Energia idraulica ed eolica
OLTRE ai metodi per attingere direttamente energia dal sole, ci sono molti modi per catturarla indirettamente. Da più di 1.000 anni l’acqua in movimento è usata per far andare mulini con cui macinare cereali, ispessire tessuti, sollevare acqua e per molti altri scopi. Dal mare l’acqua torna alla sorgente dei fiumi mediante i naturali processi dell’evaporazione e della precipitazione, che avvengono tutti mediante l’energia raggiante del sole. Pertanto è una fonte che si rinnova di continuo ed è stabile anno dopo anno.
Lo sbarramento di fiumi, grandi e piccoli, mediante dighe ha consentito d’avere un’ininterrotta fornitura d’energia per generare elettricità nel corso di tutte le stagioni. In alcuni paesi, l’acqua in movimento è così abbondante che è la fonte di energia più importante. In Norvegia quasi tutta l’energia elettrica viene ottenuta con impianti idroelettrici. Ma a livello mondiale, in paragone con altre fonti energetiche, è meno importante. Del totale di energia consumata dall’uomo solo il 5 per cento circa è energia idroelettrica. In molte parti del mondo, gran parte dell’energia idraulica potenziale è già stata imbrigliata e non se ne può aggiungere molta per soddisfare la crescente domanda.
Il mulino a vento è un altro secolare mezzo per attingere energia dall’ambiente. Anch’esso dipende dal sole, perché è quest’ultimo a creare il tempo e le differenze climatiche che determinano in quale direzione e con quanta intensità soffia il vento.
I mulini a vento erano una caratteristica familiare del paesaggio in molte parti del mondo. I pittoreschi mulini a vento dell’Olanda pompavano l’acqua dalle basse-terre circondate da dighe. Nel XVIII secolo, fornivano energia anche per segherie, macine e per fiorenti centri industriali. Un tempo milioni di mulini a vento costellavano le pianure degli Stati Uniti centrali e occidentali. Erano impiegati soprattutto per pompare l’acqua dai pozzi, ma anche come fonte di energia elettrica. Nel XX secolo, i mulini a vento sono stati sostituiti in gran parte da motori a benzina.
Ora però che il petrolio sta perdendo la sua posizione predominante, l’energia eolica tenta di riguadagnare la popolarità. Ad accrescere il rinnovato interesse è il fatto d’aver capito che il vento ha possibilità molto maggiori di quanto non si credesse. Uno scienziato dell’Università della California sostiene in un recente resoconto che, su scala mondiale, il fabbisogno energetico totale dell’uomo potrebbe essere soddisfatto ben 20 volte solo con l’energia eolica. Anche negli Stati Uniti, se le risorse eoliche fossero sfruttate interamente, sarebbe possibile coprire il 75 per cento dell’attuale consumo di energia. In molte località, l’energia eolica è in media quasi pari a quella del sole.
C’è una grande varietà di macchine progettate e sperimentate per ricavare energia dal vento. Ci sono eliche con due o tre pale, montate su un supporto somigliante a un piccolo aereo senz’ali in cima a un’alta torre. Una tale macchina con pale di una ventina di metri genera ora fino a 200 chilowatt, sufficienti per un sesto delle 1.300 case di Clayton nel Nuovo Messico, quando soffia il vento, vale a dire il 90 per cento del tempo. Nel 1978, questa energia venne a costare tre volte di più di quella prodotta col petrolio, ma macchine più grandi e produzione in serie dovrebbero far scendere il costo, anche perché il petrolio sta diventando rapidamente più costoso.
Si stanno sperimentando macchine simili in parecchie località, e sulla vetta di un monte vicino a Boone, nella North Carolina, è stato installato un generatore da 2.000 chilowatt, il più grande finora. Una ditta privata ha in progetto di installare una serie di aeromotori in un ventoso passo di montagna della California centrale. Se sarà economicamente conveniente, ne saranno installati centinaia d’altri in punti strategici.
Un altro tipo di aeromotore consiste di un asse verticale con pale ricurve in cima e in fondo. Somiglia a un enorme frullino. Non si deve girare in direzione del vento. Come altri tipi, funziona con un minimo di velocità del vento, di solito tredici chilometri orari, e si può chiudere per impedire danni quando il vento soffia troppo forte.
Un’altra macchina non convenzionale è costituita da una torre cilindrica fissa con pale verticali da tutti i lati. Queste ultime si aprono ad angolo dal lato della torre controvento e si chiudono dal lato sottovento. Il vento che entra nella torre viene avviato in una circolazione a spirale e si sposta verso l’alto, dando origine a una piccola tromba d’aria. La pressione bassa al centro risucchia l’aria dal fondo attraverso una turbina a pale relativamente piccole che gira a forte velocità.
Altre macchine di forma diversa sono in fase di progettazione e di costruzione. C’è spazio per escogitare nuovi sistemi con cui ottenere elettricità dal vento, e adesso nessuno può dire quale sarà il modo per produrre energia a meno prezzo. Si stanno dunque facendo febbrili ricerche su molti diversi tipi di macchine competitive.
Facendo un paragone fra l’energia eolica e altre fonti si deve tener conto del fattore estetico. Un aeromotore qua e là può esser considerato pittoresco, ma lunghe file di queste macchine potrebbero deturpare il paesaggio. Si teme pure che interferiscano nella locale ricezione televisiva.
Al presente si vorrebbe almeno ridare all’energia eolica la sua precedente importanza, e probabilmente concorrere anche in misura maggiore alla produzione di energia. Secondo varie stime, per l’anno 2000, negli U.S.A., dall’uno al dieci per cento dell’energia potrebbe essere fornita dal vento.
Appianare le difficoltà
Quando il sole non c’è o quando il vento si ferma, l’energia fornita da qualsiasi macchina da essi alimentata s’interrompe. Se va a integrare un altro sistema elettrico, diciamo una centrale idroelettrica o una centrale alimentata a carbone, questa discontinuità non presenta nessun problema. Gli operatori si limiteranno a regolare la quantità di energia erogata dai generatori principali per compensare la differenza di energia solare od eolica così come si fa per soddisfare le mutevoli esigenze durante la giornata.
Per alcuni scopi, l’energia solare potrebbe essere utilizzata, come si suol dire, ‘facendo le cose alla luce del sole’. Se viene impiegata per pompare acqua in un serbatoio, o per la lavorazione elettrochimica dell’alluminio, o per la produzione dell’idrogeno, le operazioni si potrebbero svolgere quando c’è il sole e fermare quando non c’è.
Ma in molti altri casi bisogna escogitare il mezzo per immagazzinare l’energia. L’elettricità può essere conservata in batterie, come facciamo da molto tempo nelle automobili. Tuttavia, il numero e la massa dei comuni elementi necessari per soddisfare il fabbisogno elettrico di un’abitazione media sarebbero ingombranti e costosi. Per fortuna, le recenti ricerche promettono nuovi tipi di accumulatori alcalini che potrebbero essere in grado di immagazzinare grandi quantità di energia elettrica in poco spazio.
Se tali batterie diverranno realtà, l’automobile elettrica diverrà molto più pratica di quanto non sia oggi. L’automobilista terrebbe la macchina collegata con la presa di corrente a casa o al parcheggio dove lavora o dove fa la spesa. Migliorando le batterie solari nonché gli accumulatori, potrebbe essere pratico montare pannelli solari in cima alla macchina per caricare la batteria durante il viaggio o quando è al parcheggio. Si sta sperimentando un’automobile di questo genere in Florida. Un intraprendente inventore della California ha addirittura attaccato una comune batteria a delle batterie solari montate sulle ali di un aereo leggero, dimostrando che può volare con l’energia solare.
Per centrali elettriche di grande potenza, può essere più pratico convertire l’energia in altre forme per immagazzinarla. Ad esempio, l’energia in eccesso generata durante i giorni di sole, o quando c’è vento, può essere utilizzata per pompare l’acqua in un serbatoio situato in alto. Quindi, invertendo il flusso, l’elettricità si potrebbe usare di notte o in un periodo di calma. Un’altra idea è quella di pompare aria sotto pressione in cavità naturali del sottosuolo. Oppure si potrebbe accumulare energia meccanica nel momento rotazionale di giganteschi volani. Queste diverse idee stanno a indicare che il modo in cui impieghiamo l’energia subirà dei cambiamenti se diventerà comune l’energia solare ed eolica.
Altri modi per sfruttare la luce del sole
La produzione fotochimica di combustibili mediante la luce del sole è un altro modo per sfruttare l’energia solare. Un processo naturale di questo tipo è la fotosintesi. Le piante verdi utilizzano la luce del sole per produrre composti ricchi di energia sotto forma di carboidrati. Il primo impiego di energia solare da parte dell’uomo è stato quello di bruciare legna per cuocere i cibi e scaldare la casa.
Mediante un altro processo naturale, la fermentazione, da molti materiali vegetali si può produrre ed estrarre alcool da usare come combustibile. Nelle automobili si può usare un miscuglio di benzina e il 10-20 per cento di alcool senza dover modificare il motore. Si possono anche modificare i motori per farli andare ad alcool puro. Finora l’alcool era più costoso della benzina, ma la situazione sta cambiando, e gli automobilisti americani hanno cominciato a usare un miscuglio detto “gasohol”. In Brasile è in atto un intenso programma per la produzione di alcool che permetta al paese di diventare indipendente dalle importazioni di petrolio. Varie piante a rapida crescita sono oggetto di studio per trovare processi più economici, ai fini della produzione commerciale. Tali metodi per l’impiego dell’energia solare sono classificati col termine “biomassa”.
Alcuni scienziati lungimiranti vorrebbero utilizzare la luce del sole per scomporre direttamente l’acqua in idrogeno e ossigeno. Naturalmente, questo si può fare mediante decomposizione elettrolitica, ma sono alla ricerca di un metodo fotochimico. Ci vorrebbe un catalizzatore adatto per la reazione, qualcosa che agisse come la clorofilla per produrre zucchero dall’acqua e dall’anidride carbonica. Se si riuscisse a trovarlo, in futuro si potrebbe usare idrogeno compresso come carburante per le automobili.
Combustibili come alcool o idrogeno, prodotti con la luce solare, hanno un grande vantaggio rispetto agli idrocarburi. Non inquinano l’ambiente. Inoltre, non turbano l’equilibrio dell’anidride carbonica in natura come fanno i combustibili fossili, perché ogni anno la riserva viene riciclata nell’atmosfera.
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Uno scienziato afferma che il fabbisogno energetico totale dell’uomo potrebbe essere soddisfatto ben 20 volte con l’energia eolica
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In alcune zone l’energia eolica è in media quasi pari a quella del sole
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Potrebbe essere pratico montare pannelli solari in cima alle macchine elettriche, per caricare le batterie quando l’automobile è in moto o parcheggiata
[Testo in evidenza a pagina 11]
Da materiali vegetali si può produrre alcool da usare come combustibile; esso brucia senza inquinare
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Energia dalle viscere della terra
Oltre all’energia nucleare, c’è un’altra fonte energetica che non proviene dal sole: è il calore interno della terra. Coloro che praticano profondi fori nella terra sanno da lungo tempo che più a fondo si va più caldo è. Ci sono punti caldi anche vicino alla superficie. La dimostrazione più drammatica di questo fenomeno è lo spettacolo di un’eruzione vulcanica, quando la roccia fusa cola giù per i fianchi del vulcano. Una manifestazione minore è quella dei geyser, che lanciano in aria a notevole altezza vapore e acqua bollente. Ci sono poi le sorgenti calde che attirano le persone nelle stazioni termali.
Gli scienziati credono che il calore geotermico derivi dalla compressione gravitazionale dei materiali metallici e rocciosi di cui la terra è formata. Si presume che in qualche tempo tutte le parti della terra siano state fuse: la crosta si è raffreddata ma l’interno è ancora caldo. Il restante calore sale sempre verso la superficie, più rapidamente in certi punti che in altri. Questo calore originario è aumentato dal decadimento radioattivo di elementi come potassio, uranio e torio, presenti nella crosta terrestre.
Nei punti in cui il calore della terra è accessibile, costituisce un’utile fonte di energia. I soffioni di Larderello in Italia sono sfruttati dal 1904 per azionare generatori elettrici mediante il vapore. Vicino a Geyserville in California, c’è una centrale di maggiore potenza che produce oltre 500.000 chilowatt dal vapore secco.
L’acqua surriscaldata attinta da un giacimento di rocce calde è un’altra fonte di vapore quando è convogliata alla superficie mediante tubazioni e la pressione è alleggerita. Nuova Zelanda e Messico sfruttano l’acqua calda per produrre elettricità. Si sta costruendo vicino a El Centro, in California, la prima centrale di questo tipo negli Stati Uniti. Dovrà produrre 50.000 chilowatt e si calcola che il campo geotermico di quella zona permetterà una potenza 10 volte superiore.
L’energia geotermica è così immensa che è praticamente illimitata rispetto ai bisogni dell’uomo. Ma si può sfruttare in relativamente poche località. Al presente il suo potenziale utile è molto piccolo in paragone con il potenziale dell’energia solare ed eolica che è migliaia di volte più grande, e che è disponibile su tutta la superficie terrestre.