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Inquinamento da combustione

• Funzione dei combustibili fossili

  • Libertà di energia termica (calore), utili per vari usi.
  • Produzione di sostanze di scarto inquinanti per l'ambiente e per l'uomo.

• Tipi di combustibili

  • Benzina e gasolio
  • Responsabili principali dell'inquinamento dell'aria nelle città.
  • Non esistono dispositivi efficaci contro le emissioni diffuse.
  • Gas naturale
  • Considerato il combustibile più pulito.
  • Bruciato direttamente in casa (ad esempio, sui fornelli).
  • Carbone
  • Più inquinante, usato solo in grandi impianti che controllano le emissioni (centrali termolettriche).

• Sostanze emesse dalla combustione

  • Anidride carbonica (CO₂)
  • Prodotto della combustione: risultato della combinazione di carbonio e ossigeno.
  • Prodotto anche dalla respirazione umana e dalle piante.
  • Ossidi di azoto (NO, NO₂)
  • Non dipendono dalla purezza del combustibile, ma dalle modalità e dalla temperatura di combustione.
  • Monossido di carbonio (CO)
  • Gas inodore e tossico per l'uomo.
  • Biossido di zolfo (SO₂)
  • Reagisce con l'atmosfera formando acido solforico, responsabile delle piogge acide.
  • Particolato
  • Formato da aggregati di materia solida o liquida di dimensioni inferiori a mezzo millimetro, pericoloso per la salute umana e animale.
  • Contiene metalli pesanti (piombo, mercurio, cromo) che possono essere nocivi se assunti in quantità.

• Emissioni del gas naturale

  • Monossido di carbonio
  • Emissioni relative: metà rispetto al gasolio e un sedicesimo rispetto alla benzina.
  • Biossido di carbonio
  • Emissioni: dimezzate rispetto al petrolio.
  • Biossido di zolfo
  • Emissioni: cinque volte inferiori alla benzina e sessanta volte inferiori al gasolio.
  • Ossidi di azoto
  • Grave inquinamento per l'ossidazione dell'azoto atmosferico, produce acido nitrico.

• Emissioni del carbone

  • Produzione di CO₂
  • Due volte e mezzo superiore rispetto al gas naturale.
  • Particolato solido
  • Produzionale durante l'estrazione e il trasporto del carbone, disperso nell'aria.
  • Ossidi di azoto e anidride solforosa
  • Prodotti nella fase di combustione.

Inquinamento radioattivo

• Centrali nucleari

  • Costruzione di molte centrali negli anni 1970-1980 per produrre energia elettrica dall'uranio.
  • Italia ha avuto tre impianti sperimentali (es. centrale di Caorso).
  • Dopo l'incidente di Cernobyl (1986), i paesi industrializzati hanno smesso di costruire nuove centrali.
  • Problema della sicurezza rimane per le centrali già in esercizio, esempio la Francia con 50 reattori che generano il 50% della sua energia elettrica.

• Incidente di Cernobyl

  • Avvenuto il 26 aprile 1986.
  • Riguardava una centrale con quattro reattori che effettuava un esperimento rischioso.
  • Errori includono disinserimento dell'impianto di raffreddamento d'emergenza.
  • Aumento di temperatura ha portato a esplosioni e diffusione di materiali radioattivi nell'atmosfera.

• Materiale radioattivo

  • Produzione annuale di tonnellate di materiale radioattivo.
  • Pericolo di emissioni di radiazioni (raggi gamma) che possono causare danni severi come tumori e malformazioni genetiche.
  • Diminuzione della radioattività con il passare del tempo mediante decadimento radioattivo.

• Scorie radioattive

  • Produzione annuale di scorie solide o liquide da sistemare in luoghi sicuri.
  • Metodi passati non più sicuri: affondamento negli oceani e sepoltura in terreni profondi.
  • Rischio di liberazione di radioattività in caso di eventi naturali.

• Bilancio dell'incidente

  • 31 morti.
  • 299 persone gravemente contaminate.
  • 135,000 persone sotto controlli sanitari a vita.
  • Confronto: l'esplosione della bomba di Hiroshima ha rilasciato 4,5 tonnellate di sostanze radioattive; Cernobyl ha rilasciato 50 tonnellate.

Fonti di energia

• Fusione dell'idrogeno

  • Sistema per ottenere energia dalla fusione nucleare di due elementi leggeri derivati dall'idrogeno.
  • Necessità di condizione eccezionali: forte pressione e temperatura oltre i 100 milioni di gradi Celsius.
  • Energia del Sole deriva da reazioni nucleari di fusione dell'idrogeno.
  • Bomba H come forma incontrollata di fusione nucleare.

• Schema della fusione

  • Da idrogeno si ricavano deuterio e trizio.
  • Fusione di nuclei di deuterio e trizio produce un nucleo di elio e libera energia.
  • Fusione simultanea di nuclei genera una grande quantità di energia.

• Bomba H

  • Contenitore con piccole bombe atomiche e massa di idrogeno.
  • Esplosioni generano forte pressione e temperatura necessaria per la fusion.

• Reattori a fusione

  • Possibilità di generare flussi di energia controllati tramite fusione di piccole quantità di idrogeno.
  • Due tecniche principali:
  • Confinamento magnetico
    • Racchiudere il plasma in reattori a ciambella con campi magnetici.
    • Non produce scorie radioattive, ma genera radioattività nel reattore.
  • Confinamento inerziale
    • Raggi laser utilizzati per fondere piccole masse di deuterio.

• Conclusione sulla fusione nucleare

  • Se la fusione nucleare controllata sarà realizzata, permetterà di risolvere il problema energetico.

Materiali nucleari

• Energia nucleare

  • Energia che tiene unita la parte interna dell'atomo.
  • Teoria dell'equivalenza tra materia ed energia di Albert Einstein: $E=mc^2$.
  • Questa formula calcola l'energia liberata mediante la scomparsa di materia.

• Procedimenti per ottenere energia

  • Fissione
  • Divisione di nuclei pesanti come l'uranio.
  • L'uranio 235, composto fissile, può liberare energia.
  • Fusione
  • Unione di nuclei leggeri come l'idrogeno.

• Fissione dell'uranio

  • Solo l'1% dei minerali d'uranio è uranio 235 fissile.
  • Tecnica di arricchimento per aumentare la percentuale di uranio 235.

• Schema della fissione

  • Un neutrone colpisce il nucleo di uranio 235, che si spacca liberando energia e neutroni.
  • Reazione a catena: un neutrone rompe altri nuclei di uranio.

• Bomba atomica

  • Contiene materiale fissile arricchito al 90%.
  • Reazione a catena avviene istantaneamente, liberando una grande quantità di energia.

• Reattore nucleare

  • Contenitore per bollire acqua e trasformarla in vapore.
  • Usa materiale fissile arricchito al 3% per una reazione a catena controllata.
  • Uso pacifico dell'energia nucleare nelle centrali elettriche.
  • Primo reattore costruito negli USA nel 1951.