ad un ritmo superiore
alle capacità di smaltimento del pianeta, specialmente durante la rapida crescita economica ad alta
intensità energetica degli ultimi 60 anni (basti pensare all’enorme crescita industriale e tecnologia di
paesi come Cina e India, prima ritenuti paesi di “serie B”).
Per gas serra si intendono quelle sostanze che permettono ai raggi solari di raggiungere la superficie
terrestre ma, assorbendo nell’infrarosso, trattengono il calore riemesso dalla terra: questo fenomeno
genera un innalzamento globale della temperatura terrestre.
La conseguenza diretta del riscaldamento globale sono i cambiamenti climatici , i quali stanno avendo
un impatto diretto sul nostro stile di vita.
15
Alcuni scienziati ritengono che sostenendo un tale questo ritmo di crescita sia probabile che, per la
fine del secolo, l’innalzamento della temperatura terrestre arrivi a toccare 5°C in più rispetto al
periodo pre-industriale14 , e che un simile incremento di temperatura potrebbe sconvolgere il clima e
l’ambiente in modo tanto grave da scatenare massicci spostamenti di popolazione e conflitti su scala
globale. Nonostante le numerose prove a riguardo 15, esiste ancora una stretta cerchia di negazionisti
le quali sostengono che non esista una diretta connessione tra attività umana e cambiamenti del clima,
ma che lo scioglimento dei ghiacciai e l’innalzamento della temperatura siano semplicemente parte di
una fase geologica che il nostro pianeta sta attraversando 16.
3.2 Intelligenza ecologica
Il panorama che ci attende, viste le conseguenze di un uso improprio dell’energia, non è dei più
speranzosi. E’ certo che continuando sulla strada scelta dai nostri predecessori non possiamo che
aspettarci un peggioramento della situazione.
Pertanto credo che mai come adesso sia necessario scegliere di percorrere la via, non immediata, di un
progressivo rinnovamento dell’ utilizzo dell’Energia, più sobrio ed intelligente.
Per fare questo reputo sia fondamentale iniziare a sviluppare una “intelligenza ecologica” , cioè un
intelligenza capace di ≪comprendere e di apprendere dall’esperienza, in modo da interagire
efficacemente con l’intero pianeta17≫.
Un intelligenza di questo tipo, che mostra la capacità di riconoscere la rete nascosta di relazioni
interconnesse tra le attività umane e i sistemi della natura, non può che essere accompagnata da uno
stile di vita più sobrio, caratterizzato da un discernimento meno superficiale sul consumo e l’uso degli
14 Cfr. Nicholas Stern ‘Un piano per salvare il pianeta’, Feltrinelli 2009, cap.1, pag.21
15 Cfr. Copenhagen Climate Change 2009, vertice sui cambiamenti climatici tenutosi tra 45 capi di stato con l’obiettivo di trovare una intesa globale per la riduzione della emissione di gas serra. Informazioni sul sito www.copenhagenclimatecouncil.com 16 Cfr. Nongovernmental International Panel on Climate Change (NIPCC), informazioni sul sito ufficiale www.nipccreport.org
17 Dal libro ‘Intelligenza ecologica’ di Daniel Goleman, Rizzoli 2009 cap.4 pag 54
Questo problema di intermittenza fa sì che le centrali ad energia eolica siano localizzate in determinate
zone come le grandi distese tra gli Stati Uniti e il Canada, la Germania e zone della Cina dove sono
maggiori le correnti d’aria19. Inoltre è necessario considerare che, a causa della discontinua erogazione
di energia, le centrali forniscono solo un 45% di potenza effettiva rispetto a quella nominale.
Tuttavia i limiti di questo tipo di tecnologia sono accompagnati da altrettanti pregi, basti pensare che
un impianto eolico da 10 MW e sufficiente per fabbisogni elettrici di 4000 famiglie europee medie e
l’impianto è di facile costruzione e manutenzione.
Un’altra forma di energia rinnovabile utilizzata soprattutto in Italia consiste nello sfruttamento della
caduta di acqua per generare energia meccanica o elettrica: questo avviene attraverso la costruzione
di dighe dotate di una tecnologia relativamente semplice e, a differenza dell’energia eolica, non
presenta problemi di intermittenza energetica.
Nel mondo di oggi sono in funzione 800 000 dighe mentre il 15% dei consumi elettrici italiani è
coperto da energia idrica20
Nonostante l’energia idroelettrica sia stata la protagonista assoluta (nell’ambito delle energie
rinnovabili) nel secolo scorso, attualmente la costruzione di dighe è andata rallentando.
La causa prima di questo rallentamento è l’enorme impatto ambientale che la costruzione di bacini
idroelettrici comporta, non solo sull’ecosistema, ma anche sulle persone; basti pensare ai numerosi
esodi forzati di intere cittadine per la creazione di spazi necessari o ad alcuni gravissimi incidenti
come quello alla diga del Vajont nel 1963, che provocò la morte di migliaia di persone.
Inoltre studi recenti hanno dimostrato che nelle zone tropicali i bacini idroelettrici possono
trasformarsi in grandi produttori di gas serra a causa della decomposizione di materiale organico nelle
loro acque calde e stagnati.
19 Cfr. Informazioni sui dati ottenute da World Wind Energy Report 2008 of World Wind Energy Association, febbraio 2009, www.wwindea.org/home/images/stories/worldwindenergyreport2008_s.pdf (ultima consultazione 01/06/2010)
Abbiamo visto i limiti e i pregi di alcune delle energie rinnovabili più utilizzate, tuttavia non è ancora
stata elencata la più importante: l’energia del sole.
Si tratta di un fonte di energia che ha molte prospettive di sviluppo e utilizzo in numerosi campi, non
solo per quanto riguarda l’energia termica, ma anche quella elettrica e meccanica.
Tutto il nostro ecosistema si basa sull’irraggiamento di calore da parte del Sole sulla terra: le piante
grazie all’energia del sole sviluppano la fotosintesi naturale, una reazione chimica che permette la
trasformazione di sostanze a basso contenuto energetico (H2O e CO2) in sostanze ad alto contenuto
energetico (O2 e carboidrati), il processo di fotosintesi è anche alla base della formazione dei
combustibili fossili (petrolio, gas metano e carbone).
Tuttavia il suo processo di produzione è estremamente più lento rispetto a quello necessario per
consumarli.
Possiamo dire che l’energia del Sole è la più importante e la più potente a nostra diposizione,
soprattutto perché la si può trovare ovunque.
Numerose sono le forme di applicazione che l’uomo ha inventato:
- pannelli solari: consiste nella conversione di energia solare in calore a bassa temperatura. Un
pannello solare di circa 3m2 è sufficiente per fornire acqua calda ad uso domestico per una famiglia
media, generalmente ha la durata di 30 anni e richiede poche manutenzioni
- pannelli fotovoltaici: permettono la conversione di energia luminosa in energia elettrica, il loro
funzionamento è dovuto un materiale semiconduttore (silicio) che assorbendo luce origina un
movimento di cariche elettriche all’interno di una cella fotovoltaica. Questo tipo di tecnologia sta
sempre più prendendo spazio, i paesi leader in questo campo sono Germania e Giappone, tuttavia
rimane una energia molto costosa e che necessita di ampi spazi per l’installazione.
20
Uno dei maggiori pregi di questa tecnologia è che consente di produrre energia là dove serve,
senza una costosa rete di distribuzione a lunga distanza, ed è quindi particolarmente adatta per i
paesi più poveri i quali non avrebbero delle risorse economiche per fare fronte al problema.
Fig.5: Produzione mondiale di pannelli fotovoltaici (in MWp)21
- Biomasse e biocombustibili: Come descritto precedentemente il processo di fotosintesi produce
idrocarburi, cioè masse vegetali e marine in grandi quantità ogni anno. Le biomasse sono dei
“combustibili solari” che possono essere bruciati per produrre energia in sostituzione ai
combustibili fossili. Un esempio è il biodisel che si produce da oli vegetali, oppure il bioetanolo che
sfrutta piantagioni ricche di carboidrati come il mais o la canna da zucchero.
Nonostante questa sia una energia di facile estrazione e rinnovabile è comunque importante
considerare il fatto che non sia pienamente pulita ed economica; la maggior parte delle
piantagione risiedono in Brasile o in altre zone ben localizzate, quindi l’utilizzo di tali combustibili
comporta necessariamente costi di trasporto; inoltre sono necessari numerosi ettari di terreno per
la coltivazione, il che comporta l’uso di numerose quantit{ di acqua per l’ irrigazione; per finire,
molti trovano discutibile la scelta di costruire impianti di coltivazione per soddisfare bisogni
secondari e non i bisogni di milioni di esseri umani che soffrono la fame.
21 Tabella fornita da “Report of the basic Energy Sciences Worshop on solar Energy Utilization” Washington DC, Aprile 18-21,2005 vedi: http://www.sc.doe.gov/bes/reports/files/SEU_rpt.pdf