IL GENERATORE EOLICO

ENERGIE RINNOVABILI

Oggi si parla tanto di energie rinnovabili, improvvisamente tutti siamo diventati puristi, verdi e sensibili verso l’ambiente. Le rinnovabili ci permettono di staccarci almeno parzialmente dall’utilizzo di combustibili fossili il cui uso immette in atmosfera CO2 che, “pare”, sia la causa primaria dell’effetto serra e del riscaldamento globale. Il generatore è quello che rende possibile ottenere energia da fonti naturali come il vento e l’acqua, mentre per l’utilizzo dell’energia solare si utilizzano pannelli fotovoltaici. Altri sistemi sfruttano poi il moto ondoso, le maree, le biomasse, ecc.

UN PO’ DI POLEMICA

Posto che il nucleare non lo vogliamo perché produce scorie e incute terrore, soprattutto dopo Fukushima. Siamo consapevoli che non ci salveremmo comunque dalle radiazioni di qualche disastro in centrali ubicate negli stati a noi confinanti? Nascondiamo intanto la testa sotto la sabbia e ribadiamo che “noi abbiamo detto no al nucleare” e compriamo energia elettrica prodotta dalle centrali nucleari dei nostri vicini di casa, che ne traggono i benefici economici vendendocela e regalandoci parte del rischio radioattivo. Ma tieni giù la testa, che se occhio non vede, cuore non duole.

L’utilizzo dell’eolico è subordinato alla presenza del vento, assente in pianura padana ma presente nelle zone del crinale appenninico ad esempio, dove però i vincoli “parco qui, parco là” ahimè ne vietano l’installazione.

L’utilizzo dell’idroelettrico è subordinato alla presenza dell’acqua e di un invaso, una diga che consenta di avere una riserva d’acqua da utilizzare ad uso potabile, irriguo e per produrre corrente in qualunque momento serva. Ma di invasi non se ne fanno, non siamo mica in Turchia noi, e se si decidesse di farne, oggi più che mai, state certi che si formerebbe all’istante un “movimento per la protezione di qualcosa” fossero pure i grilli campestri, a fare opposizione, per qualche tana sommersa o sventolando lo spauracchio di un nuovo Vajont.

L’utilizzo del solare invece piace tanto, come fosse la panacea di tutti i mali, ma di notte con cosa produci corrente, con la radiazione stellare? Mentre acqua e vento ci sono anche di notte il sole se ne va ad irradiare l’altro emisfero, lasciandoci nel buio fotovoltaico. Ma potremmo comprare un treno di batterie e immagazzinarci la corrente per la notte, ma poi ogni 4-5 anni il treno di batterie lo devi sostituire e … smaltire… ooops! Oppure potremmo stendere un lungo, ma lungo, e ancora lungo filo elettrico, collegato ai pannelli fotovoltaici dell’altro emisfero, e illuminarci di notte.

Ma io sono dell’avviso che dovremmo illuminarci noi nella testa, usando le energie che la natura offre, dove sono presenti, senza subordinarne l’uso a vincoli paesaggistici e naturalistici. Ma chi se ne frega se le pale inquinano visivamente il parco del crinale dell’appennino se servono a spegnere centrali a carbone? E se fai una diga, i grilli campestri si sposteranno sulle rive e col nuovo invaso avremo nuovi abitanti, anatre, aironi e pesci e soprattutto luce di notte. Ed a proposito di pesci, nei primi anni 80, in Romagna presso Poggio Berni, cercavo fossili nelle argille dell’antico mare che ricopriva la pianura padana, sottraendoli alla inevitabile distruzione del fiume Marecchia. Dalle sponde del Marecchia, il cui alveo corre incassato fra due pareti di argille plioceniche, colonne di strati di argilla crollavano senza preavviso sotto l’azione del sole e dell’acqua, piombando nel fiume che li scioglieva insieme al loro contenuto fossile, perdendolo per sempre. Ora ci hanno fatto il parco della cava. Ebbene in questi strati argillosi trovai un ampia varietà di pesci fossili, alcuni generi mai trovati nel bacino del Mediterraneo, tipici di mari tropicali, il che lascia pensare. O quei pesci erano lì in gita turistica o la temperatura dell’acqua era superiore a quella attuale, che dite? Ora nel Mediterraneo, a causa della CO2 emessa dalle attività umane, stanno arrivando pesci tropicali perché l’acqua si riscalda ed i pesci si spostano verso i poli cercano acqua più fresca. Se la colpa ora è imputabile all’uomo, nel pliocene di chi era? In Marecchia parliamo di fossili risalenti a circa 3,5 milioni di anni fa, almeno 1 milione di anni prima che l’ominide preistorico comparisse sulla terra. E che dire delle ripetute glaciazioni, l’ultima delle quali pare essere terminata 12’000 anni fa. Questo mi pare evidenzi come la terra sia stata oggetto di molteplici riscaldamenti e raffreddamenti nel corso della sua storia, per cause non imputabili alla CO2 prodotta dall’uomo.

L’uso di combustibili fossili con emissione di CO2 in atmosfera è iniziato con la rivoluzione industriale, nella seconda metà del 1800. Da allora la concentrazione in atmosfera è cresciuta, ma, piccolo particolare dimenticato, siamo cresciuti “un pochetto” anche noi di numero. Le attività umane che producono CO2 sono connesse alle esigenze di vita di ciascun individuo e producono una CO2 pro-capite. Ogni individuo, di qualunque parte del mondo, aspira ad avere le cose che gli umani di altre parti del mondo hanno, ed è un suo diritto. Molti popoli stanno rialzando la testa dalla miseria che per secoli li ha afflitti e ora chiedono. Ogni oggetto che possediamo per costruirlo e farlo funzionare ha prodotto e produce CO2. L’industria accresce la produzione per soddisfare le richieste di una popolazione crescente e più siamo e più CO2 viene prodotta. Se invece di 7 miliardi fossimo la metà ne produrremmo la metà. Un automobile produce CO2 per ogni km percorso, più di un auto per volta non possiamo guidarne, 50 persone = 50 auto in movimento, 100 persone = 100 auto in movimento, quindi il doppio di CO2 emessa. Vediamo alcuni dati temporali di popolazione mondiale e di concentrazione di CO2 in atmosfera in ppm (parti per milione).

Anno 1800 popolazione circa 1 miliardo, CO2 in atmosfera 280 ppm.

Anno 1850 popolazione circa 1,3 miliardi, CO2 285 ppm (inizio emissioni era industriale).

Anno 1900 popolazione 1,6 miliardi, CO2 in atmosfera 300 ppm.

Anno 1950 popolazione 2.5 miliardi (in 50 anni quasi un miliardo in più nonostante 2 guerre mondiali). CO2 in atmosfera 320 ppm.

Anno 2000 popolazione 6 miliardi, CO2 in atmosfera 370 ppm.

Anno 2011 popolazione 7 miliardi CO2 in atmosfera 400 ppm.

Anno 2050 (previsione) popolazione 9.2 miliardi.

Vedete come la CO2 segue l’incremento umano? Qualcuno si decide a dire che siamo troppi e che bisogna iniziare a parlare di popolazione sostenibile e di controllo delle nascite invece che sempre e solo di crescita di PIL? La natura fa quanto può per ridurre la popolazione mondiale con terremoti, maremoti, epidemie, frane, inondazioni, siccità. Gli uomini contribuiscono con le loro continue ed assurde guerre, omicidi e terrorismo. Nonostante tutto la popolazione aumenta. O certi popoli iniziano a limitare le nascite o tra poco ci penseranno quelli del piano di sopra a ridurci, scatenando super guerre e disseminando super virus letali, visto che non siamo in grado di imbrigliare i nostri spermatozoi. Quanto alle religioni non aiutano, il messaggio è da sempre “procreare”.

E’ meglio se mi fermo, per il momento, scusate la polemica, di che parlavo? Ah già.

IL GENERATORE

E’ in pratica un apparecchio che trasforma il movimento in energia elettrica, utilizzabile sia in campo eolico che idroelettrico, azionato dal vento o dall’acqua.

IL FUNZIONAMENTO

Si basa sulla trasformazione del campo magnetico prodotto da magneti permanenti in impulsi elettrici. Perché ciò avvenga, come visto nell’esperimento del motore elettrico in C.C., occorrono dei magneti, preferibilmente al neodimio, che producano un forte campo magnetico e delle matasse di filo elettrico isolato (solenoidi) che raccolgano il campo magnetico trasformandolo in energia elettrica. Ma per avere la trasformazione del campo magnetico in energia elettrica occorre che le matasse, o i magneti, siano in movimento. Per evitare contatti elettrici striscianti è inevitabile che siano i magneti a ruotare (rotore) e le matasse a rimanere ferme (statore). Evidente però che funzionerebbe anche ruotando le matasse e tenendo fermi i magneti.

I magneti del rotore sono sempre in numero pari, attaccati su due piatti ferromagnetici paralleli, distanziati fra loro quanto basta a farci passare in mezzo le matasse. Su ogni piatto (rotore superiore ed inferiore) i magneti sono sistemati in cerchio con le facce alternate + – + – + –. I due piatti del rotore devono ruotare solidali e ogni magnete di un piatto deve avere di fronte, sull’altro piatto, un magnete di segno opposto. Ogni volta che una coppia +/– di magneti opposti passerà davanti ad una matassa produrrà in essa un impulso elettrico. Questo impulso avrà una direzione destrorsa o sinistrorsa nella matassa a seconda della polarità della coppia di magneti che gli passa davanti. Questo significa che sui terminali dei fili della stessa matassa, al passaggio della coppia di magneti +/– avremo ad esempio sul filo sinistro il + della corrente e sul destro il –, mentre al passaggio della coppia di magneti –/+ avremo sul filo sinistro il – della corrente e sul destro il +. Ruotando il rotore in senso inverso si inverte anche la polarità della corrente prodotta nelle matasse. Evidente che con questa macchina si produce corrente alternata, ma a che frequenza?

La frequenza, per definizione, è il numero di ripetizioni di uno stesso evento nel tempo. Nel nostro caso l’evento è lo scambio di polarità dei due fili di una matassa, ma quante volte avviene in un intervallo di tempo? La risposta è “dipende”. Dipende dalla velocità a cui gira il rotore del nostro generatore, quindi ad esempio dall’entità del vento, e la velocità del vento non è costante. Quindi si produce una corrente alternata a frequenza instabile, variabile nel tempo, inadatta all’uso. La soluzione sta quindi nel “raddrizzarla”, ovvero nel trasformarla in corrente continua, con l’uso di diodi semiconduttori. Una volta resa continua la si può trasformare in alternata, alla frequenza utilizzata dai nostri apparecchi tradizionali (50 Hz), attraverso inverter appositamente realizzati e stabilizzarne poi anche la tensione.

LE MATASSE

Le matasse devono essere il più possibile appiattite per sfruttare al meglio il campo magnetico. Quante spire di filo e di che diametro? A parità di spazio occupato da una matassa, più il filo è di sezione grande e più aumentano gli Ampere (l’intensità di corrente), mentre più è lungo il filo e più aumentano i Volt (la tensione). Si cerca quindi un giusto compromesso fra i valori diametro e lunghezza.

COLLEGAMENTO DELLE MATASSE

Per aumentare la tensione è anche possibile collegare insieme più matasse, a condizione che su tutte quelle collegate insieme si verifichi il passaggio contemporaneo di una coppia di magneti dello stesso segno. Qualora i magneti in transito avessero segno diverso su 2 matasse collegate insieme l’impulso risultante sarebbe zero. Sarebbe quindi sufficiente nel collegamento scambiare tra loro i fili di una matassa per riottenere la somma delle tensioni delle due matasse.

QUANTE MATASSE, QUANTI MAGNETI E CHE TIPO DI COLLEGAMENTO

Lo scopo di differenziare il numero di matasse e di coppie di magneti è quello di ottenere più impulsi possibili ad ogni giro completo del rotore. Sono tante le combinazioni ottenibili, ad esempio:

24 impulsi per giro: con 8 coppie di magneti e 6 matasse (collegate a gruppi di 2).

36 impulsi per giro: con 12 coppie di magneti e 9 matasse (collegate a gruppi di 3).

Anche il tipo di collegamento fra matasse, a stella o a triangolo, è da tenere in considerazione. La stella fornisce più Volt ed è più adatta a venti moderati, il triangolo fornisce più Ampere ed è adatto a venti forti. Si rimanda al filmato per gli schemi elettrici di questi collegamenti.

Sul web sono presenti numerose pubblicazioni da cui trarre spunto per realizzare generatori di questo tipo, ben più esaustivi di questa mia descrizione elementare.

IL GENERATORE DIMOSTRATIVO

Un piccolo generatore l’ho realizzato modificando i collegamenti delle matasse di un vecchio motore di lettore floppy. La configurazione era di 6 matasse sullo statore e 10 magneti di ferrite su un solo piatto del rotore. Evidente che l’unica combinazione possibile era di 2 matasse contrapposte accoppiate, la configurazione a 3 matasse non avrebbe soddisfatto la condizione di passaggio contemporaneo di 3 magneti su 3 matasse. Con la configurazione a 2 matasse contrapposte però i magneti opposti hanno segno opposto. Quindi ogni matassa è collegata, con i fili invertiti, alla sua matassa contrapposta, per non annullare l’impulso generato. Si ottengono 30 impulsi ad ogni giro completo del rotore, la corrente, raddrizzata da un sistema ponte a 6 diodi, accende un led.

IL GENERATORE CON O SENZA CARICO ELETTRICO

Quando giriamo il rotore di un qualunque generatore, senza applicarvi alcun carico elettrico, cioè senza collegarvi lampadine, lo sforzo che facciamo è minimo. Più lampadine attacchiamo al generatore, più fatica facciamo a farlo girare. Se aumentiamo ancora il carico elettrico arriviamo al punto in cui non riusciamo più a muoverlo.

FARI ACCESI

Quindi non pensate che le luci dell’auto siano gratis solo perché l’alternatore dell’automobile gira comunque sempre. Più luci accendete e più l’alternatore fatica a muoversi, richiedendo un maggior sforzo al motore che per conseguenza consuma di più. Quindi viaggiando con le luci accese si consuma più carburante, si spende di più e ciliegina sulla torta si inquina di più producendo più Co₂. La “geniale” trovata dell’obbligo di accensione diurno delle luci anabbaglianti su autostrade e strade extraurbane produce smog gratuito, vi siete accorti di una sostanziale riduzione degli incidenti dopo la sua introduzione? Lo stato se n’è accorto, ma di un’altra cosa, che con questa trovata sta intascando una maggior entrata dalle tasse sui carburanti in barba al protocollo di Kyoto per la riduzione delle emissioni serra. Ma da come razzolano direi che o non credono che i gas serra siano la causa del riscaldamento globale o che sia primario spremere il contribuente. Quale sia la soglia limite da non superare non lo sa nessuno con certezza, gli scienziati stimano che circa 450 milioni di anni fa la terra abbia avuto livelli di CO2 nell’aria di oltre 5000 ppm (avete letto bene, cinquemila!). Ed ancora che con livelli attorno a 180 ppm si verifichino le glaciazioni. Quel che è certo è che con poca CO2 la terra si raffredda e con troppa si riscalda. Altra cosa certa, in quel tempo non c’era nessuno a misurare la CO2 atmosferica e nemmeno a misurare l’entità della radiazione solare. Fra le cose certe, l’unica certa rimane il dubbio.

L’IDROGENO

L’idrogeno è un combustibile alternativo pulito, se bruciato produce vapore d’acqua, ma come produrlo? I “geni” oggi percorrono la via del reforming del metano, dove il carbonio è unito a 4 idrogeni (CH4) e sul metano ci paghi le tasse. Vabbè, è un combustibile fossile… questa tecnica emette CO2… non è energia rinnovabile… e allora? Non penserai mica di estrarre idrogeno… dall’acqua (H2O), di idrogeni ce ne sono solo 2 e poi le tasse chi ce le paga? L’idrogeno si estrae per elettrolisi dell’acqua dolce, quella del mare non va bene, perché deve essere pulita ma non troppo, nemmeno distillata va bene. Per l’idrolisi serve la corrente elettrica, a questo punto prodotta con pannelli fotovoltaici. Ma questi poveri pannelli devono fare miracoli per poter soddisfare il nostro fabbisogno energetico domestico, industriale, di riscaldamento e pure per produrre idrogeno per alimentare le fuel-cell delle automobili. Intanto però noi l’idrogeno lo estraiamo principalmente dal metano, producendo CO2 che disperdiamo nell’ambiente e in compenso in questo modo consumiamo circa un sesto dell’energia che servirebbe se lo estraessimo dall’acqua con l’elettrolisi. Conoscendo il genere umano mi pare una conveniente ragione per continuare su questa strada.

LA GUERRA PER L’ACQUA

L’acqua pulita è poca ed è sempre meno e serve agli uomini che da secoli, ma oggi più che mai, si fanno la guerra per averla. Pensate ad una diga realizzata su un fiume che attraversa molti stati, lascerebbe a secco gli stati situati a valle della diga. Ad esempio il Nilo, nasce da Ruanda, Burundi ed Etiopia, attraversa Uganda, Sudan ed Egitto e termina nel Mediterraneo.

Il Tigri nasce in Turchia, per un breve tratto segna il confine con la Siria, entra in Iraq dove sfocia nell’Eufrate. Anche l’Eufrate nasce in Turchia, attraversa la Siria e poi l’Iraq, segnando il confine con l’Iran poco prima di sfociare nel golfo Persico. La Turchia sta ultimando il progetto GAP (Güneydoğu Anadolu Projesi) progetto del sud est anatolico, che ad ultimazione avvenuta vedrà la costruzione di 22 dighe 8 sul fiume Tigri e 14 sull’Eufrate nel Kurdistan Turco, (area abitata per lo più da popolazioni di etnia kurda che costituisce circa il 10% della superficie della Turchia). Scopo produzione idroelettrica 27’000 GWh, usi potabili ed irrigazione di terreni aridi. Due canali sotterranei paralleli del diametro di 7,62 m che si sviluppano per 26,4 km prelevano acqua dal lago formato sull’Eufrate dalla diga di Atatürk (inizialmente diga di Karababa, rinominata in onore di Mustafa Kemal Atatürk, fondatore della moderna repubblica di Turchia), giungendo alla città di Sanliurfa e proseguendo poi verso est diramandosi per irrigare vaste zone dell’Anatolia non percorse da corsi d’acqua, quindi fuori dal bacino idrografico dei due fiumi. La Diga di Atatürk, terminata nel 1990 è la 6° al mondo per grandezza, alta 169 m con una capacità di 48,7 miliardi di m³. Una volta ultimata la diga di Ilisu sul Tigri l’antica città di Hasenkeyf sarà sommersa insieme alle abitazioni di alcune decine di migliaia di curdi. A quel punto la Turchia potrà mettere a secco gli stati a valle, Siria e Iraq, costringendoli quantomeno a patteggiare. Oltre il 90% della portata totale dell’Eufrate (nome turco Firat) viene dal Kurdistan turco, che alimenta anche il Tigri (Dicle) per il 32-50%. Già dopo la costruzione della diga di Atatürk la portata d’acqua dall’Eufrate verso la Siria risulta dimezzata. L’ubicazione strategica delle dighe non lascia molto scampo all’acqua e potrebbe ridurre Tigri ed Eufrate ad una fetida fogna. L’ambiente naturale nel Kurdistan turco è mutato, la vita degli abitanti stravolta, vaste aree di superficie espropriate e villaggi inondati, le coltivazioni di legumi e cereali convertite a cotone, scomparsi i terreni di pascolo i pastori sono rimasti privi di mezzi di sussistenza. Molte tribù autoctone kurde sono state allontanate e rimpiazzate da popolazioni turche. I kurdi sono una popolazione tribale prevalentemente costituita da pastori transumanti, più del 50% vive in Turchia ed i rimanenti in Iran, Iraq, Siria, Armenia, Azerbaijan e Russia. La frantumazione del Kurdistan è il frutto della prima guerra mondiale dopo il disfacimento dell’impero Ottomano, ogni successivo tentativo di riunificazione è stato represso nel sangue ed attualmente il movimento armato PKK costituisce l’unico sistema di dialogo con la Turchia. Non a caso si stanno nientemeno che sparando.

(-2019 novembre- Ora che grazie alle dighe le zone desertiche dell’Anatolia sono irrigate ed i kurdi spazzati via dalla Turchia, in quelle aree si possono impiantare nuove popolazioni consone al governo di Ankara. Chissà perché mi viene in mente la pulizia etnica operata da Adolf sugli ebrei o di Slobodan in Serbia. In quelle occasioni, se pure con ritardo, qualcuno si mosse per fermarli, ma evidentemente per la comunità internazionale i kurdi non lo meritavano. E come scrisse Francesco Guccini “E che ci giunga un giorno ancora la notizia di una locomotiva come una cosa viva lanciata a bomba contro l’ingiustizia” non resta che augurargli “occhio per occhio e dente per dente”, che possa raccogliere i brandelli dei suoi affetti quale raccolto della sua semina.)

Nell’area GAP sono state riscontrate rilevanti variazioni di temperatura determinate dai grandi specchi d’acqua dei laghi delle dighe, dalle aree irrigate e da quelle urbanizzate.

Se da un lato la ripartizione delle acque può scatenare dispute, contrasti e guerre, dalle guerre si generano ondate migratorie di profughi che vanno a creare carenza idrica nei paesi che li accolgono già a loro volta in sofferenza idrica, come avvenuto nel 2006 in Sudan per l’arrivo dei profughi Eritrei. Anche noi abbiamo i nostri problemi, sui corsi d’acqua appenninici le dighe sono fonte di attrito, lungo il corso d’acqua sono in molti ad avere diritti di prelievo ma a monte il gestore della diga trattiene l’acqua per usarla quando ha bisogno di produrre corrente elettrica. Il periodo di rilascio dalla diga non sempre coincide con le necessità di prelievo a valle. Se c’è una diga però l’acqua è ancora disponibile per l’uso, il “da chi” e “come” è da stabilire litigando. Ma se la diga non c’è l’acqua ha già raggiunto il mare, nessuno litiga ma beviamo la polvere.

Per concludere, per non saper né leggere né scrivere, l’acqua scarseggia e non basterà per tutti per sempre e levatevi dalla testa che saranno le rinnovabili o l’idrogeno a salvare il mondo se non la piantiamo di fare figli e… di vivere troppo a lungo. A meno che… non rinunciamo a buona parte di quel che abbiamo e torniamo a vivere come a inizio 1800. La vedo grigia…

Basta Gigi, oggi butti male, questo è un articolo troppo polemico.

PS. Per cause indipendenti dalla mia volontà il numero atomico nelle formule chimiche non appare a carattere piccolo in pedice.