Otto domande, otto risposte l'otto del mese.
Energia solare e esigenza dell'umanità
2 miliardi di centrali nucleari da 100 MW
di Michele Zarrella
Più volte abbiamo detto che l’energia erogata dal Sole potrebbe sopperire alle esigenze dell’umanità. Senza pretese di accuratezza eccessiva, quant’è l’energia erogata dal Sole?
Partiamo dai dati disponibili. Sappiamo che sul nostro pianeta, giungono mediamente (all’equatore di più ai poli di meno) 1.400 J (Joule) a metro quadrato ogni secondo e poiché juole per secondo è una potenza che si misura in watt sul nostro pianeta, giunge mediamente una potenza di 1.400 W/m2 detta costante solare.
Nonostante la nostra distanza di 150 milioni di km dal Sole ogni metro quadrato di superficie riceve 1.400 W cioè 1,4 kW?
Sì e poiché una famiglia in genere stipula col fornitore di energia elettrica un contratto di 3 kW, teoricamente basterebbe sfruttare al 48%, 4,5 m2 del proprio giardino o del proprio tetto per ottenere l’energia elettrica necessaria alle esigenze della famiglia. Ma le tecnologie attuali raggiungono appena il 15%. E quindi per una famiglia occorrono almeno 15 m2 di tetto o di giardino.
Ritorniamo alla distanza della Terra dal Sole e per semplificare consideriamo l’orbita della Terra una circonferenza e non un’ellissi.
La distanza media della Terra dal Sole è in cifra tonda 150 milioni di km. Essa viene chiamata Unità Astronomica (UA). Calcolando la superficie della sfera avente tale raggio e moltiplicandola per la costante solare otterremo la potenza totale erogata. Per fare ciò trasformiamo 150 milioni di km in metri
1,5 x 108 km = 1,5 x 1011 m
Sapendo il raggio calcoliamo la superficie della sfera con a centro il Sole.
S = 4π R2 = 4 x 3,14 x (1,5 x 1011)2 = 28,26 x 1022 m2
Quindi la potenza totale erogata dal Sole sarà pari alla superficie della sfera per 1,4 kW/m2 e cioè
PTotale = S x 1,4 kW/ m2 = 28,26 x 1022 m2 x 1,4 kW/m2 = 39,564 x 1022 kW. Cioè 395,6 x 1024 W.
Quasi 400 quatrilioni di watt.
Sono sufficienti a coprire l’esigenze dell’intera umanità?
Dobbiamo sapere quanta energia richiede l’intera umanità. Nel libro di Nicola Armaroli e Vincenzo Balzani, Energia per l’astronave Terra, Zanichelli Editore 2008, nel 2005 l’umanità ha consumato circa 5 x 1020 J/anno che sono mezzo triliardo di joule nel 2005;
E quindi l’energia erogata dal Sole è sufficiente?
Dobbiamo calcolare la quota di energia che riceve la Terra. Considerando la Terra una sfera, la superficie che riceve la luce del Sole è data dal raggio al quadrato per 3,14. Essendo il raggio della Terra paria 6,378 x 106 m, si ha:
ATerra = πR2 = 3,14 x (6,378 x 106)2 = 3,14 x 40,678884 x 1012 = 127,73169 x 1012 m2
Moltiplicando questo risultato per 1400 W/ m2 otterremo la potenza inviata sulla Terra dal Sole
127,73169 x 1012 m2x 1400 W/ m2 = 178.824 1012 W = 178,824 1015 W
Cioè 178,824 1015 J/s (joule ogni secondo)
Essendo un anno costituito da 31.536.000 secondi pari a 315 x 105, si ha
178,824 1015 W x 315 x 105 s = 56.330 1020 J/anno
È una quantità grande?
La quantità di energia che raggiunge la Terra è uguale a quella prodotta da 1788 milioni (quasi 2 miliardi) di centrali nucleari da 100 megawatt. È 11.266 volte maggiore di quella richiesta dall’intera umanità nel 2005.
Dopo tutti questi numeri siamo giunti ad una conclusione importante.
Una conclusione che però non entra nella mente di un homo sapiens che purtroppo cerca l’energia scavando e succhiando le fonti fossili che il pianeta ha nascosto nelle sue viscere per creare una biosfera adatta alle attuali forme di vita.
Allora per risolvere il problema energetico dell’umanità basterebbe sfruttare meglio l’energia inviata dal Sole.
Il Sole è una centrale nucleare naturale che ci invia una quantità di energia 11.000 volte quella richiesta da tutta l’umanità. E tale energia durerà ancora per miliardi di anni (5 secondo le più recenti stime). E invece ancora una volta l’homo sapiens cerca l’energia nucleare nella fissione dell’atomo quando già ce l’ha sulla testa. Ma non dentro, purtroppo.
Gesualdo 8 agosto 2012
Michele Zarrella
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Mercoled� 08 Agosto,2012 Ore: 07:58 |