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Green Energy

  • Green Energy

  • Biomassa

  • Biomassa a stato solido

  • Impianti a biomassa alimentati a gas

  • Energia Solare

  • Solare Fotovoltaico

  • Solare Termodinamico a Concentrazione

  • Solare Termico con Collettori Solari

  • Acqua

  • Idroelettrico ad Alta Capacità

  • Mini Idroelettrico

Italplasma opera nel settore delle green energy, con lo scopo di interessarsi dello sfruttamento delle energie da fonti rinnovabili.

Per fonti rinnovabili si intendono quelle che la natura o l'uomo rendono disponibili continuativamente nel tempo (il tempo di rigenerazione è praticamente infinito), non sono fonti rinnovabili il carbone, il petrolio, il gas naturale, ecc. mentre sono fonti rinnovabili, il salto d'acqua, il vento, le radiazioni solari, il calore geotermico, le biomasse ecc.

Ad oggi sta aumentando, da parte di numerosi ricercatori la preoccupazione per il futuro energetico dell'umanità.

Secondo modelli ritenuti generalmente validi, come ad esempio il modello di Hubbert, sembra che il petrolio sia in fase di esaurimento (molti pensano che si stia superando il picco di Hubbert).

Se ciò si rivelasse vero, provocherebbe delle ripercussioni enormi (alcuni parlano di ripercussioni catastrofiche) sull'economia, lo sviluppo e il sostentamento dell'umanità nei prossimi decenni (in particolare del mondo industrializzato, che maggiormente utilizza queste fonti), in quanto estremamente dipendenti dal petrolio.

Una via indicata da molti per non incappare in questi eventi, è l'emancipazione dall'utilizzo del petrolio come fonte energetica, investendo risorse, ricerca e fondi nello sviluppo di fonti alternative di energia, che attualmente ricoprono una percentuale pari a circa il 20% della produzione energetica mondiale.

Da tali considerazioni emerge la necessità di rivolgersi ad altre fonti energetiche in maniera più incisiva.

 

Fotovoltaico - ottimizzazione dei processi di fabbricazione industriale dei dispositivi basati sulla tecnologia del silicio cristallino; sviluppo di dispositivi a film sottile di silicio su substrati di basso costo per realizzare moduli integrabili in strutture edili; sviluppo di tecnologie innovative per dispositivi di nuova generazione , come le celle ad altissima efficienza basate su nuove strutture quantistiche e le celle basate su semiconduttori organici , che hanno efficienza ridotta, ma anche bassissimo costo. Di grande interesse è anche la ricerca sul fotovoltaico a concentrazione (con o senza recupero del calore), in particolare per quanto concerne la tecnologia emergente dell’alta concentrazione, ottenuta con celle multi giunzione di elevatissime prestazioni.

Solare termodinamico - Le attività di Ricerca e sviluppo sono finalizzate alla messa a punto di versioni sempre più avanzate di componenti, sistemi e processi innovativi che consentano la diffusione su ampia scala della tecnologia. Di particolare interesse i progetti che prevedono l’utilizzo del solare termodinamico per la dissalazione e per la realizzazione di impianti ibridi a biomasse (ad esempio il progetto Trebios , realizzato dall’Enea in collaborazione con diverse Università) e per il potenziamento di centrali termoelettriche convenzionali (in particolare il Progetto Archimede ).

Biomasse - La ricerca è soprattutto indirizzata alla realizzazione di tecnologie innovative e più efficienti per la produzione di energia elettrica e termica, e allo sviluppo di diversi processi avanzati per l’ottenimento di biocombustibili di seconda generazione da biomasse ligno-cellulosiche. Per la generazione elettrica si punta in particolare sulla gassificazione delle biomasse , mentre per la produzione di biocombustibili vanno sottolineate le attività sui processi integrati per la produzione di etanolo da cellulosa, anche con pretrattamento della biomassa mediante steam explosion, idrolisi enzimatica e fermentazione.

Biomassa

Col termine biomassa si intende ogni materiale organico di origine vegetale o animale, ad esclusione delle plastiche di origine petrolchimica e dei combustibili fossili. I materiali sfruttabili come fonti energetiche includono i residui agroforestali, la frazione organica dei rifiuti solidi urbani, gli scarti dell'industria di trasformazione del legno e delle aziende zootecniche, piante derivanti da colture a scopo energetico. Tali materiali possono essere utilizzati direttamente come combustibili o trasformati in sostanze (solide, gassose, liquide) più facilmente sfruttabili negli impianti di conversione.

L'uso delle biomasse, attraverso processi termochimici o biochimici, ha diverse applicazioni:

  • - Produzione di energia (elettricità e calore)
  • - Sintesi di carburanti (etanolo, metanolo, biodiesel, metano)
  • - Sintesi di prodotti

Biomassa a stato solido

Biomassa è un termine che riunisce una gran quantità di materiali, di natura estremamente eterogenea. S’intende per biomassa ogni sostanza organica derivante direttamente o indirettamente dalla fotosintesi clorofilliana. Mediante questo processo le piante assorbono dall’ambiente circostante anidride carbonica (CO2) e acqua, che vengono trasformate con l’apporto dell’energia solare e di sostanze nutrienti presenti nel terreno, in materiale organico. Durante il processo di combustione si libera in atmosfera una quantità di CO2 pari a quella assorbita durante il processo di crescita del composto vegetale e si ottiene energia. Quindi il ciclo dell’anidride carbonica nei processi energetici che utilizzano la biomassa è cosiddetto “in pareggio”: non si altera la concentrazione di CO2 presente in atmosfera.
La biomassa utilizzabile ai fini energetici consiste in tutti quei materiali organici che possono essere utilizzati direttamente come combustibili ovvero trasformati in altre sostanze (solide, liquide o gassose) di più facile utilizzo negli impianti di conversione.
Le principali tipologie di biomassa comunemente impiegate a fini energetici sono:

  • - colture energetiche (dedicate) sia arboree che erbacee;
  • - residui agricoli, agroindustriali, artigianali, industriali, civili (esempi: paglia, sansa di oliva,
  • - legna vecchia, vinacce, buccette, gusci di frutta secca, stocchi di mais, lolla di riso, particolari frazioni di rifiuti urbani e di rifiuti assimilabili agli urbani);
  • - residui forestali, legna da ardere, altri prodotti ligneo-cellulosici puri.

Impianti a biomassa alimentati a gas

Il biogas, costituito prevalentemente da metano (almeno il 50%) ed anidride carbonica, si origina in seguito ad un processo batterico di fermentazione anaerobica di materiale organico di origine vegetale ed animale.

Il biogas è considerato una fonte rinnovabile, i tipi di biogas più comune sono:

  • - i gas di discarica, rifiuti conferiti in discarica ovvero frazione organica rifiuti urbani
  • - gas residuati dai processi di depurazione fanghi di depurazione
  • - altri biogas: deiezioni animali, scarti di macellazione, scarti organici agro-industriali, residui colturali, colture energetiche.

Il biogas ha un ottimo potere calorifico dato l’elevato contenuto in metano, per cui si presta ad una valorizzazione energetica per combustione diretta, attuata in caldaia per sola produzione di calore, o in motori accoppiati a generatori per la produzione di sola elettricità o per la cogenerazione di elettricità e calore.

Gli impianti termoelettrici alimentati da biogas effettuano quindi la conversione dell’energia termica contenuta nel biogas, in energia meccanica e successivamente in energia elettrica.

Energia Solare

Un impianto solare fotovoltaico converte l’energia solare in energia elettrica. L’effetto fotovoltaico, consiste nella trasformazione della radiazione solare in energia elettrica. Quando i fotoni della luce solare “colpiscono” una cella fotovoltaica, “strappano” gli elettroni più esterni (di valenza) degli atomi di un semiconduttore opportunamente trattato. Questi elettroni sono raccolti dal reticolo metallico dei materiali deposti sulla superficie della cella il quale serve a “convogliare” il flusso di elettroni ottenendo in questo modo una corrente continua di energia elettrica.

Il modulo fotovoltaico trasforma l’energia luminosa che riceve in corrente elettrica continua. Essa viene diretta verso l’inverter per la conversione a 220 V e l’immissione diretta in rete, passando dal contatore dell’energia prodotta, in uscita.

Un inverter condiziona e trasforma tale corrente continua in corrente alternata compatibile con le caratteristiche delle applicazioni (elettrodomestici, motori elettrici, illuminazione, etc).

In tal modo, abbiamo a disposizione una fonte energetica molto vantaggiosa, per noi e per il nostro pianeta, perché garantisce un risparmio immediato e un concreto contributo alla difesa dell’ambiente.

Nell'ambito del gruppo industriale di appartenenza della Italplasma è attiva la società Ulysse C&R che realizza significativi campi fotovoltaici in ogni parte d'Italia.

Solare Fotovoltaico


Schema di un impianto fotovoltaico

 

Gli impianti FV si distinguono in due categorie principali a seconda del tipo di accumulo utilizzato.


Impianti fotovoltaici ad isola

 

Fotovoltaico

 

Negli impianti fotovoltaici dove non è presente la rete elettrica (zone rurali o difficilmente accessibili) l’accumulo si effettua utilizzando batterie;

Impianti fotovoltaici in rete

 

Fotovoltaico connesso alla rete

 

Negli impianti fotovoltaici in zone urbane la corrente continua prodotta viene convertita in corrente alternata e viene immessa nella rete elettrica nazionale per poi venire prelevata nel momento del bisogno; in questo caso è la rete stessa che funziona da accumulatore.

Installazione Tipica

Tipicamente in ambito residenziale gli impianti sono costituiti da pannelli fotovoltaici posti sul tetto dell’abitazione.

 

 

Pannelli fotovoltaici sul tetto di una abitazione

Solare Termodinamico a Concentrazione

Esempio di realizzazione impianto solare termodinamico

 

Il solare termodinamico permette di generare calore ad alta temperatura (anche 600°C). Il calore prodotto può essere utilizzato nelle industrie oppure fatto espandere in una turbina meccanica associata ad un alternatore per la produzione di energia elettrica.

Come funziona?

Degli specchi parabolici concentrano la radiazione solare su un tubo ricevitore. Nel condotto scorre un fluido termovettore adatto a trasportare calore, che assorbe l’energia e la trasporta in un serbatoio di accumulo, necessario per soddisfare la domanda nei momenti di scarsa o nulla insolazione. L’accumulo di calore è in contatto termico con uno scambiatore di calore, che genera vapore; questo viene utilizzato nei processi industriali oppure viene fatto espandere in turbine collegate a degli alternatori per produrre energia elettrica.

Il vantaggio riscontrabile nell’immediato rispetto ad un tradizionale impianto fotovoltaico consiste in una produzione di energia ininterrotta, causa lo sfruttamento indiretto dell’energia solare. In pratica, la tecnologia del solare termodinamico permette di produrre energia anche di notte o in caso di cattivo tempo, grazie ad un particolare fluido a base di sali che, una volta riscaldato, mantiene la sua altissima temperatura (circa 550°C) per alcuni giorni anche senza essere in contatto con la sua fonte.

Il problema della disponibilità dello spazio potrà essere superato costruendo gli impianti solari nelle zone che dispongono di molte aree compatibili con questa tecnologia.

Solare Termico con Collettori Solari

Impianto solare termico con serbatoio integrato

 


Un pannello solare termico (o collettore solare) è composto da un radiatore in grado di assorbire parte dell’energia delle radiazioni solari e trasferirla sottoforma di calore al serbatoio di acqua. La circolazione dell’acqua dal serbatoio al rubinetto domestico è realizzata mediante circolazione naturale o forzata tramite una pompa idraulica con alimentazione elettrica.

I pannelli solari termici permettono di riscaldare l’acqua sanitaria per l’uso quotidiano senza utilizzare gas o elettricità. La produzione di acqua calda può arrivare fino a 70°C in estate, ben al di sopra dei normali 40°C -45°C necessari per una doccia. Entro certi limiti sono pertanto un efficace sostituto dello scaldabagno elettrico o della caldaia a gas per generare acqua calda per lavare piatti, fare la doccia, il bagno ecc. Se abbinati ad un impianto di riscaldamento radiante a pavimento i collettori solari permettono di risparmiare anche sulle spese per il riscaldamento invernale.

Acqua

L'energia idroelettrica può essere considerata come una forma indiretta di energia solare. Infatti, il sole è il motore che alimenta il “ciclo dell'acqua” la cui energia può essere convertita in elettricità.
Esistono diversi tipi di impianti idroelettrici, i quali sfruttano l'energia contenuta nella caduta d'acqua da un fiume, di un canale artificiale o di una condotta forzata. Le turbine e i generatori convertono tale energia in elettricità.

Gli impianti sono classificabili in base alla potenza (P) erogata:

  • P >10.000 kW: grandi impianti;
  • 1.000 kW< P <10.000 kW: piccoli impianti;
  • 100kW < P < 1.000 kW: mini-impianti;
  • P < 100kW: micro-impianti.

Un ulteriore classificazione è possibile in funzione delle caratteristiche costruttive dell'impianto:

  1. Ad acqua fluente;
  2. A bacino;
  3. Ad accumulo a mezzo pompaggio;
  4. In canale o in condotta idrica.

Convenzionalmente si definisce mini-idroelettrico tutta la fascia di potenza di impianto fino a 10.000 kW. Gli impianti di piccola taglia presentano dei vantaggi sia dal punto di vista tecnico che da quello economico, infatti, rendono possibile lo sfruttamento di corsi d'acqua di modeste dimensioni, hanno un ridotto impatto sul territorio, sono gestibili da poche persone e hanno bassi costi di realizzazione e manutenzione.

Idroelettrico ad Alta Capacità

Si sfrutta l’energia dell’acqua accumulata in un serbatoio (invaso, diga) oppure presente in forma cinetica nel deflusso idrico dei fiumi per azionare una turbina meccanica. La turbina meccanica è collegata ad un alternatore il quale trasforma l’energia cinetica (di rotazione) della turbina in energia elettrica la quale opportunamente trasformata, condizionata e “regolata” verrà immessa nella rete di distribuzione.

 

 

Lo schema impiantistico generale di un impianto idroelettrico comprende:

  • - un’opera di sbarramento dell’alveo del corso d’acqua a monte dell’impianto, costituita da una traversa o una diga, che può determinare un volume d’invaso in alveo tale da consentire o meno l’accumulo delle portate naturali; solitamente l’opera di presa è dotata di una o più paratoie di scarico per la pulizia del bacino contro il suo interrimento;
  • - una o più paratoie di presa, che posso essere seguite da una vasca di calma per la sedimentazione della sabbia trasportata dalla corrente;
  • - un canale di derivazione, che può essere in tutto o in parte in galleria;
  • - una vasca di carico, solitamente dotata di organi di scarico;
  • - una o più condotte forzate che convogliano l’acqua alle turbine idrauliche;
  • - un impianto di produzione dell’energia elettrica, in cui sono installate uno o più gruppi turbina-generatore;
  • - un canale di restituzione dell’acqua turbinata nell’alveo del corso d’acqua a valle dell’impianto.

Le principali caratteristiche di un impianto idroelettrico ad alta capacità (> 1 – 10 MW di potenza installata) sono:

  • - impatto ambientale;
  • - energia attualmente prodotta pari al 10% del fabbisogno di energia complessivo del Paese;
  • - potenziale a livello italiano quasi completamente sfruttato;

 

 

Immagine di un invaso per impianto idroelettrico ad alta capacità

Mini Idroelettrico

Turbina Pelton per applicazioni mini-idroelettriche

 

Questa tecnologia permette di produrre energia elettrica sfruttando il salto idrico di piccoli corsi d’acqua; generalmente si definisce mini – idroelettrico un impianto avente una potenza installata inferiore ai 1 – 10 MW (la definizione di questo limite non è univoca).

Per funzionare un impianto mini idroelettrico necessita di un flusso d’acqua ragionevolmente costante e di un salto d’acqua di almeno qualche metro.

Per ogni corso d’acqua esistono turbine differenti in grado di ottimizzare le sfruttamento dell’energia idrica in funzione di portata e dislivello disponibile.

 

 

Gli impianti micro-idroelettrici si possono realizzare anche in canali e condotte artificiali usati per irrigazione e bonifica

 

La centrale di produzione può essere isolata ed alimentare delle piccole utenze non connesse alla rete elettrica nazionale (per esempio rifugi montani o villaggi rurali) oppure può essere connessa alla rete elettrica di distribuzione nazionale.

Il mini idroelettrico permette di sfruttare quei siti che non sono stati utilizzati in passato perchè non economicamente vantaggiosi che ora con la sempre crescente domanda di energia e con i prezzi delle fonti fossili volatili risultano avere un buon ritorno economico.

Rispetto ai grandi impianti idroelettrici non è necessaria una partecipazione pubblica. Anche imprese private una volta ottenute le necessarie autorizzazioni possono avviare un’attività legata allo sfruttamento di un piccolo corso d’acqua per trarre energia elettrica da rivendere all’operatore della rete nazionale.

Il “sistema di business” dell’energia distribuita tramite il mini-idroelettrico è simile a quello del fotovoltaico.

 

 

Esempio di una mini turbina idroelettrica

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