1. Polo Scolastico n. 3 – Fano
Istituto Professionale Statale Industria e Artigianato
“Alessandro Volta”
SOSTENIBILITA’
Ambientale – Economica - Sociale

2. IPSIA “A. Volta” Fano
SOSTENIBILITA’
AMBIENTALE, ECONOMICA, SOCIALE
Classe 5^ T.I.En.
In collaborazione con
Confindustria Pesaro Confindustria Ancona

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La sostenibilità è la caratteristica di un processo o di uno stato che può essere
mantenuto a un certo livello indefinitamente. In anni recenti questo concetto è stato
applicato più specificamente agli organismi viventi e ai loro ecosistemi.
Con riferimento alla società, tale termine indica un "equilibrio fra il soddisfacimento
delle esigenze presenti senza compromettere la possibilità delle future generazioni di
sopperire alle proprie" (Rapporto Brundtland del 1987).
La sostenibilità può essere trattata anche parlando dello sviluppo di una società, che
deve tener conto dei settori sociale, economico e ambientale senza trascurare nessuno
dei tre.

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Ridurre il consumo di energia del 20% entro il 2020: questo è l'obiettivo che
l'UE si è fissata nell'ambito del piano d’azione 2007-2012 per l’efficienza
energetica. Per conseguirlo servono azioni concrete, soprattutto per quanto
riguarda il risparmio di energia nel settore dei trasporti, l'elaborazione di norme
minime di efficienza energetica per le apparecchiature che consumano energia,
la sensibilizzazione dei consumatori a favore di comportamenti razionali e volti
al risparmio, il miglioramento dell'efficienza nella produzione, nel trasporto e
nella distribuzione dell'energia termica ed elettrica o ancora lo sviluppo di
tecnologie energetiche e l'efficienza energetica nell'edilizia.

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Affrontare il tema della sostenibilità comporta la gestione di un sistema
complesso, con tante variabili interagenti. Consapevoli di questo, i gruppi di
lavoro hanno cercato di declinare approccio e proposte riguardanti alcuni dei
settori in gioco, a partire da una riflessione su precedenti esperienze sul tema
delle energie rinnovabili e sugli elementi di criticità emersi – per esempio:
centrali fotovoltaiche di elevata potenza collegate alla rete a media e alta
tensione, e non al servizio dei paesi limitrofi, problemi di insufficienza
dimensionale della rete nazionale, centrali geotermiche ed eoliche con problemi
di impatto ambientale e di consenso, etc.

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Da queste criticità, e da incontri con l’Azienda di riferimento, GreenerG, è derivata
l’ipotesi principale per uno sviluppo sostenibile: passare, nel nostro paese, da un
modello di sviluppo storicamente caratterizzato da imprese ad alta intensità di capitale e
bassa occupazione (per es. petrolchimico e automobilistico) a un modello di impianti di
dimensioni limitate, produzione decentrata e uso integrato delle varie forme di
energia da fonti rinnovabili, in funzione di una maggiore sostenibilità economica
(presenza diffusa di PMI) e sociale (occupabilità e lavoro qualificato).

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I gruppi di lavoro, sul tema della sostenibilità, hanno sviluppato il proprio
intervento nella direzione di specifici settori: veicoli elettrici e veicoli a
idrogeno, per una mobilità sostenibile a breve e media scadenza, e
minieolico e geotermico, per una sostenibilità ambientale e sociale
(economica e occupazionale).
Mini eolico Geotermico Auto elettriche Auto a idrogeno

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MINI EOLICO
Diego Arceci
Nicola Barbieri
Davide Bergamotti
Endri Elmazi
Alessandro Grottaroli
Giovanni Napoletano

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Gli impianti eolici hanno subito un notevole sviluppo negli ultimi anni: la
produzione di energia elettrica attraverso generatori eolici esclude l'utilizzo di
qualsiasi combustibile, quindi azzera le emissioni in atmosfera di gas a effetto serra
e altri inquinanti
Inoltre, mini e micro-eolico rispettano l'ambiente perché hanno dimensioni
contenute e non producono inquinamento estetico e acustico.

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Impianti di grandi dimensioni hanno provocato proteste per inquinamento acustico
ed estetico, a causa della modifica della sky-line del territorio.
Per questo motivo la nostra proposta è quella di investire sul mini e microeolico,
che presentano dimensioni notevolmente ridotte: si possono installare anche nei
giardini delle case o sui tetti dei palazzi, in quanto riescano a utilizzare anche venti
più deboli, e quindi ottenere una fonte di energia rinnovabile, che non produce
inquinamento ottico, risponde ai problemi di consenso e inoltre riduce i tempi di
ritorno degli investimenti.

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Il settore degli impianti minieolici ha notevoli possibilità di crescita perché può
riferirsi a utenze isolate, a piccole utenze sia civili che industriali e anche a utenze
di tipo agricolo.
Tali impianti di piccola taglia hanno il pregio di un bassissimo impatto visivo e
ambientale e quindi potrebbero avere una utilizzazione entro le aree di interesse
naturale e/o soggette a vincoli di protezione.

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Vanno inoltre nella direzione di una produzione diffusa nel territorio per l’auto-
consumo, e non verso le grandi centrali, che forniscono corrente alla rete elettrica.
In questo modo, ogni utenza potrà essere energicamente autosufficiente,
influenzando un tipo di sviluppo economico sostenibile per quanto riguarda
occupabilità e investimenti iniziali.
Il tempo di vita di un impianto ammonta a circa 20 anni. L'impianto funziona in
modo autonomo senza richiedere interventi operativi. Periodicamente occorre
verificare il buon funzionamento di tutti i componenti. Per gli impianti da qualche
decina di kW si procede annualmente a una verifica di corretto funzionamento.

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Esempi significativi
La “Libellula” è il minieolico ideato da Renzo Piano, si trova a Rovereto, in
Trentino. Il progetto è stato realizzato in collaborazione con Enel Green Power e
ha dato luogo a una nuova generazione di impianti eolici, con minor impatto
ambientale e una maggiore efficienza anche nei momenti di minore corrente
ventosa.
L’impianto ha una capacità di 55 kW, lo scarso
impatto ambientale e la possibilità di sfruttare
venti anche di soli 2 metri al secondo sono le
caratteristiche che rendono questo nuovo
impianto particolarmente efficace. In particolare,
la soluzione delle due pale (invece delle tre
solitamente presenti negli impianti) consente,
qualora inutilizzate per assenza di vento, la quasi
totale “scomparsa” nel panorama collocando le
stesse in linea con la torre.

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In Olanda, un team di architetti ha progettato delle turbine eoliche a forma di albero
- Power Flower - che presentano le pale sulla sommità di rami curvi che danno alle
strutture l’aspetto di veri e propri alberi di colore bianco.
Le Power Flower, per le loro dimensioni ridotte, possono coesistere con l’ambiente
senza problemi, riuscendo anche a dare una particolare connotazione artistica a uno
strumento di raccolta dell’energia.
Ogni installazione può avere 3 o 12 rami, e alla fine di ognuno di questi vi è una
speciale elica in grado di raccogliere il vento da qualunque direzione.

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Questo è stato reso possibile grazie alla creazione di una nuova turbina - Eddy - in fibra
di carbonio e acciaio, di dimensioni ridotte.
Si possono così sfruttare spazi come quelli cittadini, che non potevano essere presi in
considerazione con le normali pale eoliche.
Le Power Flower che sfruttano Eddy sono di facile installazione (richiedono meno
di un’ora per il montaggio) e possono supportare venti di oltre 190km/h, riuscendo
a produrre una quantità di energia che va dai 13 kw/h per quanto riguarda la
struttura a 3 rami fino ai 55 kw/h di quella con 12.
Il rumore è inoltre notevolmente ridotto rispetto alle normali pale eoliche.

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Tornado Like è un prototipo di struttura eolica senza pale, che si propone come
alternativa ai classici aerogeneratori, contestati spesso per la loro presenza
imponente sul paesaggio naturale.
La struttura è conica e di ridotte dimensioni (massimo tre metri di
altezza, un decimo rispetto agli aerogeneratori a pale) e il suo
funzionamento è basato su un semplice concetto: l’aria penetra
dalla base e viene poi trasformata in un vortice fino a raggiungere
la sommità del dispositivo, dove viene trasformata in energia
elettrica per mezzo di alcune turbine.
Questo apparecchio può sfruttare anche i venti più deboli
(fino a una velocità di 2 m/s), consentendo quindi di
utilizzare l’energia eolica anche in zone non caratterizzate
da forti venti. Inoltre la resa energetica sarebbe superiore a
quella di un normale aerogeneratore, con un costo inferiore
del 30%. Tra pochi mesi il prototipo verrà testato da un
consorzio di aziende toscane e marchigiane, in
collaborazione con l’Università delle Marche e il CNR di
Firenze.

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GEOTERMIA
Federico Ballotti Soufian El Hasbaoui
Fabio Cafiero Nicola Prussiani

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La tecnologia delle pompe di calore geotermiche
Dal 1765 i livelli di anidride carbonica atmosferica sono aumentati da circa 280
parti per milione (ppm) a più di 350 ppm mentre la concentrazione di metano è più
che raddoppiata.
Le variazioni dei gas-serra che si sono già verificate dovrebbero finire per
provocare un incremento della temperatura media globale tra 0,8 e 2,6 gradi
Celsius.
Quello degli ultimi 25 anni è il riscaldamento più consistente registrato da quando
esistono strumenti di misurazione della temperatura.

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A differenza dei sistemi a combustibile, che producono gas serra e contribuiscono al
riscaldamento globale, le pompe di calore geotermiche usano energia rinnovabile
(prodotta in maniera pulita,ad esempio integrandola con impianto fotovoltaico)
comportando la più bassa emissione di gas serra.
Le componenti di un impianto a
energia geotermica sono
sostanzialmente tre:
una o più pompe di calore
normalmente collocate all'interno
dell'edificio,un insieme di tubi
interrati per scambiare calore con il
terreno e un sistema di scambio di
calore con l'ambiente interno.

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Lo scambio di calore con il terreno avviene attraverso un insieme di tubi in
polietilene che possono essere interrati orizzontalmente, anche a pochi metri di
profondità oppure verticalmente se lo spazio attorno all'edificio è limitato. La loro
applicabilità si estende a una vasta gamma di costruzioni: abitazioni residenziali,
villette, edifici commerciali, scuole, piscine, serre, capannoni, hotel e uffici.

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Un’unica centrale gestisce il riscaldamento, il condizionamento, la deumidificazione
e una buona parte dell’acqua calda sanitaria. In realtà fa molto di più: consuma in
assoluto il minimo quantitativo di risorse naturali (indirettamente attraverso l’energia
elettrica che lo alimenta). Sebbene collocato internamente l’intero apparato è
particolarmente silenzioso.
Il sistema è molto sicuro: non c’è combustione, fiamma aperta, gas nell’aria che
respiri, residui di particolato che si depositano nell’ambiente dove si vive o si lavora.
Gli impianti geotermici hanno una storia di lunga vita con bassa manutenzione.

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Ca’ Virginia
Il terreno perde energia negli anni, quindi si deve stare attenti a come mettere le
sonde. Un esempio è a Ca’ Virginia, nel pesarese, dove al posto di fare 60 buchi di
profondità elevate, hanno preferito farne 120 sugli 8 metri di profondità in modo da
non rovinare, appunto, il terreno.
L’energia geotermica viene ottenuta grazie all’impiego di pompe di calore;
l’unico svantaggio è che
per azionare la pompa di
calore si deve utilizzare
energia elettrica: la
soluzione è rappresentata
da un impianto integrato
fotovoltaico-geotermico.
Grazie all’impianto
geotermico, Ca’Virginia
può sfruttare il calore
naturale della terra per
alimentare i propri servizi
e per riscaldare l’ambiente.

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Normalmente gli impianti geotermici vengono installati in palazzi di nuova
costruzione; grazie a una tecnologia all’avanguardia, ora gli impianti geotermici
possono essere costruiti anche in edifici già esistenti.
Da un progetto di Isabella Goldmann, architetto responsabile del coordinamento dei
progettisti e della direzione lavori, a Milano, in corso Vercelli, con un intervento di
riqualificazione energetica per passare dalla classe G, alla B. utilizzando un moderno
macchinario già impiegato negli Usa e nel resto d’Europa, si è riusciti a scavare nei
garage dei palazzi.
Per attingere al calore si scende
a 115 metri di profondità e, con
l'aiuto di una pompa per i
momenti di picco, si ottiene
acqua calda ed energia
sufficiente per riscaldare (o
raffreddare) gli appartamenti.
Il tutto abbattendo del 79% i
costi di riscaldamento, del 30%
il fabbisogno di energia termica
e del 70% le emissioni di CO2.

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MOBILITA’ SOSTENIBILE
VEICOLI ELETTRICI
Luca De Angelis Michele Francioni
Simone Droghini Loris Mezzolani
Amine Fadli Ernesto Pagano

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Auto Elettrica City Car
Uno dei metodi che si potranno sviluppare nel
futuro per limitare l’inquinamento, è quello di
produrre veicoli elettrici che usino, come
alimentazione, elettricità fornita da energie
rinnovabili, così da ridurre l’emissione di Co2

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Schema veicolo Propulsione Elettrica

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• L’auto elettrica consuma tre volte in meno di un motore a scoppio, di
conseguenza abbatte l’inquinamento; se alimentata con energia da fonti
rinnovabili, le emissioni sono nulle.
Criticità dei veicoli elettrici
 autonomia limitata
 peso della batteria
 tempi di ricarica

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Batterie
Un veicolo elettrico utilizza energia chimica immagazzinata in batterie ricaricabili.
Le batterie ricaricabili sono di diverse tipologie: zinco-aria, piombo-acido, Ni-Cd,
Ni-Mh, Li-Ion.
Le batterie sono il componente più costoso dei BEV (Battery Eletric Vehicle).
BEV si serve di motori e azionamenti elettrici invece di motori a combustione.
Il mercato dei BEV ha
utilizzato i progressi ottenuti nel
settore dell’elettronica di
consumo.

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Il tempo di ricarica viene determinato principalmente dalla corrente trasmissibile da
parte della connessione alla rete elettrica. La connessione standard per abitazioni
prevede una potenza di 3KW. La batteria di una macchina elettrica si può caricare
del 70% in poco meno di un ora, per il restante 30% della ricarica ci vorranno
almeno 4 ore.
Le batterie agli ioni di litio possiedono un valore
di mercato, se riutilizzate, e questo rappresenta un
aspetto che rende economicamente conveniente e
agevole il loro riciclaggio.
Al termine del ciclo vitale, una batteria al litio
conserva il 70-80% di capacità residua per
continuare a immagazzinare energia. Le batterie
possono pertanto essere rigenerate per il settore
della componentistica dei veicoli elettrici o in altri
settori industriali.
Per la sostituzione delle batterie già esiste un distributore automatizzato
(l’equivalente di un attuale distributore di benzina) dove un braccio meccanico
toglie le batterie scariche e le sostituisce con altre cariche.

30. IPSIA “A. Volta” Fano SOSTENIBILITA’
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Per un ottimale bilancio energetico è auspicabile che l’energia per la
ricarica delle batterie sia fornita da fonti energetiche rinnovabili
(ad es. fotovoltaico).
E' in progettazione, da parte di varie società, un sistema per ricaricare le
auto tramite pannelli solari fotovoltaici, installabili sulle tettoie dei
parcheggi aziendali o di casa.

31. IPSIA “A. Volta” Fano SOSTENIBILITA’
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Oggi il maggiore ostacolo all’uso dei veicoli elettrici è la loro limitata autonomia.
Una proposta per l’utilizzo
immediato dei veicoli elettrici
potrebbe essere la costituzione di
nodi di scambio alle periferie
delle città, ove le merci vengono
caricate su veicoli elettrici, che
riforniranno i negozi e i
supermercati nel centro storico
della città.
Una operazione analoga potrebbe essere svolta da un parco macchine
elettriche per non residenti (tipo car sharing).

32. IPSIA “A. Volta” Fano SOSTENIBILITA’
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MOBILITA’ SOSTENIBILE
VEICOLI A IDROGENO
Marco Bernardini Antonio Ioppolo
Oltjan Troka Francesco Vegliò

33. IPSIA “A. Volta” Fano SOSTENIBILITA’
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Per una mobilità sostenibile si dovranno trovare soluzioni adeguate: l'idrogeno potrà
essere prodotto, con piccoli elettrolizzatori, usando direttamente l'elettricità fornita
localmente da fonti rinnovabili, dunque in maniera fortemente "distribuita" sul
territorio e a basso costo.
Ma mentre con le auto elettriche si è costretti a ricaricare le batterie, con gli
elettrolizzatori non si ha tale problema, poiché l'idrogeno prodotto può essere
conservato.

34. IPSIA “A. Volta” Fano SOSTENIBILITA’
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Motori a combustione interna
Nei veicoli con motori a combustione interna, l’idrogeno può essere impiegato in
sostituzione della benzina; il vantaggio consiste nell’utilizzo di veicoli vicini
all’attuale produzione.
Il problema di tali veicoli sta nel rifornimento: l’idrogeno in forma gassosa è
altamente esplosivo, difficile da trasportare, difficile da condensare se non ad alte
pressioni e notevoli ingombri.
Dal punto di vista progettuale la principale criticità dell'utilizzo dell'idrogeno resta la
sua elevata infiammabilità. I serbatoi devono pertanto consentire maggiori standard di
sicurezza rispetto ai tradizionali serbatoi diesel o benzina.

35. IPSIA “A. Volta” Fano SOSTENIBILITA’
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Motori a Fuel Cell
Il principio di funzionamento è molto simile a quello di una pila, la differenza sta nel
fatto che negli accumulatori gli elettrodi sono generalmente attivi e si consumano.
Nelle celle a combustibile i reagenti gassosi vengono forniti con continuità agli
elettrodi: la batteria non si esaurisce e non richiede ricarica, funziona fino a che
vengono forniti ai due elettrodi un combustibile e un ossidante.
Le fuel cell presentano un costo 10 volte maggiore rispetto alle moderne batterie.
Attualmente, per migliorare l'efficienza di conversione dell'idrogeno in elettricità
(oggi del 40-60%) e la durata delle celle a combustibile, si lavora su nuove
tecnologie.

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I veicoli a idrogeno sono considerati veicoli ecologici per la loro
caratteristica di non emettere gas serra o gas inquinanti, inoltre sono
silenziosi, quindi contribuiscono a ridurre l’inquinamento acustico.
Il residuo della combustione dell'idrogeno è rappresentato soltanto dal
vapore acqueo.
Da uno studio dell’Istituto Nanoscienze del CNR, è stata individuata una
tecnica, con possibili sviluppi futuri, che sfrutta il grafene (strato
monoatomico di carbonio) per assorbire e rilasciare idrogeno; per ora
presenta difficoltà a livello ingegneristico e a livello economico.

37. IPSIA “A. Volta” Fano SOSTENIBILITA’
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L’idrogeno sarà una eccellente fonte energetica, ma quando effettivamente
sarà utilizzato su larga scala?
Sono essenzialmente due i problemi: il primo è che non esistono ancora
tecnologie per immagazzinarlo in piccoli serbatoi adatti alle auto, il
secondo problema è dato dagli interessi economici costituiti (esempio
multinazionali di prodotti petroliferi) che non sono certo interessati allo
sviluppo di questa soluzione energetica.

38. IPSIA “A. Volta” Fano SOSTENIBILITA’
AMBIENTALE, ECONOMICA, SOCIALE
Diego Arceci
Federico Ballotti
Nicola Barbieri
Davide Bergamotti
5^ T.I.En.
Marco Bernardini
Tecnico delle Industrie Elettroniche
Fabio Cafiero
Luca De Angelis
Simone Droghini
Soufian El Hasbaoui
Endri Elmazi
Amine Fadli
Michele Francioni
Alessandro Grottaroli
Antonio Ioppolo
Loris Mezzolani
Ernesto Pagano
Nicola Prussiani
Giovanni Napoletano
Oltjan Troka a.s. 2011-2012
Francesco Vegliò