Fonti energetiche

L’energia e le sue fonti

di Silvia Sorrentino

L’energia è la capacità di un corpo o di un sistema di corpi a compiere un lavoro.

Il principio di conservazione dell’energia dice che l’energia non si crea né si distrugge, ma passa da una forma all’altra.

Le fonti energetiche principali si dividono in rinnovabili e non rinnovabili:

RINNOVABILI: Il Sole, il vento, l’acqua e il vapore geotermico.

NON RINNOVABILI: petrolio, gas naturale, metano e uranio.

I fossili sono i resti, le impronte e le tracce di antichi organismi vissuti nel passato.

Uno di essi è il carbon fossile, il quale si è formato durante il Carbonifero (Era Paleozoica).

Durante questo periodo, le foreste vennero sommerse dall’acqua a causa dei movimenti della crosta terrestre. I resti si accumularono sul fondo di paludi e lagune e furono ricoperti di sabbia e argilla. Essi, sottoposti all’azione dei batteri anaerobi, persero l’acqua e l’anidride carbonica arricchendosi di carbonio e dando origine alla torba. Essa è un carbon fossile leggero (59% di carbonio). Si formarono e stratificarono diversi strati di torba, l quali prendono diverso nome a seconda della profondità in cui si trovano, poiché la torba si è arricchita di carbonio.

Al primo strato troviamo la lignite (69%- Cenozoica), essa si trasformò in litantrace (82%-Mesozoica) e, infine, in antracite (95%-Paleozoica).

Il carbone viene estratto da miniere sotterranee o a cielo aperto. Veniva usato molto dal XIX secolo, ma ora è in declino a causa del petrolio. Non esaurirà prima di 250 anni.

Il petrolio (olio proveniente dalla pietra) è un liquido di colore bruno verdastro, costituito da una miscela di idrocarburi. Si estrae dal sottosuolo a diverse profondità della crosta terrestre o sotto il fondo marino. Esso, infatti, si è formato dalla decomposizione di organismi animali o vegetali.

Viene usato dal 1859, Pennsylvania.

Il metano è un idrocarburo presente nel gas naturale dei giacimenti petroliferi. E’ inodore e incolore (CH4). Si trova nei giacimenti, nelle paludi e nelle miniere.

E’ poco inquinante e brucia con facilità.

L’uranio è un elemento radioattivo, grazie al quale sono entrate in funzione diverse centrali nucleari dopo la II Guerra Mondiale. E’ un metallo e se viene bombardato con un neutrone il suo nucleo si divide in due nuclei più leggeri (il bario e il kripto). Questa reazione è detta fissione nucleare.

FISSIONE NUCLEARE: è la reazione con cui il nucleo dell’uranio, se bombardato da un neutrone, si divide in due nuclei differenti (bario e kripto) i quali colpiranno altri atomi di uranio. E’ una reazione a catena che libera enormi quantità di energia sempre crescenti.

Fu ottenuta per la prima volta nel 1934 da ricercatori italiani, fra cui Enrico Fermi. Grazie a questa reazione si poteva sfruttare l’energia contenuta in un atomo, ma occorreva trovare un modo per liberare lentamente l’energia prodotta. Fu inventata per questa la pila atomica (pila di Fermi o reattore nucleare). Essa è formata da un involucro di piombo al cui interno c’è un cubo di grafite, la quale rallenta il movimento dei neutroni. In essa sono inserite delle barre di uranio alternate a barre di controllo fatte di boro e cadmio. Sollevandole o abbassandole è possibile innescare o bloccare la reazione a catena.

La fissione nucleare è pericolosa a causa delle scorie radioattive prodotte dagli elementi durante la reazione. Poiché tali elementi sono instabili vengono racchiusi in capsule di vetro o ceramica ricoperte di acciaio per evitare i danni.

Ma perché vengono emesse queste radiazioni?

Il nucleo dell’atomo è composto da neutroni e protoni, i quali essendo di carica positiva dovrebbero respingersi. Entrano in gioco i neutroni che compensano le cariche tenendo compatto il nucleo. Ci sono casi in cui, però, il numero dei neutroni è minore di quello degli elettroni; il nucleo si disgrega è da origine agli elementi radioattivi e la loro disgregazione avviene con l’emissione di radiazioni.

Le radiazioni alfa emettono due neutroni e due protoni e attraversano solo la carta.

Le radiazioni beta hanno carica negativa e si bloccano davanti al piombo; mentre le radiazioni gamma si fermano solamente davanti al cemento.

Durante l’emissione di queste radiazioni avviene ciò che è definito decadimento radioattivo.

Il DECADIMENTO RADIOATTIVO è il fenomeno che avviene con l’emissione di radiazioni. Il nucleo degli elementi radioattivi si riduce spontaneamente mediante reazioni definite nucleari.

L’uranio possiede 92 protoni, ma liberando una radiazioni alfa si trasforma in un atomo di torio numero atomico 90. il processo continua fino a quando non si raggiunge un elemento stabile (piombo in questo caso).

Se sommiamo il peso del nucleo del torio e della particella alfa non avrò mai il peso dell’atomo di uranio. Avviene, infatti, una scomparsa di calore spiegata dalla legge di Einstein (a una certa quantità di materia scomparsa corrisponde l’emissione di una certa quantità di energia).

LA FUSIONE NUCLEARE (o reazione termonucleare): consiste nella fusione di due nuclei di deuterio (idrogeno con un protone e un neutrone) da cui si ottiene l’elio. La somma delle masse dei due nuclei di deuterio è 4, mentre la massa dell’elio è leggermente inferiore. Questa piccola quantità di massa è stata persa sotto forma di un’immensa energia.

Con il sistema della fusione nucleare si è creata la bomba a H, ordigno ancora più pericoloso della bomba atomica. Da quest’idea si vuole trovare un modo per utilizzare l’idrogeno per produrre energia, anche perché questa sostanza è poco inquinante, poco dannosa e facilmente ricavabile dall’acqua.

Per far sì che avvenga questa reazione si necessita, però, di altissime temperature. Negli ultimi anni sono stati realizzati apparecchi, chiamati tokamak, a forma di ciambella, in cui particolari avvolgimenti elettrici creano campi magnetici talmente elevati da innescare il processo di fusione dei nuclei atomici.