SOIL SEALING: IL TERRENO DI CEMENTO

 Digital Life
Ago 032024
 

L’European Environment Agency ha rilevato che dalla metà degli anni ′50 ad oggi l’area edificata in Europa è cresciuta del 78%.
Solo in Italia, ogni giorno, 16 ettari di superficie vengono antropizzati dalla cementificazione e dalla crescita delle aree urbane.

Questo fenomeno, che colpisce in maniera trasversale tutto il pianeta, è noto come Soil Sealing, letteralmente “impermeabilizzazione del suolo”, e i suoi effetti sono facilmente riscontrabili all’interno delle nostre città, ogni anno sempre più calde e umide.
Nei mesi estivi le strade dei centri urbani hanno una temperatura di 4-5 gradi in più rispetto a zone a bassa cementificazione.

Il Soil Sealing impedisce la normale traspirazione del terreno, portandolo a inaridirsi, impermeabilizzarsi e degradarsi, facendogli perdere la propria fertilità, biodiversità e la sua efficacia nella cattura del carbonio favorendo così i cambiamenti climatici…(se vuoi continuare ad approfondire, clicca sull’immagine qui sotto per leggere il resto dell’articolo)

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LA BATTERIA CHE NON BRUCIA

 Energia, Innovazioni
Mar 192024
 

Abbiamo spesso parlato delle batterie elettriche e di come queste si stiano pian piano evolvendo grazie a decine di studi condotti in tutto il mondo per renderle migliori dal punto di vista della performance, della durata, della sicurezza e della velocità di ricarica.

Ma esiste un altro punto debole presente in queste importanti componenti elettroniche di cui ci accorgiamo quando saliamo su un aero.
Il personale di bordo, infatti, ci informa che non possiamo tenere batterie sotto carica all’interno dell’aeromobile e che è necessario avvisarli se un nostro dispositivo elettronico presenta surriscaldamenti.
La causa è dovuta all’instabilità degli ioni di litio, i quali sottoposti a calore creano le condizioni per un ulteriore aumento della temperatura che può sfociare in un incendio evidentemente pericolosissimo all’interno… (se vuoi continuare ad approfondire, clicca sull’immagine qui sotto per leggere il resto dell’articolo)

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CALORE DAL CEMENTO E DAL SALE

 Energia, Innovazioni
Gen 162021
 

La capacità di alcuni materiali di accumulare calore in determinate condizioni, è nota già da tempo e diversi studi sono stati sviluppati con risultati alterni. 

Ciò che ha rallentato gli studiosi nella realizzazione di materiali compositi per l’accumulo di energia termo-chimica, è stato il loro costo. Infatti, ad esempio, uno dei materiali migliori dal punto di vista termico, la zeolite, ha un costo per kilogrammo di diverse decine di euro diventando, per cui, assolutamente diseconomico per qualunque tentativo di utilizzo come materiale per la produzione di calore. Il Politecnico di Torino in collaborazione con l’Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia, ha pubblicato sulla rivista Scientific Reports, i risultati di questo studio che dimostra come utilizzando il cemento come matrice per l’accumulo del calore si possa creare un ottimo compromesso tra risultato e costo.

La tecnica, nota da tempo e già utilizzata ad esempio in alcune centrali solari, parte dal principio che riscaldando alcuni sali, questi riescono a conservare questo calore per un tempo indefinito se posti all’interno di altri materiali definiti come matrici. Un semplice esperimento può dimostrare come del sale inserito all’interno di un bicchiere di acqua provoca un riscaldamento del bicchiere mentre con altri sali è possibile raffreddarlo. Il sistema utilizzato dal Politecnico di Torino non prevede l’uso di acqua bensì di vapore acquo per scaldare i sali senza provocarne lo scioglimento. Questo, è possibile, inserendo il sale all’interno dei pori del cemento. I vantaggi sono notevoli: il vapore acqueo, interagendo con il sale sviluppa calore e quando il sale è completamente idratato potrà essere riportato alla situazione di partenza semplicemente essiccandolo visto che non viene disciolto. Questo ciclo è ripetibile praticamente all’infinito con un costo sempre più basso ad ogni successiva applicazione. 

Questo è evidentemente il primo passo per poter sviluppare calore a basso costo e provare a risolvere i problemi energetici che sempre più affliggono il nostro mondo, utilizzando tra l’altro un sistema assolutamente sostenibile. Questo problema è dovuto soprattutto al fatto che i picchi di richiesta energetica si presentano principalmente nel periodo invernale quando la durata della giornata e la quantità di energia solare disponibile è inferiore rispetto, invece, al periodo estivo dove la richiesta di energia per riscaldamento è al minimo e l’irraggiamento al massimo.

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GEOTERMIA A BASSA TEMPERATURA

 Didattica, Energia
Giu 222018
 

Che la geotermia fosse una delle fonte rinnovabili più importanti e sfruttate negli ultimi anni già lo si sapeva, soprattutto in riferimento alla produzione di energia elettrica attraverso le centrali che necessitano di temperature molto elevate (alta entalpia).

Ma quello che in questi giorni si sta considerando, è lo sfruttamento del calore interno della Terra, però a basse temperature (bassa entalpia). In questo caso non si tratta di produzione di energia elettrica, bensì di sfruttare la possibilità di riscaldare e raffreddare delle abitazioni con l’altissima efficienza delle pompe di calore geotermiche.

Perché geotermia a bassa entalpia? Perché i vantaggi connessi al suo sfruttamento sono molteplici. Innanzitutto è una fonte non inquinante, inesauribile e soprattutto costante non soggetta a variazioni climatiche o ad altri fattori naturali che condizionano invece il vento, il sole o l’acqua. Non è soggetta alla variazione dei prezzi che coinvolge i combustibili fossili, è sempre estraibile, consente un risparmio di esercizio pari all’80% rispetto ad una fonte tradizionale.

Partendo da questi numerosi punti di forza, la geotermia si appresta a ridefinire i criteri energetici di molte nazioni, in primis l’Italia che sorgendo su faglie sismiche ed essendo terra di vulcani, è il luogo ideale dove poter progettare impianti di questo genere. Alcuni studiosi, hanno stimato nel 50% la capacità del geotermico a bassa entalpia di soddisfare i bisogni energetici della nostra nazione. Se a questo aggiungiamo che nell’Agenda 2030 dell’ONU, all’Obiettivo 7 si fissa come criterio fondamentale una aumento considerevole delle quote di energia prodotte con fonti alternative entro quell’anno e che con l’Accordo di Parigi del 2015 sulla riduzione dei gas serra e dell’anidride carbonica sottoscritto da ben 195 Paesi, la geotermia diventa una importantissima fonte di energia.

Lo stesso accordo raggiunto con Agenda 2030 tra i Paesi dell’Unione, stabilisce che entro quell’anno il 32% dell’energia totale prodotta nel territorio dell’Unione Europea dovrà provenire da fonti di energia rinnovabile.

A giugno 2018, giorno 28 si terrà a Roma il convegno nazionale sulla Geotermia a Bassa Entalpia organizzato dal Consiglio Nazionale dei Geologi con lo scopo di fare il punto sulle energie alternative e in particolare quella derivante dal calore della Terra in Italia.

Ma come funziona questa tecnologia? In realtà si tratta di uno scambio di calore, che si traduce in un prelievo di questo durante il periodo invernale e una sua cessione durante il periodo estivo.

Negli impianti geotermici avviene un prelievo di calore dal terreno per conduzione tramite un fluido vettore che circola in un sistema ad una temperatura inferiore a quella del terreno.

Approfondisco: per conduzione si intende il passaggio di energia termica tra sistemi solidi o al loro interno dal corpo a temperatura maggiore a quello a temperatura minore.

E’ possibile sfruttare questo sistema energetico ovunque, tranne in quelle zone dove il calore della Terra è troppo elevato per poter essere gestito in un impianto termico domestico.

Quindi, un impianto di questo tipo è costituito da un sistema di captazione del calore con una sonda geotermica inserita nel sottosuolo ad una profondità variabile dai 70 ai 100 metri, una pompa di calore, un sistema di accumulo del calore e dei sistemi di distribuzione di questo  (riscaldamento e acqua sanitaria) all’interno dell’abitazione.

La sonda di captazione ha la funzione di concentrare il calore disperso per consentirne lo spostamento dal sottosuolo all’impianto durante il periodo invernale e l’opposto durante i mesi estivi. In pratica, il liquido che scorre nella sonda accumula il calore scendendo nel sottosuolo e lo porta in superficie dove la pompa di calore, per evaporazione, sottrae il calore ai tubi e lo trasferisce agli impianti domestici. Nel periodo estivo accade il contrario. Nella sonda scende un fluido caldo che perde calore nel terreno raffreddandosi. Tutto questo può accadere perché nel sottosuolo la temperatura del terreno a quelle profondità è mediamente costante a circa 15°C.

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GEOTERMIA AD ALTA TEMPERATURA

 Didattica, Energia
Mar 212012
 
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Lo scopo di una centrale geotermica è quello di sfruttare il calore delle profondità terrestri. Infatti, la temperatura interna del nostro pianeta aumenta a mano a mano che si scende verso il centro della terra. Questo aumento chiamato gradiente geotermico è di circa 3 gradi centigradi per ogni 100 metri di profondità ma in alcune zone è molto più elevato, tanto ad avere temperature di 250-350°C a profondità di circa 2000-4000 m.

COS’E’ LA GEOTERMIA?

La geotermia è la disciplina della geologia che studia l’insieme dei fenomeni naturali coinvolti nella produzione e nel trasferimento di calore proveniente dall’interno della Terra. Il calore del nucleo terrestre si è generato grazie alla forza di attrazione gravitazionale ed ha continuato ad esistere in seguito a processi di reazione nucleare naturale di elementi quali l’uranio, il torio e il potassio.

Il calore terrestre, dall’interno, viene trasferito verso la superficie mediante moti convettivi (dovuti alla pressione e alla forza di gravità) prodotta dal movimento del magma o di acque profonde. E’ per questo che assistiamo alla maggior parte di fenomeni come le eruzioni vulcaniche, le sorgenti termali, i geyser o le fumarole.

QUALE FORMA DI ENERGIA?

Attraverso canalizzazioni artificiali, il vapore erogato dalla Terra, cioè Energia Termica, viene convogliato in tubazioni, chiamate vapordotti ed inviato alla turbina, dove l’energia viene trasformata in Energia Meccanica di rotazione. L’asse della Turbina è collegato al rotore dell’Alternatore che, ruotando, trasforma l’Energia Meccanica in Energia Elettrica alternata che viene trasmessa al Trasformatore. Questo innalza il valore della tensione fino a 132000 Volt e la immette nella rete di distribuzione. Il vapore in uscita dalla turbina viene riportato alla stato liquido in un Condensatore, mentre i gas incondensabili, contenuti nel vapore, vengono dispersi nell’atmosfera. Una torre di raffreddamento consente di raffreddare l’acqua prodotta dalla condensazione del vapore e di fornire acqua fredda al condensatore stesso. L’acqua condensata in uscita dalle centrali viene reiniettata nelle rocce profonde da cui il vapore è stato estratto.
Quando dai pozzi esce un vapore con temperatura inferiore ai 180°C (quindi insufficiente a far azionare la turbina), il calore del fluido viene utilizzato per far evaporare, in un apposito scambiatore di calore, un altro liquido a basso punto di ebollizione [isobutano (-11°) o isopentano (28°)] che, a sua volta trasformato in vapore, verrà convogliato nella turbina innescando il processo di trasformazione dell’energia descritto precedentemente.

LA CENTRALE GEOTERMICA

Schema Centrale Geotermica

Per realizzare il processo sopra descritto, una centrale geotermica deve essere realizzata attraverso una serie di apparecchiature fondamentali. L’immagine qui sopra, aiuta a capire di quali elementi si tratta e del suo funzionamento. Gli elementi di cui è costituita una centrale geotermica sono i seguenti:

  1. pozzi di estrazione o produzione;
  2. turbina a vapore;
  3. condensatore;
  4. pompa;
  5. torre di raffreddamento;
  6. pozzo di reiniezione;
  7. alternatore;
  8. trasformatore.

POZZI DI ESTRAZIONE O PRODUZIONE – ricordano molto quelli degli impianti petroliferi. Sono pozzi rivestiti da tubazioni di acciaio che scendono fino alla profondità della zona produttiva (serbatoio geotermico). Questi, vengono poi collegati ad altre tubazioni di acciaio chiamate vapordotti, che permettono il trasporto del vapore fino alla centrale geotermo-elettrica.

TURBINA A VAPORE – è un dispositivo costituito da un grosso asse d’acciaio nel quale sono inserite più “ruote”, costituite da diverse file di palette e la cassa, un involucro cilindrico di acciaio all’interno del quale sono fissati gli ugelli ed altre file di palette. Queste ultime non ruotano, ma formano degli “anelli”, che vanno ad interporsi tra le file di palette del rotore, e servono ad indirizzare nel modo corretto il vapore da una fila di palette mobili all’altra. La cassa è divisa longitudinalmente in due metà, collegate da grossi bulloni. Il vapore, attraversando le successive file di palette fisse e mobili da un’estremità’ all’altra della turbina, mette in rotazione il rotore, trasformando quindi la sua energia di pressione e temperatura in energia meccanica.

Ciclo ad alta pressione

Il vapore entra dalla caldaia e aziona la turbina ad alta pressione.

 

 

 

Ciclo a media pressione

Il vapore entra dalla sezione ad alta temperatura e viene compresso dalla turbina a media pressione.

 

 

 

Ciclo a bassa pressione

Il vapore dello scarico del corpo di media pressione entra tramite la sezione di cross-over nella turbina di bassa pressione e viene spinto nel condensatore.

 

 

CONDENSATORE – è un dispositivo collegato allo scarico della turbina ed e’ costituito sostanzialmente da un volume vuoto, percorso dal vapore, in cui viene spruzzata acqua sotto forma di piccole goccioline, in modo da mettere a contatto tra loro acqua e vapore. L’acqua di condensa viene raccolta in una zona detta “pozzo caldo” da dove viene estratta tramite una pompa che la invia alla torre di raffreddamento. I gas definiti incondensabili propri del vapore geotermico, vengono estratti con un compressore dal condensatore in modo da mantenere il grado di vuoto richiesto.

Casse acque di circolazione

Entrata acque di circolazione

Fascio di tubi

Pozzo caldo

 

 

 

 

 

POMPA – è un dispositivo ad asse verticale mosso da un motore elettrico a 6000 Volt. Serve a mandare l’acqua calda del condensatore nella torre di raffreddamento affinché possa tornare al condensatore a temperatura più bassa.

Schema di una pompa (viola ingresso acqua-rosso uscita acqua)

TORRE DI RAFFREDDAMENTO – è una costruzione a forma di parallelepipedo o circolare dotata di camini corti oppure di un solo camino di cemento largo e alto anche 100 metri. Al suo interno l’acqua gocciola dall’alto in basso, incontrandosi con una forte corrente d’aria che va in senso opposto, entrando dalla base ed uscendo dal camino. Durante questo percorso, una parte dell’acqua evapora, sottraendo calore alla parte rimanente che viene raccolta nella vasca acqua fredda, mentre dall’alto esce aria calda e umida e i vapori incondensabili.

Torri di raffreddamento (schema)

Torri di raffreddamento (foto)

 

 

 

 

 

POZZO DI REINIEZIONE – è un pozzo molto simile a quello per l’estrazione dei vapori. Il condotto è rivestito di  tubazioni in acciaio sino ad una certa profondità. L’acqua recuperata dallo scarico della centrale viene convogliata al pozzo di reiniezione tramite appositi acquedotti ed infine, viene reimmessa nel serbatoio geotermico di origine.

Schema di funzionamento dei pozzi (rosso=produzione – blu=iniezione)

GENERATORE – L’alternatore e’ un generatore di corrente elettrica. È costituito da due parti fondamentali, una fissa e l’altra rotante, dette rispettivamente statore e rotore, su cui sono disposti avvolgimenti di rame isolati. Normalmente l’alternatore lo ritroviamo in tutti i tipi di centrali per la produzione di energia elettrica perché riesce a trasformare l’energia meccanica di una turbina (idraulica, eolica, a vapore, ecc.) in energia elettrica.

Schema di funzionamento

Alternatore

 

 

 

 

 

 

TRASFORMATORE – è una macchina elettrica che serve a trasferire, energia elettrica a corrente alternata da un circuito ad un altro modificandone le caratteristiche. E’ formato da un nucleo di ferro a cui sono avvolte spire di rame in due diversi avvolgimenti, dei quali uno riceve energia dalla linea di alimentazione, mentre l’altro è collegato ai circuiti di utilizzazione.

GEOTERMIA PRO E CONTRO

La centrale geotermica utilizza come fonte energetica da trasformare, il calore contenuto dalla Terra. Si tratta ovviamente di una fonte gratuita e per molti versi non inquinante. E’ vero, infatti, che i vapori surriscaldati che emergono dalle fratture della crosta terreste, si accompagnano sempre con gas nocivi, letali per l’uomo. Questi, comunque, sono sempre in quantità contenute e si eliminano facilmente nell’atmosfera durante le prime fasi di uscita del vapore dal pozzo. Non è, inoltre, detto che la fuoriuscita di vapore sia accompagnata da questi gas. Possiamo quindi dire che l’energia geotermica è una fonte energetica pulita. E’ anche gratuita, ma ha elevato costo di estrazione e consente di produrre energia in modo assai inferiore a quella realizzata con i combustibili fossili.

Infine, il processo di trasformazione, genera un inquinamento indiretto noto come impatto ambientale. Infatti, la realizzazione di tutte le strutture che compongono una centrale, trasformano profondamente l’ambiente generando una forma di inquinamento che prende il nome di Impatto Ambientale.

GEOTERMIA IN ITALIA

L’Italia è stato il primo Paese al mondo a sfruttare l’energia geotermica, con il primo impianto realizzato nel 1913 a Larderello. Da allora la storia della geotermia è diventata un vanto dell’industria energetica italiana ed un fiore all’occhiello per Enel. L’energia elettrica prodotta con il geotermico, sta crescendo rapidamente e oggi si producono circa 10.000 MegaWatt, che dovrebbero raddoppiare nel prossimi 5 anni.
L’Italia, con i suoi 700 MW, è uno dei maggiori produttori al mondo e il primo in Europa. la maggior parte delle nostre centrali sono concentrate in Toscana rendendola la regione che fa maggior ricorso alle energie rinnovabili nel nostro Paese. Enel è sempre più impegnata in questo campo, sia per l’innovazione tecnologica che per la riduzione dell’impatto ambientale delle centrali. Infatti, si stanno realizzando centrali dette “a ciclo binario” e cioè in grado di sfruttare le risorse geotermiche a media temperatura, cioè tra gli 80° e i 180°C.

Larderello e le sue centrali

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