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Impareremo dove nasce l’energia, come si trasforma e come viene distribuita ovunque serva.

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L'energia fatta in casa

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L’energia del sole

Se l'acqua è la culla della vita (i primissimi organismi viventi hanno avuto origine in mare), è la luce del Sole che ha reso possibile la nascita di tutto quello che sulla Terra è vivo. Con i suoi raggi, in appena un quarto d'ora, il Sole ci manda più energia di quanto tutti gli uomini nel mondo ne consumano in un anno intero.

Circa il 30% dell’energia che il Sole ci regala viene riflessa dall'atmosfera e si disperde nello spazio, quasi la metà (il 47%) viene assorbita dall'atmosfera e crea le zone di alta e bassa pressione, ovvero il vento e la pioggia e tutti gli altri eventi meteorologici, il 22% riscalda mari e laghi innescando il ciclo dell'acqua.
La fotosintesi dei vegetali assorbe appena lo 0,02% dell'energia solare e in questa piccola parte rientrano anche tutte le nostre coltivazioni. Da alcuni decenni l’uomo ha imparato a imbrigliare l’energia del Sole sia per ottenere acqua calda sia per ricavare elettricità.

“Il sole è la
più antica fonte
 di energia.”

Circa il 30% dell’energia che il Sole ci regala viene riflessa dall'atmosfera e si disperde nello spazio, quasi la metà (il 47%) viene assorbita dall'atmosfera e crea le zone di alta e bassa pressione, ovvero il vento e la pioggia e tutti gli altri eventi meteorologici, il 22% riscalda mari e laghi innescando il ciclo dell'acqua.
La fotosintesi dei vegetali assorbe appena lo 0,02% dell'energia solare e in questa piccola parte rientrano anche tutte le nostre coltivazioni. Da alcuni decenni l’uomo ha imparato a imbrigliare l’energia del Sole sia per ottenere acqua calda sia per ricavare elettricità.

Le sottostazioni
I pannelli solari sfruttano il calore del sole per riscaldare l’acqua.

L’energia solare termica

I pannelli solari che si vedono sui tetti delle case sono il metodo più semplice per sfruttare l’energia del sole e produrre acqua calda: per vicinanza il calore passa da un corpo "caldo" (il raggio solare che colpisce il pannello) a uno "freddo" (l’acqua che scorre all’interno del pannello). Dentro il pannello solare c’è infatti un lungo tubo arrotolato su sé stesso (si chiama serpentina) in cui scorre una miscela di acqua e “glicole”, un mix di sostanze studiato apposta per acchiappare tutto quel calore che verrà poi ceduto all’acqua da usare effettivamente in casa. In Italia, anche d’inverno, durante una giornata di Sole intenso un metro quadrato di pannello solare può scaldare fino a 45-60 gradi centigradi un serbatoio di acqua fra i 40 ed i 300 litri, abbastanza per soddisfare circa il 70% delle necessità di un appartamento.

L’energia solare fotovoltaica

Un pannello solare fotovoltaico serve a produrre energia elettrica direttamente dai raggi solari. Ogni raggio di Sole è praticamente un trenino di particelle che si…

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L’energia solare fotovoltaica

Un pannello solare fotovoltaico serve a produrre energia elettrica direttamente dai raggi solari. Ogni raggio di Sole è praticamente un trenino di particelle che si chiamano fotoni: ogni volta che un raggio (e quindi una raffica di fotoni) si schianta contro una cella fotovoltaica scappano via degli elettroni, quelle particelle che orbitano intorno al nucleo di ogni tipo di atomo. Imparando ad acchiappare questi elettroni in fuga e mettendoli “in ordine” e “in fila” si ottiene una corrente elettrica. Praticamente le celle fotovoltaiche che si trovano nei pannelli sono una sorta di tavolo da “biliardo”, dove gli elettroni si comportano come le palle: arrivano con forza attraverso i raggi solari e quando impattano sui pannelli “sbatacchiano” l’una contro l’altra, creando corrente elettrica.

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Quattro generazioni di pannelli

Dagli anni Sessanta ad oggi l’uomo ha migliorato via via la capacità dei pannelli solari di acchiappare l'energia del Sole e produrre elettricità; esistono dunque 4 epoche, 4 generazioni di pannelli fotovoltaici:

Pannelli fotovoltaici in silicio amorfo - “Amorfo” significa “senza forma” e si riferisce al fatto che uno strato di silicio viene spalmato in modo disorganizzato sul lato di un pannello. Questo tipo di pannello è il più facile ed economico da installare, ma ha il suo punto debole nel rendimento, che non supera il 10%. Altro limite è il forte degrado a cui è soggetto: la resa energetica diminuisce di molto con il passare del tempo.

“I pannelli solari
sono sempre
più efficienti.”

Pannelli fotovoltaici in silicio amorfo - “Amorfo” significa “senza forma” e si riferisce al fatto che uno strato di silicio viene spalmato in modo disorganizzato sul lato di un pannello. Questo tipo di pannello è il più facile ed economico da installare, ma ha il suo punto debole nel rendimento, che non supera il 10%. Altro limite è il forte degrado a cui è soggetto: la resa energetica diminuisce di molto con il passare del tempo.

Pannelli fotovoltaici in silicio multicristallino - Il termine multicristallino significa che il silicio spalmato sui pannelli è organizzato in grani che vengono fusi a formare una soluzione non omogenea.

Alla vista appaiono come tante cellette quadrate affiancate l’una all’altra collegate tra loro da piccoli fili elettrici e rivestite da uno o più strati di vetro. Il costo di realizzazione di questi pannelli è superiore a quello dei pannelli in silicio amorfo, ma la resa energetica si attesta tra il 12 e il 14%.

Pannelli fotovoltaici in silicio monocristallino - Questi moduli sono esteticamente molto simili a quelli multi cristallini, ma le celle sono realizzate partendo da silicio puro tagliato in lingotti. Questa struttura permette la massima conducibilità elettrica che si concretizza in un rendimento energetico che varia dal 14 al 17%.

Pannelli solari organici - Vengono chiamati anche pannelli solari naturali perché le celle fotovoltaiche producono energia elettrica imitando il meccanismo della fotosintesi clorofilliana, utilizzando il succo estratto da alcune piante (mirtillo, lampone, pelli di cipolla…) per innescare l’effetto fotovoltaico.

È una tecnologia molto promettente per i bassi costi di produzione e perché le celle sono “ricaricabili”: una volta esaurite le potenzialità di un pieno di succo la cella si svuota e si ricarica con succo fresco. Altamente sostenibile!

 E.ON può aiutarti a catturare l’energia del sole: scopri come!

L'autostrada dell'energia

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Come si muove l’energia

Non tutti hanno la possibilità di ricavare da soli l’energia dal Sole, così la maggior parte delle persone compra l’energia elettrica che arriva in casa per far funzionare tutti gli oggetti e gli elettrodomestici che la richiedono. Ma come arriva in casa l’elettricità che compriamo?
Ti sarà capitato, magari quando viaggi in macchina, di vedere accanto all’autostrada dei tralicci, quelle grosse torri di metallo che sostengono dei fili in aria. Come quelli sospesi sui tralicci, ci sono anche chilometri e chilometri di fili nascosti sottoterra che passano ovunque in tutta Italia. Attraverso questi fili scorre l’energia elettrica, che viaggia verso le nostre case passando da speciali edifici che si occupano di spedire l’energia ovunque serva.

Le sottostazioni
Le sottostazioni spediscono l’elettricità su fili sospesi in aria o nascosti sottoterra.

Le sottostazioni

Se doveste seguire i fili sospesi sui tralicci o quelli sottoterra per vedere da dove arrivano, quindi, scoprireste che tutti vengono dallo stesso tipo di edifici: le sottostazioni.
Questi edifici sono fondamentali perché ricevono l’energia elettrica appena prodotta dalle centrali (gli edifici che producono l’elettricità: non abbiate fretta, le vedremo più avanti!) e ne regolano la potenza per spedirla nelle case e negli uffici. L’elettricità arriva infatti nelle sottostazioni con una grande intensità: qui alcuni speciali strumenti, detti trasformatori, la trasformano in energia con la giusta carica per essere spedita e poi utilizzata.

La potenza dell’elettricità

Sui fili l’elettricità viaggia con una potenza molto elevata, detta ad alto voltaggio. Si chiama così perché misura tanti Volt - l’unità di misura dell’energia elettrica…

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La potenza dell’elettricità

Sui fili l’elettricità viaggia con una potenza molto elevata, detta ad alto voltaggio. Si chiama così perché misura tanti Volt - l’unità di misura dell’energia elettrica.
Pensate che in una normale batteria scorre energia a 1,5 volt. La presa di casa fornisce elettricità a 230 volt. L’elettricità che viaggia lungo la rete elettrica può arrivare addirittura a 400.000 volt: questo perché ha bisogno di tanta intensità per compiere lunghi viaggi e arrivare alla sottostazione, dove verrà poi smistata verso le case. Per entrare nelle case e nelle industrie ed essere utilizzata, però, tutta questa energia così potente sarebbe inutile e anche molto pericolosa.
Per questo sono fondamentali le sottostazioni, che con i trasformatori ne abbassano la forza man mano che l’energia si avvicina alla città. Per capirci, prova a pensare a un grosso tubo dell’acqua, che parte da un grande lago per arrivare fino al rubinetto di casa, diventando via via sempre più piccolo: non ti serve certo la potenza del getto d’acqua di un’intera diga per lavarti i denti!

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L'orologio energetico

Sapevi che a seconda del momento della giornata in cui si utilizza l’energia può cambiare -e di molto- il costo per comprarla? Pensa al lunedì mattina: i negozi aprono, le fabbriche iniziano a lavorare, la città si mette in moto e tutti hanno bisogno di parecchia energia e tutti la chiedono alla rete. E la domenica notte? La maggior parte delle persone sono sotto le coperte nei loro letti, senza mail da leggere, con le luci spente e il riscaldamento abbassato. L’energia, in questi momenti, serve meno perché quasi nessuno la utilizza.
Così, per risparmiare e utilizzare meglio l’energia, la settimana è divisa in diverse fasce orarie. Quando l’energia è meno richiesta, e quindi usarla richiedere uno sforzo minore, costa meno.

“Quando l’energia
è meno richiesta,
costa meno.”

Sapevi che a seconda del momento della giornata in cui si utilizza l’energia può cambiare -e di molto- il costo per comprarla? Pensa al lunedì mattina: i negozi aprono, le fabbriche iniziano a lavorare, la città si mette in moto e tutti hanno bisogno di parecchia energia e tutti la chiedono alla rete. E la domenica notte? La maggior parte delle persone sono sotto le coperte nei loro letti, senza mail da leggere, con le luci spente e il riscaldamento abbassato. L’energia, in questi momenti, serve meno perché quasi nessuno la utilizza.
Così, per risparmiare e utilizzare meglio l’energia, la settimana è divisa in diverse fasce orarie. Quando l’energia è meno richiesta, e quindi usarla richiedere uno sforzo minore, costa meno.

Come si crea l'energia?

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I muscoli dell’acqua

Il primo mulino ad acqua è antichissimo: risale a 2.100 anni fa e aiutava le donne perché rendeva meno faticoso macinare il grano. È questa una delle prime forme di sfruttamento dell’energia della natura per rimpiazzare il lavoro dell’uomo: prende l’energia come si presenta in natura (l’acqua che scorre) e la trasforma (con le pale e gli ingranaggi del mulino) per indirizzarla su uno strumento che altrimenti dovrebbe essere azionato dall’uomo (la pietra che polverizza i chicchi di grano).

Gli antichi Romani portarono quest’idea in tutta Europa, grazie all’intuizione di organizzare l’acqua in condotti e canalizzazioni per portare l’energia dove sarebbe servita. Mulini ad acqua vennero costruiti prima in tutto nel Mediterraneo, quindi in Oriente e nell’Europa del Nord e per macinare il grano, triturare le spezie, produrre l'olio d'oliva e persino per sollevare pietre pesanti, convogliare altra acqua nei canali di irrigazione, muovere seghe circolari per tagliare il legname, brillare il riso, azionare telai, produrre mattoni e vasellame…

“Il primo mulino
ad acqua risale
a 2.100 anni fa.”

Gli antichi Romani portarono quest’idea in tutta Europa, grazie all’intuizione di organizzare l’acqua in condotti e canalizzazioni per portare l’energia dove sarebbe servita. Mulini ad acqua vennero costruiti prima in tutto nel Mediterraneo, quindi in Oriente e nell’Europa del Nord e per macinare il grano, triturare le spezie, produrre l'olio d'oliva e persino per sollevare pietre pesanti, convogliare altra acqua nei canali di irrigazione, muovere seghe circolari per tagliare il legname, brillare il riso, azionare telai, produrre mattoni e vasellame…

Le centrali elettriche

Verso la metà dell’Ottocento gli scienziati hanno capito che dal movimento dell’acqua si potevano costruire ingranaggi capaci di produrre energia elettrica…

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Le centrali elettriche

Verso la metà dell’Ottocento gli scienziati hanno capito che dal movimento dell’acqua si potevano costruire ingranaggi capaci di produrre energia elettrica.
L’energia idroelettrica, cioè l’elettricità ricavata dal movimento dell’acqua, è quasi sempre prodotta in montagna perché servono potenti cascate di acqua che, muovendosi attraverso dei giganteschi tubi dai laghi naturali e dalle dighe artificiali in alta montagna, arriva a valle con grande impeto in alcuni edifici chiamati centrali idroelettriche.

Una volta arrivata alla centrale, il movimento dell’acqua fa muovere le pale delle turbine che trasformano l’energia cinetica dell’acqua in energia meccanica. Dopodichè, l’energia meccanica viene indirizzata a un alternatore che la trasforma a sua volta in energia elettrica, proprio come la dinamo della bicicletta che, con il movimento dei pedali, ruota vorticosamente e accende una lampadina.
Questo principio, impiegato per la prima volta nelle centrali idroelettriche, viene anche usato in tutte le altre centrali che producono elettricità: le turbine possono essere infatti messe in movimento dalla forza dell’acqua, ma anche ad esempio dal vapore ottenuto bruciando carbone, petrolio o gas, dalla forza del vento o da quella del mare.

Le centrali elettriche trasformano l’energia in elettricità.
Le centrali elettriche trasformano l’energia in elettricità.
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Turbine e alternatori

Nelle centrali idroelettriche le pale delle turbine sono molto diverse da quelle piatte di un mulino ad acqua. Quasi tutti gli impianti idroelettrici del mondo adottano la turbina Pelton, inventata nel 1879 da Lester Allan Pelton, che ha una particolare forma a doppio cucchiaio, con una sorta di lama centrale (detta tagliente) che ha il compito di dividere simmetricamente in due parti il getto d’acqua. 

La turbina
La turbina -in giallo- raccoglie l’energia dell’acqua e l’alternatore -in rosso- la trasforma in elettricità.

Questa forma evita che tra una pala e l’altra l’acqua rimbalzi fuori o si creino spruzzi disordinati e dunque permette di sfruttare al meglio l’energia dell’acqua in picchiata, in armonia con il movimento rotatorio della turbina stessa.
Il cuore di una centrale idroelettrica è l’alternatore, che ha il compito di trasformare l’energia meccanica del movimento rotatorio impresso alla turbina dall’acqua in energia elettrica sotto forma di corrente alternata.
L’alternatore è costituito da una fitta serie di magneti a polarità alternata, verso l’interno e verso l’esterno. Tutto l’albero rotore è poi avvolto da un gigantesco avvolgimento di cavi di rame, chilometri e chilometri di filo di rame, che si chiama bobina. Quando l’albero rotore ruota velocemente all’interno della bobina il movimento dei magneti (e della polarità che si scambia continuamente di posto, da cui il termine “alternatore”) smuove gli elettroni contenuti nei fili di rame che, opportunamente raccolti, formano la corrente elettrica che conosciamo.

Le fonti di energia

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Fonti esauribili e rinnovabili

Da sempre l’uomo ha avuto bisogno di energia per svolgere ogni tipo di lavoro, da cuocere i cibi nelle caverne fino ad accendere il computer in ufficio.
Le materie prime presenti in natura che sono in grado di fornire all’uomo l’energia da utilizzare sono dette fonti energetiche, e ne esistono di due tipi diversi: quelle esauribili, cioè che non si possono rigenerare da sole dopo essere state utilizzate, o che per farlo ci mettono tantissimo tempo, e quelle rinnovabili, quelle cioè che non potranno mai esaurirsi per quanto vengano utilizzate.

Le fonti esauribili più diffuse sono quelle combustibili, cioè quelle materie prime che vengono bruciate per produrre energia: sono il petrolio, il carbone e il gas naturale della terra, che vengono bruciati in un attimo per produrre energia ma servono milioni di anni perché la terra ne generi ancora.
Le fonti rinnovabili più famose, invece, sono quelle dell’acqua, quella del sole, quella eolica (creata dalla forza del vento), quella geotermica (creata dalle fonti di calore presenti sottoterra), quella delle biomasse (prodotta bruciando i combustibili naturali come le bucce delle banane o la cacca delle mucche) e infine quella marina (energia creata dal movimento delle maree).

“L’energia
si ricava dalle fonti
energetiche.”

Le fonti esauribili più diffuse sono quelle combustibili, cioè quelle materie prime che vengono bruciate per produrre energia: sono il petrolio, il carbone e il gas naturale della terra, che vengono bruciati in un attimo per produrre energia ma servono milioni di anni perché la terra ne generi ancora.
Le fonti rinnovabili più famose, invece, sono quelle dell’acqua, quella del sole, quella eolica (creata dalla forza del vento), quella geotermica (creata dalle fonti di calore presenti sottoterra), quella delle biomasse (prodotta bruciando i combustibili naturali come le bucce delle banane o la cacca delle mucche) e infine quella marina (energia creata dal movimento delle maree).

Le fonti energetiche del passato

Fino a un certo punto della sua storia, l’uomo ha prevalentemente  vissuto utilizzando soltanto energie pulite: si pensi ai mulini a vento o ad acqua per macinare il grano. E quando usava il fuoco (bruciando il legno, il carbon fossile, la pece o il grasso animale) le emissioni e la fuliggine tutto sommato non erano un problema perchè si trattava di un impatto minimo e trascurabile sull’ambiente.

L’era industriale è stata l’era delle fonti combustibili: petrolio, carbone e gas.

La situazione è drasticamente cambiata con la rivoluzione industriale: la nascita delle prime caldaie per i treni a vapore e successivamente delle prime fabbriche ha spinto l’uomo a cercare un’energia più immediata, pronta all’uso e soprattutto più efficiente. L’uomo ha quindi preferito quei combustibili che potevano fornire moltissima energia, intensificando la combustione di alcune materie prime, come il petrolio o il carbone.
Il petrolio è la principale fonte di energia usata nell’era industriale. Si tratta di una miscela che deriva dalla decomposizione di animali e vegetali a grandi profondità e perché si crei servono decine di milioni di anni. Bruciare il petrolio può essere dannoso per l’ambiente, perché la sua combustione rilascia nell’atmosfera sostanze inquinanti che quando si accumulano troppo in fretta e ad alte concentrazioni sbilanciano gli equilibri dell’atmosfera, portando al cambiamento del clima che tutti oggi conosciamo.
Nel sottosuolo, insieme al petrolio, si trova molto spesso anche un’altra fonte di energia esauribile: il gas naturale. Rispetto al petrolio inquina un po’ meno quando viene bruciato, ma in compenso è più difficile da trasportare.

Tra i combustibili fossili il carbone è sfruttato fin dall’antichità perchè più facile da trovare: a volte affiora e basta raccoglierlo e le sue miniere sono tendenzialmente a profondità facili da raggiungere anche con poca tecnologia.
Come il petrolio, il gas ha origine dalla decomposizione di grandi masse vegetali nel sottosuolo e la sua combustione crea un inquinamento ambientale più gravoso per l’atmosfera: bisognerebbe usarlo con più parsimonia e in centrali elettriche con ciminiere con diversi tipi di filtri per trattenere le sostanze più dannose per gli equilibri del clima.

Le fonti energetiche del futuro

Se per ricavare l’energia che ci serve ogni giorno continuassimo ad utilizzare soltanto fonti esauribili…

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Le fonti energetiche del futuro

Se per ricavare l’energia che ci serve ogni giorno continuassimo ad utilizzare soltanto fonti esauribili, come dice la parola stessa, fra qualche tempo le risorse utili all’uomo e al suo odierno stile di vita si esaurirebbero: non ci sarebbe più petrolio o carbone da bruciare, e rimarremmo tutti senza energia.
Per questo è importantissimo capire come sfruttare sempre di più e sempre meglio le fonti energetiche rinnovabili, che hanno minor impatto per l’ambiente. Ma dobbiamo in ogni caso imparare ad usare meglio l’energia e non sprecarla.

L’energia solare è sicuramente la fonte di energia rinnovabile più importante: il Sole è un serbatoio immenso di energia rinnovabile e a costo zero. Prendere energia dal Sole, però, non è così facile: non tutta la superficie della terra riceve lo stesso numero di raggi -basta pensare al sole che c’è ai Caraibi rispetto a quello che c’è al Polo Nord- quindi questa fonte di energia non è sfruttabile ovunque sul pianeta.

Anche l’energia eolica, cioè quella ricavata dal vento, è assolutamente pulita dal punto di vista ecologico quando le pale eoliche sono in funzione (ovviamente un pochino inquina il processo di costruzione delle wind farm), è totalmente rinnovabile e la materia prima, cioè il vento, è a costo zero. Anche qui però ci sono dei problemi: gli impianti che raccolgono questa energia hanno bisogno di vento robusto e costante per funzionare, quindi possono essere costruiti soltanto in zone del pianeta dove ne soffia abbastanza.

Le fonti energetiche del futuro sono rinnovabili e pulite.

L’energia idrica è la fonte di energia non inquinante più diffusa e storicamente tra le prime sfruttate dall’uomo. Per utilizzarla, soprattutto nei paesi più sviluppati, sono state costruite fin dall’antichità enormi dighe e tubazioni per convogliare l’acqua al meglio.
Non solo dai fiumi, ma anche dai mari si potrebbero recuperare grandi quantità di energia: il movimento delle onde e delle maree è infatti potenzialmente un enorme serbatoio di energia. Le tecnologie sono anche piuttosto mature, ma vanno sistemate in luoghi scomodi, va costruita tutta una rete di distribuzione e a tutt’oggi è ancora complicato sfruttare a dovere l’energia mareomotrice.


Un’altra fonte di energia pulita arriva dal sottosuolo: la temperatura della terra aumenta di circa un grado ogni 30 metri di profondità. In alcuni punti delle Terra basta scavare alcune centinaia di metri  per trovare calore molto intenso o acqua molto calda. Si può quindi sfruttare questo calore della Terra per produrre vapore e questo vapore può essere utilizzato per produrre energia, l’energia geotermica.
Come ultima, ma non meno importante, tra le energie rinnovabili troviamo quella ricavata dalle cosiddette biomasse: la biomassa più famosa è sicuramente la legna, ma ci sono tanti altri materiali di origine naturale che si possono rinnovare in fretta e che  quando vengono bruciate producono emissioni meno gravose e facilmente controllabili.

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La storia dell'energia

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Cucinare significa evolvere

La prima tecnologia sfruttata dall’uomo per usare meglio l’energia è stata il fuoco, che è stato “domato” circa 2 milioni di anni fa. Questa forma di energia è stata però a lungo utilizzata solo per scaldarsi e per illuminare fino a che, circa 500 mila anni fa, non ci si è accorti che si poteva usare anche per cucinare. L'energia termica che sprigiona la fiamma è adatta ad ammorbidire la carne, rendendola più digeribile, e a sterilizzare altri cibi. Inoltre col fuoco si fa il pane, cioè si combinano tra loro sostanze altrimenti immangiabili crude: tutto questo ha permesso in poche generazioni un incredibile balzo evolutivo.

I mulini a vento
I primi mulini a vento furono realizzati in Cina.

I mulini a vento

Nell’antichità il vento è sempre stato usato come energia per spingere le imbarcazioni a vela, ma nel 300 D.C. ci si rese conto che questa straordinaria forza naturale poteva essere sfruttata anche per azionare macchinari di vario tipo. I primi mulini a vento furono realizzati in Cina: le pale ruotavano orizzontalmente e, tramite ingranaggi di legno, irrigavano, macinavano, spostavano pesi.
Solo 100 anni fa si è pensato di ricavare elettricità dal vento: i primi aerogeneratori risalgono al 1905 e vennero costruiti nelle vaste praterie americane, per dare energia elettrica ai ranch più sperduti. Nel periodo tra le due guerre mondiali la tecnologia si affinò notevolmente, e sempre negli Usa furono costruiti numerosi impianti di piccole dimensioni (40-80 kilowatt) ma già capaci di dare elettricità a 50 famiglie.

Uno sbuffo di energia

Nell’ottobre del 1829 il «Rocket» di Robert Stephenson vince la prima gara di velocità tra veicoli ad energia termica, dimostrando definitivamente che per tirare le…

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Uno sbuffo di energia

Nell’ottobre del 1829 il «Rocket» di Robert Stephenson vince la prima gara di velocità tra veicoli ad energia termica, dimostrando definitivamente che per tirare le carrozze le macchine a vapore sono più efficaci dei cavalli. La potenza delle prime locomotive era calcolata in base al numero di cavalli da traino che queste riuscivano a rimpiazzare (da qui nasce il termine HP, horse power, tuttora utilizzato per definire la potenza di un motore). Una delle date storiche della Rivoluzione Industriale è il 1712, quando venne costruita la prima macchina a vapore efficiente. Ma era una macchina "statica", che serviva per pompare acqua da pozzi o azionare i grandi telai delle industrie. Il primo veicolo a vapore effettivamente entrato in servizio fu un trenino usato per il trasporto del carbone nelle miniere. La prima ferrovia passeggeri risale al 1823.

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La prima doccia calda grazie al sole

Una semplice scatola di legno con un vetro nella parte esposta al sole e la base dipinta di nero per “attirare” meglio il Sole, dove la temperatura dell’acqua facilmente superava gli 80 gradi centigradi: è l’antenato dei pannelli solari termici, inventato nel 1767. Il primo sistema commerciale per la produzione di acqua calda fu brevettato dall’americano Clarence Kemp nel 1891. Già nel 1897 un terzo delle case di Pasadena, in California, era dotato di dispositivi solari per il riscaldamento dell’acqua. Dal 1920 in poi si diffuse in Florida e California il cosiddetto "day and night water heater", che era in grado di fornire acqua calda a tutta la famiglia.

Nasce negli anni 50 l’energia solare per tutti

Nel 1839, un giovane scienziato si accorse che puntando diverse fonti di luce su alcune barrette di platino si formava una corrente elettrica, debole ma inequivocabile: è l’effetto foto-elettrico, alla base del funzionamento dei pannelli solari fotovoltaici. 

La scoperta suscitò immediatamente un grande entusiasmo, ma solo nel 1877 si riuscì a realizzare un primo prototipo di foto-cella attivata dai raggi del Sole. Il primo vero pannello solare della storia è considerato quello di Charles Fritts, un inventore statunitense che nel 1883, utilizzando selenio e oro, costruì una cella in grado di trasformare in elettricità l’1% dell’energia solare da cui era colpita. Le celle fotovoltaiche rimasero una “curiosità” da laboratorio per molti anni, fino a quando, nel 1954, Gerlad Pearson, Darryl Chapin e Calvin Fuller, scienziati dei laboratori Bell, rispolverano l’idea provando a usare il silicio al posto del selenio. Un successo!

“1954: nasce la prima
cella fotovoltaica
moderna.”

La scoperta suscitò immediatamente un grande entusiasmo, ma solo nel 1877 si riuscì a realizzare un primo prototipo di foto-cella attivata dai raggi del Sole. Il primo vero pannello solare della storia è considerato quello di Charles Fritts, un inventore statunitense che nel 1883, utilizzando selenio e oro, costruì una cella in grado di trasformare in elettricità l’1% dell’energia solare da cui era colpita. Le celle fotovoltaiche rimasero una “curiosità” da laboratorio per molti anni, fino a quando, nel 1954, Gerlad Pearson, Darryl Chapin e Calvin Fuller, scienziati dei laboratori Bell, rispolverano l’idea provando a usare il silicio al posto del selenio. Un successo!

Nasce la prima cella fotovoltaica “moderna” con un rendimento del 6%: per la prima volta nella storia l’energia del Sole viene trasformata dall’uomo per far funzionare piccoli strumenti elettrici di uso quotidiano.

Le nuove tecnologie

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Fotovoltaico ovunque

Con il passare tempo, l’evoluzione tecnologica ha permesso all’uomo di sfruttare le fonti energetiche del passato in modo nuovo e sempre più più efficiente. Prendi ad esempio i pannelli solari: l’energia elettrica ricavabile dal Sole sarà sempre più protagonista della tua vita quotidiana e i pannelli solari diventeranno sempre più piccoli e “invisibili”. Piccoli pannelli solari pieghevoli, grandi quanto un foglio protocollo, già adesso posso essere inseriti in uno zaino di scuola per caricare lo smartphone mentre cammini all’aperto. Altri vengono costruiti a forma di tegola, per essere inglobati nel tetto di una casa antica (anche l’estetica e il panorama vanno curati, vista la bellezza dei tanti borghi medievali che abbiamo in Italia).

La nuova frontiera dei pannelli fotovoltaici sono i vetri delle finestre: sono le smart window, che sono capaci di produrre energia solare mentre i raggi del Sole attraversano il vetro. Ci sono anche dei “film”, cioè delle pellicole trasparenti, che si applicano su una finestra già esistente e hanno lo stesso meccanismo: i raggi solari passano, illuminano la stanza e si produce elettricità.

“Ci sono pannelli
solari che stanno
nel tuo zaino.”

La nuova frontiera dei pannelli fotovoltaici sono i vetri delle finestre: sono le smart window, che sono capaci di produrre energia solare mentre i raggi del Sole attraversano il vetro. Ci sono anche dei “film”, cioè delle pellicole trasparenti, che si applicano su una finestra già esistente e hanno lo stesso meccanismo: i raggi solari passano, illuminano la stanza e si produce elettricità.

Solare a concentrazione

Se un pannello solare può essere estremamente versatile e utilizzabile ovunque, il suo grande limite è la produzione di energia elettrica in grandi quantità. Da una trentina d’anni, però, si sta…

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Solare a concentrazione

Se un pannello solare può essere estremamente versatile e utilizzabile ovunque, il suo grande limite è la produzione di elettrica in grandi quantità. Da una trentina d’anni, però, si sta sviluppando una nuova concezione di energia solare: le centrali a concentrazione. Ricordate la leggenda degli specchi ustori di Archimede? Il principio è lo stesso: decine di specchi parabolici concentrano la luce del Sole in un solo punto, dove c’è una tubazione attraversata da uno speciale liquido, molto denso, capace di accumulare e conservare il calore dei raggi solari riflessi dagli specchi. Questo liquido raggiunge e supera 500 gradi, quindi è perfetto per scaldare acqua e produrre vapore che, indirizzato a una turbina, genera elettricità proprio come una centrale idroelettrica.
Centrali solari di questo tipo sono perfette per le zone ad alta intensità solare, come buona parte dell’Africa e del Sudamerica, dove potrebbero contribuire a dare energia ai Paesi in via di sviluppo senza emissioni di gas serra.

Negli impianti solari a concentrazione, tanti specchi riflettono i raggi del sole verso lo stesso punto, dove un pannello “ricevitore” concentra tutta l’energia.
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Motori a idrogeno

Un altro combustibile perfettamente naturale e rinnovabile (praticamente inesauribile) è l’idrogeno, il più piccolo e il più semplice elemento conosciuto: un protone (che ne costituisce il nucleo) e un solo elettrone che gli orbita attorno.
I motori a idrogeno (celle a combustibile, bisognerebbe chiamarli per la precisione) sono una tecnologia ben conosciuta, usata per esempio negli anni Sessanta per il progetto Apollo, la conquista della Luna.
Più che un combustibile come il petrolio, l'idrogeno è un "vettore energetico", quindi un “mezzo” per immagazzinare energia chimica, pronta a diventare elettricità in modo semplice, immediato e con grande rispetto per l'ambiente. Visto che serve elettricità per ricavarlo, l'idrogeno è particolarmente conveniente quando per estrarlo si sfruttano le energie rinnovabili: in tal modo si può gradualmente superare la nostra dipendenza dai combustibili fossili.
Si possono costruire "fabbriche di idrogeno" in ogni parte del globo sfruttando le soluzioni via via più conveniente (il Sole ai Tropici, il vento vicino al mare, una cascata in montagna...).

L’idrogeno è l’elemento più piccolo sulla terra, ma può immagazzinare grandissime quantità di energia.

I veicoli alimentati a idrogeno sono una delle soluzioni più promettenti agli attuali problemi di mobilità. Produrre carburanti è complicato: dispendiose trivellazioni in posti lontani, spesso dannose per la natura circostante; quindi un viaggio di migliaia di chilometri, negli oleodotti oppure su grandi petroliere; poi la raffineria, dove avvengono complessi processi chimici per produrre benzina e gasolio. E ancora autobotti che lo portano al distributore. E una volta nel motore grandi inefficienze: su ogni litro di benzina giusto un paio di bicchieri si trasformano in chilometri percorsi. Senza contare gas inquinanti e l'anidride carbonica che aumentano l'effetto serra. Produrre idrogeno per alimentare le auto è più semplice: niente raffinerie, bensì distributori robotizzati per un rifornimento in sicurezza; al posto del motore a scoppio le celle a combustibile, che raccolgono l’elettricità e la sprigionano quando l’idrogeno si riunisce all’ossigeno, e dal tubo di scappamento uscirà semplice vapore acqueo.

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Come funziona - Enciclopedia pratica della Tecnica | 1978-1980, Istituto Geografico DeAgostini

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EST- Enciclopedia Scienza e Tecnica | Arnoldo Mondadori Editore