L'impatto ambientale dei sistemi energetici

PREFAZIONE Lo studio delle macchine e dei sistemi di conversione dell’energia è stato principalmente rivolto, nel passato, agli aspetti più tipicamente termodinamici, energetici, tecnologici ed economici, trascurando in genere le inerenti implicazioni ambientali considerate, di norma, materia di altre discipline. Nel recente passato, d’altra parte, energia e ambiente hanno più in generale contrassegnato il progresso umano con ruoli contrapposti, determinando problematiche di rilevanza mondiale ritenute talora inconciliabili: l’energia come motore dello sviluppo, con l’esigenza di una disponibilità pressoché illimitata di prodotti energetici per gli usi finali in ragione delle sempre maggiori esigenze di benessere; la protezione dell’ambiente come freno allo sviluppo, con esigenze radicalmente opposte. Solo a seguito di una più consapevole e rigorosa politica internazionale di protezione dell’ambiente, non contrapposta allo sviluppo, l’energia e l’ambiente sono diventate materia unificata, alla base di un nuovo modello di “sviluppo sostenibile”. Ciò ha determinato, nel corso dell’ultimo ventennio, una drastica rivoluzione nel settore energetico, ove un notevole impulso allo sviluppo tecnologico è stato fornito proprio dalle sempre più stringenti prescrizioni di protezione dell’ambiente. Si pensi, infatti, all’impressionante evoluzione, specie nei tempi più recenti, dei motori a combustione interna per autotrazione, alla significativa trasformazione delle più tradizionali centrali termoelettriche a vapore, alle nuove tecnologie di generazione elettrica basate sulla gassificazione dei combustibili di scarso pregio, sulle pile a combustibile e su altri sistemi energetici di varia tipologia sempre più integrati con processi chimici e fisici di trattamento dei combustibili e dei prodotti di combustione. Si pensi, inoltre, all’incessante e sempre più vivace attività di ricerca e sviluppo sul fronte delle fonti energetiche rinnovabili. In questo senso le problematiche tipiche della conversione dell’energia sono oggi fortemente intrecciate con quelle di contenimento del relativo impatto ambientale e, di conseguenza, lo studio delle macchine e dei sistemi energetici non può prescindere dalle loro interazioni con l’ambiente. È con questa consapevolezza che, non oltre un decennio fa, veniva introdotto l’insegnamento di “Interazione fra le Macchine e l’Ambiente” nell’ambito delle discipline attinenti allo studio delle macchine e dei sistemi energetici. Il presente volume nasce come supporto didattico per gli allievi dei corsi di “Interazione fra le Macchine e l’Ambiente” e di “Impatto Ambientale dei Sistemi Energetici”, impartiti nell’ambito dei Corsi di Laurea in Ingegneria Meccanica (vecchio e nuovo ordinamento) dell’Università di Cagliari. La sua principale finalità è quella di fornire al lettore una visione generale delle più significative problematiche riguardanti il tema dell’impatto ambientale dei sistemi energetici. Nella consapevolezza che l’argomento trattato - notoriamente caratterizzato da numerosi elementi di interdisciplinarietà, peraltro in continua evoluzione - è di tale vastità da renderne improbabile una trattazione esaustiva, il volume vuole rappresentare una guida di riferimento piuttosto che un testo di approfondimento. Il volume si articola in sette capitoli a prevalente carattere monografico, e pertanto non necessariamente vincolati ad un ordine logico sequenziale, che nel loro insieme trattano le sorgenti di emissione degli inquinanti, le tecnologie per il controllo delle emissioni nei sistemi energetici e l’evoluzione degli inquinanti una volta immessi nell’ambiente. Nel primo capitolo sono classificate e illustrate le principali interazioni con l’ambiente dei sistemi di conversione dell’energia di più diffusa applicazione industriale. Da tale trattazione emerge chiaramente come, nell’ambito dei sistemi energetici, le problematiche connesse alla limitazione delle emissioni gassose in atmosfera siano oggi preponderanti rispetto ad altri aspetti, pure importanti, quali le emissioni termiche e acustiche, la produzione di reflui liquidi e residui solidi o l’occupazione del suolo e l’impatto visivo. In tal senso, dopo un breve richiamo sulle principali grandezze fisiche (e sulle loro unità di misura) utilizzate per la valutazione delle concentrazioni di inquinante e sui relativi bilanci di massa riportato nel secondo capitolo, nel terzo capitolo vengono diffusamente analizzati i più importanti fenomeni di inquinamento atmosferico generati dagli inquinanti primari e secondari (particolato, ossidi di zolfo, ossidi di azoto, monossido di carbonio, idrocarburi incombusti, ozono, ecc.) derivanti dai sistemi di conversione dell’energia. Inoltre, nel capitolo vengono discussi i più importanti fenomeni di inquinamento a livello globale: le piogge acide, la diminuzione dell’ozono stratosferico e l’aumento dell’effetto serra. Il quarto capitolo è dedicato alle metodologie di valutazione delle sorgenti di emissione, con specifico riferimento all’utilizzo dei fattori di emissione, di largo impiego specie nel caso di emissioni inquinanti prodotte da sorgenti diffuse e per valutazioni di tipo preliminare, ed alla misura diretta delle emissioni, peraltro spesso prescritta dalle normative vigenti e comunque indispensabile nel caso di grandi sorgenti convogliate. Nel quinto capitolo viene presentato un dettagliato quadro della normativa sull’inquinamento atmosferico attualmente vigente in Italia. In particolare, il capitolo è incentrato sulla illustrazione del DPR 203/88 che, in buona sostanza, rappresenta il provvedimento cardine su cui si basa tutta la normativa italiana in materia di qualità dell’aria e di regolamentazione delle emissioni inquinanti in atmosfera prodotte dagli impianti industriali. Nel capitolo vengono anche illustrate le norme nazionali relative a specifiche sorgenti di emissione come i grandi impianti di combustione, gli autoveicoli e gli impianti di termodistruzione dei rifiuti; vengono altresì richiamati i provvedimenti in materia di valutazione di impatto ambientale, di tutela dell’ozono stratosferico e di emissioni di gas serra. Il sesto capitolo rappresenta la parte più consistente del volume in quanto descrive l’attuale stato dell’arte nel settore delle tecnologie per il controllo delle emissioni inquinanti in atmosfera prodotte dai sistemi energetici. Gran parte del capitolo è dedicata all’analisi delle tecnologie di controllo delle emissioni di particolato, SOX e NOX negli impianti di generazione elettrica di tipo convenzionale, ovvero impianti a vapore e turbine a gas, in relazione al preponderante ruolo che essi rivestono nell’ambito della produzione industriale di energia. In maniera più sintetica, vengono anche illustrate le caratteristiche salienti delle tecnologie di controllo delle emissioni inquinanti utilizzate nei motori alternativi a combustione interna, negli impianti di gassificazione integrati con cicli combinati e negli impianti di temodistruzione dei rifiuti. Infine, in relazione al crescente interesse per le tematiche inerenti all’aumento dell’effetto serra, un paragrafo a parte è dedicato ai sistemi attualmente in fase di sviluppo per limitare le emissioni di anidride carbonica prodotte dai sistemi di conversione dell’energia. Il volume si conclude con un capitolo, il settimo, dedicato ai fenomeni di dispersione degli inquinanti in atmosfera. I meccanismi di dispersione degli inquinanti nell’atmosfera rappresentano l’anello di collegamento fra la sorgente di emissione di un dato inquinante e la corrispondente concentrazione nell’aria. La conoscenza dei meccanismi di dispersione degli inquinanti emessi in atmosfera risulta in tal senso di estrema utilità, in quanto consente per esempio di prevedere, attraverso una opportuna modellizzazione, i valori di concentrazione degli inquinanti nella zona circostante la sorgente di emissione. Cagliari, febbraio 2002 Giorgio Cau Daniele Cocco