Carbon foot print

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L’idrogeno è l’elemento più abbondante in natura ma è sempre legato a qualcosa (CH4 , H2O, ..) per poterlo utilizzare occorre in qualche modo estrarlo.

Se è ricavato dal carbone tramite gassificazione è detto IDROGENO MARRONE

Se è ricavato dal metano è detto IDROGENO GRIGIO

Se è ricavato stoccando la CO2 generata nel processo è detto IDROGENO BLU

Se è ricavato dall’idrolisi dell’acqua è detto IDROGENO GIALLO

Se l’energia utilizzata nell’idrolisi dell’acqua è prodotta solo dal nucleare è detto IDROGENO ROSA o VIOLA

Se l’energia utilizzata è totalmente rinnovabile è detto IDROGENO VERDE.

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Un’autovettura a combustione interna (benzina, gasolio) emette durante un tragitto una certa quantità di CO2 e ne ha consumata un'altra quantità durante la costruzione e ne consumerà altrettanta durante lo smaltimento. Stampare le lamiere, fondere monoblocchi e alberi motore e poi saldare, avvitare, verniciare, costruire le batterie sono tutte attività con un’emissione diretta o indiretta di CO2 da tenere conto.

Un’autovettura elettrica costa , dal punto di vista della emissione di CO2 durante la costruzione e lo smaltimento, una quota maggiore rispetto a un automobile a benzina o gasolio. Durante un percorso di un autovettura elettrica l’emissione di CO2 dipende da dove abbiamo preso l’energia elettrica per caricare le batterie.

Nel grafico seguente si riportano i vari contributi di emissione di CO2 per tipologia di autoveicolo dalla costruzione fino allo smaltimento.

L’unica situazione veramente ecologica è nel caso di autovettura elettrica con alimentazione con energia al 100% rinnovabile cosa che, allo stato attuale, risulta ancora molto lontana.

Il Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima (PNIEC) in particolare, fissa come obiettivo una quota del 30% di energie rinnovabili sul consumo finale di energia entro il 2030.

Allo stato attuale quindi l’energia viene prodotta principalmente con il gas metano e il carbone di conseguenza sembrerebbe che l’utilizzo di autovetture elettriche in realtà produce un aumento di emissione di CO2 maggiore rispetto alle autovetture a combustione interna, che se ne dica.

Poi ci sarebbe il problema dello smaltimento delle batterie agli ioni di Litio e dei pannelli fotovoltaici, ma questo è un altro discorso.

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Nella tabella seguente sono riportate 31 specie diverse di alberi e arbusti così come analizzate dal CNR di Bologna. Occorre ricordare che la CO2 viene assorbita solo durante la crescita dell'albero. Una volta arrivato a fine vita (o bruciato)  la CO2 ritorna in ambiente con bilancio in pareggio ovvero non c'è comunque un aumento di CO2 in ambiente. Quindi la riduzione di CO2 ottenuta tramite piantumazione di alberi è solo provvisoria se non si sostituiscono gli alberi a fine vita o bruciati. La stima in tabella si riferisce ad alberi con già 10 anni di vita ovvero in piena attività.

Per esempio se consideriamo l'emissione di CO2 di un automobile relativamente un percorso di 15000 km (percorso medio annuo) pari a 1800 kg si ottiene che occorre, per annullare l'emissione di CO2 nello stesso anno, piantare 10 Aceri Riccio o  22 Ciliegi. Le automobili in fondo non sono così critiche.

Se invece consideriamo il consumo di gas metano in un anno di una famiglia normale (700 mc) otteniamo 45000 kg di CO2 equivalenti a 500 alberi Aceri Riccio. 

Anche consumare l'acqua dell'acquedotto implica un emissione di CO2. Con un consumo medio di circa 200 mc a famiglia all'anno occorre piantumare un albero di ciliegio. 

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Le normali candele sono fatte di Paraffina. La paraffina è il nome dato a una miscela di idrocarburi le cui molecole presentano catene con più di 20 atomi di carbonio e viene ricavata dal petrolio. Quando una candela brucia emette nell’ambiente CO2, vapore d’Acqua , Calore e Luce. Circa un quarto dell'energia della combustione viene emessa sotto forma di calore. Una delle reazioni possibili è la seguente:

C ₂₅ H ₅₂ + 38 O ₂ → 25 CO ₂ + 26 H ₂ O + Q

Per stimare la potenza in Watt di una candela per poterla confrontare con altri sistemi si è pesata una candela prima dell’accensione, poi si è fatta bruciare un tempo noto e alla fine si è ripesata.

• Peso iniziale = 0,044 kg
• Peso finale = 0,038 kg
• Tempo di combustione = 3600 secondi

Il potere calorifico della paraffina è pari a circa 1,2 MJ/kg quindi consideriamo solo l’aspetto termico, questo implica che Indicativamente una candela di 44 grammi  può erogare circa  0,053 MJ termici.

Con questi parametri si ottiene una potenza in Watt (Joule/secondo) di circa 2 W

Un aspetto curioso è che una mole di Paraffina genera 25 moli di CO2 ovvero si tratta di un sistema che crea un contributo all’effetto serra molto elevato.

Per avere un effetto termico simile a una stufa elettrica da 2000 W servono esattamente 1000 candele.

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L’impronta carbonica (carbon foot print)  è un parametro che viene utilizzato per stimare le emissioni gas serra causate da un prodotto, da un servizio, da un'organizzazione, da un evento o da un individuo, espresse generalmente in tonnellate di CO2 equivalente. I gas serra che devono essere presi in considerazione sono:

• anidride carbonica (CO2, da cui il nome "impronta carbonica"),
• metano (CH4),
• monossido di diazoto (N2O),
• idrofluorocarburi (HFC),
• perfluorocarburi (PFC)
• esafloruro di zolfo (SF6)

In alternativa è possibile realizzare l’inventario GHG secondo le indicazioni contenute nella norma UNI ISO 14064 parte 1. Il calcolo delle emissioni GHG è funzionale all’obiettivo di valutare il proprio impatto sia attraverso misure di riduzione delle emissioni sia mediante l’adozione di strumenti di compensazione per le emissioni che non è possibile evitare. La realizzazione dell’inventario delle emissioni dei gas serra  prevede le seguenti fasi:

• Definizione dei confini organizzativi e operativi
• Sviluppo dell’inventario attraverso l’identificazione di tutti i contributi alle emissioni
• Quantificazione delle emissioni e delle rimozioni di gas serra
• Redazione del report relativo alle emissioni di GHG.

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Lo scorso 5 dicembre toni entusiastici quasi su tutti i media hanno festeggiato la “nascita” dell’energia pulita a costo zero e infinita. Tutto questo purtroppo non corrisponde alla verità.

Cosa è la fusione nucleare ?

Non è altro che la fusione di atomi di Trizio e Deuterio causata dall’alta temperatura e dal confinamento che può essere magnetico o tramite fasci laser. Per fondere i due atomi devono essere molto caldi e molto vicini.  Il Trizio e il Deuterio sono due isotopi dell’Idrogeno ovvero hanno lo stesso numero di protoni (1) ma un numero diverso di neutroni (l’Idrogeno non ne ha, il Deuterio 1, il Trizio 2).

Leggi tutto: Fusione nucleare, siamo veramente alla svolta ?

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Di seguito si riporta il grafico del prezzo del gas metano dal 2018 a oggi (24 dicembre 2022)

 fonte: https://it.investing.com/commodities/dutch-ttf-gas-c1-futures-streaming-chart

Fino a marzo 2021 il pezzo massimo del gas metano alla borsa di Amsterdam era di circa 25 euro al megawattora poi è iniziato a salire in modo costante fino a 240 euro a megawattora (agosto 2022). Si legge sui giornali  che l’aumento del prezzo del gas è dovuto alla guerra in Ucraina, ma guardando il grafico viene qualche dubbio.

Che la guerra sia iniziata un anno prima dall’invasione russa ?

Riesumando una vecchia bolletta HERA del gas del periodo Dicembre 2020 il costo a metro cubo era di circa  0,79 euro (comprensivo di tutto) mentre a dicembre 2022 è di 0,76 euro ovvero in pratica non c’è stato nessun aumento per lo meno sul gas per uso civile.

Guardando invece le bollette dell’energia elettrica il discorso è completamente diverso. Prendendo una bolletta Enel di dicembre 2020 il costo per kW/h era di 0,18 euro mentre a dicembre 2022 di 0,67 euro ovvero è aumentata di quasi 4 volte in linea con gli aumenti del gas al mercato globale di Amsterdam.

Strani paradossi.

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Un mio amico si è messo in ufficio una bella stufa a legna dei primi ottocento in terracotta. La prima domanda che mi ha fatto è stata quella su come calcolare la potenza termica visto che in Emilia-Romagna  sotto i 300 metri di altitudine sarebbe vietato per potenze superiori a 5 KW.

Un primo calcolo si può fare tenendo conto che un kilogrammo di legna ha un potere termico energetico pari a circa 4 kW· h^-1/kg. Dal punto di vista del rendimento se la temperatura dei fumi è bassa (inferiore a 100 °C) possiamo considerare il massimo ovvero il 100 %. Come dire che tutto il calore si disperde nella casa.

La potenza ovviamente dipende da quanta legna riusciamo a caricare nella stufa ovvero pressappoco da quanta legna bruciamo all’ora. Se per esempio bruciamo un kilogrammo di legna all’ora abbiamo una potenza di circa 4 kW che è qualcosa di più della massima potenza della fornitura Enel standard, per dare un’idea.

Quindi la potenza dipende da:

• Quanta legna si brucia all’ora.
• Il volume della stufa.

Dato però un volume V interno la stufa non è che lo possiamo riempire tutto di legna , mancherebbe l’ossigeno e il fuoco sarebbe fiacco con il pericolo di generare ossido di carbonio molto velenoso e esplosivo. Alcuni commercianti di stufe indicano una quantità massima di legna pari al 50 % del volume, altri 2/3. In questo calcolo prendiamo il 50 %.

Riassumendo possiamo calcolare la potenza massima generata da una stufa con la seguente formula:

P = 2  x  V  x  D = KW/h      Dove :

• V = Volume stufa in m³
• D = densità legna kg/m³
• Durata carica = 1 ora

La densità della legna è molto variabile, per esempio , la legna secca è intorno a 800 kg/m³ (Galleggia in acqua) mentre il legno compresso in tronchetti è pari a circa 1200 kg/m³ (va a fondo). Quindi giusto per complicare le cose la potenza dipende anche da cosa si brucia e quanto si fa durare.

Facciamo un esempio:

La stufa del mio amico.

Termografia infrarosso

• Volume camera = 0,0097 m³
• ρ = 1280 kg/m³ (tronchetti compressi)
• Quantità di legna consumata all’ora = 6 kg
• Potenza stufa massima = 24 kW/h

Il mio amico è fuorilegge, per essere in “regola” dovrebbe bruciare un quarto di quello che brucia normalmente. Inoltre, il rendimento è scarso, la temperatura dei fumi ( 223 °C ) è eccessiva.

Se invece utilizzasse legna stagionata si avrebbe:

• Volume camera = 0,0097 m³
• ρ = 800 kg/m³ (Legna stagionata)
• Quantità di legna consumata all’ora = 4 kg
• Potenza stufa massima = 16 kW/h

In sintesi per stare al di sotto dei 5 kW occorre non superare un kilo di legna all'ora.

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Il monossido di carbonio (CO) è un gas inodore, velenoso e potenzialmente esplosivo. Si genera quando una qualsiasi combustione del carbonio avviene in carenza di ossigeno (caldaie a metano, stufe a legna). Ogni anno, all’inizio dell’inverno o un po' prima delle vacanze invernali, i media ci segnalano un certo numero di morti dovuti a questa tipologia di avvelenamento. Quest’anno c’è da aspettarsi un aumento di casi a causa delle restrizioni energetiche che portano a una maggiore sigillatura di porte e finestre e di un generalizzato “fai da te” in fatto di stufe e camini.

Quindi in generale sigillare troppo le abitazioni riducendo a zero la ventilazione naturale può creare mancanza di ossigeno in particolare con stufe o caldaie a gas non ermetiche e quindi la produzione di CO.

Un modo per produrre il monossido di carbonio in casa è quello rappresentato di seguito. Si prende un contenitore anche in plastica che si possa sigillare e si fa avvenire una combustione in carenza di ossigeno.

Leggi tutto: Restrizioni energetiche e avvelenamenti da monossido di carbonio

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Si parla spesso di fonti energetiche come per esempio i combustibili fossili, il vento e il solare. In realtà l'energia che usiamo sul nostro pianeta arriva dal sole ovvero deriva da un processo di fusione nucleare, ovvero è una sola ad esclusione di quella derivante dalle maree che è gravitazionale.

Il vento si crea grazie alle differenze di temperatura dovute all'irraggiamento solare, i combustibili fossili derivano anche loro dall'energia solare, idem l'idroelettrico e le biomasse.

L'idrogeno NON è quindi una fonte di energia perchè non è liberamente presente in natura ma deve essere estratto dall' acqua (elettrolisi) o da combustibili fossili (gas metano-endogas) o da biomasse,  ciò comporta un consumo di energia enorme ed è per questo che è considerato un "vettore" o un "accumulatore".

Leggi tutto: L'idrogeno non è una fonte energetica

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Lo scambio dell’energia termica di un ambiente con l’esterno segue la legge di Fourier che una parete piana infinita si può scrivere come di seguito riportato:

Leggi tutto: Quanta potenza serve per scaldare o raffreddare un ambiente (EXCELL)

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L’anidride carbonica (CO2) è responsabile del così detto “effetto serra” ovvero il riscaldamento del pianeta con i conseguenti effetti climatici avversi. La causa principale è la combustione dei combustibili fossili (metano, benzina, GPL, carbone) ovvero il consumo energetico fossile. In pratica quando bruciamo combustibili fossili ributtiamo nell’ambiente carbonio che era sparito dalla circolazione ed era finito a varie centinaia di metri sotto terra accumulato in milioni di anni.  Per esempio, stare al telefono si consumano circa 60 grammi di CO2 al minuto, inviare una mail circa 4 grammi, una mail con allegato circa 50 grammi (Fonte: Ecoglobo) ovviamente nell’ipotesi che il consumo energetico sia totalmente “fossile”. Piantare alberi può ridurre i livelli di CO2 ma solo finché l’albero cresce. Una volta che muore o viene bruciato il carbonio rifinisce in atmosfera con un bilancio in pareggio. Bruciare alberi sicuramente dal punto di vista del bilancio della CO2 è una cosa molto positiva sono infatti chiamati “bio combustibili”. Anche noi umani produciamo CO2 durante la respirazione e ne produciamo molta, la CO2 è il nostro gas di scarico. Ogni volta che bruciamo calorie o grassi (sempre) il carbonio si lega con l’Ossigeno che respiriamo e il risultato è CO2 e vapore d’acqua (in breve). Vi siete mai chiesti dove finisce il grasso quando ci mettiamo a dieta? In CO2. La CO2 è inoltre un ottimo indicatore del livello della qualità dell’aria in ambienti chiusi frequentati da umani. Se i ricambi d’aria sono buoni i valori di CO2 rimangono più o meno come quelli dell’ambiente aperto (400 -500 ppm), se invece i ricambi d’aria sono scarsi la CO2 si accumula e può creare problemi (Sonnolenza, scarsa attenzione, ecc.) a partire da 1000 ppm. Abbiamo effettuato negli anni varie misure di CO2 in uffici e sale riunioni, i risultati sono sconvolgenti, picchi da 5000 ppm dopo due ore. Ma non sembra a interessare a molti salvo pochi RSPP illuminati anche perché è normale sonnecchiare durante le riunioni/lezioni. La CO2 come indicatore della qualità dell’aria ci permette anche di valutare il rischio da esposizione al Covid 19. La probabilità di essere contagiati dal virus in un ambiente chiuso, anche se sono indossate mascherine e mantenute le distanze è molto alta se i ricambi d’aria sono scarsi. Questo perché dicono i biologi che il Covid è un virus che si trasmette per via aerea. In breve, se le persone respirano la stessa aria non c’è mascherina che tenga, dopo un certo tempo il virus si accumula nel sistema respiratorio facendo partire le infezioni. Un grosso problema relativo alla presenza della CO2 è inoltre quello dei sistemi automatici di spegnimento incendi. La CO2 viene stoccata in bombole in alta pressione (60 bar) , una lieve perdita in ambiente poco ventilato può creare gravi problemi di asfissia come è già successo in passato. L’idea di collocare le bombole in scantinati o ambienti chiusi (UPS) non è delle migliori, si consiglia di almeno collocare un sensore di CO2 e di cercarsi un buon avvocato. La CO2 è quindi nostra amica nel valutare i corretti ricambi d’aria e per prevenire i contagi da Covid 19 un po' meno per il riscaldamento globale.

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La combustione della benzina immette nell’ambiente anidride carbonica.

La combustione della benzina segue la seguente reazione (una delle tante):

Come dire che per ogni litro di benzina si produce circa 2 kg di CO2.

Il metano invece considerato “ecologico” produce più gas serra rispetto alla benzina, la formula della combustione del metano è la seguente:

Con una produzione di CO2 pari a circa 2,75 kg per litro. Inoltre il Metano incombusto è uno dei peggiori gas serra.

Nell’ipotesi di velocità costante la potenza erogata dal motore si può calcolare con la seguente formula

P = k x V^3

 dove K è il coefficiente di attrito dovuto all’aria e V la velocità in metri al secondo.

La cosa interessante che balza subito agli occhi è che la potenza e quindi la produzione di CO2 dipende dal cubo della velocità.

Ponendo K=1 per semplicità otteniamo che per esempio alla velocità di 130 km/h la potenza è circa 36 kW.

Se riduciamo la velocità a 110 km/h, ovvero solo di 20 km/h otteniamo una potenza pari a circa 27 kW ovvero otteniamo un risparmio di circa il 25 %. Il trasporto su gomma pesa sul bilancio della CO2 per un 25 %, la riduzione della velocità porterebbe il bilancio a circa il 18%, non è poco. In grammi corrisponderebbe a circa un risparmio di 25 grammi per kilometro su 100 g/km.

Se volessimo ridurre la produzione di CO2 del 50% relativamente al trasporto su gomma la velocità ideale, partendo da 130 km/h, sarebbe di circa 95 km/h, direi fattibile.

La cosa interessante è che volessimo ridurre l’emissione di CO2 del 90% e quindi rendere i trasporti su gomma “ecologici” la velocità sarebbe circa 50 km/h, questo forse non sarebbe fattibile.

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Innanzitutto, i gas serra li chiamerei e li farei chiamare dai giornalisti e anche da alcuni scienziati, pena il carcere, con il loro nome; metano, benzina, gasolio, carbone, GPL; il termine vago “Gas serra” non rende l’idea. Chiedete ai vostri amici se sanno cosa è un gas serra.

Se fossi il ministro farei togliere dagli autobus alimentati a metano e a idrogeno la scritta “Autobus Ecologico”, il metano è un gas serra e l’idrogeno non è una fonte energetica; per produrlo (L'idrogeno) costa molta energia, và compresso, ecc.

Se fossi il ministro dei gas serra inculcherei nelle teste dei politici e a Greta che il 75 % delle emissioni di CO2 sono dovuti ai riscaldamenti/raffrescamenti delle case, e che quindi basterebbe mantenere le temperature delle case e uffici a 21 gradi per ridurre di un buon 20 % le emissioni attuali invece che i soliti 24 -26 °C. Innanzitutto, i gas serra li chiamerei e li farei chiamare dai giornalisti e anche da alcuni scienziati, pena il carcere, con il loro nome; metano, benzina, gasolio, carbone, GPL; il termine vago “Gas serra” non rende l’idea. Chiedete ai vostri amici se sanno cosa è un gas serra. Se fossi il ministro farei togliere dagli autobus alimentati a metano e a idrogeno la scritta “Autobus Ecologico”, il metano è un gas serra e l’idrogeno non è una fonte energetica; per produrlo (L'idrogeno) costa molta energia, va compresso, ecc.

Leggi tutto: Cosa proporrei se fossi il ministro dei gas serra