Energia domani 2; Un’idea controcorrente: A) Lo stoccaggio dell’energia B) La sostituzione dei carburanti fossili

A)

Richiesta e offerta di energia spesso non coincidono.

Turbine a vapore possono variare la potenza nel giro di ore. Turbine a gas nel giro di minuti. Motori diesel e turbine ad acqua si adeguano in maniera istantanea. L’offerta di energia è suddivisibile in energia di base, cioè costante nel tempo ed energia variabile.
Il vento e il sole non sono sotto il nostro controllo. Lo sfruttamento dell’energia solare, dell’energia eolica e dell’energia nucleare renderebbe necessario lo stoccaggio dell’energia.
Però: Energia elettrica praticamente non è stoccabile.
Automobili, navi e aerei hanno autonomie notevoli perché dispongono di energia stoccata a bordo sotto forma di idrocarburi. I loro carburanti sviluppano un’energia termica di 40 MegaJoule per kg, sono liquidi, facilmente trasportabili e immagazzinabili.
Si sviluppano accumulatori elettrici, serbatoi di energia termica a sali fusi, bacini d’acqua con pompe, cavità sotterranee con aria compressa allo scopo di immagazzinare energia. Tutto costoso, di efficienza modesta e quantitativamente insufficiente.
L’automobile di oggi può arrivare a oltre mille chilometri di autonomia, l’aereo arriva a oltre 12000 chilometri. Però ci sono due problemi: Il petrolio finirà presto e bruciando carburanti fossili si immette anidride carbonica nell’atmosfera. Dobbiamo o risolvere i problemi o dimostrare la loro inesistenza.
Sono poco in evidenza i problemi risolti: Un’automobile con un motore euro 5 non inquina – ovviamente non considerando l’emissione di anidride carbonica e di vapore d’acqua sono un inquinamento. I motori non emettono più anidride solforosa, non emettono fuliggine, non emettono ossidi di azoto, non puzzano, fanno poco rumore. L’efficienza di un motore diesel moderno supera il 40%. C’è un’eccezione: I diesel delle navi vengono alimentati con un carburante che contiene il 3,5% di zolfo e immettono nell’atmosfera enormi quantità di anidride solforosa. Questo è un inquinamento vero. Questo è un problema da risolvere.
Eppure si vuole sostituire l’automobile con un motore a idrocarburi con l’auto elettrica, per evitare l’emissione di anidride carbonica, speculando su una produzione di energia elettrica senza immissione di anidride carbonica nell’atmosfera . Contando su energia solare, eolica, mareale, nucleare ecc. Ci vorrebbe un aumento della produzione di energia elettrica del 20% rispetto all’attuale. Evviva l’energia nucleare!
Accumulatori elettrici, ultima generazione, ai ioni di litio, tengono 0,5 MegaJoule per chilogrammo. Dopo la sostituzione del serbatoio di idrocarburi con accumulatori al litio di uguale massa, l’auto fa quaranta volte meno strada e costa di più. Un fattore 1/80 deriva dalla capacità di immagazzinare energia, un fattore due viene dal migliore rendimento di una propulsione elettrica.
Non c’è nessuna speranza che l’auto elettrica possa arrivare a un’autonomia simile a quella delle auto di oggi. E il costo delle batterie è alto e durano molto meno del serbatoio, che sostituiscono. Probabilmente mettere via le batterie usate è inquinante.
In un’auto piccola elettrica, appena presentata, le batterie hanno un costo di 8000 euro. Sostituiscono il serbatoio del costo abbondantemente sotto i 100 euro. L’autonomia è fortemente diminuita.
Il sale fuso ha una capacità di stoccaggio di energia termica intorno a 1 MegaJoule per chilogrammo. (1 MegaJoule è equivalente a 0,27778 kWh).
Il progetto “Desertec”, che sfrutta l’energia solare per produrre vapore idoneo per l’azionamento di turbine, prevede lo stoccaggio di energia termica con sali fusi, può fornire corrente elettrica anche quando il sole non c’è. La capacità di stoccaggio di energia termica di un sistema a sale fuso è di 1 MJ/kg. Non sarebbe meglio tenere energia sotto forma di idrocarburi con una capacità di 40 MJ/kg e con un migliore rendimento nella trasformazione in energia elettrica?
Ci si chiede: a cosa servono allora gli specchi parabolici che concentrano energia solare sui tubi? Non sarebbe meglio usare l’energia solare per produrre biomasse e usare l’anidride carbonica che nasce nel processo di sfruttamento termico delle biomasse per migliorare la produzione basata sulla fotosintesi? Sono sotto sviluppo processi che trasformano le biomasse in idrogeno e anidride carbonica. Usando questi processi si può riciclare l’anidride carbonica con la fotosintesi sul posto e portare a distanza l’idrogeno con dei pipeline.
Si sviluppa l’automobile elettrica a idrogeno con la cella a combustione, cioè con la conversione diretta dell’idrogeno in energia elettrica. L’idrogeno contiene 119,9 MJ/kg di energia di combustione e il rendimento di conversione in energia elettrica è alto, nella vicinanza del 90%. Però: L’idrogeno è un gas. Contenerlo non è facile. Ci va molto più massa nel contenimento che nell’idrogeno. E addio miracolo autonomia. L’autonomia resta normale, accettabile, forse scarsa.
A guardarci bene il motore di oggi, euro 5, è ancora vincente.
Anche le turbine a gas vanno benissimo. Idrocarburi o altre sostanze organiche come carboidrati o alcool etilico o metilico o simili sono estremamente più efficaci nello stoccaggio di energia rispetto a tutto quello che si sta sviluppando. E se risultasse realmente necessario non immettere anidride carbonica nell’atmosfera, converrebbe riciclarla per la produzione efficace di biomasse con la fotosintesi.
Geotermia
Sonde geotermiche con profondità da 100 a 200 metri vengono usate in combinazione con pompe di calore per il riscaldamento di ambienti abitati e per acqua calda.
Nel caso di assenza o scarsità della falda acquifera la sonda si esaurisce, l’apporto di energia non bilancia il prelievo di energia. In questo caso l’energia prelevata d’inverno può essere reintegrata d’estate, usando energia solare termica. La sonda geotermica diventa un sistema di stoccaggio di energia. Un passo verso l’autonomia energetica.

B)

1) Il carbone c’è e basta per almeno mille anni. Non è una fonte rinnovabile, ma non c’è fretta. Nella seconda guerra mondiale la Germania ha prodotto benzina (Leuna) e gasolio (decalina) da carbone. I sommergibili tedeschi andavano a decalina (decaidronaftalina), da carbone.
2) I giacimenti di idrato di metano scoperti sul fondo dei mari sono più consistenti dei giacimenti di petrolio e carbone insieme. La ricerca su come sfruttare l’idrato di metano è iniziata. Il metano, essendo un gas è meno comodo da stoccare e da trasportare di idrocarburi liquidi. Il metano però può essere trasformato in idrocarburi liquidi con un processo di reforming catalitico (C’è anche il reforming con vapore d’acqua, che non fornisce idrocarburi, ma idrogeno e ossido di carbonio). Con il reforming catalitico si uniscono più molecole piccole per farne di più grandi. Avanza idrogeno, che può essere usato per produrre energia elettrica o per idrogenare carbone e creare idrocarburi liquidi. L’idrato di metano dal fondo del mare non è una fonte rinnovabile, ma ce n’è così tanto che non c’è fretta a sostituirlo. L’idrato di metano sul fondo del mare è in una situazione d’instabilità. Il metano può liberarsi e creare disastri. Un prelievo controllato alleggerisce questa situazione.
3) Energia solare (Nòva nr 221, Nòva nr 219) per fotosintesi. Circa 200 aziende lavorano per produrre idrocarburi da alghe e microrganismi con il meccanismo della fotosintesi. Questi organismi assorbano anidride carbonica dall’aria e sintetizzano sostanze organiche, soprattutto carboidrati. Sembra che possano essere modificate geneticamente in maniera da produrre direttamente idrocarburi.
La produzione di idrocarburi con microorganismi , energia solare e anidride carbonica non entra in concorrenza con la produzione di cibo come la produzione di biocarburanti oggi. Potrebbe essere fatta nel Sahara, in vasche basse, coperte, con l’aggiunta di anidride carbonica. L’aggiunta di anidride carbonica ne aumento l’efficienza.
Gli idrocarburi dai giacimenti naturali finiranno presto. Occorre sostituirli con idrocarburi prodotti con la fotosintesi, riciclando l’anidride carbonica.
4) Biogas. La produzione di gas, incirca al 50% metano, da scarti organici, è iniziata in quantità notevoli. In futuro potremo usare come fonte d’energia non solo i chicchi di frumento (questo fa concorrenza all’alimentazione umana), ma anche la paglia. Potremo sfruttare le foglie che in autunno cadono dagli alberi. Il biogas è utilizzabile in turbine a gas e per riscaldamento.
Per le automobili probabilmente possiamo permetterci ancora per tempo che immettano l’anidride carbonica nell’atmosfera. L’automobile con un motore a scoppio, alimentato da idrocarburi, è efficiente e insostituibile.
Il ricupero dell’anidride carbonica dagli aerei sembra impossibile. Se risultasse che dobbiamo ridurre il contenuto di anidride carbonica nell’aria, converrebbe ridurre il numero di voli.

Elmar Pfletschinger

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46 pensieri su “Energia domani 2; Un’idea controcorrente: A) Lo stoccaggio dell’energia B) La sostituzione dei carburanti fossili

  1. “Era stato Svensmark a calcolare con precisione che la variazione della copertura nuvolosa ha un’influenza sul “forcing radiativo” 100 volte maggiore della CO2.”

    E SE LO CHIEDI AD UN BALINESE CHE NON E’ NEMMENO ANDATO A SCUOLA TE LO DICE PURE LUI.

      (Quote)  (Reply)

  2. @ Giovanni post 38.

    In effetti la conduzione del calore tra un solido e un liquido, o tra due liquidi, è più lenta rispetto a quella dal solido all’aria.

    L’esempio che fate voi, del deserto in cui le escursioni termiche sono estreme, e la notte fa freddo cane, mentre di giorno arrivi a 50° all’ombra, è appunto un esempio di conduzione termica ottimale, da solido (sabbia desertica) ad aria (atmosfera).

    Quando cessa l’irraggiamento e il sole tramonta, la mancanza totale di umidità e acqua nei terreni, e l’assenza di nubi ed evaporazione fa sì che il calore del deserto si disperda subito nell’atmosfera.

    Invece, nelle Filippine, o in Brasile, ecc. nei paesi tropicali, in pratica non hai grosse differenze tra temperature notturne e diurne, hai sempre più o meno 22°-23° di notte e 27-30° di giorno come a Manila ad esempio, proprio perchè l’umidità è elevatissima e il calore diurno si trasmette più lentamente agli strati alti dell’atmosfera.

    Ma non lo puoi chiamare effetto serra, perchè comunque c’è ugualmente un’escursione termica, la notte le temperature sono più basse perchè non c’è irraggiamento, a meno che non ci siano venti caldi, monsoni, ecc.

    E poi bisogna considerare le dinamiche pressorie: se oltre ad umidità hai alta pressione, anche qui il calore viene trattenuto di più (ma passa lo stesso!) e non fai in tempo a finire il ciclo notturno che il Sole riprende a scaldare dall’alba, questione di ore!

    Però non ha nulla a che vedere con la serra di plastica, è una normale dinamica stagionale: estate-ciclo diurno/notturno – alte pressioni – umidità elevata (= afa) o bassa (= caldo secco).

    Io contesto – come il prof. Abdusamatov – l’uso manipolatore e suggestivo del termine “effetto serra”, che fa pensare che i gas atmosferici (o al limite vapore e nubi) siano quasi dei teloni di plastica che avviluppano il globo.

      (Quote)  (Reply)

  3. “In effetti la conduzione del calore tra un solido e un liquido, o tra due liquidi, è più lenta rispetto a quella dal solido all’aria.”

    ???

      (Quote)  (Reply)

  4. @indopama

    Dov’è il problema?

    la velocità con cui il calore si propaga tra due corpi è in funzione della diffusività termica http://it.wikipedia.org/wiki/Diffusivit%C3%A0_termica

    che è il rapporto tra la conducibilità termica fratto il prodotto tra la densità di un corpo e il suo calore specifico.

    Quindi se un corpo ha bassa densità molecolare (cioè peso molecolare) a parità di altre condizioni aumenta la sua diffusività termica, cioè il calore impiega meno ad attraversarlo.
    E l’aria ovviamente ha minore densità molecolare di un solido o un liquido…

      (Quote)  (Reply)

  5. io avevo inteso la quantita’ di energia totale scambiata e non per unita’ di massa. altrimenti i motori andrebbero meglio raffreddati ad aria e non ad acqua.

      (Quote)  (Reply)

  6. @indopama

    Veramente i radiatori funzionano sia con acqua che con aria, perchè c’è un sistema di serpentine dove passa il liquido refrigerante e poi viene a contatto con le cavità del motore, e hai anche anche una VENTOLA per raffreddare con aria, e che si aziona automaticamente quando il calore supera i 90° nei motori a 4 tempi, e i 60°-70° in quelli a 2 tempi.

      (Quote)  (Reply)

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