QUALI SONO LE ENERGIE RINNOVABILI E COME FUNZIONANO

Si parla sempre di più di energia rinnovabile come possibile sostituta di quella ricavata dai combustibili fossili e dalle fonti energetiche non rinnovabili. In questo articolo approfondiamo il tema: capiamo cosa si intende per energie rinnovabili, quali sono le fonti conosciute, come funzionano e quali sono, ad oggi, i principali problemi o limiti legati al loro utilizzo su vasta scala.

Che cosa significa energia rinnovabile

Le energie rinnovabili sono fonti energetiche la cui disponibilità si rigenera, in modo naturale, in una scala temporale paragonabile alla vita umana. Questa rigenerazione è possibile grazie a processi fisici e chimici che avvengono spontaneamente in natura.

A differenza delle fonti non rinnovabili e dei combustibili fossili che richiedono milioni di anni e particolari condizioni ambientali per formarsi, pensate ad esempio al gas naturale o al petrolio, le fonti rinnovabili sono prodotte in modo continuativo in natura e la loro disponibilità è illimitata. 

Quali sono le fonti di energia rinnovabili

Le fonti di energia rinnovabile sono 6 e, nello specifico, rientrano in questa classificazione queste fonti energetiche:

• energia idroelettrica

• energia geotermica

• energia eolica

• energia solare

• energia da biomasse

• energia marina

Vediamo le loro principali caratteristiche nel dettaglio.

Energia idroelettrica

L'energia idroelettrica è la fonte energetica rinnovabile ad oggi più utilizzata. Esistono tre diverse tipologie di centrali idroelettriche - ad acqua fluente, a bacino e ad accumulazione - ma tutte si basano sullo stesso principio: si sfrutta l'energia potenziale dell'acqua in caduta da un livello più in alto a uno più in basso, per azionare delle turbine e produrre così energia meccanica che, successivamente, sarà convertita in energia elettrica.

A seconda della tipologia di centrale e della conformazione del territorio, per produrre questo tipo di energia viene sfruttato il naturale corso dell'acqua oppure si fa uso di dighe e bacini per controllare la massa di acqua e gestire il suo sfruttamento.

Energia geotermica

L'energia geotermica è, come dice il nome, una fonte di energia derivata dal calore naturale della Terra al di sotto della superficie. Man mano che si scende in profondità, la temperatura aumenta mediamente di 3°C ogni 100 metri, fanno eccezione alcune zone particolari che, per la loro conformazione specifica, hanno aumenti di gradi molto maggiori (pensate ad esempio a zone vulcaniche).

Una centrale geotermica sfrutta questo calore per generare vapore che, a sua volta, va ad azionare una turbina producendo energia meccanica, convertita in elettricità grazie a un generatore di corrente o alternatore.

Energia eolica

L'energia eolica è l'energia generata sfruttando la forza del vento catturata dalle pale eoliche. Le pale eoliche sono solitamente raggruppate in parchi che possono essere installati sulla terraferma - detti parchi on-shore - o in mare, sia in prossimità delle zone costiere sia in acque aperte - detti parchi off-shore. 

Il funzionamento è molto semplice: la pala, posta in cima a un'alta struttura, ruota grazie alla forza del vento e, in questo modo, fa girare una dinamo che converte l'energia meccanica in energia elettrica.

I parchi off-shore sono in grado di generare una maggior quantità di energia rispetto a quelli montati sulla terraferma, ma richiedono maggiori costi sia per la realizzazione che per la successiva manutenzione.

Energia solare

Il Sole è senza dubbio la fonte energetica più pulita e disponibile di cui possiamo usufruire. L'energia solare è, infatti, una fonte inesauribile e che, in modo più o meno uniforme, coinvolge ogni area del pianeta.

L'energia solare viene sfruttata grazie a dei particolari dispositivi, detti pannelli fotovoltaici, che consentono di trasformare la radiazione solare in energia elettrica, sfruttando dei materiali semiconduttori presenti al loro interno.

Oltre al fotovoltaico, è possibile utilizzare l'energia del Sole anche grazie ai collettori termici che convertono l'energia solare in calore da utilizzare, ad esempio, per riscaldare l'acqua. 

Il maggior limite di questa fonte rinnovabile è la discontinuità dovuta sia all'alternanza tra giorno e notte, sia alle differenti latitudini: i sistemi di accumulo sono un buon modo per ridurre gli effetti di questo problema in quanto consentono di immagazzinare l'energia generata in eccesso nelle ore a maggior esposizione solare per sfruttarla poi nei momenti in cui il Sole non è disponibile.

Energia da biomasse

Le biomasse non sono altro che rifiuti organici, sia vegetali che animali. Questi rifiuti vengono utilizzati per generare energia, sia elettrica che termica, grazie a un processo di combustione: all'interno di speciali camere di combustione, le biomasse vengono bruciate e il calore generato da questo processo viene utilizzate per trasformare l'acqua in vapore il quale, a sua volta, andrà ad azionare una turbina producendo energia meccanica. La turbina è poi collegata a un alternatore che converte l'energia meccanica in energia elettrica. Il vapore viene poi nuovamente condensato e reinserito nel ciclo di produzione.

La produzione di energia a partire da materiali organici di scarto è un'ottima alternativa ai combustibili fossili e consente di sfruttare o smaltimento dei rifiuti organici - domestici, industriali e agricoli - per produrre energia pulita.

Energia marina

L'energia marina, come si può facilmente intuire dal nome, è l'energia generata sfruttando la forza degli oceani. Esistono cinque diverse tipologie di energia marina:

• Correnti marine. Lo spostamento delle correnti sottomarine fa ruotare delle pale che, a loro volta, azionano delle turbine collegate ad alternatori in grado di convertire la rotazione in elettricità (un processo analogo a quello delle pale eoliche);

• Moto ondoso. Si tratta dell'energia generata dal movimento delle onde, ancora poco sfruttata sia per i costi, sia per l'impatto ambientale degli impianti.

• Maree. L'alta marea viene sfruttata per incanalare acqua che, con il suo scorrere, aziona delle turbine capaci di convertire l'energia cinetica in elettricità.

• Talassotermica. Sfrutta la differenza di temperatura tra superficie e acque profonde per produrre vapore e azionare delle turbine; si tratta di una fonte poco sfruttata sia per i notevoli costi di realizzazione degli impianti, sia per la limitata disponibilità di arre adeguate: è infatti necessaria un'importante escursione termica e, di conseguenza, solo le zone tropicali sono adatte a questo scopo.

• Gradiente salino. Sfrutta la conversione dell'acqua salata in acqua dolce attraverso il passaggio per una membrana semipermeabile che avviene per pressione osmotica, per azionare delle turbine e produrre energia. Anche questa tipologia di energia marina richiede particolari condizioni per poter essere sfruttata, poiché è necessario costruire gli impianti in zone dove acqua dolce e salata sono a contatto.  

L'energia marina, come quella solare, è inesauribile e si stima che il suo completo sfruttamento potrebbe essere sufficiente a soddisfare il fabbisogno mondiale.

Differenza tra energia rinnovabile ed energia alternativa

Quando si parla di energie rinnovabili è bene non confonderle con quelle alternative, termiche che vuole indicare possibili fonti energetiche sostitutive dei combustibili fossili. Infatti, tra le energie alternative, oltre alle sei fonti rinnovabili citate in questo articolo, va indicata anche l'energia nucleale che, sebbene non sia rinnovabile, è comunque una possibile fonte energetica alternativa, appunto, ai combustibili fossili.

Principali problemi legati all'uso di energie rinnovabili su larga scala

Ad oggi la ricerca investe molte risorse per approfondire i temi legati allo sfruttamento delle energie rinnovabili con l'obiettivo di renderci sempre meno dipendenti dallo sfruttamento dei combustibili fossili come il gas naturale e il petrolio. 

Esistono, tuttavia, dei limiti e dei problemi per cui non sono state ancora trovate soluzioni definitive: si pensi alla discontinuità dell'energia solare, all'impatto ambientale generato dallo sfruttamento di alcune di queste fonti, alla necessità di reperire materiali - ad esempio minerali per la produzione di strumenti e impianti - a volte rari e la cui estrazione non sempre è a impatto ambientale trascurabile.

Lo sfruttamento delle risorse rinnovabili è comunque la miglior strada da seguire per ridurre l'impatto ambientale e rendere i nostri fabbisogni energetici meno dipendenti da risorse fossili ed esauribili: ogni giorno si fanno grandi passi avanti nella comprensione di queste fonti energetiche e nelle tecnologie utili a sfruttarle nel miglior modo.