Guida alle fonti di energia e il ruolo chiave delle rinnovabili

Le energie rinnovabili sono risorse che si rinnovano nel tempo, rappresentando una fonte di energia inesauribile e pulita. La consapevolezza crescente della necessità di ridurre l’impatto ambientale sta sostenendo la rapida diffusione a livello mondiale di impianti di energia solare, energia eolica e altre fonti alternative.

Lo sfruttamento delle energie che si rinnovano naturalmente, come l’energia solare e l’energia eolica, non comporta alcun rischio di esaurimento del flusso per le generazioni future. Per le altre risorse, come le biomasse, è invece necessario un uso razionalizzato, per evitare la distruzione nel tempo del flusso di energia.

Ti mostriamo un esempio pratico: lo sfruttamento delle foreste. L’uomo deve fare in modo che il tasso di rigenerazione della fonte di energia (ovvero la crescita dei nuovi alberi piantati) sia uguale o superiore a quello di utilizzo (alberi abbattuti). Quando il processo è virtuoso si parla di risorsa rinnovabile e sostenibile.

Ora proviamo ad approfondire alcuni temi fondamentali che riguardano le risorse energetiche disponibili e, in particolare, le energie alternative.

Cosa si intende con energia rinnovabile e quali differenze ci sono con le fonti non rinnovabili?

Con la definizione di “energia rinnovabile” si intende l’energia prodotta da risorse rinnovabili, ovvero risorse naturali che si rinnovano nel tempo:

• La maggior parte di queste energie si rinnova naturalmente, è questo il caso ad esempio dell’energia solare, dell’energia eolica e dell’energia idroelettrica. Tali energie non sono soggette ad esaurimento e possono essere considerate pressoché inesauribili (o, almeno, lo sono entro la scala del tempo umano).
• Per altre risorse rinnovabili dette “coltivabili”, invece, il mantenimento della caratteristica di rinnovabilità dipende appunto dalla coltivazione e dallo sfruttamento da parte dell’uomo. È questo il caso delle biomasse. A tal proposito si parla di “sostenibilità”.

Le fonti di energia rinnovabile si contrappongono alle cosiddette non rinnovabili, ovvero risorse finite o che richiedono molto tempo per essere riformate naturalmente. È il caso dei combustibili fossili come il petrolio, il carbone e il gas naturale, che si sono formati nel corso di milioni di anni dalla decomposizione di materia organica.

Le principali differenze tra energie rinnovabili e non rinnovabili sono:

1. Disponibilità: Le fonti di energia rinnovabile sono praticamente inesauribili poiché alimentate da processi naturali costanti della Terra. Al contrario, le fonti di energia non rinnovabile sono limitate e saranno esaurite nel corso del tempo.
2. Impatto ambientale: Le rinnovabili producono basse o nulle emissioni di gas serra e inquinanti atmosferici, mentre le non rinnovabili inquinando l’aria, l’acqua e il suolo con le emissioni di gas serra.
3. Costi competitivi: Le nuove tecnologie applicabili alle energie rinnovabili sono diventate sempre più competitive e convenienti, mentre le non rinnovabili spesso comportano costi elevati sia per l’estrazione che per la raffinazione.
4. Indipendenza energetica: L’utilizzo delle fonti di energia rinnovabile può ridurre la dipendenza dalle importazioni di combustibili fossili, favorendo l’indipendenza energetica di un paese.

Fonti energetiche rinnovabili

Abbiamo già parlato a grandi linee di quali sono le diverse fonti di energia rinnovabile, ma potrebbe essere utile osservarle singolarmente, per conoscerne meglio le potenzialità e gli eventuali limiti, oltre a capire quale impatto possono avere sul quotidiano delle persone.

Energia solare

L’energia solare, originata dalla radiazione solare, può essere considerata la fonte primaria di energia sulla Terra. Naturalmente rinnovabile, inesauribile e green. Sono 3 le principali tecnologie legate all’energia solare:

• fotovoltaico, che sfrutta le radiazioni solari per convertire direttamente la luce del sole in energia elettrica.
• solare termico, che cattura il calore del sole attraverso pannelli o collettori solari per riscaldare l’acqua.
• termodinamica, che utilizza specchi o lenti per concentrare la luce solare su un punto focalizzato e fornire calore ad alte temperature.

Ma la cosa più interessante è che la quantità di energia solare che arriva sul suolo terrestre sarebbe in grado da sola di soddisfare il fabbisogno energetico dell’intera umanità. Sembrerebbe la soluzione per tutti i problemi energetici… Ma, ad oggi, risente di alcuni grossi limiti per quanto riguarda la produzione su larga scala (come difficoltà di raccolta e trasformazione, oltre alla variabilità ed intermittenza di produzione). Tuttavia rappresenta un’ottima forma di energia alternativa per usi più contenuti, come quello aziendale o domestico. L’installazione di un impianto fotovoltaico, il cui acquisto è agevolato da finanziamenti, consente infatti di ottenere un notevole risparmio in bolletta e non necessita di eccessiva manutenzione.

Energia eolica

Con “energia eolica” si intende l’energia generata dal vento, anch’essa una forma di energia rinnovabile ed inesauribile. Ma come funziona l’energia eolica? La potenza del vento può generare energia meccanica: un esempio noto a tutti è quello dei mulini a vento che azionano gli ingranaggi di una macina. L’energia meccanica prodotta dagli impianti eolici, molto diffusi nelle zone in cui il vento è più costante, può essere trasformata a sua volta in energia elettrica.

Anche per l’energia eolica, vantaggi e svantaggi sono da tenere in considerazione per l’installazione di un impianto. Innanzitutto è stato rilevato che l’energia prodotta da questa fonte di energia alternativa è mediamente stabile sul lungo periodo (ad esempio nell’arco di un anno), ma registra importanti variazioni nella produzione quotidiana. Per questo motivo si rivelano indispensabili gli impianti di stoccaggio e la presenza di fonti alternative. Ma abbiamo parlato di vantaggi e svantaggi.

Energia eolica vuol dire anche “utili”: infatti l’installazione di questi impianti, che richiedono una manutenzione pressoché inesistente, garantisce un significativo risparmio sulla bolletta dell’energia elettrica, non solo in caso di grossi impianti, ma anche nelle case ad esempio con il mini eolico domestico. Può essere interessante notare che l’energia eolica in Italia è una fonte di energia rinnovabile in larga crescita.

Energia idroelettrica

L’energia idroelettrica è un’altra fonte di energia rinnovabile e inesauribile, prodotta dalla forza di masse d’acqua in movimento. L’esempio più conosciuto è quello dell’acqua che scorre o cade da un dislivello (si pensi ai fiumi e alle cascate), che generano dapprima energia cinetica, a sua volta trasformata in energia meccanica dalle turbine e poi in energia elettrica dai generatori elettrici. Proprio per questa dinamica, la quantità di energia prodotta può dipendere da diversi fattori: come la portata del flusso d’acqua, la posizione dell’impianto o il dislivello esistente.

Anche in questo caso, come nei precedenti, viene prodotta energia verde, ovvero una energia pulita e rinnovabile che ha un ridotto impatto sull’ambiente. Tuttavia, in questo caso, è la stessa costruzione di grandi bacini idroelettrici a poter avere un impatto ambientale e socio-economico più o meno significativo sulle zone circostanti l’installazione.

Energia geotermica

Quella geotermica è una forma di energia rinnovabile che può essere ricavata dal sottosuolo, sfruttando il calore naturale della Terra (gradiente geotermico) ed essere utilizzata per produrre calore o energia elettrica. Questo tipo di impianto si rivela un ottimo investimento sul lungo periodo per tre motivi principali: a differenza di energia solare ed eolica, l’energia geotermica vanta una disponibilità assolutamente costante nell’arco della giornata, produce energia green e sfrutta impianti garantiti per una lunga durata.

Nonostante le enormi potenzialità, anche in ambito domestico, ad oggi questa fonte di energia viene sfruttata per soddisfare una percentuale molto ridotta del fabbisogno mondiale. Abbiamo approfondito questo tema nel nostro articolo: Impianto geotermico domestico.

Energia da biomasse

L’energia da biomasse si riferisce a quella prodotta attraverso la combustione o la conversione di materiali biologici come piante, rifiuti organici, legno, scarti agricoli e altre biomasse. Questa forma di energia rientra nella categoria delle fonti di energia rinnovabile, poiché la biomassa può essere rigenerata nel tempo attraverso la crescita di piante e la produzione continua di rifiuti organici.
Tra i principali vantaggi ricordiamo:

• Rinnovabilità: può essere rigenerata nel tempo attraverso la crescita delle piante e la produzione continua di rifiuti organici
• Riduzione dei rifiuti: può contribuire a ridurre la quantità di rifiuti organici destinati alle discariche o all’incenerimento.
• Riduzione delle emissioni: può ridurre le emissioni di gas serra, poiché le piante assorbono CO2, compensando quelle prodotte durante la combustione.

Energia marina o oceanica

L’energia marina, anche conosciuta come energia oceanica, si riferisce alla produzione di energia elettrica o termica utilizzando le risorse energetiche presenti negli oceani o nei mari. Il movimento delle maree, delle onde e delle correnti marine è alimentato dai cicli naturali della Terra e può essere sfruttato in modo sostenibile.

Le principali fonti di energia marina includono:

• maree (energia mareomotrice)
• onde
• energia termica oceanica
• correnti marine

Vantaggi e svantaggi delle fonti rinnovabili

Le fonti rinnovabili offrono numerosi vantaggi in termini di sostenibilità ambientale, sicurezza energetica e innovazione tecnologica. Tuttavia, presentano anche alcune sfide che richiedono un approccio equilibrato e una continua ricerca di soluzioni per integrare queste fonti nel mix energetico globale.

L’importanza dei sistemi di accumulo per superare il limite delle rinnovabili

Proprio lo stoccaggio gioca un ruolo cruciale per riuscire a superare le sfide connesse alle fonti di energia rinnovabile. La principale caratteristica delle fonti rinnovabili, come ad esempio quella solare e eolica, è la loro natura intermittente: la produzione di energia dipende dalle condizioni climatiche e ambientali. Questa intermittenza può comportare un mismatch tra l’offerta di energia rinnovabile e la domanda energetica, specialmente in periodi di bassa produzione o elevata richiesta.

I sistemi di accumulo, dunque, consentono di immagazzinare l’energia prodotta durante i periodi di abbondanza e di rilasciarla quando la produzione è ridotta o nulla. In tal modo, si può garantire un approvvigionamento energetico costante e continuo, riducendo la dipendenza dalle fonti fossili e aumentando la resilienza del sistema energetico.Principali sistemi di accumulo a disposizione possono essere:

• Batterie
• Serbatoi di energia termica
• Idrogeno
• Accumulo gravitazionale
• Sistemi di accumulo a flusso

Fonti energetiche esauribili (non rinnovabili)

Le fonti energetiche esauribili sono risorse non rinnovabili naturali che hanno una quantità limitata sulla Terra e non possono essere rigenerate o ricreate nel breve termine. Ad oggi, a causa dell’elevata domanda di energia e delle limitate risorse, queste fonti si stanno esaurendo progressivamente.

Le principali fonti energetiche esauribili includono i combustibili fossili e l’energia nucleare.

Combustibili fossili

I combustibili fossili sono risorse naturali formate da materiale organico in decomposizione, come il petrolio, il carbone e il gas naturale, che si sono accumulati nel corso di milioni di anni nel sottosuolo. Queste fonti di energia hanno avuto un ruolo predominante nell’economia mondiale per anni, ancora oggi sono le più utilizzate, per l’elevata disponibilità energetica e il facile accesso. Tuttavia, l’estrazione e la combustione dei combustibili fossili sono legate a gravi impatti ambientali, come l’inquinamento dell’aria e il cambiamento climatico, causati dalle emissioni di gas serra.

Energia nucleare

L’energia nucleare, invece, è prodotta attraverso il processo di fissione nucleare, che consiste nel dividere i nuclei degli atomi di elementi come l’uranio o il plutonio. Questo processo rilascia una grande quantità di energia, che viene utilizzata in particolare per produrre elettricità.

Il nucleare è una fonte di energia ad alta intensità, ma l’estrazione e il trattamento dell’uranio e la gestione dei rifiuti radioattivi sono aspetti critici e complessi associati a questa fonte energetica. Inoltre, gli incidenti nucleari e le preoccupazioni sulla sicurezza nucleare hanno contribuito a rendere l’energia nucleare controversa e oggetto di dibattito pubblico.

Vantaggi e svantaggi delle fonti non rinnovabili

Tra i vantaggi delle fonti non rinnovabili vale la pena ricordare:

• Elevata densità energetica: i combustibili fossili e l’energia nucleare hanno una maggiore quantità di energia immagazzinata rispetto alle fonti rinnovabili.
• Affidabilità: le fonti non rinnovabili possono fornire energia costante e prevedibile, senza dipendere dalle condizioni climatiche.

Tuttavia, gli svantaggi riguardano:

• Consumo definitivo: le fonti non rinnovabili si stanno via via esaurendo e questo processo potrebbe portare a lungo andare delle crisi energetiche.
• Impatti ambientali: l’estrazione, la combustione e il trattamento delle fonti non rinnovabili causano contaminazione dell’aria, del suolo e dell’acqua, tutti fattori che contribuiscono al cambiamento climatico e all’inquinamento ambientale.
• Rischi per la sicurezza: l’energia nucleare comporta il rischio di incidenti importanti e la produzione di rifiuti radioattivi pericolosi da gestire e trattare a lungo termine.

Energie rinnovabili e non rinnovabili schema

Analizzando quanto vi abbiamo detto fin qui, è evidente quanto la transizione verso energie rinnovabili sia diventata una sfida cruciale per garantire un futuro sostenibile al Pianeta e all’umanità, riducendo l’impatto negativo delle fonti non rinnovabili sull’ambiente.

Le energie rinnovabili hanno tutte le potenzialità necessarie per contribuire in modo efficace a mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici, ridurre le emissioni di gas serra e preservare le risorse naturali che ancora abbiamo a disposizione e che non possono essere più sfruttate oltre. Inoltre, favoriscono lo sviluppo di tecnologie pulite e promuovono l’indipendenza energetica dei paesi, riducendo le esigenze di importazione delle fonti energetiche e stimolando l’economia locale interna.

Nel grafico è possibile vedere in modo molto semplice tutte le opportunità e i benefici di cui stiamo parlando.

Risorse energetiche primarie e risorse energetiche secondarie

Al di là di fonti rinnovabili e non rinnovabili, le risorse energetiche vengono classificate anche in base alla loro origine e al loro utilizzo come primarie e secondarie.

Per definizione, l’energia primaria è quella direttamente disponibile in natura, che può essere utilizzata senza ulteriori trasformazioni. È una fonte di energia grezza, che si trova alla base della produzione energetica. Ecco alcuni esempi di energie primarie: combustibili fossili, energia nucleare, solare, eolica o idroelettrica.

Le energie secondarie, invece, sono quelle ottenute dalla trasformazione di risorse energetiche primarie, o da altre forme di energia, e hanno subito processi di conversione per essere più facilmente utilizzabili e trasportabili.

Per esempio i carburanti derivati dai combustibili fossili o i biocarburanti, come il biodiesel e l’etanolo, ottenuti da materie vegetali quali mais, canna da zucchero o olio di palma, ma anche il calore generato dalla combustione di biomasse (legna, residui agricoli o rifiuti organici).

La combinazione di fonti primarie e risorse energetiche secondarie è essenziale per garantire un approvvigionamento energetico equilibrato, stabile e sostenibile per soddisfare la domanda odierna e nel prossimo futuro.

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