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Mag 202022
Nov 222021
Un consorzio costituito da 34 aziende europee, capitanata dalla tedesca Bosch GmbH, ha iniziato una intensa collaborazione al fine di rendere reale il progetto Transform. Di cosa si tratta?
Transform, è l’acronimo delle parole Trusted European SiC Value Chain for a greener Economy, ed è un progetto finanziato con fondi pubblici europei, con lo scopo di realizzare una catena di produttori e fornitori per la promettente tecnologia SIC, ovvero i semiconduttori al carburo di silicio, componenti elettronici di ultima generazione, capaci di garantire un uso più efficiente dell’elettricità disponibile. Un altro modo, insomma, per contribuire a quel progetto di efficienza energetica che ha lo scopo di salvaguardare l’ambiente.
Il progetto, mira ad assicurare all’Europa un ruolo di rilievo nei settori delle energie rinnovabili, dell’agricoltura 4.0 e della mobilità sostenibile e si protrarrà fino al 2024.
L’uso del carburo di silicio, mira a consentire la creazione di nuovi semiconduttori per le applicazioni dell’elettronica di potenza, quella cioè destinata al controllo dei processi di commutazione dei sistemi e al fine di ridurre al minimo le perdite di potenza. Fino ad oggi ci si era affidati a semiconduttori di silicio purissimo, ma il carburo di silicio, offre numerosi vantaggi; vediamo quali.
Partiamo dalla conduttività, decisamente superiore nei chip di carburo di silicio, consentendo così frequenze di commutazione più elevate e meno dispersione di energia sotto forma di calore, quindi maggiore efficienza energetica.
Un altro vantaggio, è la maggiore intensità di campo elettrico rispetto al silicio, permettendo in questo modo, di realizzare componenti più piccoli. Secondo calcoli effettuati da esperti, pare che il risparmio energetico possa arrivare fino al 30% in base al tipo di applicazione cui sono destinati questi nuovi semiconduttori.
Il progetto Transform, risulta così centrale negli interessi europei, perché la domanda di componenti in carburo di silicio (SIC) è destinata a crescere rapidamente nei prossimi anni, per cui una filiera di questa tecnologia, porrebbe l’Europa al centro di un processo di innovazione e produzione a livello mondiale. Qualche applicazione per fare un esempio? Stazioni di ricarica per veicoli elettrici, infrastrutture per la fornitura di energia, sistemi di propulsione dei veicoli elettrici. Uno studio ha evidenziato come questo segmento di mercato, crescerà del 30% annuo fino al 2025 e fino ad oltre 2,5 miliardi di dollari.
Gran parte degli stati dell’Unione sono coinvolti nel consorzio di ricerca e sviluppo, con un fondo europeo di circa 90 milioni di euro. Tra le aziende partecipanti possiamo indicare la già citata Bosch, l’italo-francese STMicroelectronics, l’inglese Fraunhofer IISB, l’università di Siviglia e molte altre.
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Ott 292021
Alla fine di questa settimana, nella notte tra sabato 30 e domenica 31 ottobre, dovremo nuovamente spostare gli orologi indietro di 60 minuti per ritornare all’ora solare, e in quel momento si riaccenderà la discussione in merito a: ora legale sì o ora legale no? Ma sappiamo esattamente di che cosa si tratta e per quale motivo è stata introdotta?
Il primo ad ipotizzare l’idea di spostare le lancette per risparmiare sui consumi fu, nel 1784, Benjamin Franklin si proprio lui l’inventore del parafulmine, il quale propose sul quotidiano francese Journal de Paris le sue riflessioni con l’idea di questa soluzione per risparmiare sulla spesa in candele spingendo così i parigini ad alzarsi un’ora prima.
In Italia l’ora legale fu introdotta per la prima volta nel 1966 e da allora, questa pratica è stata utilizzata da sempre più paesi, sia europei che extra europei, consentendo un risparmio di alcuni miliardi di kilowattora.
Molti, oggi, propongono di mantenere l’ora legale per sempre perché vantaggiosa dal punto di vista energetico, ma questo è da valutare caso per caso ed in base alle differenze geografiche di ogni singolo Stato. Infatti, gli Stati del Nord Europa, come Norvegia e Svezia, hanno giorni molto lunghi in estate con il sole che sorge prima delle quattro del mattino e tramonta verso le 23, per cui l’ora legale non ha alcuna utilità. Al contrario, per gli Stati del sud Europa, questo cambio porterebbe a notevoli benefici, con risparmi energetici e maggiori ore di luce.
Da qualche tempo in Europa è in corso una consultazione tra gli stati membri per valutare l’abolizione o meno dell’ora legale. Ma la Comunità Europea non ha ancora preso una decisione definitiva valida per tutto il territorio dell’Unione, lasciando ai singoli Stati la possibilità di decidere, dal 2022, di adottare o meno l’ora solare o l’ora legale per tutto l’anno. Questo, a dire di molti, provocherà un caos ma già adesso, sono molte le differenze tra i paesi della stessa Europa o dei singoli Stati negli USA.
La proposta di abolizione dell’ora solare per il passaggio definitivo all’ora legale è datata 2018, dall’allora presidente della commissione europea Jean-Claude Juncker, il quale attraverso un sondaggio, a cui risposero 46 milioni di persone con l’84% di favorevoli all’abolizione dei cambi semestrali di orario, pose le basi per uno studio che valutava i danni alla salute oltre i vantaggi, indubbi, dal punto di vista economico. L’effetto immediato, comunque è quello che dormiremo un’ora in più e che la sera farà buio prima. Dovremo aspettare l’ultima settimana di marzo 2022 per il prossimo cambio, a meno che venga presa una decisione definitiva dall’Unione.
Proprio questa non uniformità nell’adozione del cambio di ora è stato, nel passato, fonte di confusione e problemi oltre che di situazioni bizzarre e imbarazzanti. Uno degli eventi più divertenti è quello che narra della visita ufficiale del presidente jugoslavo Tito negli Stati Uniti nel 1963, il quale atterrando in Virginia non trovò nessuno ad accoglierlo perché la città non aveva aderito al cambio d’ora mentre il resto dello Stato sì.
Restiamo tutti in attesa e chissà che questo non sia davvero l’ultimo cambio.
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Ott 132021
Dispositivi in grado di produrre energia che possa in qualche modo alimentare i cosiddetti wareable (indossabili), ne esistono già diversi, ma quello proposto dal professor Jianliang Xiao docente di meccanica del Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Colorado a Boulder, presenta delle caratteristiche e delle peculiarità innovative.
Si tratta di un piccolo dispositivo elastico che aderisce alla pelle avente forma di un anello o di un bracciale. Questo, ha un funzionamento abbastanza semplice, basato sulla differenza di temperatura esistente tra il nostro corpo e l’aria circostante. Esso, riesce a trasformare parte del calore dissipato dal corpo umano in energia elettrica trasformando così il nostro corpo, in una vera e propria batteria. In pratica, un piccolissimo generatore termoelettrico in grado di generare 1 volt di energia per centimetro quadrato di pelle, e quindi una quantità inferiore rispetto a quella prodotta dalle batterie esistenti, ma comunque è sufficiente ad alimentare i dispositivi indossabili quali smartwatch e fitness band.
L’aspetto più innovativo e rivoluzionario di questa invenzione è il fatto di essere elastico, capace di ripararsi da solo e completamente riciclabile il che fa di questo dispositivo un alleato dell’ambiente, al contrario delle attuali batterie che utilizzano metalli pesanti e richiedono costosi cicli di smaltimento. Inoltre, questo dispositivo consente di fornire una quantità di energia costante e duratura nel tempo capace di alimentare i nostri dispositivi in maniera continuativa senza doverli togliere per ricaricarli in apposite basi o cavi.
Il proposito è quello di arrivare a produrre capi di abbigliamento che, oltre a svolgere la funzione coprente o estetica, abbiano anche una funzione energetica.
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Ott 062021
Uno dei più grandi problemi nella lotta all’inquinamento e ai cambiamenti climatici, è quello di riuscire a ridurre drasticamente i livelli di CO2 nell’aria dovuti all’azione combinata dell’inquinanti emessi dalle autovetture, dall’industria e da tutti i processi produttivi. Molte nazioni si sono impegnate per la risoluzione di questo problema entro tempi ragionevolmente brevi (2050), attraverso protocolli di intesa fissati nelle varie riunioni internazionali sul clima.
Una delle tecnologie più interessanti sulle quali si stanno concentrando le azioni di molte nazioni del mondo, è quella nota come CCS (Carbon Capture and Storage). Si tratta di un processo attraverso il quale viene catturata parte della CO2 contenuta nell’aria, per essere trasformata in bioetanolo come combustibile o prodotto per l’industria chimica, mineralizzata iniettandola nel terreno a grande profondità in giacimenti petroliferi o di gas ormai esausti, oppure utilizzata come inerte per la produzione di materiale edile evitando il processo di produzione di cementi altamente inquinante e fortemente emissivo di CO2.
Proprio sulla scia di questa nuova tecnologia è stato appena inaugurato in Islanda il più grande impianto di trasformazione di anidride carbonica in roccia chiamato ORCA (dall’islandese orca = energia). Tale impianto, è stato costruito nel sud-est dell’isola, nel parco geotermale di Hellisheidi (grazie al quale viene alimentato), ed è stato realizzato grazie alla collaborazione tra la Carbfix di Reykjavik e la società svizzera Climeworks AG.
In pratica, questo gigantesco impianto è costituito da enormi ventilatori che aspirano l’aria filtrando l’anidride carbonica, circa 4000 tonnellate ogni anno che, viene stoccata all’interno di un collettore. Questo, una volta pieno, viene chiuso e riscaldato in modo da rilasciare CO2 che sarà poi miscelata con acqua. A questo punto questa miscela viene iniettata a grande profondità nel terreno circa 1000 metri, in uno strato di roccia basaltica dove viene mineralizzata. In questo modo si è calcolato che le emissioni annuali di CO2 prodotte da oltre 800 auto diventeranno pietra secondo un processo inverso a quello che viene in natura.
L’impianto di cattura dell’aria (Director Air Capture) è caratterizzato da ventole alte circa 1 metro che aspirano l’aria e la convogliano verso una particolare sostanza assorbente costituita da microscopici granuli che si legano alla CO2 per reazione chimica. Questo filtro viene poi riscaldato in modo da rilasciare anidride carbonica a cui viene aggiunta dell’acqua e pompata nel sottosuolo dove raffreddandosi pietrifica trasformandosi in roccia attraverso un processo chimico. Ma questo non è l’unico impiego possibile, infatti l’anidride carbonica può essere trasformata in carburante aggiungendola all’idrogeno, oppure può essere immagazzinata in contenitori sotto pressione e venduta le fabbriche che si occupano di produrre bibite gassate per renderle frizzanti.
Il problema sorge in merito ai costi di questo processo di trasformazione. Attualmente, infatti, trasformare la CO2 in roccia costa all’incirca tra i 600 e gli 800 dollari, un costo eccessivamente alto per poter essere sostenibile. L’obiettivo è quello di abbassarlo, nei prossimi anni, fino a portarlo al di sotto dei 150 dollari diventando in questo modo vantaggioso ed efficiente. È importante, comunque, che questo processo non venga interrotto ma anzi, sviluppato e integrato sempre di più perché altamente sostenibile e capace di abbattere notevolmente l’azione dei gas serra, riducendone così, gli effetti sul clima. Attualmente esistono nel mondo circa 15 impianti dedicati alla cattura di CO2 che aspirano il complessivo di 9000 tonnellate l’anno ma l’obiettivo fissato dall’Agenzia Internazionale per l’energia è quello di arrivare a quasi 1 miliardo di tonnellate entro il 2050.
Altri problemi che dovranno essere affrontati per migliorare questa giovane tecnologia, sono quelli di aumentare l’efficienza e ampliare il ventaglio dei gas serra trattabili, come il metano e il protossido d’azoto.
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Set 112021
Che probabilmente l’energia del futuro, quella sulla quale molti scienziati investono, sarà la fusione nucleare è già noto. Probabilmente questo è dovuto al fatto che si tratta di una fonte di energia inesauribile, pulita e quasi gratuita, condensando così molti dei vantaggi ricercati per lo sviluppo di una moderna società digitalizzata.
La ricerca per lo sfruttamento di questa fonte di energia, è però sempre stata costellata da una serie di difficoltà tecniche finora insuperabili ma che pian piano le scoperte tecnico-scientifiche ci stanno aiutando a superare.
Pare appunto che il primo passo verso questo risultato sia stato ottenuto dall’ENI, la società italiana dell’energia maggiore azionista del CFS (Commonwealth Fusion Systems) società nata al MIT (Massachusetts Institute of Technology) di Boston.
La CFS ha comunicato di aver portato a compimento con successo il primo testo al mondo di magnete con tecnologia superconduttiva HTS (High Temperature Semiconductors) capace di assicurare il confinamento del plasma durante il processo di fusione magnetica.
Gli scienziati per la prima volta sono usciti a creare un campo magnetico di 20 Tesla, l’unità che serve a misurare la forza di un magnete, la più grande mai realizzata sulla Terra. Inoltre, il materiale a nastro utilizzato per creare i superconduttori a permesso di ridurre le dimensioni della struttura ad un quarantesimo rispetto ai conduttori convenzionali.
In questo modo si renderà possibile realizzare reattori molto più piccoli e capaci di gestire temperature più alte rispetto all’esperimento ITER condotto a livello internazionale con la partecipazione di Cina, Corea, Giappone, India, Russia, Unione Europea e Stati Uniti, per realizzare il più grande reattore a fusione mai realizzato nel sud della Francia.
Questo processo, per la prima volta sviluppato in laboratorio, replica il principio attraverso il quale il Sole genera la propria energia garantendo un’enorme quantità di questa, ad emissioni zero, infinita e assolutamente sostenibile.
Il successo di questo esperimento è tale perché consente per la prima volta in assoluto di creare le condizioni per effettuare una fusione nucleare controllata.
Si tratta di un grande passo per l’umanità, come afferma Claudio Descalzi, Amministratore Delegato di ENI; infatti lo sviluppo di questa tecnologia consentirà di abbattere definitivamente le emissioni, raggiungendo quel risultato di decarbonizzazione mondiale che rappresenta l’obiettivo fondamentale per salvaguardare il nostro pianeta. Sarà, inoltre, in grado di garantire una quantità di energia inesauribile e in quantità sufficienti a tutta l’umanità riuscendo, in questo modo, ad abbattere anche le differenze e le disuguaglianze presenti sul pianeta, migliorando al tempo stesso la qualità della nostra vita.
Questo primo passo, rappresenta l’inizio di un percorso che prevede la creazione di un impianto per la produzione di energia fusione e per far questo, ENI ha sottoscritto un accordo con il Plasma Science Centre, sempre del MIT, così da poter svolgere congiuntamente ricerche sugli elettromagneti di nuova generazione, sui reattori a fusione e sulla ricerca fisica del plasma.
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Giu 112021
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ENERGIA NUCLEARE |
| Indice Argomenti | |
| 1 | FISSIONE NUCLEARE |
| 2 | LE CENTRALI ELETTRO-NUCLEARI |
| 3 | FUSIONE NUCLEARE |
| 4 | PRO E CONTRO DELL’ENERGIA NUCLEARE |
| Mappa | MAPPA CONCETTUALE DELL’ARGOMENTO |
| Video | APPROFONDISCI CON I VIDEO |
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| #1 | FUKUSHIMA: SIAMO DAVVERO IN PERICOLO? |
L’energia nucleare è una forma di energia che deriva da profonde modificazioni della materia.
Più di un secolo fa Albert Einstein scoprì che questa poteva essere trasformata in energia…
…e che questa trasformazione poteva avvenire attraverso 2 differenti processi:
- la Fissione Nucleare
- la Fusione Nucleare
| FISSIONE o SCISSIONE NUCLEARE |
La fissione nucleare o la scissione nucleare, consiste nella disintegrazione del nucleo di un atomo, per mezzo dei neutroni che colpendolo alla velocità della luce, lo spezzano in nuclei più leggeri.
Einstein notò che sommando la massa dei nuclei più piccoli, la somma era inferiore a quella del nucleo originario. Come mai? Questo perché una parte di essa si era trasformata in energia! Infatti, una reazione nucleare, genera luce e calore, e questi sono proprio ottenuti per la trasformazione di parte della materia degli atomi.
Inoltre, se la quantità di materiale fissile è sufficiente, durante la fissione si liberano altri neutroni che vanno a colpire altri nuclei innescando così una reazione a catena.
L’elemento fissile usato nelle centrali è l’uranio 235 che costituisce il combustibile che, una volta inserito nei reattori, svilupperà un enorme quantità di energia.
Durante la fissione, oltre all’energia si ottiene un nuovo materiale fissile non presente in natura chiamato Plutonio.
| LE CENTRALI ELETTRO-NUCLEARI |
L’uomo riesce a realizzare queste reazioni all’interno di grandi strutture il cui scopo è quello di trasformare l’energia prodotta dalla fissione in elettricità, ecco perché prendono il nome di centrali elettro-nucleari.
Il combustibile fissile, l’uranio 235, viene inserito all’interno del reattore o core, chiuso all’interno di una struttura di contenimento affinché le radiazioni mortali prodotte da questa, non si disperdano all’esterno. Qui, avviene una fissione controllata. In pratica, apposite barre di controllo vengono inserite tra le pile di combustibile e abbassate se la reazione diventa troppo rapida o violenta, in modo da rallentarla o spegnerla del tutto in caso di necessità.
Schema degli elementi costitutivi di un reattore nucleare
L’uranio naturale viene sottoposto ad un processo di macinazione che produce comunemente un materiale in polvere secca di colore giallo, chiamato appunto yellow cake, proprio perché viene confezionato in piccoli cilindri che assomigliano a delle torte gialle.Anche
Il calore prodotto, viene utilizzato per far evaporare dell’acqua all’interno di un generatore di vapore, che viene utilizzata per raffreddare il reattore e per attivare una turbina a vapore la quale trasforma così l’energia termica prodotta in energia di tipo meccanico.
La turbina è collegata ad un alternatore, trasformando così l’energia meccanica in energia elettrica.
Come in ogni centrale elettrica, poi, l’elettricità passa al trasformatore che ne innalza la tensione per il trasferimento sulla rete elettrica attraverso i tralicci e i cavi dell’alta tensione.
| FUSIONE NUCLEARE |
La fusione nucleare è una reazione attraverso la quale i nuclei di due atomi leggeri, deuterio e trizio, si uniscono tra loro, dando come risultato un nuovo elemento chimico chiamato elio.
Anche in questo caso, quando i due nuclei più leggeri si fondono insieme, il nucleo che hanno formato, sarà meno pesante della somma degli altri due. Anche in questo caso la materia mancante si è trasformata in energia termica e luminosa.
Questa reazione, al contrario della fissione, non può ancora essere realizzata perché la condizione per cui i due atomi leggeri si fondano insieme, dipende da una pressione spaventosa e da una temperatura di milioni di gradi, condizioni che si verificano all’interno delle stelle come il nostro Sole o in una reazione nucleare incontrollata come in una bomba all’idrogeno.
| IL FUTURO DELLA FUSIONE NUCLEARE: IL TOKAMAK |
Toro
Per poter sfruttare l’enorme quantità di energia prodotta dalla fusione nucleare, si sta sperimentando il Tokamak, una macchina a forma di “ciambella”, sviluppata in Unione Sovietica negli anni 50’. Il nome un po’ curioso deriva dall’acronimo russo e significa “camera toroidale magnetica”. La forma toroidale (oppure a ciambella) del dispositivo non è stata di certo una scelta a caso, ma è fondamentale per il suo giusto funzionamento, in quanto la forma a ciambella del contenitore impedisce alle particelle di fuoriuscire dalle estremità, muovendosi invece in cerchi continui.
Raffigurazione 3D del Tokamak
Una camera vuota avvolge e protegge lo strato più interno in cui avviene il processo, impedendo l’interazione con le particelle esterne. L’intera struttura è avvolta da bobine magnetiche realizzate con superconduttori che, con la loro capacità di assorbire poca potenza elettrica, generano campi magnetici così potenti da permettere ai laser che bombardano le particelle di raggiungere le temperature adeguate e mantenere coeso il plasma.
Il campo magnetico generato impedisce agli elettroni di urtare contro le pareti, mentre le forze magnetiche addensano il plasma, portando i nuclei caricati positivamente abbastanza vicini da superare le forze elettrostatiche e li costringono a fondersi.
| PRO E CONTRO DELL’ENERGIA NUCLEARE |
Per ora, quando parliamo di energia nucleare ci riferiamo a quella prodotta con il processo di fissione. Produrre energia elettrica attraverso l’energia nucleare presenta notevoli vantaggi, ma porta con se anche alcuni importanti svantaggi. Vediamoli:
PRO
- da una piccola quantità di uranio si ottiene molta energia elettrica;
- non essendo basata sulla combustione di risorse fossili o vegetali, non causa l’emissione in atmosfera dei gas responsabili del dell’effetto serra;
- riduce la dipendenza dall’estero nell’approvvigionamento energetico, in quanto consente di produrre una parte dell’energia elettrica senza dover importare dai paesi produttori, gas, carbone o petrolio.
- può funzionare ininterrottamente per 40-60 anni. Un periodo di tempo così lungo consente di ammortizzare l’elevato costo iniziale della centrale atomica.
CONTRO
- dopo il processo di fissione nucleare vengono rilasciati dei rifiuti altamente radioattivi (scorie), che vengono smaltiti dopo tantissimi anni. Solitamente questi rifiuti vengono rinchiusi in depositi sotto terra lontani dallo scorrere delle falde acquifere e controllati dall’esercito perché potrebbero interessare gruppi terroristici per produrre le cosiddette bombe sporche;
- le centrali nucleari richiedono un maggior livello di sicurezza rispetto ad altre centrali, perché in caso di incidenti, sono quelle che danneggiano di più l’ambiente. Tristemente famosi gli incidenti nelle centrali nucleari di Chernobyl nel 1986 e Fukushima nel 2011.
| MAPPA CONCETTUALE DELL’ARGOMENTO |
| APPROFONDISCI CON I VIDEO |
| LA FISSIONE NUCLEARE | LA FUSIONE NUCLEARE |
| Durata: 1:02 | Durata: 2:34 |
| VERSO LA FUSIONE NUCLEARE | – |
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| Durata: 7:42 | Durata: 0:00 |
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Alunno/i autore/i dell’articolo: | |
| RICCARDO FRANCALANZA – AGNESE CORSARO | ||
| Classe e Anno: | Argomento di Riferimento: | |
| Terza D – 2020/21 | ENERGIA NUCLEARE | |
Apr 242021
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SOLARE TERMICO |
| Indice Argomenti | |
| 1 | I PANNELLI SOLARI |
| 2 | I TIPI DI IMPIANTI A PANNELLI SOLARI |
| 3 | MAPPA CONCETTUALE DELL’ARGOMENTO (non disponibile) |
| 4 | APPROFONDISCI CON I VIDEO |
| Lezioni Precedenti sull’Energia Solare | |
| #1 | ENERGIA SOLARE |
| #2 | FOTOVOLTAICO |
| I PANNELLI SOLARI |
Schema di Impianto a Pannelli Solari
I pannelli solari, funzionano essenzialmente per la produzione di calore a bassa temperatura e sfruttano il principio dell’effetto serra. Una piastra captante metallica, raccoglie l’Energia Solare e inizia ad emettere calore (Energia Termica).
Quale forma di ENERGIA sfruttiamo in un impianto a Pannelli Solari?
| I TIPI DI IMPIANTI A PANNELLI SOLARI |
Gli impianti solari termici utilizzati sono di due tipi:
- a circolazione naturale;
- a circolazione forzata.
Gli impianti a circolazione naturale sono sistemi monoblocco a circuito chiuso, che funzionano senza necessità di pompe né di componenti elettrici. Sono costituiti da un collettore solare esposto alle radiazioni solari, all’interno del quale l’acqua si scalda e sale per convezione (effetto termosifone) verso il serbatoio, confluendo quindi nel circuito domestico.
Gli impianti a circolazione forzata hanno il serbatoio montato separatamente (nel sottotetto o nel locale caldaia) e il liquido del circuito primario è spinto da una pompa. La pompa di circolazione viene messa in moto da una centralina elettronica che confronta le temperature dei collettori e dell’acqua nel serbatoio di accumulo rilevata da apposite sonde.
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| Impianto a Circolazione Naturale | Impianto a Circolazione Forzata |
I componenti principali di un sistema a Pannelli Solari termici sono:
- pannello solare;
- serbatoio di accumulo dell’acqua calda;
- pompa (solo nei sistemi a circolazione forzata);
- centralina elettronica;
- collegamenti idraulici ed elettrici.
PANNELLO SOLARE – possono essere raggruppati in 2 tipi principali: con tubi sottovuoto, oppure vetrati. Esistono, comunque, molte varianti come ad esempio pannelli ad aria, pannelli scoperti, a cupola.
- Pannelli solari sottovuoto – si presentano come tubi di vetro, al cui interno viene tolta tutta l’aria possibile creando il vuoto, in modo che venga impedita la cessione del calore (effetto Thermos). All’interno viene posto un elemento assorbitore di calore, per lo più un tubo di rame, e vengono denominati “tubi heat-pipe“. In alcune versioni a circolazione naturale all’interno del tubo può circolare direttamente l’acqua da riscaldare. Questo tipo di pannelli ha un ottimo rendimento in tutti i mesi dell’anno e sono adatti ad essere installati anche in condizioni climatiche molto rigide: quindi indicati nel nord Italia, così come al sud.
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| Schema Pannello Heat-Pipe | Pannello Heat-Pipe |
- Pannelli solari vetrati – sono storicamente i primi apparsi sul mercato. Sono composti da un vetro trasparente alla luce del sole, ma opaco ai raggi infrarossi, che sono così trattenuti all’interno. I raggi del sole, che raggiungono la parte interna del pannello, lo scaldano e il calore viene trattenuto all’interno (effetto serra). La superficie di questi pannelli può essere, o meno, trattata con prodotti che ne migliorano il rendimento (ossia la capacità di “trattenere” i raggi). Può, inoltre, essere presente un serbatoio di accumulo integrato, oppure un accumulo separato, più indicato per le località particolarmente rigide.
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| Schema Pannello Solare a Vetro | Pannello Solare a Vetro |
Serbatoio, pompa, centralina elettronica e collegamenti idraulici e elettrici sono gli elementi che completano un impianto solare termico a bassa temperatura.
| MAPPA CONCETTUALE DELL’ARGOMENTO |
| APPROFONDISCI CON I VIDEO |
| PANNELLO SOLARE | COME FUNZIONA? |
| Durata: 1:21 | Durata: 1:23 |
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Gen 172021
La tecnologia fotovoltaica, ossia quella utilizzata nei pannelli che disponiamo sui tetti delle nostre case, capaci di raccogliere la luce del sole trasformarla in elettricità è soltanto all’inizio e assistiamo continuamente nuove scoperte che ne migliorano le caratteristiche, la qualità e la durata. Uno dei problemi maggiori dei pannelli fotovoltaici e che nella conversione della luce in energia elettrica essi riescono, nelle condizioni migliori, a convertire al massimo i due terzi dei fotoni che li colpiscono.
Partiamo dal ricordare velocemente come funziona la tecnologia fotovoltaica; si tratta di quel fenomeno fisico per cui un materiale semiconduttore trattato con differenti prodotti sulle sue due superfici, diventa un diodo, ossia un componente elettrico in grado di far fluire la corrente solo in una direzione creando così la possibilità di assemblare diverse celle in sequenza per formare una stringa e poi pannelli sempre più grandi, sommando in questo modo le cariche prodotte come fanno le pile in sequenza. Purtroppo questi pannelli sono in grado di convertire soltanto alcuni fotoni, quelli ad alta energia, mentre altri, invece, vengono completamente dispersi o non catturati perdendo una grande quantità di energia che potrebbe essere sfruttata.
Lo studio condotto dalla Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano Bicocca, ha permesso di realizzare nuovi materiali capaci di modificare le proprietà elettroniche di questi pannelli e di ottimizzare il recupero di parte dello spettro solare non utilizzato dai dispositivi fotovoltaici. In pratica, il sole emette radiazioni di diverso colore e quindi con diversa energia che, potrebbero tutti essere raccolti per produrre elettricità e attivare reazioni chimiche, ma sfortunatamente, le tecnologie fotovoltaiche attuali non riescono a realizzare.
I ricercatori dell’Università milanese, hanno progettato un sistema multicomponente in grado di catturare i fotoni sprecati, quelli a bassa energia, e di convertirli in fotoni ad alta energia così da poter sfruttare la parte di spettro luminoso che sfugge agli attuali sistemi. Si tratta di nanocristalli a semiconduttore capaci di assorbire la luce, modificati introducendo al loro interno delle impurezze d’oro il cui scopo è quello di funzionare da ponte energetico tra il nano-cristallo e i convertitori, sfruttando dei meccanismi ultra veloci che avvengono in milionesimi di milionesimi di secondo (picosecondo).
È ovvio che questa ricerca, pubblicata sulla rivista Advanced Materials, ed intitolata High Photon Upconversion Efficiency with Hybrid Triplet Sensitizers by Ultrafast Hole-Routing in Electronic-Doped Nanocrystals, potrà portare nell’immediato futuro allo sviluppo di nuovi nano-materiali ibridi in grado di portare enormi miglioramenti anche in altri campi della fotonica e della fotochimica.
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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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Nov 072020
Uno dei problemi che affliggono il nostro pianeta, è l’inquinamento atmosferico dovuto all’emissione di gas serra, anidride carbonica, particolati e altre sostanze nocive. Immediatamente ci vengono in mente le grandi industrie pesanti, il traffico urbano o le emissioni domestiche. Esiste, però, un altra grande fonte di inquinamento, meno evidente ma purtroppo sempre importante, le grandi navi oceaniche. Dotate di potenti motori diesel, sono tra i maggiori mezzi inquinanti in circolazione sul pianeta.
Ma una soluzione pare essere alle porte; infatti, un nuovo combustibile che apre nuovi scenari e soprattutto strizza l’occhio all’ambiente e si propone come una soluzione molto più sostenibile rispetto a quelle in uso oggi. Si tratta dell’LNG.
Ma che cos’è l’LNG? Si tratta di un acronimo delle parole inglesi liquefied natural gas ossia gas naturale liquefatto e si ottiene dopo la depurazione del gas naturale estratto dai pozzi. Infatti, al momento in cui viene prelevato dalla natura, il gas è una miscela di idrocarburi composta da metano, etano, propano, acqua, anidride carbonica e azoto per cui deve essere sottoposto ad una operazione di purificazione dagli inquinanti ed essere trasportato ai luoghi di impiego. Di norma, il trasporto avviene attraverso delle condutture chiamata gasdotti, ma quando la distanza è eccessiva, questo avviene attraverso l’impiego di speciali navi chiamate metaniere.
Per consentire un trasporto agevole, il gas viene sottoposto a un’operazione di liquefazione a temperature molto basse circa 160° sotto lo zero. In questo modo il suo volume si riduce di circa 600 essendo così trasportabile in grandi quantità.
Oltre che per l’uso domestico o per la produzione di energia, la scienza sta studiando di impiegare questo tipo di idrocarburo in motori di nuova concezione da implementare sulle grandi navi in via di costruzione in modo da sostituire gli inquinanti motori diesel di quelle attuali.
Questo gas consente di rispettare tutti i rigidi parametri antinquinamento previsti dalle normative, e inoltre, grazie al raffreddamento, la riduzione del suo volume di circa 600 volte lo rende facilmente trasportabile e stoccabile. Pensate che questa miscela gassosa trasformata in sostanza liquida, presenta dei vantaggi ambientali enormi, infatti non emette anidride solforosa, riduce del 25% l’anidride carbonica, taglia dell’85% le emissioni di ossidi di azoto e addirittura del 95% quelle di particolato. I serbatoi di queste nuove grandi navi da crociera potranno essere molto più piccoli e consentire la navigazione senza rifornimento per addirittura 14 giorni consecutivi.
Ad oggi sono state ordinate 118 navi alimentate a LNG, raddoppiando il numero delle navi con questo tipo di alimentazione dal 2014 ad oggi. Alla convention Seatrade Global 2016 di Fort Lauderdale, un dirigente di Wartsila, principale costruttore di motori per navi da crociera, ha dichiarato che, entro il 2025, l’80% delle navi da crociera saranno alimentate a LNG.
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Set 162020
Dal genio creativo di un designer industriale, Lawrence Kemball-Cook, nasce una soluzione Smart, green, geniale per la produzione di energia.
Kemball-Cook, mette in pratica l’idea di gamification of life, ossia rendere le persone consapevoli delle proprie responsabilità per motivarle al cambiamento attraverso benefici e risultati immediati in maniera divertente quasi fosse un gioco. Questo concetto è messo in pratica osservando un evento che è normale all’interno delle città. Migliaia di persone, ogni giorno, ogni istante, percorrono le nostre strade, marciapiedi, entrano nelle metropolitane producendo una quantità di energia enorme che aspetta solo di essere convertita e sfruttata.
Questa idea è subito stata trasformata da Kemball-Cook, in Pevagen, una pavimentazione intelligente composta da una serie di mattonelle che sottoposte a pressione dall’energia cinetica dei passi umani, trasformano questa in elettricità grazie a tre bobine poste sotto la loro superficie, producendo all’incirca 5 watt di elettricità per passo.
Queste mattonelle sono composte da elementi triangolari uniti tra di loro senza formare spazi vuoti tramite un sistema ad incastro a “clic” che ne consente una facile manutenzione e ne abbassa i costi.
Le prime sperimentazioni sono state effettuate a Londra dove è stata pavimentata Bird Street, calpestata continuamente da migliaia di persone e poi nei pressi della casa bianca a Washington e di un centro commerciale alla periferia di Londra. In questi casi la presentazione è stata in grado di generare elettricità per l’illuminazione, per i suoni e per l’invio di dati. Il prossimo passo sarà quello di dotare di tale pavimentazione gli aeroporti, gli ospedali e i centri commerciali dove ovviamente, migliaia di persone ogni giorno passano frettolosamente.
I cosiddetti beacon, posti nei punti di intersezione dei tasselli triangolari, trasmettono tramite bluetooth i dati sui movimenti, fornendo dei grafici con i picchi di traffico e le abitudini dei consumatori. Ma secondo l’idea di Kemball-Cook, il prossimo passo sarà quello di applicare questa pavimentazione smart alle strade, perché le automobili generano molta più energia dei pedoni quando ad esempio si fermano gli stop o ai semafori.
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Mag 262020
Che le celle fotovoltaiche saranno sicuramente quelle che rivoluzioneranno il mercato dell’energia e il modo in funzioneranno le nostre apparecchiature. Forniranno energia gratuita e pulita alla maggior parte delle installazioni anche se è ancora necessario migliorare e rendere più efficiente l’attuale tecnologia. Ma oggi si inizia parlare di altro, ossia di utilizzare questo sistema capace di trasformare la luce del sole in elettricità come sistema di alimentazione per dispositivi indossabili. Immaginate il vostro smartwatch sempre al polso e senza alcuna necessità di dover essere continuamente posizionato sulla basetta di ricarica.
Si tratta di un nuovo sistema di celle, 10 volte più sottili, pari a 0,3 micron di spessore, leggerissime e, nonostante le ridotte dimensioni, capace di erogare sufficiente energia pari a 9,9 W per grammo in grado di alimentare apparecchi indomabili come il già citato smartwatch.
Il team di ricercatori internazionali, con la partecipazione della Monash University di Melbourne, spiega di aver realizzato questa minuscola cella fotovoltaica super sottile ad alta efficienza con un materiale che vanta una enorme capacità di curvatura meccanica e stiramento ed in grado di fornire una fonte energetica duratura.
Dei test eseguiti, risulta che anche le sue capacità di funzionamento sotto stress, risultano molto elevate, infatti questo, dopo oltre 4700 ore di funzionamento mostra un degrado e di appena il 4,8% e può funzionare con una degradazione minima per oltre 20.000 ore, cioè di circa 11,5 anni.
Il trucco dipende da un mix di materiali che sono in grado di assorbire non solo i raggi ultravioletti del sole ma anche diverse lunghezze d’onda e trasformare in elettricità il 13% della luce ambientale che è un numero piuttosto basso rispetto alle celle solari tradizionali, quelle per comprenderci posizionate sui tetti delle case, ma assolutamente sufficiente per un dispositivo da polso.
Nonostante i grand risvolti che potrebbe avere questa scoperta, i ricercatori frenano gli entusiasmi spiegando che saranno necessari anni prima di vederla applicata su un dispositivo, perché ancora diversi problemi di funzionamento e tecnologici debbono essere risolti.
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