Articoli Correlati

La guerra in Ucraina favorirà l'energia pulita?

La guerra tra Russia e Ucraina ha reso ancora più evidente la dipendenza energetica dell’Europa dal gas russo e le conseguenze di questa inquinante moneta sulla vita dei cittadini. L’energia è allo stesso tempo strumento di ricatto per le potenze occidentali e uno dei grandi temi aperti per il futuro: in che modo il conflitto cambierà le politiche energetiche in Europa e nel mondo? Sarà il motivo per concretizzare la svolta verso le energie rinnovabili o l’alibi per il revival di carbone e nucleare?

I numeri. L’Europa importa circa il 40% del suo fabbisogno di gas dalla Russia e nel 2021 il 26% di queste forniture è passato attraverso l’Ucraina, corridoio privilegiato del gas dalla Siberia alla UE. L’Italia è, tra i Paesi europei, quello che fa più ricorso al gas naturale come fonte energetica (è il 42,5% del mix energetico nazionale): molto più di Francia (17%) e Germania (26%), le quali possono però contare la prima sul nucleare, e la seconda sul carbone e su un parco di rinnovabili più avanzato del nostro [dati ISPI 2022].
L’infografica qui sotto mostra le tratte dei gasdotti dalla Russia e la loro portata teorica in miliardi di metri cubi l’anno.

You will find more infographics at Statista

Gas naturale: che cos’è. Il gas naturale è un combustibile fossile composto per il 90% da metano (CH4) e per la parte restante da una miscela di idrocarburi e altri gas (azoto, propano, butano, CO2). Questo mix, che si è formato per decomposizione di materiale biologico nell’arco di milioni di anni, si trova in giacimenti sotto alla superficie terrestre o sotto ai fondali marini, ed è meno inquinante di petrolio e carbone (bruciando produce circa la metà di CO2, meno ossidi di zolfo e particolato rispetto al carbone).

Questo però non lo rende una fonte di energia pulita. Il metano è un gas serra che nei primi 20 anni dal suo rilascio ha un potere di intrappolare calore 80 volte più alto di quello dell’anidride carbonica, anche se rispetto alla CO2 sopravvive meno a lungo in atmosfera (una dozzina d’anni anziché centinaia). Nelle fasi di estrazione, stoccaggio, trasporto e raffinazione del gas naturale avvengono perdite dai giacimenti e dalle reti di distribuzione che si sommano alle emissioni di metano provenienti da permafrost, agricoltura e allevamenti, dando un’accelerata al riscaldamento atmosferico.

Si pensa che il metano abbia contribuito per 0,5 °C al riscaldamento globale dall’epoca preindustriale.

Un cliente importante. L’Italia consuma all’anno tra i 70 e gli 80 miliardi di metri cubi di gas metano, di cui più di un terzo è importato dalla Russia. Per il rapporto tra totale di gas importato e totale dei consumi nazionali il nostro è, insieme alla Germania, anche uno dei Paesi europei più vulnerabili a un’eventuale interruzione delle forniture di gas dalla Russia (va peggio a Moldova, Repubblica Ceca, Bielorussia, Slovacchia, che anche se importano minori quantità di gas le comprano tutte dalla Russia e sono ancora più dipendenti da queste forniture). Come spiegato dall’ISPI, l’Istituto per gli studi di politica internazionale, il problema della dipendenza energetica dalla Russia è anche di tipo strutturale e geografico: è molto più semplice importare gas attraverso i metanodotti, via tubo, che non via mare con le navi metaniere, che trasportano gas naturale liquefatto (vedi più sotto).
Nell’infografica qui sotto: i maggiori Paesi esportatori di gas nel 2020, in miliardi di metri cubi).

You will find more infographics at Statista

Realismo o disimpegno? Per emanciparsi dal potere energetico russo e contrastare la crisi climatica c’è una sola, possibile soluzione nel lungo periodo: ridurre l’utilizzo del gas naturale e realizzare la transizione verso le energie rinnovabili. Tuttavia nel breve periodo potremmo ritrovarci ancora scendere a compromessi con fonti inquinanti. L’Europa si sta muovendo per aumentare l’acquisto di gas naturale liquefatto (GNL o LNG, dall’inglese liquefied natural gas) dai principali produttori che nel 2020 sono stati Stati Uniti, Qatar e Australia.
Il GNL è un condensato del gas naturale che permette di ridurre il volume della sostanza di 600 volte e stoccarlo e trasportarlo facilmente su navi metaniere e senza bisogno di gasdotti. Una volta a destinazione, prima di essere immesso nella rete di condotte nazionale, il gas naturale liquefatto deve essere rigassificato, cioè riportato da liquido a gassoso, in impianti appositi (l’Italia ne ha tre in funzione).

Davvero ecologico? Anche se arriva allo stato liquido, si tratta pur sempre di metano: i costi climatici di questa “toppa” temporanea ricadrebbero sulla prossima generazione (un neonato di oggi avrà 78 anni nel 2100). Senza contare che negli Stati Uniti il gas naturale viene estratto con il fracking, la frantumazione artificiale delle rocce sotterranee attraverso potenti iniezioni di acqua, sabbia e un mix di sostanze chimiche, al fine di liberare gas e idrocarburi incorporati nelle porosità delle rocce del sottosuolo. Una tecnica che oltre a segnare irreversibilmente il paesaggio è stata associata ad elevati rischi ambientali e per la salute (inquinamento atmosferico, rilascio di sostanze chimiche pericolose nel terreno e nelle falde, sismicità indotta).

L’estrazione di gas naturale. Un inverno mite e l’aumento del gas naturale liquefatto importato dovrebbero permettere all’Europa di superare senza troppi scossoni la stagione fredda. Ma arrivati all’estate ci sarà di nuovo un buco energetico da colmare.
© Shutterstock

Un passo in avanti, due indietro. La Commissione Europea ha presentato un piano che, per ridurre di due terzi la dipendenza dal gas russo entro fine anno, prevede di diversificare le forniture (importando più GNL e producendo più biometano, prodotto da scarti agricoli e industriali, e idrogeno rinnovabile) e di ridurre l’uso industriale e domestico di combustibili fossili grazie all’efficienza energetica e alle energie rinnovabili. Dopo l’occasione mancata della pandemia potrebbe essere questa la spinta giusta per rispettare il Green Deal, il piano per rendere l’Europa un continente a emissioni nette zero entro il 2050.

Non è detto che ci si riesca: secondo l’Agenzia internazionale dell’energia (IEA), i costi stellari di gas e carbone potrebbero spingere a un riutilizzo delle centrali a carbone europee appena chiuse o destinate a chiusura, o a all’uso di combustibili fossili alternativi (come il petrolio) nelle centrali termoelettriche esistenti. Se così avvenisse potremmo dire addio ai +1,5 °C di riscaldamento che ci servono per evitare la catastrofe climatica.
Intanto il fantasma di un nuovo disastro nucleare in Ucraina non fa desistere dai piani di apertura di nuove centrali nel Vecchio Continente: la Francia ha parlato di rinascita dell’industria nucleare, con sei nuovi reattori da costruire e altri 8 allo studio, e Belgio e Germania, che avevano annunciato l’uscita dal nucleare, hanno fatto dietrofront rinviando lo spegnimento dei loro reattori.

Le Leggi dei Gas Ideali

Fondamenta della Termodinamica Gassosa

Le leggi dei gas ideali costituiscono un pilastro fondamentale della termodinamica e forniscono un quadro teorico essenziale per comprendere il comportamento dei gas in vari contesti. Queste leggi, basate sull’assunzione di un gas ideale, sono utilizzate ampiamente in fisica e ingegneria per descrivere le relazioni tra pressione, volume e temperatura di un gas.

Esaminiamo da vicino queste leggi e la loro importanza nel mondo scientifico.

Assunzioni del Gas Ideale

Le leggi dei gas ideali si basano su alcune assunzioni fondamentali. Prima di tutto, si presume che le particelle di gas siano puntiformi, senza volume proprio. Inoltre, si assume che non ci siano forze di attrazione o repulsione tra le particelle di gas, e che le collisioni tra particelle siano totalmente elastiche. Infine, si considera che il gas sia in uno stato in cui la sua temperatura sia sufficientemente alta da evitare la formazione di liquidi o solidi.

La Prima Legge dei Gas Ideali – Legge di Boyle

La prima legge dei gas ideali, nota come legge di Boyle, stabilisce che a temperatura costante, il volume di una quantità fissa di gas è inversamente proporzionale alla sua pressione. Formalmente, questa legge è espressa come (PV = text{costante}), dove (P) è la pressione e (V) è il volume.

La Seconda Legge dei Gas Ideali – Legge di Charles

La seconda legge dei gas ideali, detta legge di Charles, afferma che a pressione costante, il volume di una quantità fissa di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura in kelvin. In termini matematici, questa legge può essere scritta come (frac{V}{T} = text{costante}), con (T) rappresentante la temperatura.

La Terza Legge dei Gas Ideali – Legge di Gay-Lussac

La terza legge dei gas ideali, detta legge di Gay-Lussac, sottolinea che a volume costante, la pressione di una quantità fissa di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura in kelvin. Questa legge può essere formulata come (frac{P}{T} = text{costante}).La Legge dei Gas Ideali Combinata: Combinando le leggi di Boyle, Charles e Gay-Lussac, si ottiene l’equazione dei gas ideali: (PV = nRT), dove (n) rappresenta il numero di moli di gas e (R) è la costante dei gas ideali.

Questa equazione fornisce una descrizione completa del comportamento di un gas ideale, legando le variabili pressione, volume e temperatura.

Applicazioni delle Leggi dei Gas Ideali:

Le leggi dei gas ideali sono utilizzate in una vasta gamma di applicazioni pratiche. Ad esempio, sono fondamentali nella progettazione di impianti industriali, nella previsione meteorologica e nell’ingegneria aerospaziale. In laboratorio, queste leggi guidano la misurazione delle quantità di gas e la determinazione di variabili sconosciute.

Deviazioni dai Gas Ideali: È importante notare che i gas reali possono deviare dal comportamento ideale in determinate condizioni. A basse temperature o alte pressioni, le forze intermolecolari possono diventare significative, causando deviazioni dalle previsioni delle leggi dei gas ideali. Tuttavia, in molte situazioni, specialmente a temperature moderate e basse pressioni, le leggi dei gas ideali forniscono previsioni accurate.

Le leggi dei gas ideali costituiscono uno strumento essenziale nella comprensione del comportamento dei gas. Sebbene basate su semplificazioni e approssimazioni, queste leggi offrono un quadro teorico robusto che ha applicazioni pratiche in una vasta gamma di discipline scientifiche e ingegneristiche. La possibilità di prevedere e comprendere il comportamento dei gas attraverso queste leggi è un contributo significativo alla nostra comprensione della termodinamica e delle dinamiche gassose.

Vuoi rimanere aggiornato sulle nuove tecnologie per la Didattica e ricevere suggerimenti per attività da fare in classe?

Sei un docente?

soloscuola.it la prima piattaforma
No Profit gestita dai

Volontari Per la Didattica
per il mondo della Scuola. 

 

Tutti i servizi sono gratuiti. 

Associazione di Volontariato Koinokalo Aps

Ente del Terzo Settore iscritta dal 2014
Tutte le attività sono finanziate con il 5X1000