Come si produce l’energia elettrica

Come viene prodotta l'energia elettrica

La produzione di energia elettrica avviene, oltre che con le centrali nucleari (vedi energia nucleare) sfruttando le fonti di energia non rinnovabile quali petrolio, carbone e gas naturale e in misura minore utilizzando le cosiddette fonti di energia rinnovabile: energia geotermica, energia idroelettrica, solare od eolica.

Le tecniche di produzione dell'energia elettrica sono basate principalmente sull'utilizzo di vapore in pressione; l'acqua pressurizzata viene scaldata a temperature molto elevate, il vapore generato si espande in una turbina collegata ad un alternatore. La turbina è una macchina rotante che sfrutta l’energia cinetica provocata dal vapore in pressione o da un getto d’acqua per generare la rotazione di un albero. L’alternatore è una macchina che, posta in rotazione alla turbina, genera energia elettrica.

Le centrali elettriche

Tipologia di centrali:

1. Le centrali termoelettriche sono state le prime tipologie di centrali in uso. In esse un combustibile (derivati del petrolio, carbone o gas, ma anche, in alcuni casi, biomassa, biogas o rifiuti) viene bruciato in modo da sviluppare calore; questo calore viene trasmesso a una caldaia, nella quale circola acqua ad alta pressione che viene così trasformata in vapore utile per mettere in funzione la turbina. Queste centrali hanno un forte impatto ambientale per via delle emissioni in aria e dei residui in particolare le centrali a carbone e in misura minore le altre tipologie di centrali (petrolio e rifiuti) e ancora inferiore nelle centrali a gas.
2. Le centrali idroelettriche. Il principio di funzionamento delle centrali idroelettriche si basa sull'utilizzo dell'acqua, o meglio della sua energia cinetica, al fine di produrre energia elettrica. L'impatto ambientale delle centrali idroelettriche è molto piccolo se paragonato a quello delle centrali termoelettriche, per via dell'assenza di emissioni nocive ma spesso prevede la costruzione di bacini artificiali con enormi dighe con problematiche critiche per i cambiamenti climatici che comporta e di gravi problematiche legate alla tenuta delle dighe ad es in caso di terremoti.
3. Centrali eoliche. Le centrali eoliche sono centrali che sfruttano la velocità del vento per la produzione di energia elettrica. Si basano su un generatore eolico che è composto da un'elica collegata ad un albero al quale è collegato il generatore di corrente. Il vento fa girare l’elica che sua volta aziona il generatore elettrico. Ovviamente possono essere costruite in zone ventose e hanno anche un discreto impatto ambientale.
4. Le centrali geotermiche. Sono di fatto centrali termiche che utilizzano il calore naturale dei vapori geotermici contenuti nel sottosuolo (energia geotermica) per scaldare le caldaie.
5. Le centrali solari. Alcune utilizzano come principio di base quello delle centrali termiche classiche e in questo caso la differenza sta nel metodo con cui viene scaldata l'acqua della caldaia. La centrale solare termica può essere formata da concentratori dell’energia solare parabolici lineari, che riscaldano il fluido all’interno di condotti, oppure da una superficie nella quale sono posti centinaia di sistemi che concentrano i raggi solari per riscaldare una caldaia. Le nuove centrali solari sono costituite da celle fotovoltaiche che trasformano direttamente la radiazione solare in energia elettrica nella cella stessa con semplificazione dell’impianto ( non è più necessaria la caldaia e le correlate tubazioni). Sono state costruite alcune grosse centrali ma occupano una rilevante porzione di terreno che viene sottratto agli impieghi agricoli.  L’impiego migliore dell’energia solare e a basso impatto ambientale sono i tetti degli edifici.

Attualmente la gran parte dell’energia elettrica nel mondo viene prodotta con le centrali nucleari in particolare in Francia, Stati Uniti, Germania, Inghilterra etc e in misura minore con tutte le altre metodiche. Le centrali a carbone sono ormai in disuso per l’enorme impatto sull’ambiente.

Dal punto di vista dell’inquinamento tuttavia le centrali nucleari sono quelle che hanno impatto minimo sull’ambiente e infatti se confrontiamo fissione e combustibile fossile si ha che:

1 Kg di U235 produce la stessa quantità di energia di 3000 tonnellate di carbone.

La fissione di 1 Kg di U235 produce circa 1 Kg di prodotti di fissione (radioattivi ma ben confinabili e controllabili) mentre la combustione di 3000 tonnellate di carbone genera circa 1000 tonnellate di CO2 e di altri inquinanti gassosi, che a tutt'oggi vengono dispersi nell'atmosfera, oltre a centinaia di tonnellate di ceneri nella quali sono presenti sia metalli pesanti pericolosi (Arsenico, Mercurio etc ) e anche materiali radioattivi naturali (Uranio e Torio) che vanno ad inquinare l’ambiente.

A cura di Giusppe Scalzo e Giancarlo Gialanella.