Il passaggio dall'era dei combustibili fossili a quello delle risorse rinnovabili impone un cambio culturale nel modo di spostarsi, di produrre, consumare l'energia e fabbricare le merci
Il passaggio dall'era dei combustibili fossili a quello delle risorse rinnovabili impone un cambio culturale nel modo di spostarsi, di produrre, consumare l'energia e fabbricare le merci 

IL BLOG CURATO DA VINCENZO TRIUNFO

06.02.2021
Vincenzo Triunfo
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La 36ma edizione dell'America's Cup che si terrà nelle acque neozelandesi del golfo di haraki ha assolutamente aperto una nuova strada della progettazione degl iscafi monocarena con propulsione a vela. Il vento resta l'ingrediente principale, ma questa volta  è stato sapientemente utilizzato per poter conferire ancor più che nel passato sia alle vele che all'aerodinamica dello scafo la massima efficienza in termini di portanza e resistenza aerodinamica come nelle più evolute tecnologie aeronautiche.Insieme alle tecnologie aeronautiche, squisitamente aerodinamiche, la tecnologia dei materiali e quella dell'idrodinamica delle ali immerse in acqua, i cosiddetti "foil", questa edizione della Coppa America ha espresso un contenuto tecnologico da Formula 1 se non più esasperato.Ma nello specifico quali sono le leggi della fisica che questi missili a vela sfruttano per raggiungere e superare i 50 nodi con velocità del vento inferiori a 20 nodi?L’obiettivo di questa nuova classe di monocarena, denominati AC75 dove AC sta per America’s Cup e 75 per la lunghezza in piedi delle imbarcazioni (fig.1), è quello di poter solcare i mari eliminando le forze di attrito che le normali carene sviluppano navigando. Figura 1 Dimensioni della classe AC75Per far ciò la carena non deve avere contatti con la superficie dell’acqua e quindi la barca dovrà comportarsi come un vero e proprio aliscafo, Figura 2 Dislocamento della classe AC75ovvero essere sostenuta da ali (fig.3 e 4) che avranno le medesime funzionalità di quelle presenti in un’aereo, ma saranno immerse nell’acqua. Figura 3 Foil lateraleFigura 4 Team New Zealand a oltre 50 nodiIl Secondo obiettivo è diminuire il più possibile la resistenza aerodinamica (fig.5) che l’imbarcazione con tutto l’equipaggio opporrà al suo moto viaggiando a velocità prossime ai 100 km/h – 50 e più nodi, esattamente come avviene in un veicolo di formula 1, e qui intervieneFigura 5 Rendering del flusso per lo studio della resistenza aerodinamicaprepotentemente la scienza del design e dei materiali, che, attraverso gli studi in galleria del vento e le simulazioni al computer, si adoperano per eliminare anche le minime interferenze in maniera da ridurre al minimo tale forza resistente. Infine, ma non ultimo in termini di importanza, lo studio inerente il disegno e la progettazione delle vele (fig.6 e 7) che, anch’esse, essendo delle vere ali poste in verticale, sfruttano i principi di aerodinamia di un profilo alare per incrementare al massimo la forza spingente e diminuire le resistenze di attrito. Figura 6 Flusso dell’aria lungo la velaUn mix di problemi in cui devono essere affrontate migliaia di variabili, perché ricordiamo che un imbarcazione a vela deve gareggiare con condizioni diverse di mare e di vento e deve fare sempre i conti con la natura dei fenomeni atmosferici. Figura 7 Profilo alare della velaUn mix di forze che deve trovare il perfetto equilibrio (Fig.8) tra peso, forze aerodinamiche, idrodinamiche e resistenza dei materiali e dei meccanismi che solo attraverso anni di impegno, investimenti e grande dedizione di tecnici, equipaggio e investitori è possibile raggiungere. Figura 8 Equilibrio delle forze in giocoFigura 9 Rendering del sistema idraulico di comando dei FoilsInsomma, questa Coppa America resterà negli annali non solo perchè disputata in piena pandemia da Covid-19 ma anche per la spettacolarità delle immagini e l’elevatissimo contenuto tecnologico messo a disposizione degli equipaggi. Concluderei augurandoci di vedere una Luna Rossa vittoriosa nella finale della Prada Cup e sfidante dei Neozelandesi nelle regate di Coppa America di metà marzo. Vincenzo Triunfo

13.01.2020
Vincenzo Triunfo
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La Germania, l’energia e il post Fukushima Nel 2011, all’indomani del disastro nucleare  di Fukushima,  la Germania decise di sospendere gradualmente la produzione di energia elettrica da fonte nucleare, fissando entro il 2022 la chiusura definitiva di tali centrali.  La scelta di Berlino non ha risparmiato il paese da un innumerevole numero di polemiche, in quanto, per una frangia di esperti e gruppi ambientalisti, l’uscita dal nucleare da un lato avrebbe avuto un risvolto positivo nei confronti della sicurezza, in termini di eventuali disastri ambientali in caso di incidente, dall’altro, per bilanciare l’energia non più prodotta dal nucleare, avrebbe aperto le porte ancor più al carbone, causando un disastro ben peggiore. La Germania, dal suo canto, ha da tempo programmato una sostituzione degli impianti classici -da fonte fossile- con impianti che utilizzassero in maniera sempre più elevata le fonti rinnovabili a disposizione, in particolare la fonte eolica e solare; e, ad oggi, a distanza di otto anni da quella scelta da parte del Bundestag, cosa è realmente accaduto? Per fornirci una risposta, ci viene in aiuto il portale tedesco del Fraunhofer institute: https://www.energy-charts.de/.  Un sito in cui è possibile reperire ogni informazione relativa al mondo della produzione di energia elettrica della locomotiva d’Europa. Il progetto di uscita dal nucleare è iniziato sicuramente prima di Fukushima. Infatti, come si evince dalla figura 1, già dal 2000 il numero di impianti nucleari non è più cresciuto, ma è proprio con il 2011 che si è registrata un’accelerazione nella dismissione con “deadline” il 2022. Figura 1 Capacità di generazione degli impianti nucleari in Germania fino al 2022 Ricercando i dati relativi all’anno 2010,  rispetto alla composizione delle quantità di energia elettrica prodotta per fonte in Germania, si registra un apporto del nucleare pari a oltre 130 TWh (figura 2), svettando come prima fonte nell’assortimento tedesco per la produzione di nergia elettrica, seguito a ruota dalla lignite e in terza posizione dall’antracite – carbone-.  Figura 2 - Ripartizione della produzione di energia nel 2010 per fonte Nel 2010 le fonti rinnovabili rappresentavano il 19,2 % dell’intera produzione germanica ( fig.2).  A questo punto non ci resta che verificare quale sia stata l’evoluzione dell’andamento di produzione del nucleare , del carbone (lignite + antracite) e delle fonti rinnovabili fino al novembre 2019. Su base annua nel 2018 il nucleare ha rappresentato il 13% della produzione,  scendendo di oltre 11 punti, il carbone da lignite è rimasto costante al 24% e l’antracite è passata dal 19 % al 10 %; mentre le rinnovabili sono cresciute da una produzione del 19,2 % al  40,6 %.  Nel 2019, dati aggiornati all’ 8/12/19, i valori sono ancora più interessanti • Rinnovabili al 45,7 % • Nucleare al 13,7 % • Carbone lignite 20 % • Carbone antracite 10%. In questi 8 anni, al contrario di ciò che si possa pensare, il gas metano non ha subito aumenti in termini di utilizzo, anzi in questi ultimi anni il valore di TWh prodotti con gas metano è diminuito (per ovvi motivi anche economici) non essendo questa tecnologia in Germania utilizzata pe il “baseload”.  In definitiva, l’intera diminuzione di produzione da nucleare e anche dal carbone (entrambi tecnologie del baseload tedesco) è stata bilanciata  dall’aumento sensibile che le rinnovabili hanno  subito in questi ultimi 8 anni. Fornendo, ormai, un kWh su due prodotti nel paese. Figura 4 - Ripartizione della produzione di energia nel 2019 per fonte Tale aumento, forse non porterà la Germania a rispettare l’uscita dal nucleare al 2022, ma  certamente la porterà ad essere uno dei paesi al mondo con la % più elevata di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili. Obiettivo non difficile per nazioni poco popolose e scarsamente  industrializzate, ma non certo per un paese che oggi rappresenta a livello mondiale una delle quattro nazioni più importanti in termini di economia e con un livello di qualità della vita estremamente alto per oltre 70 milioni di abitanti.  Infine, è interessante vedere come lo “switch” verso le rinnovabili ha comportato anche delle variazioni importanti, quale l’aumento della capacità produttiva in Germania dal 2002 ad oggi, registrando un raddoppio del valore di GW installati: da 105 a 210; a fronte di un aumento di  Figura 5 Variazione della capacità di generazione dal 2002 ad oggi energia prodotta di non oltre il 10 % passando dai 503 TWh del 2002 ai 545 TWh del 2018. Oltre alla necessità, da qui a breve, per poter eliminare il baseload del nucleare, di incrementare in maniera significativa gli accumuli presenti sul territorio. Figura 6 capacità  installata di accumuli e nucleare dal 2002 ad oggi
14.10.2019
Vincenzo Triunfo
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Inquinamento  e Global Warming Veicolo elettrco VS veicolo a combutione interna Il riscaldamento globale e l’inquinamento ambientale sono argomenti all'ordine del giorno. Chiunque si cimenta nella valutazione delle scelte tecnologiche, politiche e di massa, esprimendo il proprio parere e punto di vista su tematiche complesse quali sono i trasporti, l’industria, l’energia e quant’altro risulti essere per l’opinione pubblica il responsabile di un riscaldamento globale, che ancora non ha trovato un’unanimità sulle vere cause ad esso associate e che spesso viene confuso con questioni metereologiche più che climatiche. Proprio nel settore dei trasporti, oggi, viviamo una rivoluzione epocale; il mondo del trasporto privato, a partire dai grandi gruppi automobilistici, non solo si sta interrogando su come e quando fare lo switch verso l’auto elettrica, ma ci sta investendo miliardi di dollari affinchè questo switch possa avvenire quanto prima. Ma l’auto elettrica realmente apporterà dei benefici alla questione ambientale e, in particolar modo, in che maniera cambierà l’impatto sul clima? Il peso relativo all'inquinamento causato dai trasporti, in un mondo in cui i veicoli a motore termico rappresentano il mezzo di locomozione di circa il 90 % del pianeta, quando funzioneranno con il vettore elettrico e non più con i derivati del petrolio sarà minore, uguale o superiore a quello attuale? Partiamo dalla fotografia delle emissioni di gas climalteranti a livello  mondiale, gli stessi non diminuiscono ma sono in continua ascesa  dal 1990, passando da circa 32 miliardi di tonnellate di CO2eq agli oltre 46 miliardi nel 2012. Il contributo del settore dei trasporti è anch’esso in ascesa in valore assoluto, mentre in termini relativi il contributo del settore rimane pressoché  costante nel tempo,  rappresentando  il 19-20% del totale. Spostandoci nel bel paese, registriamo un andamento delle emissioni climaalteranti differente. In Italia l’andamento delle emissioni di gas serra ha visto un aumento progressivo dal 1990 fino all’anno 2005, con una successiva diminuzione fino ad oggi. Il medesimo  andamento  si è registrato per il settore dei trasporti, che ha raggiunto  il picco  nel 2004. In particolare, la quasi totalità dei  gas  serra emessi e relativi ai trasporti  su strada  in Italia è rappresentato dalla CO2. In coerenza con ciò, focalizzerò l’analisi su tali emissioni. Per poter confrontare uno scenario futuro, in cui il parco veicolare sarebbe quasi esclusivamente elettrico, con un parco attuale in cui la totalità dei veicoli è pressochè formata da veicoli con motore termico, è necessario analizzare l’impatto sull’intero cilco di vita del veicolo (LCA). Ciascuna delle  fasi della  filiera di produzione de veicolo  è associata ad  una  o più variabili di uscita, la cui somma determina il valore complessivo di emissioni di CO2  lungo l’intero ciclo vita. Pertanto il confronto lo dovremmo realizzare punto per punto, considerando anche che le fasi “componenti e produzione” molto probabilmente non sono attuate in Italia, ma in paesi come Cina e India; e che il trasporto del veicolo, da tali paesi, anch’esso avrà una sua componente di impatto non trascurabile. Passando alla fase utilizzo e quella relativa al riciclo/fine vita, tali fasi saranno funzione del paese (Italia nel caso specifico) in cui il veicolo viene utilizzato e portato a smaltimento o a riciclo. Senza scendere nei dettagli, potremmo considerare come variabili di simulazione sufficientemente reali le seguenti: Partendo dalla tabella precedente, possiamo considerare lo schema riportato nella tabella successiva e evincere quali siano i principali valori utilizzati in input con riferimento ai veicoli oggetto d’analisi, relativamente a consumo specifico, massa  e capacità  della batteria (per i BEV-Veicoli elettrici). Per quanto  riguarda i valori di input analizzati, sia per dei BEV che per gli ICEV (veicoli con motore a combustione interna) si considerano  i valori reperiti da listino dei veicoli  con il maggior numero  di immatricolazioni in Italia (di categoria  Euro 6 per gli ICEV) I risultati finali, considerando le variabili di input riportate e il segmento B dei veicoli analizzati sono i seguenti: In conclusione si evince che:     Le emissioni di CO2 nel ciclo vita dei veicoli elettrici  risultano inferiori a quelle degli  ICEV in ognuno dei casi analizzati, sebbene con un certo  livello di eterogeneità in base ai diversi scenari  analizzati.     Lungo  il ciclo vita dei  veicoli  (sia elettrici  che  a combustione interna),  il contributo più rilevante al computo toL’impatto  della  fase  di utilizzo  è maggiore per  i veicoli  con  motore a combustione interna,  per  i quali costituisce tra il 75% e l’88% del totale delle  emissioni  di CO2 nel ciclo vita.     Per i BEV il contributo varia nello scenario base da circa il 40% fino ad oltre il 65%. Su tale valore,  gioca  un ruolo molto  importante la fonte  energetica con cui è prodotta l’energia che «alimenta» il veicolo  elettrico.    Per quanto riguarda le fasi extra-utilizzo, le emissioni di CO2 dei veicoli  elettrici  risultano superiori a quelle degli  ICEV. La componente  batteria ha un «peso» importante in termini  di emissioni  per  i veicoli elettrici,  dal momento che  le emissioni  associate alla sua  produzione costituiscono circa il 35-55% del totale relativo alle fasi di realizzazione del veicolo (con un incidenza crescente al «crescere» del segmento).    A conti fatti il passaggio al veicolo elettrico porterà sicuramente un beneficio in termini di emissioni di CO2, ma tale beneficio sarà molto dipendente dal grado di penetrazione delle fonti rinnovabili nella produzione dell’ energia elettrica del paese in cui il veicolo verrà utilizzato. Chiaramente anche tutte le fasi dell’LCA saranno dipendenti da tale fattore, in quanto i paesi maggiormente industrializzati e oggi in grande sviluppo (vedi Cina e India) più aumenteranno la loro produzione di energia da fonte rinnovabile, più il piatto della bilancia sarà a favore del veicolo elettrico in termini di emissioni nocive e gas climaalteranti Fonte dati: Energy & Strategy Group Poli Milano

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