Geotermia e Biomasse

Geotermia e Biomasse

CALORE DELLA TERRA

Energia geotermica

Biomasse

L'Alternatore

Rinnovabile = buono?

Fonti di Energia

Indice

Storia della geotermia

Fonti di Energia

• Tutto ciò che fornisce energia
• Presenti nell'ambiente
• Due grandi gruppi: rinnovabili e non rinnovabili

Le fonti di energia

• Disponibili in natura
• Praticamente inesauribili
• Fonti alternative ai combustibili fossili
• Indispensabili per il benessere del nostro ecosistema e per la salute degli esseri umani

LE FONTI RINNOVABILI

Tipi di fonti rinnovabili

• vento
• pale eoliche

• acqua --> energia cinetica
• onde, cascate, fiumi
• centrali idroelettriche

Energia geotermica

Biomasse

Energia eolica

• calore della Terra
• centrali geotermiche

• materie organiche
• combustibili o energia elettrica
• non inesauribile

Energia marina

Energia solare

• calore
• elettricità
• pannelli solari

• maree e moto ondoso
• energia oceanica

Energia idroelettrica

• Sono risorse limitate che non si riproducono naturalmente
• Sono le più utilizzate per produrre corrente elettrica, riscaldare edifici e far funzionare macchinari e mezzi di trasporto.

LE FONTI NON RINNOVABILI

• produzione che supera ogni anno i 4 milioni di tonnellate
• bassi costi energetici
• possibile conversione in liquidi e gassosi

Carbone

• produzione annua che oltrepassa di buona misura i 2300 miliardi di metri cubi
• elevati costi di trasporto

Gas naturali

Petrolio

• Produzione di circa 3,5 miliardi di tonnettate annue
• Principale fonte d'energia

Tipi di fonti non rinnovabili

• uranio
• plutonio

Fonti nucleari

Carbone

Il carbone presenta elevati tassi d’inquinamento riconducibili alle emissioni di anidride carbonica e di ossidi di zolfo derivanti dalla sua combustione.

Gas naturali

Il gas naturale può essere distribuito a pressione attraverso gasdotti oppure trasferito liquido a basse temperature attraverso navi metaniere.

Petrolio

L’oro nero non è inesauribile tant’è vero che si prevede l’esaurimento dei giacimenti intorno al 2050.

Fissione nucleare

La fissione è la modalità di produzione energetica attualmente utilizzata: partendo dagli atomi di uranio e plutonio, un nucleo pesante viene scisso in due nuclei più leggeri e la differenza di massa viene liberata come energia.

• Gli impianti esigono estese aree di installazione

Contro

Pro

• Inesauribili, pulite e sicure
• Limitano le emissioni di CO2
• Prezzo vantaggioso
• Soddisfano la domanda di energia
• Garanzia di maggiore sicurezza nell'approvvigionamento

IMPATTO AMBIENTALE DELLE FONTI RINNOVABILI

L'Alternatore

L'alternatore è una macchina elettrica rotante che sfrutta i campi elettromagnetici come mezzo per trasformare l'energia meccanica in elettrica.

L'ALTERNATORE

• Statore
• Rotore

Sfruttamento della legge di Faraday:

2° step

I conduttori attivi vengono tagliati dalle linee di forza del campo magnetico generando una f.e.m alternata indotta e prelevata quindi in corrente alternata.

3° step

1° step

Il campo induttore e quello indotto ruotano sempre in sincornismo fra loro.

Come funziona

L’elettricità viene trasportata tramite le reti di trasmissione che attraversano tutta l’Italia per oltre 44mila chilometri e con le reti di distribuzione, che arrivano in modo capillare in ogni angolo del paese con oltre 500mila chilometri di linee

Ma come arriva l'energia a casa?

• È una macchina elettrica che funziona solo in corrente alternata e viene usato per trasferire potenza elettrica da un livello di tensione ad un altro.

• Il trasformatore è costituito da un nucleo magnetico e da almeno due avvolgimenti.
• Gli avvolgimenti sono classificati in base al numero di spire, quello ad alta tensione (AT) con più alto numero di spire (a sezione minore) e quello di bassa tensione (BT) con un minor numero di spire (a sezione maggiore).

Il trasformatore

Le centrali producono energia con tensioni comprese tra migliaia e decine di migliaia di Volt, mentre il trasporto dell’elettricità avviene dapprima ad alta tensione, poi a media tensione e infine a bassa tensione.

viene effettuato su tre distinte reti

Il vero viaggio

Dispacciamento

È necessario produrre, istante per istante, la quantità di energia richiesta dall’insieme dei consumatori e consegnarla sulla rete di trasmissione nazionale in modo che l’offerta e la domanda di elettricità siano sempre in equilibrio, garantendo cosi la continuità e la sicurezza della fornitura del servizio.

Energia geotermica

• Calore della Terra
• 3 °C ogni 100 metri
• Fonte stabile e costante
• Riduzione di emissioni inquinanti e CO2

Cos'è l'energia geotermica?

Dove si trova?

• Teoria della "tettonica a zolle"

L'ENERGIA GEOTERMICA

Etimologia

Il termine geotermico ha il suo etimo dal greco “gê” e “thermòs”, che significa letteralmente

“calore della Terra”.

Processi di decadimento nucleare di elementi radioattivi

Centrale geotermica

L'asse della turbina collegato al rotore dell'alternatore, ruotando, trasforma l'energia meccanica in energia elettrica alternata

Centrale geotermica

Dry Steam

Flash

Ciclo binario

• Difficile individuare i giacimenti
• Impatto paesaggistico
• Odore sgradevole

Svantaggi

Vantaggi

• Fonte verde e rinnovabile
• Produzione continua
• Produce maggiore quantità di elettricità
• Impianti silenziosi
• Assenza di processi di combustione
• Si può istallare anche a livello domestico
• Consumi bassi e costi di manutenzione minimi

Per l’odore sono stati creati efficaci sistemi di abbattimento, per l’impatto estetico sono sempre più diffusi dei progetti di bio-architettura.

• Temperatura di fuoriuscita del magma: tra i 650 e i 1200 °C
• 9% dei vulcani = sottomarino
• 1500 vulcani in attività sulle terre emerse

Fumarole

• Violente emissioni di vapore acqueo dal sottosuolo
• Temperature tra i 150 e i 230 °C

Soffioni boraciferi

Vulcani

• Fenomeni di vulcanismo secondario
• Temperature dei gas tra i 100 e i 900 °C
• Il contatto con l'aria genera i caratteristici fumi
• Presenti in prossimità di crateri o fianchi dei vulcani.

Manifestazioni naturali di geotermia

Geyser

• Sorgenti di acqua bollente
• Islanda e Parco Nazionale di Yellowstone (Wyoming)
• Potenti getti di acqua e vapore

Cerro Pabellón

I territori nelle prossimità dei vulcani hanno un grande potenziale geotermico che può essere sfruttato per produrre energia rinnovabile, come nel caso della centrale di Cerro Pabellón in Cile.

Geyser

Il termine deriva dal verbo islandese gjósa, che significa eruttare, o emettere a fiotti. E Geysir è il nome del più noto geyser islandese, che nei periodi di principale attività era in grado di emettere getti alti fino a 60 metri.

Zolfo

La loro complessa composizione chimica comporta una fortissima acidità (pH quasi pari a zero) e la profonda alterazione del suolo circostante, sul quale non di rado spiccano le colorazioni giallastre dello zolfo.

Soffioni boraciferi

I soffioni boraciferi sono la caratteristica portante del territorio di Larderello.

40%

Potenziale capace di soddisfare oltre il

• Settimo posto nella classifica dei dieci maggiori Paesi geotermici con una capacità pari a 944 MW

L'energia geotermica in Italia

del consumo interno lordo di energia elettrica

• Larderello-Travale-Radicondoli
• Monte Amiata

Monte Amiata e Larderello

USA

3.676 MW

Filippine

Oltre il 27% dell'energia elettrica nazionale

L'energia geotermica nel mondo

USA

Indonesia

Filippine

Turchia

Nuova Zelanda

Messico

Europa

• Germania
• Austria
• Francia
• Portogallo

Africa

Storia della geotermia

• Balneologia termale
• Forme raffinate in epoca etrusca
• Raggiunse l'apice di diffusione nel 3° secolo d.C.

Religioso

• Accumulo di osservazioni ed esperienze

• A partire dal 5° secolo in Grecia = formulazione delle prime teorie sulla natura e sulla genesi delle manifestazioni geotermiche

Razionale

Funzionale

• Bisogno spirituale di credere in forze soprannaturali dimoranti nel sottosuolo
• Tali credenze assunsero in età romana forme di venerazione specifica verso divinità protettrici delle acque termali

Rapporto dell'uomo con l'energia geotermica

Lo sfruttamento intensivo delle manifestazioni però, effettuato per oltre due secoli, da una parte consentì all'industria tessile fiorentina di raggiungere una posizione di primo piano in Europa, ma d'altra parte contribuì ad un forte depauperamento delle mineralizzazioni affioranti, per cui dalla seconda metà del 1700 il loro uso subì un accentuato declino che durò per quasi un secolo.

Successivamente, a partire dal 1820 circa, lo sfruttamento dei prodotti idrotermali della Regione Boracifera andò incontro ad un nuovo forte sviluppo, dovuto soprattutto all'impulso dato a questa attività da Francesco Larderel e dai suoi discendenti, fino alla prima metà del 20° secolo.

A partire poi dal 1400 circa la pratica della balneoterapia in alcune delle principali stazioni termali d'Italia e l'uso in certi luoghi di minerali idrotermali ed altri sottoprodotti del calore terrestre cominciarono ad avere una nuova fioritura che, pur non arrivando mai al livello raggiunto al tempo di Roma, acquisirono però localmente una significativa importanza sul piano commerciale e sociale.

La nuova fioritura si verificò in Toscana dove, a seguito della Guerra delle Allumiere tra i Comuni di Firenze e Volterra (1472), la zona oggi nota come Regione Boracifera e con essa i depositi idrotermali, passarono sotto il dominio dei Medici.

Scoperta dell'acido borico

1777-79

Costituzione della prima società di produzione di acido borico

1812

Creazione della società di produzione di acido borico, da parte di quattro soci francesi

1818

Innovazione tecnologica: il così detto lagone coperto.

1827

Innovazione tecnologica: i lagoni a cascata

1828-29

Sviluppo dell'industria chimica nella zona di Larderello

Scoperta dell'acido borico da parte di Uberto Francesco Hoefer prima e poi (con una tecnica diversa) da Paolo Mascagni.

Si trattò di una scoperta fondamentale per lo sviluppo dell'industria chimica di Larderello, è facile immaginare quanto l'acido borico ottenuto dai prodotti idrotermali della Regione Boracifera potesse incidere sull'abbattimento dei costi di mercato.

Costituzione della prima società di produzione di acido borico dai lagoni di Larderello.
Il calore di processo delle salamoie boriche estratte dai lagoni era ottenuto bruciando legna di bosco.

Creazione della società di produzione di acido borico (la Chemin-Prat-La Motte-Larde-rel) da parte di quattro soci francesi esuli a Livorno, alla cui direzione tecnica fu nominato il socio Francesco Larderel.
Egli introdusse una prima importante innovazione tecnologica basata sullo sfruttamento delle acque boriche dei lagoni naturali e di quelle raccolte in lagoni artificiali.

La società fu quindi sciolta nel 1827, ma Francesco Larderel cominciò ad operare da solo.

Si trattava di una struttura in mattoni a forma emisferica, costruita al di sopra di molti dei lagoni in sfruttamento.
Il vapore, formatosi nella parte medio-alta della cupola ad una temperatura di circa 100°C, serviva invece per l'evaporazione e l'essiccamento delle salamoie boriche, sostituendo così la legna da ardere.

I lagoni ubicati lungo la stessa fascia di pendio venivano collegati tra loro con canalette di scorrimento per gravità delle acque boriche, che subivano così un primo processo di evaporazione e concentrazione salina.

Per aumentare la produzione di acque boriche, furono perforati pozzi nelle immediate vicinanze dei lagoni naturali.

Innovazione tecnologica: la caldaia adriana.

1840-45

Rapido aumento della produzione di acido borico

1829-50

Notevole incremento della produzione di miscele boriche

1842-1900

Diversificazione della produzione chimica

1900-44

Progressivo ed accentuato decremento dei tenori di acido borico nei fluidi dei pozzi

1925-1960

Sviluppo dell'industria chimica nella zona di Larderello

Serie di canalette contigue in mattoni, rivestite internamente da lastre di piombo, nelle quali le salamoie boriche venivano fatte circolare in controcorrente rispetto al vapore immesso sotto il pavimento delle canalette stesse.

.

I pozzi vengono perforati a profondità via via crescenti, dai 25-30 m del 1842 ai 250-300 m del 1900.

Oltre all'acido borico, vennero prodotti in quel periodo nuovi composti chimici, tutti di largo uso nell'industria farmaceutica.

La loro produzione e quella degli altri composti chimici divenne via via meno remunerativa.

Nominato nel 1903 Direttore Generale della Società Larderello avviò un programma di innovazione tecnologica volto ad ammodernare i processi produttivi dell'industria chimica.

Dr. Pietro Ginori Conti

Inizio di ricerche e prove di laboratorio

1903

Organizzazione e messa in funzione del primo laboratorio geochimico mobile

1904

Installazione di un motore geotermico prototipo a pistoni

1905

Installazione di un nuovo motore geotermico

1908

Entrata in esercizio della prima centrale geotermica del mondo, detta Larderello 1.

1913

NASCITA E SVILUPPO INIZIALE DELL'INDUSTRIA GEOTERMOELETTRICA

Inizio di ricerche e prove di laboratorio per studiare la fattibilità di produrre al tempo stesso acido borico ed energia elettrica.

Primo laboratorio geochimico mobile per campionare e fare le prime analisi chimiche speditive di fluidi, gas ed incrostazioni minerali.

4 luglio 1904:

Primo esperimento di produzione elettrica con fluidi geotermici, azionato così un motore a pistoni accoppiato ad una dinamo da 10 kW

Il motore a pistoni è azionato da vapore puro e collegato ad una dinamo, venne usato per illuminare il palazzo del Principe

Vennero con esso elettrificati alcuni impianti di produzione chimica di Larderello e delle zone vicine.

La centrale era costituita da un gruppo turboalternatore da 250 kW.

Questo gruppo fu poi smantellato nel 1916 per essere sostituito nello stesso anno con due gruppi molto più grandi.

Costruzione della prima linea elettrica al mondo alimentata da energia geotermica

1914-16

Installazione a Serrazzano di un gruppo geotermoelettrico sperimentale da 23 kW

1923

Installazione di vari gruppi a Castelnuovo Val di Cecina e Larderello 1

1926-30

Entra in esercizio della prima grande centrale geotermoelettrica (Larderello 2)

1935-39

Entrata in esercizio di 4 gruppi da 10MW ciascuno a Castelnuovo Val di Cecina .

1940-43

NASCITA E SVILUPPO INIZIALE DELL'INDUSTRIA GEOTERMOELETTRICA

Si trattava di una linea lunga circa 25 km che collegava Pomarance, Saline di Volterra e Volterra alla suddetta centrale Larderello 1.

Inoltre, ci fu l'installazione in questa centrale di due gruppi turboalternatori, ciascuno da 3,5 MW.

Servì per verificare il comportamento di gruppi alimentati direttamente da vapore naturale.

Rimase in funzione senza problemi per circa due anni; dopo di che venne smontato

Installazione a Castelnuovo Val di Cecina di due gruppi, rispettivamente da 600 e 800kW.
Installazione nella centrale Larderello 1 di un gruppo da 3,5 MW.

La potenza geotermoelettrica totale installata nella Regione Boracifera era di 11,9 MW.

Costituita da ben sei gruppi da 10 MW ciascuno, nonostante la diminuzione dei tenori di acido borico nei fluidi dei pozzi, la produzione era ancora remunerativa

Entrata in esercizio di 4 gruppi da 10MW ciascuno a Castelnuovo Val di Cecina, simili a quelli di Larderello 2, nonché di due gruppi a Serrazzano e di un gruppo da 3,5 MW a Sasso Pisano.

Pertanto, la potenza geo-termoelettrica totale installata nella zona di Larderello alla fine del 1943 risultava di 123,9 MW.

Biomasse

L’introduzione a questo termine venne alla luce grazie allo zoologo tedesco Reinhard Demoll, il quale le identificò come “la quantità di sostanza costituita da organismi viventi per unità di superficie o di volume”

Origine

Le biomasse sono classificate tra le risorse energetiche rinnovabili e alternative con un impatto ambientale più basso rispetto alle fonti di energia fossile

La combustione delle biomasse rilascia una quantità di CO2 in atmosfera pari a quella assorbita dalle piante nel corso della loro vita e pertanto minore rispetto il rilascio delle risorse di origine fossile.

Ad oggi difatti con biomasse si intendono i materiali di origine organica utilizzate per produrre energie elettrica e termica

Cosa sono ad oggi

Processi di trasformazione delle biomasse:

• L’utilizzo per scopi energetici valorizza gli appezzamenti boschivi e forestali.
• Derivano dai prodotti della terra. Pertanto sono risorse rinnovabili.
• Possono diventare dopo un’opportuna raccolta differenziata e lavorazione una risorsa economica, andando anche a ridurre il volume dei rifiuti da gestire.
• La produzione di elettricità e calore tramite le biomasse riduce la domanda delle materie prime energetiche tradizionali (carbone, olio, gas).

Vantaggi

Svantaggi

• Oltre all’emissioni di CO2 la combustione delle biomasse rilascia anche altre sostanze inquinanti nell’atmosfera.
• Nel bilancio ambientale delle biomasse occorre considerare anche il trasporto dal punto di origine (foresta, ecc) a quello di consumo (centrale termica, ecc).
• A volte devono subire trattamenti preliminari per ridurre l’umidità residua.

15%

Fabbisongo energetico totale nel mondo

40-90%

Fonti energetiche utilizzate dai paesi in via di svilippo

3%

Utilizzo nei paesi industrializzati

Come vengono sfruttate in Italia e nel mondo:

La Finlandia

La Finlandia ad esempio è il leader mondiale nell’utilizzo di bioenergia, e al terzo posto in Europa nell’impiego delle fonti rinnovabili.

In Italia

L’impiego delle biomasse in Italia è finalizzato sia alla produzione di energia elettrica che di energia termica:

Italia

Finlandia

Rinnovabile = buono?

Le centrali geotermiche di Bagnore ad alta entalpia e tecnologia flash disperdono nell'aria:

In realtà la geotermia non è sempre energia pulita e rinnovabile

• il 43% dell'ammoniaca prodotta in tutta la regione Toscana
• quantità di CO2 superiori a quelle prodotte da una centrale a carbone
• mercurio, arsenico e anidride solforosa

Mortalità

Tali emissioni si riversano principalmente sul comune di Arcidosso, dove viene registrata una mortalità maschile per tumori superiore del 30% alla media regionale.

• Inquinamento di eventuali falde acquifere intercettate nel percorso
• Rischio sismico

• Impatto paesaggistico con conseguente danno economico e d’immagine
• Subsidenza

I rischi che ne conseguono sono:

Val D'Orcia

La Val d’Orcia è un paesaggio immutato da 600 anni, dichiarato Patrimonio dell'UNESCO.

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Lorenzo Mancioppi