Francia: all’avanguardia nell’impiego di Energia Solare per fini industriali

Dal corrispondente di “Svegliatevi!” in Francia

FINO alla metà del secolo scorso l’uomo impiegava la legna per soddisfare quasi tutti i suoi bisogni di combustibile ed energia. Ma con l’avvento dell’èra industriale, ci volle sempre più energia per alimentare il crescente numero di macchine. Così si cominciò a fare largo uso di carbone. Verso il 1910 infatti il carbone soddisfaceva i tre quarti del fabbisogno umano di energia.

Intorno al 1859 si cominciò a usare un altro tipo di combustibile fossile, un olio minerale (petrolio). Avrebbe avuto impieghi industriali molto più estesi del carbone. L’invenzione del motore a combustione interna diede luogo all’accresciuto impiego di motoveicoli d’ogni specie: automobili, autocarri e aerei.

L’accresciuto impiego del carbone e del petrolio per fini industriali ha avuto un ruolo decisivo nell’inquinamento della terra. La ragione è che questi combustibili non bruciano completamente. Immettono nell’atmosfera grandi concentrazioni di gas — ossido di carbonio, ossidi di azoto e ossidi di zolfo — oltre a particelle solide.

Come in altri paesi industriali, in Francia l’inquinamento sta aumentando. Durante lavori di restauro al Louvre di Parigi si scoprì che le sculture erano state notevolmente danneggiate dagli effetti corrosivi dell’inquinamento atmosferico. Alcune parti in pietra avevano perso sette centimetri dello spessore originale. Oggi la corrosione consuma le sculture al ritmo di tre millimetri all’anno, 100 volte più in fretta che ai primi del secolo!

In anni recenti si è cominciato a impiegare l’energia nucleare come possibile alternativa al petrolio. Tuttavia il suo sfruttamento su scala industriale provoca molte difficoltà. Anzitutto, c’è il rischio della contaminazione radioattiva che potrebbe far seguito a un incidente. Inoltre, c’è il potenziale pericolo per l’ecologia. Si teme che fiumi e laghi siano rovinati dall’inquinamento termico man mano che le centrali nucleari si fanno più numerose. Questo perché per raffreddare le apparecchiature una centrale nucleare attinge enormi quantità di acqua fredda da un fiume o lago delle vicinanze. L’acqua riscaldata è quindi rimandata alla sorgente. Quando si alza la temperatura di un lago o di un fiume, si riduce la quantità di ossigeno dell’acqua. In tal modo non solo si uccidono i pesci ma si favorisce la crescita delle alghe, che decomponendosi consumano altro ossigeno.

Questi fatti allarmanti sottolineano la necessità di trovare fonti di energia non inquinante. Il sole soddisfa alla perfezione questa esigenza. L’energia solare, benché intermittente e attenuata, è distribuita così generosamente sopra la superficie terrestre che ogni chilometro quadrato di terra e di mare ne riceve ogni giorno parecchi milioni di chilowattora. Questo tipo di energia è abbondante in natura, e questa è la ragione per cui alcuni paesi, fra cui la Francia, si sono accinti a sperimentare l’impiego dell’energia solare per fini industriali.

Sfruttamento dell’energia solare

Durante una visita a Parigi nell’ottobre del 1774, il chimico inglese Joseph Priestley disse al chimico francese Antoine Lavoisier di aver fatto un esperimento nel quale aveva riscaldato dell’ossido mercurico con i raggi del sole concentrati mediante una potente lente. Lavoisier ripeté l’esperimento e concluse che l’aria è un miscuglio composto soprattutto di due distinti gas, che chiamò “aria vitale” (ossigeno) e “aria non vitale” (azoto). Pertanto, sin dal XVIII secolo fu possibile ottenere elevate temperature utilizzando la radiazione solare.

Per decenni i ricercatori del C.N.R.S. o Centre national de la recherche scientifique hanno seguito le orme di Lavoisier. Nel 1946 entrò in funzione a Meudon, nei sobborghi di Parigi, il primo forno solare e furono effettuati diversi esperimenti a temperature elevate (3.000 gradi centigradi).

Tuttavia, in seguito alle ricerche effettuate dal 1949 a Mont Louis, nei Pirenei francesi, su semplici prototipi di forni, fu infine costruito il forno solare di Odeillo. Dopo un lungo periodo di perfezionamenti e modifiche, nel 1970 esso entrò finalmente in funzione. Oggi la Francia ha un grande forno solare a Font-Romeu-Odeillo-Via, vicino a Mont Louis, a un’altitudine di 1.600 metri.

Questa bella regione montuosa gode di un eccezionale bel tempo, ciò che permette al forno di 1.000 chilowatt di raggiungere la temperatura di 3.800 gradi centigradi.

Si possono impiegare vari metodi per raccogliere i raggi del sole, come pannelli di vetro che, in base al principio serra, possono facilmente generare temperature vicine ai 100 gradi centigradi, punto di ebollizione dell’acqua. Questo metodo è impiegato soprattutto per scopi domestici, come riscaldare ambienti e riscaldare e distillare l’acqua. Se occorrono temperature più elevate, i raggi provenienti direttamente dal sole devono essere concentrati mediante un appropriato dispositivo ottico.

Più alta è la temperatura desiderata nel punto dove convergono tutti i raggi (il fuoco), più forte dev’essere la concentrazione. Far convergere migliaia di riflessi della stessa sorgente luminosa su una piccola area non è cosa facile perché la terra si muove attorno al sole. La difficoltà, comunque, è stata superata nel forno solare di Odeillo dove nel fuoco sono sovrapposte oltre 20.000 immagini. Questo straordinario risultato è frutto di lunghe ricerche.

Il forno solare

In sostanza il forno solare di Odeillo consiste di tre diversi elementi: (1) specchi piani, (2) un grande riflettore parabolico e (3) una torre in cui è contenuto il fuoco. Come indica il diagramma alla pagina precedente, i raggi solari colpiscono decine di specchi piani e vengono rimandati al riflettore parabolico, il quale, a sua volta, fa convergere i raggi sul fuoco davanti ad esso nella torre.

I 63 specchi piani mobili, ciascuno dei quali è formato di 180 pannelli piani di vetro, sono disposti in file lungo otto livelli. Di 45 metri quadrati ciascuno, sono disposti in file alterne per evitare l’ombra nel fascio dei raggi diretti verso il riflettore parabolico. A causa della rotazione terrestre, la posizione del sole nel cielo cambia di continuo. Tuttavia, ciascuno specchio piano può seguire il sole nel suo incessante viaggio per mezzo di dispositivi ottici ed elettronici. Gli specchi vengono orientati per mezzo di martinetti idraulici.

Sorretto da una grande costruzione in cemento alta 40 metri e larga 54, il grande riflettore parabolico immobile consiste di 9.500 specchi, ciascuno dei quali misura 45 centimetri. Ciascuna sfaccettatura di questo specchio gigantesco si è dovuta curvare, orientare e aggiustare meccanicamente, per ottenere la concentrazione massima nel fuoco. Come si è già detto, il riflettore parabolico riceve la radiazione solare per mezzo di 63 specchi piani mobili.

Il riflettore parabolico fa convergere tutti i raggi sul fuoco. Esso è contenuto in una torre distante 18 metri dal riflettore. Il risultante fuoco ha un diametro di circa 40 centimetri. L’energia concentrata in questo punto ellittico equivale a 1.000 chilowatt. L’alta concentrazione permette di raggiungere una temperatura di 3.800 gradi centigradi. In questo punto dove il calore è così intenso sono installati vari dispositivi sperimentali.

Vantaggi del forno solare

Il forno solare presenta notevoli vantaggi rispetto ad altri tipi di forni. Il seguente brano preso da una pubblicazione del C.N.R.S. dà risalto a una delle sue essenziali caratteristiche: “Nelle ricerche fondamentali i forni solari costituiscono un mezzo eccezionale per effettuare esperimenti che abbisognano di temperature fra i 1.000 e i 3.800 gradi centigradi in condizioni di estrema purezza”. Questo perché il forno solare permette la lavorazione ad alte temperature concentrando i raggi termici sui materiali da lavorare anziché mediante fusione in un crogiolo, ciò che avviene spesso coi forni elettrici ad alta frequenza.

Il forno solare di Odeillo permette di fondere con molta facilità gli ossidi refrattari, cioè quegli ossidi che fondono solo a elevatissime temperature (oltre 2.000 gradi centigradi), nonché speciali leghe metalliche, anch’esse refrattarie.

I forni solari sono anche di facilissimo impiego. La messa in funzione è rapida e semplice. Inoltre, non presentano certi svantaggi come il bombardamento di elettroni che avviene in certi impianti di riscaldamento in cui è necessario lavorare sotto vuoto i materiali. Infine — e questo è tutt’altro che trascurabile — l’energia termica disponibile a Odeillo si ottiene praticamente senza spese d’esercizio.

La centrale solare

Il 19 novembre 1976 segnò una pietra miliare nel campo dell’energia solare quando, per la prima volta, una centrale eliotermodinamica fornì elettricità alla rete nazionale per l’energia elettrica in Francia.

In parole semplici, questa centrale solare sperimentale funziona nel seguente modo: La temperatura di un fluido termico detto “gilotherm” è portata a 335 gradi centigradi in una caldaia posta in corrispondenza del fuoco del complesso di Odeillo. Per mezzo di un’unità di carica e di tre scambiatori, questo liquido fornisce vapore a 270 gradi centigradi. Il vapore aziona quindi un turboalternatore, che produce elettricità.

Vicino a Marsiglia, nel sud della Francia, si fanno esperimenti con diversi tipi di specchi. Dopo essere stata all’avanguardia in questo campo, la Francia sta considerando la possibilità di erigere un prototipo da un megawatt con l’obiettivo di raggiungere una potenza di 10 megawatt entro l’anno 1980.

Future applicazioni dell’energia solare

Il giornale francese Le Monde mise in risalto l’immenso campo di applicazioni dell’energia solare per fini industriali dicendo: “Diffusa e a buon mercato, l’energia solare sembra molto adatta alle esigenze dei paesi meno sviluppati. . . . Sembra particolarmente adatta per pompare l’acqua nelle zone isolate. Nell’America Latina e in Africa, in diversi villaggi l’acqua viene provveduta ora mediante stazioni di pompaggio che utilizzano dispositivi [solari] semplici e sicuri, per lo più di produzione locale, e che diventano via via competitivi, in paragone con quelle stazioni — e sono la maggioranza — che utilizzano motori Diesel”.

La Francia ha firmato accordi di cooperazione per lo sfruttamento dell’energia solare con Brasile, Iran, Egitto e Algeria. La rivista L’Express osserva: “Per una volta, i paesi del sud sono in vantaggio, perché è lì che l’energia solare può trovare le prime applicazioni e accrescere la sua competitività prima di conquistare i paesi industrializzati del nebbioso nord”.

Le nazioni arabe, come l’Arabia Saudita, vorrebbero partecipare alle ricerche sull’energia solare. La tecnologia francese è in grado di rispondere alle proposte dell’Arabia Saudita; infatti, secondo M. Jean-Claude Colli, delegato francese al Dipartimento per le Nuove Fonti Energetiche, “[la Francia è] ora praticamente la sola nazione che offra centrali elettriche solari a immediato funzionamento”.

Il bilancio francese del 1978 prevedeva stanziamenti molto più elevati per le nuove fonti di energia. Le spese per le ricerche sull’utilizzazione dell’energia solare raddoppiarono. Questi sforzi mostrano che i problemi energetici si possono risolvere progressivamente con un saggio impiego di fonti di energia pulita, come il sole, il vento, l’acqua corrente e le maree. Non è affatto necessario che l’uomo ‘rovini la terra’ per soddisfare il suo crescente fabbisogno di energia. — Riv. 11:18.

[Diagramma a pagina 17]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

Raggi del sole

Riflettore parabolico

Specchi piani

Fuoco