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Una luce nell’oscurità dello spazio

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Nell’Ottobre del 2011 ho avuto il privilegio e l’onore di incontrare il Maggiore Paolo Nespoli, famoso astronauta Italiano, proprio qualche mese dopo essere rientrato dalla sua seconda missione sulla Stazione Spaziale Internazionale denominata Expedition 27.

In quell’occasione ho avuto modo di visionare delle bellissime immagini della Terra scattate durante la missione, ed un brivido di emozione mi ha colpito quando, tra le varie proiezioni, ho intravisto la forma del nostro Stivale.

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“È bellissima l’Italia da lassù”, ho pensato tra me e me a primo impatto.

Guardando bene la foto  mi sono reso conto di come le luci possano svelare delle informazioni importanti sul Paese, come ad esempio le differenze tra le zone più ricche e più povere, le differenze tra Nord e Sud e tra le città più densamente popolate e le zone rurali.

Poi invece, guardando ancora meglio, mi sono reso conto che passato il confine, sia verso Nord che verso Est, non si vedono più luci.

Quella sensazione di patriottismo che pochi secondi prima si era timidamente intravista è sparita di colpo quando mi sono reso conto di quanta energia elettrica sprechiamo in più rispetto ai nostri vicini di casa.

Ma perchè dallo spazio l’Italia è più illuminata delle altre nazioni europee?

Sicuramente una questione di illuminazione sovradimensionata rispetto alle reali esigenze, un po’ frutto della bassa politica locale che installa i lampioni davanti le case della gente come ringraziamento dopo le elezioni.

Non è  solo un sovradimensionamento, però, ma anche un problema strutturale di portata ben maggiore. Tutte quelle luci, infatti, sono anche il segnale evidente che i nostri lampioni stanno illuminando il cielo invece che la terra!

E se per alcuni nostalgici queste luci sono pittoresche e romantiche, per gli scienziati invece rappresentano quello che in gergo tecnico si chiama inquinamento luminoso, ovvero il fenomento causato dall’irradiazione incontrollata di luci intense verso la volta celeste.

L’inquinamento luminoso provoca danni sia di natura ambientale che culturale, ma anche economica.

L’eccessiva illuminazione artificiale crea difficoltà di orientamento in molti animali e l’alterazione dell’orologio biologico (ritmo circadiano) nell’uomo, negli animali e nelle piante.

Per effetto di un’illuminazione selvaggia, inoltre,  le stelle diventano diventano spesso invisibili nei cieli delle nostre città. E non dimentichiamo che è proprio grazie quelle stelle che l’uomo ha fatto le sue più grandi conquiste. Dalla trigonometria all’orientamento, dalla scoperta dell’America alla rivoluzione copernicana. Il cielo e le stelle da sempre sono stati al centro delle grandi riflessioni esistenziali dell’uomo, religiose, filosofiche, matematiche, fisiche ed astronomiche.

E sembrerebbe paradossale adesso affermarlo, ma una lampadina ci illumina un gradino, ma ci oscura il cammino.

Se riuscissimo a controllare in maniera intelligente la direzionalità dei fasci di luce, evitando che l’energia elettrica convertita in luminosa venga dissipata in direzioni inutili,  potremmo risparmiare anche il 50% dell’energia elettrica a parità di risultato.

Il passaggio ai LED è necessario al più presto possibile, sia per risparmiare energia, sia per controllare la direzionalità dei fasci luminosi.

Proprio due settimane fa si è festeggiato il decimo anniversario dell’iniziativa M’ILLUMINO DI MENO, una giornata dell’anno in cui vengono spenti i riflettori sui più importanti monumenti allo scopo di sensibilizzare il pubblico al risparmio energetico.

Ben vengano queste iniziative, ma nel nostro piccolo spegniamo le luci superflue quando possiamo. Ci guadagneremo sia economicamente che in termini di visibilità, perchè il nostro sguardo potrà andare oltre e riscoprire quelle cose meravigliose che hanno ispirato i nostri antenati.

PENSIAMO GLOBALMENTE,
AGIAMO LOCALMENTE!

Autore: Giovanni Gasparri (Linkedin | Facebook)
Data di Pubblicazione  28 Febbraio 2014
Ultima Revisione: 28 Febbraio 2014

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Fotovoltaico: imminente energia dell’avvenire – di Roberto Vacca

Su gentile concessione dell’autore Roberto Vacca abbiamo il piacere di pubblicare integralmente l’articolo dal titolo “Fotovoltaico: imminente energia dell’avvenire” del 2/11/2013.

Roberto Vacca

Ing. Roberto Vacca, famoso scrittore, divulgatore scientifico, saggista e matematico

Dopo i rapidi e notevoli aumenti del prezzo del petrolio a partire dagli anni Settanta, si associa quasi sempre a ogni considerazione su questioni energetiche la parola “crisi”. Continuano a essere citati disastri planetari visti come imminenti in base a dati incompleti e interpretati in modi erronei. Fra questi: il riscaldamento globale del pianeta attribuito al consumo eccessivo di carbone, petrolio e gas e l’esaurimento dei giacimenti petroliferi. L’avvenire del clima viene vaticinato usando modelli non validati, né validabili. La fine del petrolio è temuta da chi ignora che il livello delle riserve accertate continua a crescere, che l’origine del petrolio non è biologica e che esistono giacimenti enormi a grande profondità.

Invece le tendenze attuali indicano che avremo energia abbondante, non inquinante, a basso prezzo. Assumerà importanza primaria il fotovoltaico. L’ ottimismo non è dovuto solo alla recente notevole crescita, ma al velocissimo aumento dei rendimenti che, in laboratorio, sono saliti molto oltre il 15% tipico delle celle di silicio cristallino che, appunto, trasformano in elettricità meno di un sesto dell’energia dei raggi solari. Il trend di questo progresso sembra avviato a continuare. I rendimenti di celle fotovoltaiche che concentrano la radiazione solare anche 100 volte, crescono rapidamente. Varie industrie e centri di ricerca [fra cui: le americane Spectrolab, Amonix, Solar Junction, la giapponese Sharp e l’università australiana del South Wales] hanno superato il rendimento del 44% con un costo che si stima possa scendere a poco più di 2 dollari per Watt installato (cui bisogna aggiungere i costi delle infrastrutture e dei convertitori da corrente continua in alternata).

In Germania e in Italia costruttori e utenti hanno installato molto fotovoltaico. Conveniva perché interessanti incentivi statali andavano a chi lo adottava. Le risorse per questi aiuti sono state ottenute aumentando le tariffe agli altri utenti. Quindi il prezzo del kiloWattora in Germania e in Italia è fra i più alti in Europa (vedi tabella in fondo), ma non ha una correlazione significativa con la produzione industriale, né con l’andamento dell’economia in generale.

Ora gli incentivi diminuiscono e la crescita del fotovoltaico rallenterà. Però è stata superata una soglia importante: in Italia la potenza degli impianti per la generazione di energia eolici e fotovoltaici (24.500 MegaWatt) è maggiore di quella installata degli impianti idroelettrici (18.200 MW). Questi possono essere messi in funzione a piacere – in qualsiasi momento – senza vincoli. Gli eolici non danno energia se non c’è vento e i fotovoltaici non ne danno se non c’è il sole. La produzione di energia eolica più solare nel 2012 è stata di 32.269 GigaWattora (GWh). Quella di energia idroelettrica è stata di 43.854 GWh. Al tasso di crescita attuale, il fotovoltaico supererà l’idroelettrico entro un paio d’anni.

L’energia solare è tanto abbondante che per soddisfare il fabbisogno mondiale, basterebbe trasformare in elettricità anche solo col rendimento dell’1% la radiazione solare che incide sui deserti. Perché, allora, non si risolvono tutti i problemi energetici sfruttando celle foto-voltaiche? Perchè le celle foto-voltaiche sono ancora costose e il loro rendimento è ancora basso.

Il costo per installare 1 kiloWatt di potenza elettrica fotovoltaica è di 3.000 €. Quello per installare 1 kW idroelettrico o termoelettrico è poco più di 1.000 €. Alle nostre latitudini il sole trasmette a ogni m2 di superficie terrestre una potenza di circa 1.000 Watt. Le celle fotovoltaiche producono, quindi, circa 150 Watt/m2. Se coprono 1 km2 , producono 150 MegaWatt per 2.000 ore l’anno: cioè 300 GigaWattora. Gli impianti termoelettrici italiani hanno una potenza di 80 GigaWatt (equivalenti a 80 grandi centrali nucleari) e funzionano in media 2.700 ore l’anno producendo 220 TWh (TeraWattora = migliaia di GigaWattora). Sostituendoli col fotovoltaico, si risparmierebbero gas e carbone. La potenza richiesta sarebbe di 110 GW [80 GW x (2700/2000)] e l’area occupata (con rendimento attuale del 15%) di 730 km2 sarebbe (circa il 2,4 per mille di quella del Paese): ingombrante, ma non impensabile. L’impresa richiederebbe un investimento di 330 miliardi di € solo per i pannelli fotovoltaici a cui vanno aggiunte le infrastrutture e i sistemi per immagazzinare l’energia (prodotta quando c’è il sole e utilizzata anche quando non c’è). A questo scopo si possono usare batterie e si può pompare l’acqua dai bacini bassi ai laghi e a nuovi invasi a quote alte degli Appennini e delle Alpi. Abbiamo già oltre 7 GW di impianti di pompaggio; ne andrebbero costruiti altri e andrebbero riprogrammate le attività industriali e civili per ripartire la potenza nel tempo.

Destinando al pompaggio la metà della potenza fotovoltaica, cioè 55 GW, il costo delle centrali necessarie sarebbe di 55 miliardi di euro. Valutando in 2 ore/giorno il tempo in cui la potenza fotovoltaica va immagazzinata, l’energia prodotta richiederebbe in alternativa 110 GWh di batterie al litio con un investimento di 55 miliardi di € [500 €/kWh] dello stesso ordine di quello per le centrali di pompaggio. Con batterie al sale (che paiono imminenti) l’investimento in batterie si ridurrebbe al 40%. Possiamo stimare, per ora. che l’investimento totale debba essere circa di: 400 miliardi di €: un sesto del PIL.

Se il rendimento del fotovoltaico arrivasse al 40%, l’area occupata sarebbe di 270 km2 (meno dell’1 per mille di quella del Paese) e si occuperebbero anche le aree liberate dagli impianti termoelettrici dismessi. Si può anche pensare, con maggior fantasia, a coprire la superficie dei bacini idroelettrici con zattere coperte da pannelli fotovoltaici. Ho fatto il conto sulle centrali abruzzesi di Provvidenza, S. Giacomo e Montoro (900 MW di potenza) alimentate dal lago di Campotosto (superficie di 10 km2). Con la tecnologia attuale, le celle sul lago produrrebbero 1,5 GW e con un rendimento del 40%, 4 GW – oltre 4 volte di più della potenza idroelettrica.

Il rendimento massimo teorico è = 1–(T2/T1) = 1 – (293/6000) = 0,951, ove T2 è la temperatura ambiente (293°K = 20°C) e T1 (6000°K) è la temperatura della superficie solare. Il fisico inglese P.T. Landsberg ha dimostrato nel 1977 che il rendimento massimo teorico è del 93,3 %.

L’iniziativa più urgente è investire in ricerca e sviluppo per realizzare celle fotovoltaiche con rendimenti crescenti – a costi accettabili. La Commissione Europea dovrebbe indire gare e arruolare le aziende europee hitech. I governi dei 27 Paesi dell’Unione dovrebbero appoggiare energicamente questa impresa raggiungibile e risolutiva.

Tabelle

Paese
€/kWh usi domestici
€/kWh usi industriali
Media EU27
0,197
0,118
Danimarca
0,297
0,099
Germania
0,268
0,130
Italia
0,230
0,199
Francia
0,145
0,079
Romania
0,108
0,014
Prezzo energia elettrica in alcuni Paesi europei (2012) – Fonte: EUROSTAT
 

Anno

Fotovoltaico

Eolico

Fotovolt + eolico

Idroelettrico

2007

39 GWh

4034 GWh

4073 GWh

38481 GWh

2008

193

4861

5054

47227

2009

676

6543

7219

53443

2010

1905

9127

11032

54407

2011

10795

9857

20652

47767

2012

18862

13407

32269

43854

Energia prodotta in Italia da fonti rinnovabili – Fonte: TERNA
 
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© Roberto Vacca, http://www.robertovacca.com, Tutti i diritti riservati.

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