SM 2586 — Il fuoco d’oro, passato, presente e futuro dell’energia solare — febbraio 2005

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Giorgio Nebbia nebbia@quipo.it

1. Verso un futuro neotecnico basato sull’energia solare 

L’energia irraggiata dal Sole sulla Terra governa tutti gli eventi ecologici, ed economici che hanno luogo sul nostro pianeta. Rispetto a circa 400 EJ di energia utilizzata dagli esseri umani ogni anno (nel 2004) sotto forma di carbone, petrolio, gas naturale, energia nucleare, energia idroelettrica, il Sole fa arrivare sulla superficie del nostro pianeta ogni anno circa 3.300.000 EJ di energia, 1.000.000 EJ/anno sulle terre emerse, 2.500 volte quella utilizzata nello stesso periodo. 

L’energia del Sole è alla base, direttamente o indirettamente, di tutte le fonti di energia esistenti sulla Terra. L’energia del Sole tiene in moto, attraverso l’atmosfera, ogni anno, 400.000 miliardi di metri cubi di acqua che evaporano dagli oceani e dai continenti e ricadono lontano, sotto forma di pioggia e di neve, sulla superficie dei mari e delle terre emerse. 100.000 miliardi di metri cubi di quest’acqua scorrono sulla superficie dei continenti e ritornano al mare fornendo acqua agli esseri umani e, in parte anche energia idrica e idroelettrica, quest’ultima, come vedremo, in ragione di circa 2.700 miliardi di chilowattore all’anno, pari a circa 10 EJ/anno. L’energia solare, scaldando diversamente le varie parti della superficie della Terra, mette in moto grandi masse d’aria che originano i venti e, di conseguenza, il moto ondoso. 

L’energia del Sole, attraverso la fotosintesi, “fabbrica” ogni anno, sulla superficie delle terre emerse, circa 100 miliardi di tonnellate di sostanze organiche (espresse come materia secca). Si sono formate proprio in questo modo, da 300 a 100 milioni di anni fa, le sostanze organiche che si sono trasformate, in migliaia di secoli, nei combustibili fossili — carbone, petrolio, gas naturale — che costituiscono la quasi totalità delle fonti energetiche utilizzate attualmente e di cui esistono riserve stimate pari a circa 300.000 EJ; esse rappresentano quindi dell’energia solare del passato immobilizzata sotto forma di combustibili. Con la differenza che l’uso delle fonti di energia fossili comporta l’estrazione, dalle viscere della Terra, di risorse energetiche formatesi in tempi lontanissimi, lentamente e non rinnovabili; esse infatti, una volta consumate e bruciate, non si formeranno più, almeno nelle scale temporali a cui siamo abituati noi. 

Se invece ci si rivolge al Sole nelle sue varie forme — calore e radiazione, vento e moto ondoso, flusso superficiale delle acqua, sostanze organiche fissate attraverso la fotosintesi nella biomassa vegetale — si usano delle risorse energetiche inesauribili, rinnovabili, che cioè ogni anno tornano ad essere disponibili proprio perché sono legate ai grandi cicli naturali. 

Ogni anno la quantità di acqua che scorre sulla superficie della Terra, la quantità di sostanza organica fissata nella vegetazione, sono le stesse e non possono venire a mancare. Inoltre, per ragioni politiche ed economiche, un paese può estrarre più o meno petrolio dai suoi pozzi, può estrarre più o meno carbone dalle sue miniere, ma l’energia del Sole che raggiunge un territorio sulla superficie del pianeta è sempre la stessa, indipendentemente dagli eventi politici o finanziari, e può essere previsto con certezza quanta ne arriva nei vari giorni dell’anno, nelle varie ore del giorno. 

Gli avvenimenti verificatisi nella seconda metà del Novecento — le oscillazioni del prezzo del petrolio, la consapevolezza della dimensione finita delle sue riserve, gli incidenti alle centrali nucleari e la conseguente disillusione sul futuro dell’energia atomica — hanno indicato che sempre meno, in futuro, si potrà fare affidamento sulle fonti energetiche non rinnovabili e sempre più urgente appare il passaggio alle fonti energetiche rinnovabili basate sul Sole. 

L’avvento di una società basata in prevalenza sulle fonti di energia rinnovabili è possibile soltanto con mutamenti profondi che riguardano la ricerca scientifica, comportano la creazione di nuove industrie e posti di lavoro, lo spostamento di attività produttive e di agglomerati urbani da un territorio all’altro. 

I paesi che si renderanno conto più presto del cambiamento saranno quelli che potranno trarre maggior beneficio dalla rivoluzione imminente. Il passaggio alle fonti energetiche rinnovabili non è una rinuncia al progresso, non significa tornare ad una vita misera e povera. Anzi, il crescente ricorso all’energia solare consente di progredire dall’attuale società “paleotecnica” — secondo il termine usato da Lewis Mumford nel libro “Tecnica e cultura” — inquinata, basata su risorse materiali ed energetiche scarse ed usate irrazionalmente, ad una società neotecnica basata su un uso più intenso della scienza e della tecnica, una società meno inquinata e più umana. 

2. Quanta e quale energia solare ? 

L’utilizzazione dell’energia solare è possibile con successo se si considerano realisticamente le caratteristiche della radiazione che il Sole invia sulla Terra. La quantità di radiazione solare che raggiunge una unità di superficie della Terra varia da luogo a luogo, nelle varie stagioni dell’anno e nelle varie ore del giorno. Riferiamoci alla situazione media italiana. Nel corso di un anno la quantità di radiazione solare che raggiunge un metro quadrato di superficie si aggira intorno a 5.000 MJ. Nei mesi estivi l’intensità della radiazione solare raggiunge circa 20 MJ/mal giorno, mentre nei mesi invernali tale media scende a circa 4 MJ/m2 al giorno. 

La disponibilità di energia solare nelle varie ore del giorno segue una curva; la maggior parte dell’energia solare (circa il 70 % del totale) è disponibile nelle poche ore centrali della giornata (d’estate dalla 7 alle 17, ore solari). Intorno al mezzogiorno solare la potenza disponibile d’estate è di circa un chilowatt per m2, pari a un chilowattora, cioè a 3,6 MJ, nell’ora intorno al mezzogiorno solare. Nelle prime e nelle ultime ore della giornata l’intensità della radiazione solare è bassa. Di notte, naturalmente, l’energia solare disponibile è zero. (Non c’è bisogno di ricordare che il “mezzogiorno solare” varia con la longitudine e con la stagione e, Italia, risulta alle 11 e mezza circa (ora solare) a Otranto, alle 12 e mezza circa a Ventimiglia). 

A parità di altre condizioni, l’energia solare si presenta come un insieme di radiazioni elettromagnetiche di varia lunghezza d’onda: circa il 10 % è sotto forma di radiazione ultravioletta con lunghezza d’onda fra 0,2 e 0,4 micrometri (un micrometro è uguale a un millesimo di millimetro); circa il 50 % è sotto forma di radiazione visibile, con lunghezza d’onda fra 0,4 e 0,8 micrometri e circa il 40 % è sotto forma di radiazione infrarossa, fra 0,8 e 3 micrometri. 

Questa caratteristica è molto importante perché le varie componenti “spettrali” della radiazione solare — cioè le varie parti dello spettro delle radiazioni elettromagnetiche — hanno un diverso comportamento quando si tratta di trasformare la radiazione solare in calore o in elettricità o quando tale radiazione interviene nella fotosintesi. 

Quando il cielo è sereno e il Sole splende nel cielo si dice che è disponibile una radiazione solare diretta: è possibile riflettere tale radiazione con uno specchio parabolico, o concentrarla con una lente, in un punto, su un corpo la cui temperatura può diventare molto alta, tanto da incendiarlo; tale punto viene infatti chiamato “fuoco” della parabola o della lente. Quando il cielo è coperto dalle nuvole si ha a disposizione radiazione solare diffusa (diffusa, appunto, dalle nuvole); la radiazione diffusa non può essere concentrata, ma può essere utilizzata per scaldare un corpo a bassa temperatura e anche nei dispositivi fotovoltaici.

3. Il calore solare a bassa temperatura, 

Quando si pensa all’energia solare viene subito alla mente di utilizzarla come fonte di calore: per esempio per scaldare le case d’inverno, per scaldare l’acqua per le necessità dei bagni e delle cucine, eccetera. Effettivamente la produzione di calore dal Sole è stata l’applicazione più sperimentata. 

Se si espone al Sole una superficie nera, cioè capace di assorbire una rilevante proporzione della radiazione incidente, per esempio una piastra metallica annerita, si costata facilmente che questa piastra si scalda. Non molto, però: la sua temperatura generalmente non supera 50°C. Infatti il calore “catturato” dalla piastra nera viene rapidamente perduto verso l’aria e l’ambiente circostante. Una parte del calore viene perduto per conduzione; l’aria a contatto con la piastra nera si scalda e la piastra si raffredda. Una parte viene perduta per “convezione”: la superficie calda scalda l’aria sovrastante che si mette a circolare rapidamente e viene sostituita da aria fredda che porta via altro calore; anche così la piastra si raffredda. 

Il terzo meccanismo di raffreddamento consiste nell’irraggiamento del calore: un corpo ad una certa temperatura irraggia energia sotto forma di radiazione in tutte le direzioni, verso corpi “più freddi”. La quantità di energia irraggiata è proporzionale alla temperatura della piastra (anzi alla quarta potenza della temperatura assoluta del corpo irraggiante. La radiazione ha una lunghezza d’onda che dipende anch’essa dalla temperatura assoluta del corpo. 

Il Sole ha una temperatura superficiale di circa 5.500 gradi Kelvin e per questo appare “bianco”, cioè emette radiazioni visibili con massimo a circa 0,55 micrometri. D’altra parte un corpo relativamente “freddo” come la superficie della Terra — che ha una temperatura media di 15 gradi Celsius, pari a 273+15 = 298 gradi Kelvin, o anche una piastra scaldata a 30-50 gradi Celsius, pari a circa 300-320 gradi Kelvin, emette energia sotto forma di radiazione avente una lunghezza d’onda di circa 10 micrometri, cioè nella parte infrarossa dello spettro. Se si vuole scaldare a temperature superiori a circa 50°C un corpo esposto al Sole, occorre far diminuire le perdite di calore per conduzione, per convezione e per irraggiamento. 

Immaginiamo di avere la solita piastra nera, esposta al Sole, e di coprirla con una lastra di vetro disposta, diciamo, a dieci centimetri di distanza, parallelamente alla piastra. Il vetro lascia passare la radiazione solare, con lunghezza d’onda fra 0,2 e 3 micrometri, mentre non è trasparente alla radiazione a lunghezza d’onda superiore a 3 micrometri. Poiché la radiazione emessa dalla piastra calda a temperature fino a 100°C, possiede una lunghezza d’onda superiore a 3 micrometri, la quantità di energia perduta dalla piastra per irraggiamento verso l’aria esterna sovrastante è molto bassa ed è come se l’energia solare restasse “intrappolata” sulla piastra nera, al di sotto della lastra di vetro. 

Questo fenomeno viene indicato come “effetto serra” perché le serre in cui si coltivano d’inverno fiori e verdura restano abbastanza calde proprio per lo stesso principio. La pur modesta radiazione solare che entra d’inverno attraverso la copertura di vetro o di plastica trasparente della serra resta intrappolata all’interno della serra nella quale viene a stabilirsi una temperatura un po’ superiore a quella esterna. 

Fra la lastra di  vetro e quella sottostante si trova uno strato di aria quasi ferma, stazionaria, e le perdite di calore per convezione dalla piastra all’aria sono molto modeste. La copertura di vetro ha la funzione, quindi, di far diminuire molto le perdite di calore della piastra sia per convezione sia per irraggiamento. 

Le cose sono, in realtà, più complicate. La piastra scaldata dal Sole irraggia il suo calore verso la superficie di vetro che, essendo a contatto con l’aria esterna, ha una temperatura inferiore a quella della piastra. Il vetro, perciò, si scalda ed è lui adesso a perdere calore per convezione e conduzione e anche per irraggiamento verso l’aria sovrastante. Insomma, in queste condizioni, quando l’intensità della radiazione solare è abbastanza elevata, si può arrivare a scaldare una piastra nera a temperature di 80-90°C. 

Sono state proposte varie soluzioni per ottenere temperature un po’ più alte. Si può coprire la piastra con due lastre di vetro, anziché con una sola, ma il dispositivo diventa più costoso e non è molto più efficiente. Si può eliminare l’aria dalla intercapedine fra la piastra e il vetro; in questo modo si possono raggiungere temperature di 120-130°C, ma il dispositivo è complicato perché deve essere contenuto in un involucro capace di conservare il vuoto. 

Si può coprire la piastra metallica con uno strato di sostanze chimiche, per lo più ossidi metallici, o con una vernice che siano “selettivi”, in grado cioè di assorbire la massima quantità di radiazione incidente e di avere minima emissione nell’infrarosso. Alcuni dei collettori o pannelli solari commerciali per il riscaldamento dell’acqua sono rivestiti di superfici “selettive”, ma, almeno alle basse temperature, il vantaggio non è poi molto grande. Infine la faccia inferiore della piastra deve essere isolata termicamente con uno strato, per esempio, di resina sintetica espansa, o di lana di vetro, o di sughero. Si evita così che la piastra perda il calore raccolto. 

4. Acqua e aria calda con l’energia solare

Una piastra nera scaldata dal Sole è soltanto la base di un collettore — o “pannello” — solare: se si vuole usare il calore solare per scaldare l’acqua per i bagni o le cucine oppure per scaldare gli edifici occorre portare a contatto con la piastra calda una corrente di acqua o di aria. L’acqua può essere fatta circolare in una serie di tubi stesi sulla, o incorporati nella, piastra oppure la si può fare circolare fra due piastre metalliche parallele, tenute a pochi millimetri di distanza; la piastra superiore è quella annerita che raccoglie il calore solare. 

L’acqua fredda entra dal basso, sale spontaneamente verso l’alto (l’acqua calda ha una massa volumica inferiore, è “più leggera”, rispetto all’acqua fredda) e può essere raccolta in un serbatoio sopraelevato, isolato termicamente; a mano a mano che da questo si preleva l’acqua calda, dal basso del collettore entra nuova acqua fredda che a sua volta si riscalda. Nel caso migliore si recupera dal 30 al 50 % del calore della radiazione solare incidente, sia diretta, sia diffusa. Poiché 1 MJ di energia fa aumentare di circa 2,5°C la temperatura di 100 litri di acqua, d’estate, quando la radiazione solare è di circa 20 MJ/m2 al giorno, con un collettore della superficie di 1 m2 è possibile scaldare ogni giorno 100 litri di acqua da 20 a 45°C, oppure 50 litri di acqua da 20 a 70°C. D’inverno il riscaldamento ottenibile è molto più modesto e per molti giorni quasi nullo.  

Gli scaldacqua solari sono fra i pochi sistemi capaci di immagazzinare il calore solare a mano a mano che viene raccolto. Mediante pompe è possibile trasferire l’acqua calda dai collettori a serbatoi posti a pianterreno o interrati, dai quali le pompe la prelevano per distribuirla nelle stanze; il sistema è però più complicato e aumentano le perdite.  

Come in quasi tutte le applicazioni solari, le soluzioni semplici sono da preferire: in un serbatoio ben isolato, tenuto ad un livello superiore a quello del collettore, l’acqua si raccoglie per circolazione naturale, cioè senza bisogno di pompe e si conserva calda con un sistema semplice e con buoni rendimenti. 

Benché d’inverno sia necessaria una fonte di energia ausiliaria per scaldare l’acqua, l’acqua calda è richiesta nelle abitazioni e nelle fabbriche sia d’inverno sia d’estate; gli scaldacqua solari possono perciò utilmente sostituire quelli elettrici e consentire un risparmio di molti miliardi di chilowattore all’anno di elettricità, una fonte di energia pregiata. Con un collettore solare costituito da una piastra nera rivestita di vetro o plastica trasparente è possibile scaldare una corrente d’aria che può, a sua volta, essiccare dei cibi o dei prodotti agricoli o scaldare l’interno di un edificio. Gli essiccatoi solari presentano prospettive importanti in molti paesi poveri. 

Con il calore solare raccolto da un pannello solare è possibile far funzionare un frigorifero del tipo ad assorbimento e ottenere così freddo per la conservazione di alimenti o di medicinali; questa applicazione, pur così utile, non ha ancora avuto una adeguata diffusione benché la tecnologia dei frigoriferi ad assorbimento sia nota e collaudata. 

Sempre con un collettore solare è possibile scaldare, in un circuito chiuso, un liquido volatile (per esempio anidride solforosa); quando tale liquido evapora, aumentando di volume, viene fatto passare allo stato gassoso attraverso una turbina che fornisce energia meccanica o elettrica. Il gas viene poi fatto condensare per raffreddamento, per esempio con la stessa acqua pompata dal motore dal sottosuolo, e torna al collettore allo stato liquido.

Un motore solare a turbina azionato da un fluido a temperatura di circa 80°C trasforma in energia meccanica circa il 2 % della radiazione solare incidente. L’energia ottenuta con i motori solari, alimentati con collettori piani, senza concentrazione, può essere utilizzata per sollevare l’acqua dai pozzi o per azionare piccoli motori elettrici. L’energia elettrica ricavabile per metro quadrato di collettore è peraltro minore rispetto a quella ottenibile con le fotocelle solari, di cui si parlerà più avanti. 

5. L’accumulo del calore solare 

In qualunque forma la si recuperi, come acqua o aria calda, l’energia solare è disponibile in maniera intermittente e irregolare (anche se abbastanza prevedibile) nelle varie ore del giorno nei vati mesi dell’anno. Il problema dell’accumulo è quindi molto importante. Si è già detto che l’acqua è un semplice sistema di raccolta del calore e che l’acqua scaldata con un collettore solare può essere conservata almeno per alcuni giorni a temperatura abbastanza elevata. 

Ogni corpo è capace di trattenere “dentro di se” del calore sotto forma di “calore sensibile”: occorrono circa 4 kJ per scaldare un litro (cioè un chilogrammo) di acqua di un grado Celsius e quindi l’acqua è un modesto accumulatore di calore. Più promettenti sembrano certe sostanze che, quando ricevono calore, subiscono una variazione di stato, per esempio fondono, passando dallo stato solido allo stato liquido. Si parla allora di trasferire al corpo e successivamente ricuperare il “calore latente”, per esempio di fusione. 

Alcuni sali inorganici, come il solfato di sodio, contengono delle molecole di acqua di cristallizzazione, cioè fermamente fissate nei cristalli solidi; a temperatura fra 20 e 50°C queste sostanze fondono e si trasformano più o meno completamente in un liquido assorbendo calore in ragione, nel caso del solfato di sodio decaidrato, Na2SO4.10H2O, di circa 200 kJ/kg. Per raffreddamento le sostanze ritornano allo stato di solidi cristallini e restituiscono il calore assorbito. 

Se l’aria scaldata con l’energia solare viene portata a contatto con recipienti contenente i sali indicati, il calore solare di giorno fa fondere i sali e viene “immagazzinato” nei sali fusi. Questi di notte restituiscono il calore scaldando l’aria circostante che può essere avviata nelle stanze. Va tenuto comunque presente che i fenomeni di fusione e di ricristallizzazione sono complessi e qualche volta, dopo molti cicli di fusioni successive, i cristalli “si stancano” e restano sempre allo stato fuso non assolvendo più il loro compito.

Il problema poi del recupero invernale del calore estivo sembra ancora più difficile da risolvere: occorrerebbero delle vasche molto grandi piene d’acqua, isolate termicamente in modo da avere una dispersione minima, ma è dubbio che il calore solare possa essere immagazzinato in acqua per molti mesi. 

6.  Il riscaldamento solare degli edifici  

Una volta che è possibile “catturare” l’energia solare e ottenerla sotto forma di acqua calda o di aria calda, il primo pensiero che viene riguarda la prospettiva di utilizzare tale energia per il riscaldamento degli edifici; in questo inizio del XXI secolo si può stimare che, in Italia, il riscaldamento degli edifici di abitazione e commerciali assorba, sotto forma di calore da petrolio o gas naturale e di elettricità, circa 1.000 PJ all’anno (circa 25 milioni di tonnellate equivalenti di petrolio). Una grande quantità di costosi prodotti petroliferi viene quindi bruciata per scaldare l’aria degli edifici spesso di pochi gradi; d’inverno si cerca di avere nei locali una temperatura di circa 20°C. Si tratta di un forte spreco perché l’energia viene liberata nelle caldaie sotto forma di calore ad una temperatura di molte centinaia di gradi e viene poi “degradata” a una ventina di gradi; ancora maggiore lo spreco se si usano impianti di riscaldamento elettrici. 

L’energia solare raccolta a temperatura fra 50 e 80°C, come è possibile fare con gli attuali collettori, potrebbe far risparmiare una notevole frazione dell’energia attualmente consumata nel settore domestico. Vi sono però alcuni inconvenienti: della radiazione solare totale annua circa il 35 % è disponibile nei mesi estivi, circa il 25 % è disponibile nella primavera e altrettanto nell’autunno e circa il 15 % è disponibile in inverno. Purtroppo la richiesta di energia per il riscaldamento è concentrata d’inverno, quando l’intensità della radiazione solare è minima. Un sistema solare progettato per il riscaldamento degli edifici raccoglie quindi la massima quantità di energia solare quando la richiesta è limitata o inesistente. 

Il calore solare raccolto nella primavera, in estate e in autunno e non richiesto per il riscaldamento degli edifici può essere utilizzato per produrre acqua calda, la cui richiesta è uguale più o meno tutto l’anno, ma in questo caso tutto il sistema energetico diventa più complicato; occorrono pompe per far circolare aria o acqua calda entro sistemi di distribuzione diversi a seconda delle stagioni e troppo poco si sa sul reale risparmio che si realizza in questo modo. 

Cominciano ad essere diffusi anche impianti che utilizzano il calore solare estivo per il condizionamento dell’aria; molti edifici pubblici o privati richiedono, infatti, calore invernale e raffreddamento estivo e il condizionamento dell’aria è fatto con l’elettricità; la climatizzazione completa degli edifici comporta consumo e spreco di grandi quantità di energia e il Sole può assolvere entrambe le funzioni. 

L’energia solare può dare un contributo rilevante al risparmio dell’energia negli edifici se questi vengono progettati e costruiti in modo da utilizzare al massimo l’energia solare così come è disponibile, senza collettori o pannelli. Gli edifici possono essere orientati in modo da recuperare il massimo della radiazione solare invernale; con i “sistemi passivi” di raccolta dell’energia solare, in alternativa a quelli “attivi” a base di collettori, alcune pareti esterne sono disposte in modo da scaldarsi utilizzando anche la piccola quantità di calore solare disponibile d’inverno. Nella parete viene predisposta una intercapedine piena d’aria; questa si scalda a sua volta, si mette in moto spontaneamente e circola nelle stanze. 

Creando zone d’ombra è possibile provocare d’estate una corrente d’aria fra queste e le zone calde degli edifici e ottenere così una ventilazione estiva senza condizionatori d’aria. Si può pensare ad una disposizione delle stanze negli edifici in modo da utilizzare meglio la radiazione solare come fonte di illuminazione al posto della luce elettrica. La progettazione di edifici con il vincolo di consumare il meno possibile l’energia esterna e di utilizzare il massimo della radiazione solare disponibile rappresenta una interessante sfida per un gran numero di architetti. 

7. Acqua dolce dal mare con l’energia solare 

“Acqua, acqua dovunque, e non una goccia da bere”. Il vecchio marinaio della ballata del poeta inglese Coleridge aveva di fronte, dopo il naufragio, una distesa di acqua imbevibile ed era tormentato dalla sete. Milioni di chilometri di coste nel mondo sono toccate dall’acqua salata dei mari e non hanno acqua dolce: diventa così difficile viverci, sviluppare l’agricoltura e il turismo. In  generale la situazione è tanto peggiore quanto più ci si trova nella fascia centrale della Terra, proprio dove è maggiore l’energia solare disponibile che, lo si è visto, può essere recuperata sotto forma di calore. 

L’energia solare può quindi essere usata per distillare acqua dolce dal mare: i distillatori solari sono costituiti da vasche poco profonde, col fondo annerito, riempite con un sottile strato di acqua marina. Le vasche sono coperte con una lastra di vetro o plastica trasparente, inclinata, e sono isolate al di sotto per evitare le perdite di calore. L’energia solare attraversa la lastra trasparente e raggiunge l’acqua di mare che si riscalda: una parte dell’acqua evapora e va a condensarsi sulla parete interna della lastra trasparente sotto forma di acqua dolce, priva di sali, che si recupera. 

Nei distillatori solari ben progettati è possibile utilizzare, per la distillazione dell’acqua di mare, fino al 50 % della radiazione solare incidente che, come si è detto, alle nostre latitudini ammonta a circa 5.000 MJ/m2 all’anno. Poiché occorrono circa 2,4 MJ di calore per far evaporare un litro di acqua, con un distillatore della superficie di un metro quadrato è possibile ottenere fino a 1000 litri di acqua dolce all’anno. La produzione di acqua dolce varia nei vari mesi; in quelli estivi può arrivare a cinque o sei litri per m2 al giorno; un distillatore solare della superficie di 50 m2, posto, per esempio sul tetto di una casa, fornisce d’estate circa 300 litri di acqua al giorno. 

I distillatori solari hanno il vantaggio di utilizzare una frazione rilevante della radiazione solare incidente, sia diretta sia diffusa, che viene immediatamente trasformata in acqua dolce. Essi rappresentano cioè dei dispositivi che non richiedono sistemi di “immagazzinamento” dell’energia e forniscono un “bene”, l’acqua dolce, di cui c’è grande bisogno nelle zone costiere. Anzi la produzione di acqua dolce è maggiore d’estate e nelle zone ad alta insolazione, cioè proprio nelle condizioni in cui sono maggiori il fabbisogno e la richiesta di acqua. Si aggiunga che la superficie del “tetto” trasparente del distillatore può rappresentare una collettore di acqua piovana nelle giornate piovose, il che può far quasi raddoppiare la produzione di acqua — distillata e piovana — nel corso dell’anno. 

8. Calore solare ad allta temperatura

Mediante specchi piani o concavi, opportunamente disposti, il calore solare può essere concentrato in spazi ristretti, su un tubo o su una caldaia, ed è possibile in questo modo ottenere calore a temperature anche molto elevate. Anche se forse la storia di Archimede che avrebbe incendiato le vele delle navi romane con specchi ustori solari non è del tutto vera, molti laboratori hanno costruito e utilizzato dei forni solari e sono stati proposti progetti di grandi centrali termiche o termoelettriche azionate con il calore solare concentrato mediante specchi. 

Il rendimento di una macchina termica dipende dalla temperatura a cui è disponibile il calore; con i collettori piani senza concentrazione si dispone di calore a bassa temperatura (meno di 100°C) e il rendimento di un motore solare è di circa il 2 % (il rendimento massimo teorico per un motore alimentato da calore a 100°C che “rigetta” calore alla temperatura media dei mari, 15°C, risulta: [100–15]/[100+273] = 2,3 %).Con una centrale termoelettrica solare a specchi è possibile ottenere vapore anche a 500°C e il rendimento può aumentare molto, anche oltre il 40 % (il rendimento massimo teorico risulterebbe di circa[500–15]/[500+273] = 62 %). 

Una centrale termica solare è costituita sostanzialmente da un sistema di specchi che concentrano la radiazione solare su una caldaia. Gli specchi devono essere tenuti continuamente in movimento per seguire il Sole nel suo “moto apparente” nel cielo e tale moto, come si sa, varia da giorno a giorno. L’”inseguimento” del Sole può essere fatto con dispositivi meccanici, ad orologeria, oppure il moto di ciascuno specchio può essere guidato da un sistema fotoelettrico o elettronico puntato verso il Sole. Si tratta comunque di sistemi delicati e complessi, soprattutto se la centrale si trova in zone aride e poco abitate. 

Un altro grave inconveniente è rappresentato dal fatto che gli specchi riflettono soltanto la radiazione solare diretta, per cui quando il cielo è coperto viene a cessare il flusso di calore verso la caldaia. Una caldaia è quindi riscaldata in modo irregolare ed è difficile conservare costante la temperatura del suo fluido; una delle soluzioni consiste nel porre nella caldaia dei sali che fondono assorbendo calore e restituiscono il calore gradualmente al vapore che alimenta le turbine. Nessun sistema peraltro, finora, si è rivelato soddisfacente anche perché le perdite di calore sono tanto più grandi e rapide quanto più elevata è la temperatura. 

Le grandi centrali termoelettriche solari appaiono quindi come idee attraenti ma di dubbia utilità pratica. Una centrale da 1000 chilowatt di potenza, con una superficie di specchi di 7800 m2, è stata costruita ad Adrano in Sicilia, da un consorzio italo-franco-tedesco, è entrata in funzione nel 1981 ma, dopo alterne vicende, è stata abbandonata nel 1987. 

Uno degli inconvenienti delle centrali solari alimentate da calore solare concentrato ad alta temperatura sta nel fatto che il corpo riscaldato — tubo o caldaia — perde calore per convezione, conduzione e irraggiamento in quantità tanto maggiore quanto maggiore è la sua temperatura. Un ingegnoso sistema per ridurre tali perdite consiste nel coprire il corpo riscaldato con una struttura di tubi “a nido d’ape” aventi lunghezza circa dieci volte superiore al loro diametro (per esempio lunghi venti o trenta centimetri e con diametro di due o tre centimetri). Il calore “contenuto” nel fondo di tali strutture, nella parte a contatto col corpo caldo, non esce all’esterno perché l’aria contenuta in ciascun tubo è praticamente stazionaria e quindi cattiva conduttrice del calore; se la struttura a nido d’ape “guarda” il Sole o un corpo a temperatura maggiore della propria, la superficie ad alta temperatura (diciamo 500°C) al fondo di ciascun tubo, si comporta come un “corpo nero” e non perde calore neanche per irraggiamento. 

9. Elettricità direttamente dal Sole 

In alcuni materiali esposti alla radiazione solare si determina un moto di elettroni e quindi una corrente elettrica. Uno di questi è rappresentato da sottili lastrine di silicio molto puro e trattato in modo particolare; quando i fotoni (“particelle” di radiazione elettromagnetica dotate di energia proporzionale alla frequenza della radiazione e inversamente proporzionale alla sua lunghezza d’onda) colpiscono gli atomi di silicio, si determina un flusso di elettroni fra la faccia della fotocella esposta al Sole e quella sottostante:si viene a creare una corrente elettrica e una differenza di potenziale che, con gli attuali materiali, è di circa 0,5 volt. 

Soltanto la parte visibile della radiazione solare, con lunghezza d’onda inferiore a 1 micrometro, è capace di determinare una corrente elettrica nelle fotocelle al silicio e in questo modo si utilizza però meno della metà dell’energia della radiazione solare totale. A causa di altre perdite si recupera, come elettricità, fra il 10 e il 15 % della radiazione solare totale. Le celle fotovoltaiche sono caratterizzate e vengono commerciate sulla base della “potenza di picco”, cioè della potenza che sono in grado di assicurare nel mezzogiorno di una giornata di estate; in tali condizioni le fotocelle sono in grado di produrre 1 chilowattora in un’ora; la potenza è minore nelle altre stagioni. La potenza di un chilowatt di picco richiede una superficie di fotocelle di circa 10 m2 e consente di ottenere circa 1.000-1.300 chilowattore di elettricità all’anno (circa 100-130 chilowattore all’anno per m2 di superficie delle fotocelle). 

La produzione di elettricità nelle celle fotovoltaiche, che pure utilizzano sia la radiazione solare diretta sia quella diffusa, è intermittente; l’energia elettrica deve perciò essere accumulata in batterie di accumulatori che la restituiscono quando è richiesta e quando le fotocelle non la producono, per esempio di notte. 

L’elettricità prodotta dal Sole può essere accumulata utilizzandola, a mano a mano che si rende disponibile, per scomporre l’acqua producendo l’idrogeno che è un gas combustibile e può essere immagazzinato in un serbatoio. Oppure l’elettricità può essere usata per sollevare l’acqua in un bacino sopraelevato; quando il Sole non c’è, l’acqua scende attraverso una turbina e restituisce gran parte dell’energia accumulata. Come si vedrà più avanti, un chilowattora di energia può essere ricuperato ogni volta che 3.600 metri cubi di acqua superano un dislivello di 10 metri. 

Con una adatta sistemazione delle fotocelle è possibile ottenere corrente elettrica anche a 150 volt; si tratta però di corrente continua, differente dalla corrente elettrica alternata che arriva nelle nostre case e nelle industrie: Poiché la maggior parte dei dispositivi elettrici funzionano a corrente alternata, occorre progettare e costruire nuove macchine e apparecchiature in grado di funzionare con l’elettricità, nella forma in cui viene fornita dalle celle fotovoltaiche solari. La strada più semplice è comunque ancora quella della carica di batterie di accumulatori per la quale, del resto, occorre proprio corrente continua. 

Il prezzo delle celle fotovoltaiche, divenute commerciali nel 1954, è andato diminuendo continuamente a mano a mano che aumentava la diffusione. Nel 2004 tale prezzo si aggira intorno a 5.000 euro per chilowatt di picco, più o meno 500 euro per m2 di fotocelle capaci di fornire, come si è detto, da 100 a 130 chilowattore di elettricità all’anno. 

10.  L’energia solare fissata come vegetazione 

La cosa che il Sole sa fare bene, senza macchine, su larga scala e con notevole efficienza è “fabbricare” materia organica attraverso i processi di fotosintesi. La fotosintesi consiste nella combinazione di due molecole molto semplici — quella dell’anidride carbonica CO2 e quella dell’acqua H2O — presenti nell’atmosfera e nel terreno in grande quantità e del tutto gratuite; nelle foglie verdi (il colorante verde clorofilla funziona da catalizzatore della sintesi) e sotto l’azione della radiazione solare si formano sostanze organiche più o meno complesse, attraverso varie strade, con immissione nell’aria di ossigeno O2 che è il sottoprodotto (in un certo senso il “rifiuto”) della reazione. Alla fine, in seguito anche ad altre reazioni che comportano l’uso dell’azoto fornito dal terreno e di altri elementi, nei vegetali si forma un insieme di sostanze organiche ricche di energia. Si tratta, principalmente, di zuccheri, amido, cellulosa, lignine, sostanze proteiche, grassi, eccetera. 

Se questi vengono bruciati restituiscono, come calore, l’energia che il Sole ha messo a disposizione per la loro sintesi. Si può quindi dire che le sostanze organiche presenti nella massa vivente vegetale — nella “biomassa” — “contengono” incorporata dentro di se energia solare e tale energia restituiscono bruciando, anche nel corpo degli animali che se ne sono nutriti. Anche ogni persona e ogni animale, quindi, “mangia” energia solare. 

La quantità di energia solare che può essere fissata dalla vegetazione varia molto a seconda del tipo di piante, delle condizioni climatiche, eccetera. Inoltre la fotosintesi utilizza soprattutto la componente visibile della radiazione solare. Nelle zone in cui sono presenti colture ecologicamente stabili — come grandi foreste — è possibile recuperare sotto forma di sostanze organiche circa l’uno per cento della radiazione solare totale incidente. Se si ricorda che gli scaldacqua solari e i distillatori solari utilizzano praticamente circa il 40 % della radiazione solare incidente e che le fotocelle solari trasformano in elettricità non più del 13 % della radiazione incidente totale, si vede che un  rendimento dell’uno per cento, senza macchine, si può considerare buono. 

Nelle condizioni dell’Italia, dove la radiazione solare incidente, come si è detto, è in media di circa 5.000 MJ/m2 all’anno, per un ettaro (10.000 m2) un rendimento dell’uno per cento corrisponde a circa 500 mila MJ all’anno di energia recuperata sotto forma di biomassa vegetale secca del peso di circa 30.000 kg.  Se si considera che il potere calorifico dei prodotti petroliferi è di circa 40 MJ/anno, si può dire che un ettaro di terreno coltivato o di bosco rappresenta un pozzo inesauribile che fornisce l’energia equivalente a quella di circa 12 tonnellate di prodotti petroliferi all’anno. 

La materia organica vegetale presente nella biomassa è, peraltro, una fonte di energia ben differente dal petrolio, dal carbone, dal gas naturale, dalla benzina. Si possono tuttavia trasformare le sostanze organiche vegetali in combustibili liquidi, oppure in materie prime che, alternativamente, dovrebbero essere fabbricate usando petrolio. Se le sostanze organiche della biomassa sono ricche di amido e zuccheri queste possono essere trasformate per fermentazione in alcol etilico; è la stessa operazione che si ha nel vino e nella birra, derivati da materie agricole “solari” anch’essi. L’alcol etilico puro è un liquido combustibile che può essere miscelato con la benzina e può essere utilizzato, quindi, come carburante per autoveicoli. 

Già in passato in vari paesi, e anche in Italia, negli anni trenta e quaranta del Novecento, l’alcol etilico di origine agricola, e, quindi, derivato dal Sole, è stato usato come carburante. Per molti decenni in Brasile l’alcol etilico ottenuto dallo zucchero di canna è stato usato come carburante con notevole risparmio di prodotti petroliferi; negli Stati uniti è stato usato come carburante l’alcol etilico derivato dall’amido di mais. 

I materiali lignocellulosici possono anch’essi essere trasformati in alcol etilico per fermentazione, oppure, per riscaldamento ad alta temperatura, possono essere trasformati in due gas — ossido di carbonio CO e idrogeno H2 — dai quali si può ottenere per sintesi alcol metilico il quale può anch’esso essere usato in miscela con la benzina come carburante per autoveicoli. 

In molte operazioni agricole si formano dei sottoprodotti che possono essere trasformati in metano CH4, un gas combustibile (anzi è lo stesso costituente del gas naturale) mediante processi semplici e noti. Si parla di “biogas” per indicare il metano ricavabile da sottoprodotti e scarti agricoli e zootecnici, quindi il metano “solare”. 

Sempre più spesso si parla di “coltivazioni” o “piantagioni energetiche” per indicare colture progettate proprio per ottenere combustibili o materie alternative a quelle ricavate dal petrolio. Il recupero produttivo a fini energetici dei tre milioni circa di ettari abbandonati in Italia fornirebbe una importante frazione dei prodotti petroliferi consumati ogni anno in Italia (circa 100 milioni di tonnellate nel 2004), con vantaggi per le minori importazioni, con aumento dell’occupazione, della ricchezza interna, con vantaggi per la difesa del suolo, eccetera. 

11. Energia dal vento 

Il vento rappresenta un’altra delle fonti di energia derivate dal Sole. Quando l’energia solare raggiunge la superficie del pianeta riscalda le varie parti delle terre emerse e dei mari in maniera disuguale che dipende dalle stagioni, dalla latitudine, dalle condizioni della superficie del suolo; i differenti tipi di terreno, infatti, assorbono e riflettono diversamente la radiazione solare incidente.

Le massa d’aria che sovrastano zone a differenti temperature scorrono da un territorio all’altro; questo flusso di aria si manifesta come vento, la cui intensità e direzione, al livello del suolo, dipende dalle condizioni geografiche, dalla presenza di valli e montagne, eccetera. Si hanno zone in cui il vento è abbastanza regolare e costante, altre in cui il vento è intenso soltanto in certi mesi dell’anno. Purtroppo non si hanno statistiche molto precise sulla frequenza e intensità del vento in tutte le zone della Terra ed è un peccato perché dalla disponibilità di tali dati dipende la possibilità di utilizzare bene il vento come fonte di energia. 

Se il vento viene raccolto da un’elica o da un sistema di pale rotanti, tale sistema si mette in movimento quando la velocità del vento supera un valore minimo, in generale di una quindicina di chilometri all’ora. Da questa velocità in avanti le pale di un motore a vento — di un generatore eolico — cominciano a girare e generano una potenza proporzionale al cubo della velocità e alla superficie delle pale in rotazione. Si può utilizzare l’energia meccanica della rotazione delle pale per azionare una dinamo o una pompa che solleva l’acqua da un pozzo. 

Gli aerogeneratori devono essere fermati automaticamente quando la velocità del vento è superiore a circa 70 km/ora, perché la pressione del vento potrebbe compromettere la stabilità delle pale e delle loro strutture di sostegno. Un aerogeneratore con pale del diametro di 40 metri (una dimensione abbastanza standard), e quindi raggio di 20 metri, ha una superficie esposta al vento di 3,14 per 20 al quadrato, cioè circa 1.300 metri quadrati, e una potenza nominale di circa 600 chilowatt (il rapporto fra potenza nominale e superficie esposta al vento è in genere circa 0,4 chilowatt per metro quadrato). Un aerogeneratore da 600 chilowatt produce (nelle condizioni climatiche dell’Italia) circa 2.000 – 2.200 chilowattore all’anno per kW di potenza nominale, cioè circa 1.200.000 – 1.500.000 chilowattore all’anno. 

Buoni motori a vento possono essere costruiti anche mediante le “tecnologie intermedie”, cioè utilizzando esperienze e materiali disponibili anche nei paesi “arretrati”; in molti paesi industriali (Inghilterra, Canada, Stati uniti) esistono gruppi di ricercatori che progettano “macchine” solari o eoliche adatte ai paesi emergenti. 

L’energia del vento è intermittente, come si sa, e l’energia elettrica raccolta deve essere accumulata più o meno con gli stessi principi già indicati nel caso dell’elettricità ottenuta dal Sole con celle fotovoltaiche. 

12. Energia dal moto ondoso 

Il vento si manifesta non soltanto come moto di grandi masse d’aria, ma anche come moto di grandi masse d’acqua superficiali, quelle che chiamiamo onde e che, derivando dal vento, cono ancora una forma in cui si manifesta l’energia solare. L’energia del moto ondoso può essere recuperata soltanto nelle zone in cui le onde sono abbastanza alte e regolari. La quantità di energia recuperabile dipende dalla differenza di altezza fra la cresta e l’avvallamento dell’onda e dalla frequenza delle onde. Ogni volta che l’acqua supera un dislivello “contiene” dell’energia potenziale che può essere recuperata: 10 kJ per ogni metro cubo di acqua che supera un dislivello di un metro. 

Nel Mediterraneo in genere non ci sono condizioni geografiche che incoraggino la costruzione delle costose opere per la cattura dell’energia del moto ondoso. Si devono però incoraggiare invenzioni e scoperte che potrebbero essere applicate sulle coste dei grandi oceani. 

Una delle proposte più promettenti consiste nel predisporre, lungo le coste, delle barriere di cemento parallele alla costa e al fronte delle onde. In tali barriere, a intervalli regolari, sono predisposte delle “porte” che vanno restringendosi verso l’interno in modo che l’acqua è costretta a sollevarsi mentre si addentra nella costa. Alle spalle della barriera, verso l’interno, è predisposto un lago artificiale il cui livello medio è superiore al livello medio del mare. L’acqua del mare entra nel bacino attraverso le porte e dal bacino continuamente ritorna al mare attraverso delle condotte in cui sono collocate le turbine e le dinamo che producono elettricità. 

Sono state proposte centinaia di soluzioni basate su pontoni che si sollevano e abbassano seguendo il moto ondoso; Uno studioso inglese ha inventato dei galleggianti costituiti da pontoni disposti parallelamente al fronte delle onde e fissati lungo uno dei lati ad un asse. Il lato opposto, esposto al moto ondoso, si alza e si abbassa mettendo in rotazione l’asse. Questo dispositivo, chiamato l’”anatra di Salter” dal nome dell’inventore e dalla somiglianza del moto del pontone con il movimento del collo dell’animale. Più recentemente sono stati costruiti dei dispositivi costituiti da un grande tubo verticale aperto sul fondo, con l’apertura immersa nel mare, e chiuso in alto con una valvola: il livello dell’acqua dentro il tubo oscilla a seconda del moto ondoso e comprime l’aria interna che, uscendo attraverso la valvola e una turbina, genera elettricità. Non bisogna farsi molte illusioni, ma non bisogna neanche scartare la possibilità di ricuperare almeno una parte della sterminata energia delle onde, continuamente disponibile.

13.  Energia dagli oceani 

L’energia solare che raggiunge la superficie degli oceani ne scalda l’acqua; in molte zone della Terra viene così a crearsi una differenza di temperatura abbastanza costante fra gli strati superficiali e quelli profondi, più freddi, dei mari e degli oceani. Come è noto, ogni volta che si ha una differenza di temperatura fra due corpi è possibile far fluire il valore dal corpo caldo al corpo freddo attraverso una macchina che produce energia meccanica. Il rendimento di una macchina termica è tanto minore quanto più piccola è la differenza di temperatura fra i due corpi. Il massimo rendimento è dato dal rapporto fra la differenza di temperatura dei due corpi, in gradi Celsius o Kelvin, e la temperatura assoluta, in gradi Kelvin, del corpo caldo. 

Nel caso degli oceani della fascia centrale della Terra la differenza di temperatura fra l’acqua superficiale (circa 25°C) e quella che si trova ad alcune centinaia di metri di profondità, circa 5°C, è di circa 20°C. Teoricamente da tale differenza di temperatura è possibile ricavare al massimo una frazione di (25–5)/(25+273), cioè circa 0,7 %. Si può perciò stimare che circa il mezzo percento del calore che passa dall’acqua superficiale calda all’acqua fredda può essere recuperato come energia meccanica; il rendimento è basso, ma l’acqua calda e quella fredda costano poco. 

Per ottenere energia dalla differenza di temperatura dei vari strati degli oceani, differenza generata dal Sole, occorrono macchine molto grandi e una parte dell’energia meccanica prodotta viene assorbita per sollevare l’acqua fredda profonda. La prima macchina che utilizzava la differenza di temperatura degli oceani fu costruita dal francese Georges Claude a Cuba nel 1926; vari altri esperimenti sono stati fatti nel corso degli anni e in varie parti del mondo c’è un certo fervore di ricerche e anche un certo ottimismo sulle prospettive di ottenere elettricità da questa particolare forma in cui si manifesta l’energia solare. 

Strettamente legata all’idea di estrarre energia da due masse di acqua a differente temperatura è la proposta degli “stagni solari” basati sul principio che due masse di acqua a differente salinità e temperatura, in uno stesso contenitore, non si mescolano. Gli stagni solari sono costituiti da vasche poco profonde, piene di una massa di acqua dello spessore di uno o due metri; lo strato superficiale è di acqua dolce mentre lo strato inferiore, di una trentina di centimetri di spessore, è ad alta salinità (realizzato sciogliendovi, per esempio, del sale comune). La radiazione solare attraversa lo strato sovrastante di acqua dolce e raggiunge lo strato profondo salino che si riscalda; la massa di acqua salina, riscaldata ad una temperatura di una trentina di gradi superiore a quella dell’acqua dolce sovrastante, non si miscela con questa. E’ il rovescio di quanto avviene negli oceani dove l’acqua calda è in superficie e quella fredda è sul fondo; la piccola differenza di temperatura fra i due strati di acqua dello stagno solare può ugualmente essere utilizzata per azionare una macchina termica il cui rendimento però è, anche in questo caso, abbastanza basso.

14. L‘energia idrica 

Si è già detto che il calore solare provoca l’evaporazione dalla superficie del pianeta Terra e la successiva ricaduta sotto forma si pioggia o neve, di circa 400.000 miliardi di tonnellate di acqua all’anno. Di queste, circa 100.000 miliardi di tonnellate all’anno ricadono sulle terre emerse; nel superare i dislivelli delle valli, nel suo moto di ritorno versi gli oceani, l’acqua restituisce all’ambiente circostante una grande quantità di energia, valutata nel mondo fra 400 e 1.000 EJ/anno, cioè superiore a tutta l’energia consumata attualmente nel mondo. 

Eppure l’energia idroelettrica utilizzata oggi (2010) nel mondo ogni anno è di circa 12,6 EJ (circa 3.500 miliardi di chilowattore, valutate a 3,6 MJ/chilowattora; si faccia attenzione perché in alcune statistiche l’energia idroelettrica viene “contabilizzata” al valore dell’equivalente termico di circa 9 MJ/chilowattora); esistono quindi delle grandissime risorse potenziali di energia idrica. Si tratta di risorse rinnovabili — anzi l’energia idroelettrica è, fra le fonti attualmente usate a livello commerciale, praticamente l’unica davvero rinnovabile (a parte limitate frazioni di energia solare e del vento) — ma purtroppo i grandi fiumi e le grandi montagne sono in zone disabitate come le zone tropicali ed equatoriali, la Groenlandia, l’Asia centrale, eccetera. 

Per recuperare elettricità dall’energia idrica “solare” occorre creare delle grandi opere di regolazione del corso dei fimi, opere che, peraltro, sono accompagnate talvolta da effetti negativi. Lo si è visto nel caso della grande diga di Assuan in Egitto; dalle sue centrali è possibile ricavare grandi quantità di elettricità, ma la creazione del lago artificiale a monte della diga ha rallentato il deflusso di sostanze solide verso il basso Nilo. Nella zona del delta del fiume si sono manifestati fenomeni di erosione costiera ed è diminuita la fertilità dei terreni e la pescosità delle stesse acque del Mediterraneo. Insomma, un’opera che consente di ottenere grandi quantità di energia idrica ed idroelettrica comporta modificazioni degli ecosistemi e tali modificazioni devono essere valutate attentamente in anticipo. 

Diversa è la situazione di impianti idroelettrici ad acqua fluente che possono utilmente fornire elettricità utilizzando piccoli salti d’acqua, molto diffusi nelle montagne e negli Appennini italiani. Rispetto ad un “potenziale lordo d’asta” (come lo chiamano gli ingegneri idraulici) di energia idrica “solare” di circa 225 miliardi di chilowattore all’anno, le risorse idriche utilizzate in Italia forniscono ogni anno (nel 2004) circa 45 miliardi di chilowattore (circa 160 miliardi di MJ) di energia idroelettrica, rispetto ad una produzione totale di elettricità di circa 270 miliardi di chilowattore. (La “richiesta totale” italiana nel 2004 è stata di circa 320 miliardi di chilowattore). 

Per quanto riguarda il futuro le prospettive dell’uso umano delle risorse di energia idrica, senza dubbio rinnovabile e derivante dal Sole, vanno esaminate nel quadro del rispetto dei valori territoriali, degli effetti diretti e indiretti sulla natura e sull’ambiente, in modo da evitare danni, degradazione delle risorse naturali e del paesaggio. Nello stesso tempo opportuni interventi, ben progettati con attenzione ecologica, per la regolazione del corso dei fiumi consentono di aumentare le risorse idriche disponibili per le città, le industrie e l’agricoltura, le risorse idroelettriche, di difendere il suolo per evitare frane e alluvioni, in un quadro integrato. Con opere adeguate, nelle valli appenniniche e nelle isole e rimettendo in funzione piccole centrali idroelettriche abbandonate, sarebbe possibile portare la produzione idroelettrica italiana dagli attuali 45 a circa 80 miliardi di chilowattore all’anno. 

L’energia idroelettrica è stata accusata di essere pericolosa perché alcune dighe sono crollate (è il caso della diga del Gleno nel 1923); nel caso del Vajont (1963) un pezzo di montagna è franato nel lago artificiale provocando la fuoriuscita, al di sopra della diga, che peraltro rimase intatta, di una massa d’acqua che ha spazzato via duemila vite umane. Questi esempi indicano soltanto che alcune dighe o opere di regolazione dl corso dei fiumi sono state fatte male, con una visione miope e sotto la spinta della speculazione e del profitto. 

15. Conclusione 

L’attenzione per l’energia solare offre l’occasione per pensare ad un futuro basato sulle fonti energetiche rinnovabili, tutte associate all’energia irraggiata dal Sole, ma anche ad una maniera diversa di vivere e di produrre in questo inizio del ventunesimo secolo. 

L’uso delle risorse rinnovabili e non esauribili derivate direttamente o indirettamente dal Sole, piuttosto che di quelle esauribili, offre un’occasione per una minore dipendenza dal petrolio e dal gas naturale (le cui riserve si impoveriscono continuamente) e dal carbone e rappresenta un’alternativa all’utilizzazione dell’energia nucleare che periodicamente si riaffaccia all’orizzonte, incurante degli aspetti negativi in tante occasioni riconosciuti. 

Dal Sole può partire un auspicato processo di trasformazione economica e produttiva nella quale le risorse rinnovabili risolvono in maniera più giusta, più equa, più sicura e con meno sprechi e meno inquinamenti il problema dell’energia nel futuro. Da tale trasformazione trarranno vantaggio i paesi industriali, ai quali saranno offerte occasioni di innovazione e occupazione, e quelli in via di sviluppo, spesso ubicati in zone ricche di energia solare, i quali, grazie al Sole, potranno risolvere con successo i propri problemi di vita e di sviluppo economico.

Lo aveva intuito cento anni fa un famoso professore di chimica dell’Università di Bologna, Giacomo Ciamician (1857-1922), che, nella prolusione all’anno accademico 1903-1904, aveva detto: “Il problema dell’impiego dell’energia raggiante del Sole si impone e s’imporrà anche maggiormente in seguito. Quando un tale sogno fosse realizzato, le industrie sarebbero ricondotte ad un ciclo perfetto, a macchine che produrrebbero lavoro con la forza della luce del Sole che non costa niente e non paga tasse !“. In una conferenza tenuta nel 1912 negli Stati Uniti lo stesso professor Ciamician riprendeva questo tema: “Se la nostra nera e nervosa civiltà, basata sul carbone, sarà seguita da una civiltà più quieta, basata sull’utilizzazione dell’energia solare, non ne verrà certo un danno al progresso e alla felicità umana ! I paesi tropicali ospiterebbero di nuovo la civiltà che in questo modo tornerebbe ai suoi luoghi di origine“.