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Energia solare

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Il sole, energia rinnovabile almeno per il prossimo miliardo d'anni, ma ci sono alcuni ostacoli 

di Patrizia Marani
 Il nostro Sole è uno dei 100 miliardi di corpi radianti che fanno parte della Galassia della Via Lattea, anch'essa poco più di un trascurabile pulviscolo di stelle, sperduto fra 170 miliardi di galassie dell'universo osservabile. Di mezza età, con i suoi 4,5 miliardi di anni di vita, il sole è destinato fra altrettanti anni a divenire una Gigante Rossa, una stella agonizzante dal diametro espanso che ingoierà i pianeti più vicini, in orbita attorno a lei.

Poco male, dato che la vita sulla Terra, ad eccezione forse di organismi estremamente semplici, sarà finita da circa 3 miliardi di anni quando, a causa di un'insufficienza di idrogeno che si sarà venuta a creare, il calore del sole aumenterà tanto da far evaporare gli oceani e da devastare l'intero pianeta.

Questa non gradevole prospettiva ci toglie l'ultimo consolante miraggio di essere parte di un flusso vitale terrestre che, rinnovandosi costantemente, marcia all'infinito. Come mulinelli di una fuggevole corrente, onde che si gonfiano per un attimo sull'oceano del Tutto e che ad esso ritornano, noi umani siamo qui, in questo puntiforme angolo di universo, per un istante e poi via. Eternità, infinito non fanno proprio parte del lessico umano. La vita sulla Terra, resa possibile dal Sole, "per mano" del Sole perirà (sempre che non siamo spariti prima per mano umana). L'orizzonte dell'eternità si sposta più lontano, diventa quello dell'universo.

Malgrado il comprensibile smarrimento filosofico, tali dati ci danno la certezza che la luce del sole è una materia prima assolutamente abbondante, gratuita e rinnovabile almeno per il miliardo di anni a venire. Se sapremo sfruttarla, per dirla con Giacomo Ciamician, il profeta del fotovoltaico, "fintanto che la luce del sole brillerà, la vita e la luce della civiltà sulla terra non si spegneranno".

Definire alternativa l'energia solare ne minimizza il ruolo quando persino i combustibili fossili non sono altro che "una forma di luce solare seppellita" e che "la luce del sole tinge di blu il cielo, di verde le foglie, genera la pioggia e la neve e rende possibile il ciclo dell'anidride carbonica, il gas di scarico della vita (mio il corsivo). La luce del sole non solo crea la vita, ma anche la bellezza che la orna" ("Energia per un mondo sostenibile", Armaroli & Balzani).
Per vivere, noi abbiamo bisogno di una quantità minima giornaliera di luce, proprio come le piante, le quali hanno affinato straordinarie capacità di utilizzo dell'energia solare. Emulare l'intelligenza solare della foglia è, dunque, il Santo Graal della ricerca scientifica.

Se sapessimo attingere in modo efficiente l'energia che ci serve dal sole, nessuno stato rimarrebbe mai "a secco" perché, malgrado difformità e picchi che ne variano la produttività energetica, la luce del sole è una "materia prima" distribuita su tutto il globo, a differenza dei combustibili fossili o di quelli nucleari, concentrati in alcune regioni della terra. Per di più, l'energia solare si rigenera costantemente, mentre stiamo attualmente consumando i combustibili fossili ad un ritmo 100.000 volte superiore a quello con cui sono stati generati.

Perché mai, allora, il contributo dell'energia solare al fabbisogno umano attuale rimane inferiore all'1 per cento, contro l'85 per cento dei combustibili fossili? Quali sono gli ostacoli che si frappongono per un utilizzo efficiente della luce naturale?

PRIMO OSTACOLO, LA DENSITA' ELETTRICA DELLA LUCE SOLARE Dei 174 petawatt (PW) di radiazione solare che arriva sulla Terra, ne giungono al suolo 89 PW, per effetto di un complesso schema di riflessione, assorbimento e diffusione da parte dell'atmosfera, delle nuvole e delle masse terrestri ed oceaniche, dando luogo ad una ideale temperatura media globae  di 15°C, un equilibrio che l'emissione di gas serra sta mettendo in pericolo.

Crediti Living Off Grid

Benché una frazione minima del potenziale di produzione energetica del sole, gli 89 PW di energia incidente al suolo superano di 6000 volte i 15 TW di energia commerciale usata annualmente sulla terra. Il potere del sole come fonte di energia è, dunque, immenso e in grado altresì di soddisfare fabbisogni energetici enormemente più ampi di quelli attuali.

C'è però un ostacolo: i raggi solari colpiscono la superficie terrestre con una densità elettrica di circa 170 W/m2, adeguata rispetto al fabbisogno energetico relativamente basso di una casa o di una fabbrica di piccole dimensioni (20-100 W/m2), ma inadeguata a coprire un fabbisogno concentrato come può essere quello di una acciaieria o di un grattacielo (fino a 3000 W/m2). Pertanto, il primo problema da superare per divenire una società industriale che funzioni ad energia solare è quello di riuscire a concentrare i flussi d'energia diluita presenti al sito di raccolta. Le tecniche utilizzate per raggiungere le densità elettriche necessarie sono sia quella di concentrare la luce solare sia quella di trasformare l'energia elettromagnetica in calore o altre forme di energia (meccanica, elettrica o chimica).

INTERMITTENZA E FLUTTUAZIONE  Le caratteristiche d'intermittenza e fluttuazione dell'intensità della luce dovute al ciclo giorno-notte e alle condizioni atmosferiche è un problema che può essere superato attraverso strategie d'accumulo in batterie adeguate.

Nel prossimo articolo, iniziamo ad analizzare alcune delle applicazioni dell'energia solare, tutte alla nostra portata. 

LEGGI L'ARTICOLO INTRODUTTIVO, QUALE FONTE DI ENERGIA

LEGGI L'ARTICOLO, ENERGIA NUCLEARE AL POSTO DEI FOSSILI?

FONTI:

Energia per un mondo sostenibile, Nicola Armaroli e Vincenzo Balzani, ed. WILEY-VCH