Energia pulita

Energie rinnovabili Contrastare i cambiamenti climatici


Il Sole invia sulla Terra una quantità di energia radiante pari a 5,6 x 1024 joule per anno; per farsi un'idea, questa corrisponde a circa 1,4kW/m2, ovvero, in altre parole, la quantità media di energia radiante ricevuta ogni secondo dalla superficie di 1 metro quadrato (perpendicolare ai raggi solari), fuori dall'atmosfera terrestre, è stimata in 1366W/m2 (costante solare).

Una buona parte di questa energia (circa il 50%) è riflessa o assorbita dagli strati alti dell'atmosfera, un'altra parte viene assorbita dal terreno e dagli oceani, e solo una piccola parte, meno dell'1%, è assorbita dagli organismi fotosintetici, cioè dagli organismi che attraverso la fotosintesi sono in grado di catturare l'energia luminosa per trasformarla in energia chimica, utile per tutti i processi vitali.

La fotosintesi è un processo proprio degli organismi autotrofi (piante terresti, fitoplancton, alghe marine e cianobatteri), capaci di usare l'energia solare per trasformare anidride carbonica e acqua in molecole di glucosio (zuccheri).

Dalla reazione si produce anche l'ossigeno, elemento fondamentale per la respirazione della maggior parte dei viventi. La fotosintesi avviene nelle piante, all'interno dei cloroplasti, organuli delle cellule del mesofillo della foglia, dal caratteristico colore verde per la presenza di pigmenti di clorofilla.

Il processo fotosintetico può essere descritto attraverso due fasi essenziali

  • La prima è detta fase luminosa, consiste nell'assorbimento dell'energia luminosa da parte dei pigmenti fotosintentici (clorofilla e carotenoidi). Viene sintetizzato ATP e NADPH, molecole che si comportano come "trasportatori" di energia chimica nella cellula, mentre una molecola d'acqua (H2O) è scissa in due atomi di idrogeno e uno di ossigeno (O2).

  • La seconda fase è la fase oscura o non luminosa, che corrisponde al Ciclo di Calvin. Grazie all'energia raccolta nella prima fase (ATP e NADPH), il carbonio viene fissato a partire da anidride carbonica (CO2) e idrogeno in una molecola di glucosio (C6H12O6).

Il risulato finale è riassunto nella nota formula chimica; 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 . Da osservare che l'ossigeno liberato in atmosfera, proviene dalla fase luminosa, cioè dall'acqua e non dal diossido di carbonio (anidride carbonica).

Gli organismi e la fotosintesi

Le piante durante il processo evolutivo, sulla base delle differenti condizioni climatiche, hanno caratterizzato le proprie strategie fotosintetiche:

Piante C3 Sono le piante di maggior interesse per l'agricoltura (es. soia, grano, riso etc.). In condizioni di forte siccità, gli stomi delle foglie si chiudono per evitare perdite idriche dannose alla pianta. In questo modo, nella foglia, si riduce la concentrazione di anidride carbonica e aumenta l'ossigeno. Si va incontro alla foto-respirazione, un processo che consuma energia e ossigeno, ma non produce zuccheri.
Piante C4 Sono piante adattate ai climi caldi e asciutti, che riescono a risparmiare acqua senza rallentare il processo di fotosintesi. Esse sono piuttosto efficienti da un punto di vista produttivo (es. mais e canna da zucchero). Infatti, anche se la pianta chiude gli stomi, l'anidride carbonica viene fissata in un composto a quattro atomi di carbonio e trasferita alle cellule della guaina del fascio. Qui la concentrazione di anidride carbonica è sufficiente a garantire il Ciclo di Calvin e la sintesi di zuccheri. La fissazione del carbonio e il Ciclo di Calvin avvengono in cellule differenti.
Piante CAM Sono adattate a climi particolarmente aridi (es. ananas, cactus, aloe). Il risparmio idrico è garantito poiché le piante CAM aprono gli stomi di notte per immagazzinare il diossido di carbonio sotto forma di acido malico (un acido carbossilico con quattro atomi di carbonio), ciò permette a queste specie (di giorno) di fare fotosintesi anche con gli stomi chiusi. La fissazione del carbonio e il Ciclo di Calvin avvengono nella stessa cellula ma in tempi diversi.

La fotosintesi è diventata un fondamento della vita sulla Terra, poichè tutti gli organismi in grado di raccogliere e trasformare l'energia solare in materia organica, sono alla base delle catene alimentari, ovvero della produzione primaria. Un altro importante contributo del processo fotosintetico è la cattura di anidride carbonica, molecola responsabile dell'effetto serra.

Energie rinnovabili

Dal punto di vista fisico l'energia non si distrugge, ma si conserva trasformandosi, e di fatto esprime la capacità di un qualsiasi sistema di compiere lavoro. Per questo motivo l'energia è una risorsa che fluisce all'interno delle specie viventi che la catturano, la trasformano e la conservano per usarla sulla base delle proprie necessità.

L'energia è in ciò che ci circonda, conservata nelle varie "forme energetiche" che la materia ha accumulato nel tempo. Un sistema, un individuo, un elemento, un prodotto della natura o dell'uomo, contiene sia energia solare sia energia chimica, ma è anche il risultato dell'energia racchiusa sotto forma di informazione, conoscenza e lavoro umano.

l nostro Pianeta trae da sempre la sua fonte di energia primaria dal Sole, l'unica sorgente in grado di mantenere viva l'intera biosfera. Il termine "rinnovabile" indica una risorsa che nel tempo mantiene inalterata la sua capacità di produrre lavoro.

Il Sole, il vento, le maree e la geotermia, sono fonti energeticamente rinnovabili. Le biomasse, quando il loro uso si mantiene in equilibrio con i tempi di rigenerazione della risorsa stessa, sono fonti di energia rinnovabile.

Le fonti non rinnovabili sono quelle che, in un determinato tempo storico, tendono ad esaurirsi poiché non hanno possibilità di rigenerarsi totalmente. Sono fonti non rinnovabili, il nucleare (fissione), il petrolio e gli altri combustibili di origine fossile, le quali attualmente, rappresentano la principale risorsa energetica dell'uomo tecnologicamente evoluto.

Quest'ultime fonti di approvvigionamento energetico sono inquinanti, poiché generano contaminanti quantitativamente e qualitativamente, non compatibili con i cicli biogeochimici della Terra, in pratica dal loro sfruttamento hanno origine "rifiuti" che non possono essere integrati o smaltiti nei cicli dell'eco-sistema. Questo fenomeno produce evidenti squilibri nelle proprietà naturali e biologiche dell'ecosfera, evidenziando la necessità di avvalersi di fonti di energia più pulita, al fine di ridurre l'impatto ambientale.

Per energia pulita, non si intende necessariamente un'energia ha "impatto zero", piuttosto essa rappresenta la soluzione con minor impatto ambientale possibile.

Quindi abbiamo bisogno di un'energia che rispetto all'emergente problema del riscaldamento del pianeta, emetta minime quantità di gas serra (GHG), senza generare scorie e rifiuti pericolosi. Ci sono energie rinnovabili basate su sistemi di produzione alternativi (e.g. eolico, solare, mareomotrice, etc), oppure cicli combinati a basso impatto, inoltre, si possono utilizzate altre componenti primarie come ad esempio l'idrogeno (e.g. sistemi fuel cell)

l'obiettivo è restituire all'ambiente le minori quantità di CO2 possibili, ad oggi, il principale gas serra emesso dai sistemi di produzione energetica.

Alcune delle principali fonti rinnovabili di energia sono:

  • Geotermico: sfruttando in modo appropriato il calore endogeno della terra, si può liberare l'energia termica accumulata nel sottosuolo. Questa forma di energia è disponibile per scaldare direttamente acqua o vapore, oppure assistere turbine e generatori di corrente elettrica.

  • Solare termico: l'energia irradiata dal sole può essere convertita con appositi collettori solari, in energia termica per riscaldare acqua sanitaria e ambienti.

  • Fotovoltaico: l'energia solare è trasformata in energia elettrica sfruttando l'effetto fotoelettrico. Sono impiegati particolari pannelli composti da materiali semiconduttori (celle al silicio).

  • Eolico: l'energia cinetica posseduta dal vento è convertita in energia meccanica grazie al moto delle pale eoliche. Successivamente un generatore trasforma il movimento di rotazione delle pale in energia elettrica.

  • Mareomotrice: si può ricavare energia elettrica dal fenomeno delle maree e dal moto ondoso. Infatti gli effetti gravitazionali della Luna, producono fenomeni ritmici (flusso e deflusso) sul livello delle acque (maree), mentre l'attrito delle masse d'aria sulla superficie dei mari, genera le onde.

  • Biomasse: si tratta di materiale organico che può essere utilizzato come combustibile "rinnovabile" a patto che si rispetti nel ciclo produttivo e nella filera di approvigionamento un corretto bilancio ambientale. Si utilizza il legno proveniente da colture forestali dedicate o da residui di diradamento dei boschi, in forma di pellet, briquettes, cippato o legna a pezzi, per alimentare caldaie e produrre energia termica. Altre biomasse sono impiegate per produrre biocarburanti: si ricava olio vegetale puro da girasole o colza, che opportunamente trasformato (trans-esterificazione) produce biodiesel. Dalla fermentazione alcolica di barbabietola, sorgo zuccherino o canna da zucchero si ottiene bio-etanolo, un suppletivo delle comuni benzine. Infine da scarti vegetali efficacemente trasformati, si possono ottenere biocarburanti di nuova generazione.

  • Biogas: all'interno di appositi digestori viene prodotto "gas metano" come risultato della fermentazione di liquami zootecnici e biomasse solide (sorgo, silo-mais o scarti di potature e lavorazioni). Esso viene perciò impiegato per produrre energia termica o elettrica tramite bruciatori o motori a gas. Come per le biomasse, anche il biogas per essere sostenibile, deve rispettare dei precisi criteri in tutta la sua filera produttiva

L'agricoltura da secoli ha saputo produrre alimenti e materiali nel pieno rispetto dei cicli biologici. ma lo sviluppo agricolo degli ultimi decenni ha comportato l'aumento dei costi energetici, ed un uso massiccio di pesticidi, fertilizzanti, e di altri derivati del petrolio.

Contrastare i cambiamenti climatici

Nel 1990 l'IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) pubblica il Primo Rapporto sul Clima, nel 1992 durante il Vertice di Rio de Janeiro, viene pubblicata la Convenzione Quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici con i primi strumenti tecnici e politici per affrontare i cambiamenti su scala mondiale. Nel 1997, viene approvato il Protocollo di Kyoto, che contiene le misure da adottare per ridurre le emissioni di gas clima alteranti (GHG).

Protocollo di Kyoto

I paesi industrializzati ed in via di sviluppo sono obbligati a ridurre complessivamente del 5,2% le emissioni di gas ad effetto serra: per anidride carbonica, metano, protossido di azoto, i valori di riferimento sono quelli misurati nel 1990, mentre per idrocarburi fluorati, idrocarburi perfluorati ed esafloruro di zolfo, l'anno di riferimento è il 1995. Il periodo di adempimento è di 5 anni, tra il 2008 e il 2012.

La Comunità Europea ha firmato il protocollo il 29 aprile 1998. Nel dicembre 2001, il Consiglio europeo di Laeken ha confermato che era volontà dell'Unione che il Protocollo di Kyoto entrasse in vigore prima del vertice mondiale sullo sviluppo sostenibile di Johannesburg (26 agosto - 4 settembre 2002). Per raggiungere questo obiettivo, la presente decisione approva il protocollo a nome della Comunità. Gli Stati membri si sono impegnati a depositare i loro strumenti di ratifica contemporaneamente alla Comunità e, per quanto possibile, prima del 1° giugno 2002. (fonte EUR-Lex)

Nel 2007, è stato approvato un nuovo piano d'azione per il Post-Kyoto, durante la Conferenza ONU sui cambiamenti climatici a Bali, da attuare dopo il 2012. Questo impegno è promosso e incentivato anche dalla Comunità Europea che ha fissato importanti obiettivi per il 2020 (ridurre del 20% le emissioni di gas serra, del 20% i consumi energetici e aumentare del 20% l'uso di fonti rinnovabili).

Nella conferenza ONU sul clima (COP17) tenuta a Durban (Sudafrica) alla fine del 2011, la United Nations Climate Change Conference è riuscita ad approvare una piattaforma comune per la stesura di un trattato globale sulla lotta ai cambiamenti climatici, da redigere entro il 2015 e ratificare nel 2020. Al tal fine è stato prorogato di qualche anno il Protocollo di Kyoto (in scadenza nel 2012).

La conferenza sul clima di Durban, è stata l'occasione per avviare l'istituzione finaziaria del già previsto "Green Climate Fund", il fondo economico per contrastare i cambiamenti climatici e ridurre i GHG.