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Cos’è l’energia? Cosa sono i kWh?

Molto spesso sentiamo parlare di energia ma di cosa stiamo parlando? Cos’è l’energia e perchè è importante conoscere il mondo dell’energia per poter affrontare il tema della sostenibilità?

Il kWh (chilowattora) è un’unità di misura dell’energia, esistono molte unità di misura di questa grandezza fisica come ad esempio le cal (calorie), gli eV (elettronvolt) e i J (joule), quest’ultima è anche l’unità presa come riferimento dal sistema internazionale (SI). Ognuna di queste unità si presta bene a quantificare una piuttosto che un’altra forma di energia

Vediamo qualche esempio:

  • Il chilowattora (kWh) e il wattora (Wh) si usano molto spesso per misurare l’energia elettrica contenuta nelle batterie. Il Wh si usa per le batterie di laptop e tablet, mentre il kWh ad esempio per le batterie delle auto elettriche.
  • Il Joule (J) lo abbiamo utilizzato decine di volte negli esercizi di fisica che abbiamo fatto a scuola e serve a misurare energie molto più modeste. Basti pensare che per raccogliere da terra e portare a 1 m di altezza un corpo che pesa 100 g abbiamo speso circa 1 Joule di energia.
  • La caloria (cal) è utilizzata soprattutto per misurare i flussi di energia termica. Una caloria equivale a circa 4,186 J ed è la quantità di energia necessaria ad aumentare di 1°C la temperatura di 1 g di acqua.
  • L’elettronvolt (eV) è una forma di energia infinitamente minore (1 eV = 1,602176565 x 10-19 J) e viene utilizzata per misurare le energie in gioco a livello atomico e subatomico

Un kWh è l’energia utilizzata da un apparecchio che assorbe 1 kW di potenza dopo un’ora di funzionamento. Facciamo un esempio, una lampadina da 50 W di potenza dovrà rimanere accesa 1000/50=20 ore per prima di aver consumato un kWh di energia elettrica.

Ma cos’è l’energia?

Dare una definizione univoca di energia è veramente difficile siccome essa può manifestarsi sotto varie forme tra cui:

  • Energia cinetica di un corpo in movimento ad una certa velocità
  • Energia potenziale gravitazionale di un corpo ad una certa quota
  • Energia termica consumata da un fornello domestico
  • Energia nucleare prodotta dalla scissione di un atomo
  • Energia elettrica consumata da un motore
  • Energia chimica che si libera in una reazione

In generale l’energia è quella risorsa che ci permette di compiere un’azione senza fare fatica fisica. Se dobbiamo percorrere 100 km usiamo un’automobile che consumando energia ci evita di dover camminare per qualche giorno. L’energia è un buon indicatore del nostro benessere, aver accesso all’energia a buon mercato è condizione necessaria per avere accesso a tutte le comodità di cui disponiamo oggi.

L’energia ci permette di avere:

  • Acqua potabile e disponibile in ogni momento
  • Una dimora confortevole e acqua calda
  • Illuminazione nella nostra casa e la possibilità di usare elettrodomestici
  • L’uso di mezzi di trasporto che ci permettono di spostarci rapidamente
  • Accesso a cure mediche
  • A disposizione generi alimentari in abbondanza e di qualsiasi tipo

L’uso dell’energia è alla base della nostra qualità della vita, senza energia la nostra vita sarebbe completamente diversa e saremmo catapultati da un giorno all’altro all’età della pietra.

Guardando la mappa ci si rende conto di come l’energia sia un indice di benessere e di qualità della vita. Nei paesi del centro Africa il consumo di energia pro-capite è molto inferiore rispetto al consumo nei paesi occidentali.

Ad esempio, in Canada il consumo di energia pro-capite (100000 kWh) è più di 1000 volte superiore rispetto a quello del Chad (100 kWh).

Quanta energia primaria consumiamo? Guardiamo insieme qualche numero!

Nel 2019 il fabbisogno mondiale di energia primaria è stato di circa 156.000 TWh (156 mila miliardi di kWh) con il trend di crescita impressionante mostrato nel grafico seguente.

Cos’è l’Energia Primaria?

Tutte le forme di energia, per quanto diverse sono riconducibili ad una forma di energia primaria. E’ spesso possibile trasformare l’energia nelle diverse forme (elettrica, termica, nucleare, etc…) ma ci deve essere un origine infatti ogni trasformazione energetica ha un prezzo da pagare. Il prezzo da pagare è la perdita (o deterioramento) di un po’ di energia, in altre parole non possiamo realizzare una trasformazione energetica con rendimento unitario.

L’energia deve avere quindi un origine! Una fonte di energia viene definita primaria quando è presente in natura e quindi non deriva dalla trasformazione di nessun’altra forma di energia. [1]

Sono fonti di energia primaria:

  • Combustibili fossili
  • Radiazione solare
  • Vento
  • Energia idraulica

La prima è una fonte primaria di energia non rinnovabile mentre le altre tre sono di natura rinnovabileUn kWh di un qualsiasi vettore energetico (elettrico, termico, meccanico, etc…) necessita di un quantitativo maggiore o al più uguale di energia primaria per essere reso disponibile. Questo è dovuto alla presenza di rendimenti di trasporto e di conversione energetica.

  • Rendimento di trasporto, il trasporto dell’energia elettrica sulla rete comporta delle perdite a causa di limiti dei materiali
  • Rendimento di conversione, convertire energia termica in energia elettrica non è difficile (come funziona una centrale termoelettrica) ma una gran parte dell’energia primaria viene perduta. Scopri perchè!

Per capire quanta energia primaria serve per produrre un kWh di un certo vettore energetico si utilizza il fattore di conversione in energia primaria.

E’ facile immaginare che il valore del fattore di conversione dipende dal tipo di vettore energetico e dall’efficienza dei processi utilizzati per produrlo e trasportarlo fino al punto di utilizzo.

La tabella seguente mostra i fattori di conversione in energia primaria dei principali vettori energetici principali (riferiti all’Italia) [2]

Vettore energeticoFattore Non RinnFattore RinnFattore totale
Gas Naturale1,0501,05
Gasolio1,0701,07
Carbone1,1001,10
Teleriscaldamento1,5001,50
Energia termica da collettori solari01,001,00
Energia elettrica dalla rete1,950,472,42
Energia elettrica da fotovoltaico/eolico01,001,00

Le fonti fossili (gas naturale, gasolio e carbone) hanno un basso fattore di conversione in energia primaria (1,05-1,10), tuttavia è completamente non rinnovabile e quasi esclusivamente imputabile al contenuto energetico della fonte stessa.

L’energia elettrica, d’altro canto, rappresenta il vettore di energia con il maggiore fattore di conversione (2,42).

Per avere disponibile 1,00 kWh di energia elettrica vengono consumati 2,42 kWh di energia primaria di cui 1,95 kWh da fonti non rinnovabili e 0,47 kWh da fonti rinnovabili.

Perchè è così elevato?

Il fattore non rinnovabile di 1,95 (in Italia) è dovuto al fatto che l’energia elettrica viene prodotta principalmente (63% della produzione lorda nel 2018) da centrali termoelettriche alimentate a gas, olio combustibile o carbone. [3] A causa dei bassi rendimenti di conversione, solo una piccola parte dell’energia primaria viene convertita in energia elettrica..

Perchè si dice che l’energia elettrica è pulita se per produrne 1 kWh servono circa 2 kWh generati da fonti fossili?

Perchè produrre energia elettrica da fonti rinnovabili (idroelettrico, fotovoltaico, eolico o geotermico) è molto facile!

Come possiamo rendere l’energia elettrica veramente pulita?

La risposta è ancora più semplice! Producendone il più possibile con fonti energetiche rinnovabili!! E’ necessario che il fattore di conversione non solo scenda, ma che la percentuale di fattore rinnovabile salga ben oltre lo 0,47 attuale!!

E’ sufficiente per raggiungere la sostenibilità?

No, è un’azione necessaria ma non sufficiente a raggiungere la sostenibilità, dobbiamo anche ridurre i consumi di risorse, qualsiasi esse siano. Non è sufficiente ridurre i consumi di energia, dobbiamo più in generale ridurre lo sfruttamento di materie prime e risorse massimizzando il riciclo e il recupero di quelle già utilizzate, dobbiamo orientare la nostra società ad un atteggiamento efficiente e circolare, in altre parole sostenibile. Scopri le attività a maggiore impatto ambientale e come modificarle per poter essere più sostenibile!

Scopri le 8 azioni per ridurre il nostro impatto sui cambiamenti climatici.

Sarà facile?

No, sarà difficilissimo perchè ciò significherà cambiare il nostro stile di vita, alcune delle nostre abitudini, le più impattanti dal punto di vista ambientale.

Bibliografia

[1] Wikipedia – Energia Primaria

[2] Indicazioni metodologiche per l’applicazione dei fattori di conversione al metodo di calcolo di cui alla DGR 967/2015 e alla DGR 1275/2015

[3] TERNA – Produzione di energia elettrica in Italia

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