1.2 Le fonti energetiche

Le risorse energetiche possono essere suddivise in ulteriori categorie:

• le fonti primarie sono quelle esistenti in natura e il cui utilizzo avviene senza che subiscano delle trasformazioni: petrolio, carbone, gas naturale, uranio, legna, Sole, vento, maree, energia geotermica, biomasse;

• le fonti secondarie sono definite così in quanto ottenute dalla trasformazione delle fonti primarie: benzina, gasolio, elettricità, idrogeno;

• le fonti inquinanti sono il carbone fossile, il petrolio, il gas naturale, la termovalorizzazione da rifiuti;

• le fonti pulite sono il Sole, il vento, il calore terrestre, il moto ondoso, il movimento dell’acqua.

Di seguito vengono descritte le caratteristiche delle principali fonti energetiche primarie.

Carbone, petrolio, gas

Sono fonti di energia fossile la cui formazione è avvenuta con la trasformazione di sostanze organiche, presenti sulla Terra e sepolte nel sottosuolo milioni di anni fa. Il calore, la forte pressione e l’assenza di ossigeno hanno contribuito alla decomposizione di sostanze organiche e alla loro trasformazione nelle varie tipologie di combustibili.

Legna

La legna da ardere è da considerarsi come il combustibile che è stato, fin dai tempi antichi, il più utilizzato dagli esseri umani per ottenere energia termica e quindi per cucinare, per scaldarsi e per trasformare e migliorare alcune proprietà dei materiali. È considerato l’unico combustibile rinnovabile grazie alla riproduzione delle piante.

Sole

Per il nostro pianeta rappresenta la fonte di energia primaria per eccellenza e fornisce calore e luce. È fondamentale per la vita di tutti gli esseri viventi ed è anche alla base della formazione di altre forme di energia (eolica, idrica ecc.). Si tratta di un’energia inesauribile, pulita, rinnovabile e il suo utilizzo non comporta l’emissione di polveri sottili o di anidride carbonica.

Energia geotermica

Vulcani, geyser, fumarole e sorgenti termali sono l’esempio della presenza del calore interno al nostro pianeta, che affiora verso l’esterno in modo continuo. Ne consegue che più si scende in profondità, più alta sarà la temperatura. Queste variazioni interne vengono chiamate «gradienti geotermici» e sono sfruttati soprattutto per ottenere energia elettrica.

Vento

È un’energia di movimento che coinvolge una massa d’aria che si genera dall’impatto tra l’aria calda (alta pressione) e l’aria fredda (bassa pressione). In passato è stato utillizzato per far muovere le navi a vela e far girare le pale dei mulini per macinare il grano o prelevare l’acqua dal sottosuolo. Oggi viene sfruttato per generare energia elettrica.

Biomasse

Le biomasse sono materiali di origine biologica, provenienti dall’attività degli animali e degli esseri umani, che vengono utilizzati come fertilizzante agricolo o per ottenere energia. Molti di questi, quando vengono bruciati per ottenere energia, emettono una quantità di anidride carbonica pari a quella assimilata con la fotosintesi, per cui sono considerati a impatto zero.

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Aria: air

Acqua: water

Aria

L’aria, elemento praticamente invisibile ai nostri occhi, è una risorsa fondamentale per la nostra esistenza. Avvolge la Terra formando l’atmosfera ed è composta prevalentemente da azoto, ossigeno e alcuni gas nobili. L’aria pura non è percepibile al tatto, non ha né colore né odore, ma è indispensabile per gli esseri viventi in quanto permette il trasporto dell’ossigeno e l’attività del cervello.

L’atmosfera, tramite l’ozono, ci protegge dalle radiazioni pericolose del Sole e, grazie alla presenza dei gas serra in percentuali limitate, regola il calore terrestre. Inoltre, con i fenomeni dell’evaporazione, condensazione e precipitazione, favorisce lo scambio dell’acqua tra il mare e la Terra.

Sotto il profilo tecnologico, l’aria ha una peculiarità unica che è quella di favorire e mantenere la combustione, fenomeno importantissimo che permette di scaldare le nostre case, di trasformare e lavorare, in particolar modo, i minerali metallici e di far funzionare i motori termici. Purtroppo, negli ultimi anni la qualità dell’aria è andata via via peggiorando in molte zone del mondo, soprattutto nelle aree metropolitane, a causa delle numerose sostanze inquinanti che gli esseri umani emettono con le loro attività e i loro spostamenti.

Gas nobili

Gas presenti nell’atmosfera che non formano legami con altri atomi.

Ozono

Gas presente nell’atmosfera che assorbe e trattiene parte dell’energia proveniente dal Sole.

I grafici illustrano la distribuzione globale dell’acqua sulla Terra. Il 97% dell’acqua terrestre è salata, solo un 3% è dolce. Più del 68% dell’acqua dolce è bloccata in calotte glaciali e ghiacciai; un altro 31% è nelle falde acquifere. L’acqua dolce superficiale, che è quella di cui gli esseri umani possono disporre, costituisce lo 0,3% del totale.

TECNOLOGIA PER L’AMBIENTE

Un albero liquido che purifica l’aria

A Belgrado si trova un albero speciale, perché è liquido. Si tratta di un bioreattore contenente delle microalghe immerse nell’acqua che, grazie a un processo di fotosintesi da 10 a 50 volte più efficiente rispetto a quello degli alberi naturali, consentono di ridurre l’anidride carbonica presente nell’aria, purificandola. Questo tipo di albero può essere molto utile laddove non ci siano spazi per piante vere, come per esempio nelle grandi città.

Acqua

Tra le risorse naturali l’acqua potabile presente sulla Terra è senza dubbio un elemento fondamentale per la vita di tutti gli esseri viventi. È una risorsa energetica primaria di cui non possiamo fare a meno: si utilizza per bere, cucinare, pulire, per l’igiene personale, ma anche per tutte le attività produttive e antropiche.

Pur essendo considerata una risorsa rinnovabile, l’acqua non è disponibile in quantità sufficiente per soddisfare le necessità di tutte le persone della Terra. La sua distribuzione sul pianeta non è omogenea e, inoltre, gli abitanti stanno aumentando, contrariamente alla quantità di acqua che resta sempre la stessa.

Alcuni settori, come l’agricoltura e la zootecnia, dipendono prevalentemente dall’utilizzo di ingenti quantità di acqua, necessarie per ottenere i prodotti alimentari o allevare gli animali. Anche i processi produttivi delle varie tipologie di aziende hanno bisogno di acqua in quantità variabile a seconda delle specifiche produzioni. Ogni singolo prodotto agricolo o industriale risulta, quindi, responsabile di aver consumato, nel corso delle trasformazioni che l’hanno reso tale, una certa quantità di acqua che viene generalmente indicata come acqua virtuale

L’acqua è sempre stata anche un’importante via di comunicazione per il commercio globale: i vari tipi di imbarcazione, infatti, consentono l’interscambio di merci e il trasporto di persone.

L’acqua, così come l’aria, non gode oggi di buona salute e ciò rappresenta un grave rischio per il benessere delle persone e degli animali. Purtroppo, infatti, le attività umane negli ultimi decenni hanno riversato direttamente e indirettamente scarti, rifiuti biologici e sostanze chimiche nei fiumi, nei laghi e nei mari, contaminandoli.

Le risorse idriche del nostro pianeta sono inoltre minacciate dall’utilizzo indiscriminato, che ne sta riducendo le scorte all’interno delle falde.

TECNOLOGIA PER L’AMBIENTE

I dissalatori marini

Acqua virtuale Acqua necessaria per ottenere, nella filiera produttiva, un manufatto o un bene.

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Attività estrattiva: extracting activity

La siccità è un problema globale. Per far fronte alla carenza d’acqua la tecnologia e, in particolare, gli impianti di desalinizzazione dell’acqua marina possono rivelarsi dei validi alleati. Questi impianti funzionano con un particolare meccanismo (osmosi inversa) che permette di potabilizzare l’acqua salata e risparmiare il consumo di acqua dolce. L’acqua salata viene infatti prelevata dal mare e depurata, eliminando eventuali impurità presenti (sabbia, fanghi, polveri…). Terminato il processo di dissalazione ha inizio quello di potabilizzazione, che rende l’acqua utilizzabile dagli esseri umani.

L’estrazione del petrolio costituisce un grave problema ambientale.

1.3 L’attività estrattiva

L’attività estrattiva comprende attività economiche che riguardano il settore primario e che hanno un’importanza strategica perché permettono alle industrie di produrre beni per la collettività.

L’attività estrattiva è tra le più antiche svolte dagli esseri umani e ha sempre influenzato e reso possibile lo sviluppo innovativo e il progresso, in quanto consente di ricavare pietre ornamentali e da costruzione, di prelevare dal sottosuolo minerali e combustibili fossili e di recuperare l’acqua che scorre nelle falde freatiche.

Le operazioni di estrazione hanno purtroppo un elevato impatto sull’ambiente e sull’ecosistema, per cui i Paesi ricchi di minerali impongono alle aziende di estrazione alcune norme per il rispetto del sottosuolo, la sicurezza del territorio e la tutela del paesaggio nel suo complesso. Tutte le risorse minerarie e i combustibili sono da considerarsi esauribili: la loro estrazione e il loro impiego devono quindi avvenire in modo consapevole e responsabile, nel rispetto della sostenibilità. Occorre evitarne gli sprechi e, soprattutto, cercare di recuperarle dai prodotti che le contengono per riciclarle.

Nei Paesi africani, anche le donne e i bambini sono costretti a cercare materie prime nelle miniere.

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1.4 Le pietre naturali

Le pietre naturali sono i primi materiali da costruzione usati nella storia e per millenni hanno costituito il materiale principale con cui realizzare le strutture portanti degli edifici. Costituite da minerali, hanno caratteristiche di resistenza, compattezza e durata nel tempo: basti pensare alle piramidi d’Egitto, al Colosseo o alle tante cattedrali sparse per il mondo. Oggi, a causa del loro costo, della loro pesantezza e scarsa flessibilità, sono state sostituite da materiali artificiali molto più leggeri ed economici, ma sono ancora usate per le pavimentazioni e i rivestimenti.

Le pietre naturali si estraggono dalle cave, che possono essere a cielo aperto o scavate in gallerie.

I grandi blocchi di pietra vengono ridotti in lastre, il cui spessore varia a seconda dell’utilizzo, a mezzo di seghe a telaio o con disco diamantato. Le lastre grezze vengono poi tagliate per ottenere le forme desiderate.

La finitura superficiale determina le caratteristiche estetiche del prodotto e si può realizzare con diverse tecniche.

• Levigatura: rende il manufatto piatto e la superficie opaca e resistente anche all’esterno.

• Lucidatura: rende il colore vivido e lucente e aumenta la resistenza della pietra agli agenti chimici in quanto chiude i suoi pori.

• Bocciardatura: eseguita a mano o a macchina, rende la superficie ruvida e mette in evidenza la brillantezza dei cristalli.

• Fiammatura: è un trattamento termico effettuato con una fiamma a circa 2 500 °C; viene eseguita su graniti e porfidi.

• Sabbiatura: si ottiene colpendo la lastra con una miscela abrasiva di aria (o acqua) e sabbia a forte pressione e velocità.

Dal punto di vista commerciale, si dividono in diverse categorie.

• Graniti: hanno una struttura durissima; sono particolarmente indicati per produrre pavimenti soggetti a utilizzo intenso.

• Marmi: sono lucidi, solidi e duraturi ma poco resistenti; sono impiegati per rivestimenti, pavimenti, scale interne e anche per alcuni elementi d’arredo (tavoli e camini).

• Pietre: sono suddivise in tenere (rocce calcaree, tufi, arenarie) e dure (porfidi, basalti, quarziti, ardesie); vengono utilizzate per realizzare pavimenti e rivestimenti, anche da esterno.

• Travertini: sono impiegati nelle pavimentazioni e nei rivestimenti, anche esterni.

1.5 I minerali e i combustibili fossili

Tutte le rocce che vediamo, o sulle quali camminiamo, sono costituite da minerali: si tratta di sostanze inorganiche, prevalentemente solide, formatesi in modo naturale nel corso di milioni di anni. Essi possono essere estratti dalle miniere, hanno una composizione chimica precisa e delle proprietà ben definite. Se ne conoscono tantissime tipologie, alcune particolarmente rare, altre più abbondanti.

Alcuni minerali sono definiti metalliferi, in quanto contengono uno o più metalli che, attraverso specifiche lavorazioni, vengono estratti e poi lavorati nelle industrie per ottenere semilavorati e prodotti finiti.

Altri minerali vengono invece definiti industriali, in quanto si utilizzano direttamente, o solo dopo pochissime trasformazioni, all’interno dei processi produttivi (sale, gesso, calcare, argille…).

L’URANIO

L’uranio appartiene alla categoria dei minerali metalliferi. Per il suo comportamento e per la sua struttura chimica è ritenuto pericoloso per la salute degli esseri viventi in quanto, allo stato naturale, è debolmente radioattivo. Non è quindi utilizzabile per la produzione di oggetti di uso comune, ma riveste particolare importanza in specifici settori, come quello navale, aeronautico, militare. Rappresenta il materiale indispensabile per la produzione di energia elettrica nelle centrali nucleari a fissione.

I combustibili fossili sono risorse esauribili utilizzate dagli esseri umani per ottenere energia termica. Si sono formati nel corso di milioni di anni in seguito a una serie di reazioni chimiche che hanno portato alla trasformazione di organismi animali e vegetali in sostanze stabili come carbone, petrolio e gas naturale.

Si trovano all’interno di giacimenti situati in modo disomogeneo sotto alla superficie terrestre o sotto ai fondali marini, secondo le differenti caratteristiche geologiche delle aree geografiche.

Il carbone è un combustibile solido che deriva dalla decomposizione del legno di antiche foreste rimaste sepolte sotto la crosta terrestre. Viene utilizzato per produrre energia elettrica nelle centrali termiche, per produrre carbone coke (vedi p. 222) necessario ai processi di lavorazione delle acciaierie, oppure per preparare solventi, fertilizzanti e prodotti farmaceutici.

Il petrolio e il gas naturale sono due idrocarburi, il primo liquido e il secondo gassoso, formatisi nei fondali marini dalla decomposizione di plancton e alghe mescolate ad argille.

Il petrolio, una volta estratto, deve subire la raffinazione che permette di ottenere sostanze diverse (benzina, gasolio, oli combustibili…).

I combustibili fossili, oltre a essere fonti energetiche non rinnovabili, sono molto inquinanti.

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Miniera: mine

Argilla: clay

Sbancamento concentrico Rimozione di una massa di terreno o roccia effettuata in maniera circolare, partendo da un punto centrale.

1.6 Le miniere

La miniera è un sito posto nel sottosuolo, a una profondità variabile, che permette l’estrazione delle risorse. Per essere sfruttabili dagli esseri umani, la quantità di minerale presente nel giacimento deve essere tale da rendere l’estrazione economicamente vantaggiosa. Oggi, grazie alle nuove tecnologie, è più facile scoprire nuove zone minerarie e valutare l’importanza del giacimento per stabilire la convenienza dell’estrazione.

Tra le miniere più importanti ricordiamo quelle dei:

• minerali metallici: ferro, rame, alluminio, mercurio, zinco, piombo, oro, argento;

• minerali non metallici: argilla, sabbia, marmo, pietre, calcare;

• combustibili fossili: petrolio, carbone, gas naturale.

L’attività estrattiva dei minerali avviene generalmente con due differenti metodologie: la miniera a cielo aperto (o cava) e la miniera sotterranea.

• Miniera a cielo aperto (o cava): prevede lo sbancamento concentrico del suolo quando il deposito del minerale è poco profondo, oppure il prelievo di parte di un costone di una montagna, come avviene per esempio per le cave di marmo. Questo metodo arreca però gravi danni all’ambiente perché crea profonde modifiche al territorio. In alcuni casi, ultimata la fase estrattiva, la cava viene utilizzata come sito per una discarica.

• Miniera sotterranea: l’estrazione dei minerali o del carbone, in questo caso, avviene con la creazione di pozzi verticali e gallerie scavate nel sottosuolo per raggiungere il filone minerario. Diversa metodologia è riservata all’estrazione del petrolio e del gas, che prevedono una profonda trivellazione nel sottosuolo per permetterne la fuoriuscita.

Il Grande Buco Sudafricano

Il Big Hole (grande buco) si trova in Sudafrica ed è la più grande miniera di diamanti a cielo aperto. Fino a un secolo fa al suo posto si trovava una collinetta, sulla quale venne scoperto un filone di diamanti che attirò un numero molto elevato di minatori. Vennero rimosse 22 milioni di tonnellate di terra e di roccia, provocando una voragine profonda più di 1 000 metri che è diventata, nel corso degli anni, un bacino di riserva idrica.