Introduzione

Con questa “casa dell’energia” proveremo a sperimentare: esploreremo e utilizzeremo forme di energia naturali e rinnovabili. Queste sono forme di energia che possiamo sfruttare senza danneggiare il nostro ambiente e noi stessi. Si tratta di energie che si rinnovano, o semplicemente ricrescono. Circa 30 anni fa, quando il petrolio improvvisamente scarseggiò e divenne costoso, i ricercatori, i tecnici e le società iniziarono a esplorare le fonti di energia alternativa. Nonostante ci fosse ancora tantissimo petrolio sulla Terra, questi “tagli” furono considerati come un segnale d’allarme. Il mondo iniziò a rendersi conto che ad un certo punto le scorte di carburanti fossili, comprendenti petrolio, carbone e gas naturale, ed anche carburanti nucleari, si esauriranno. Se vogliamo mantenere il nostro stile di vita, e se i paesi meno sviluppati avranno diritto a migliorare il loro, dovremo ricavare circa metà della nostra energia da fonti rinnovabili entro i prossimi 30 anni.

Da quando abbiamo sentito il “campanello d’allarme” riguardante l’esaurimento dei carburanti fossili negli anni ’70, si sono affacciate promettenti fonti di energia rinnovabile. Fattorie ad energia eolica e celle solari forniscono corrente elettrica, dalle piante viene estratto un carburante e il gas viene ricavato da rifiuti biologici. Si sfrutta il calore geotermico della Terra. Si costruiscono turbine mosse dalle onde dell’oceano e dalle maree. Nello stesso periodo vengono emanate molte leggi per limitare l’inquinamento di aria, terra ed acqua.

Ciononostante, è ancora impossibile fornire energia al nostro mondo oggi senza utilizzare carburanti fossili o nucleari, anche se la gente soffre sempre più a causa degli effetti collaterali di questi carburanti. È chiaro che le sostanze di scarto dei carburanti fossili e nucleari riscaldano l’atmosfera della Terra ed avvelenano aria, acqua e suolo. Risultato: le condizioni di vita di piante, animali ed esseri umani si deteriorano. La gente soffre sempre più di malattie connesse all’ambiente. Mentre l’appello per le energie rinnovabili degli anni ’70 poteva essere basato su ragioni economiche, oggi abbiamo motivi sia economici sia ambientali per accelerare lo sviluppo di tecnologie per le energie rinnovabili.

Dobbiamo tentare ogni strada per vivere ecologicamente utilizzando le energie naturali e non dannose che la Terra ci offre. La parola “ecologia” deriva dalle parole greche “oikos”, che significa “luogo in cui vivere”, e “logos”, che significa “lo studio di”. Vivere ecologicamente significa lo studio della Terra su cui viviamo in modo da aiutarla a mantenere il suo equilibrio. Gran parte di questo è rappresentata dalla consapevolezza della produzione e dell’utilizzo dell’energia. Grazie alle nuove tecnologie è possibile condurre un’esistenza energeticamente consapevole senza sacrificare le comodità a cui siamo abituati.

Purtroppo non possiamo esplorare tutte le fonti di energia rinnovabile in questo Manuale Sperimentale. Abbiamo selezionato semplici apparecchi che utilizzano alcune tra le fonti di energia più economiche ed ecologiche. Inoltre, gli esperimenti e i modelli sono stati scelti in quanto relativamente facili da comprendere e sicuri.

Con questa “Casa dell’Energia” ci concentriamo sull’energia termica e luminosa del Sole, l’energia eolica (o del vento) e, in determinati ambiti, energia elettrochimica e vegetale. Dimostriamo come possiamo trasformare e utilizzare queste forme di energia. Ovviamente anche altre energie rinnovabili hanno una grande importanza, come l’energia idroelettrica, quella derivante dalle correnti e dalle maree oceaniche, e l’energia derivata dalla biomassa, cioè dagli scarti rinnovabili di origine vegetale.

Conducendo esperimenti e costruendo modelli funzionanti sviluppiamo un approccio all’applicazione di nuove tecnologie energetiche. I ricercatori e i tecnici collaudano nuove idee e ritrovati su scala ridotta prima che tali prototipi possano essere resi operativi in scala 1:1. Probabilmente questo kit vi incoraggerà a costruire qualcosa in scala più grande, dopo aver imparato dai modelli più piccoli. Forse un forno solare per tutta la famiglia? Uno skateboard a vela? Una stazione eolica che possa illuminare il vostro giardino?

Speriamo che nel costruire la vostra Casa dell’Energia e nel fare questi esperimenti aumenterete il vostro discernimento e forse sarete ispirati ad andare oltre quello che vi viene offerto da questo kit. Nel corso di questo processo, vi auguriamo di divertirvi un mondo, imparando!

Perché un Modello?

Noi facciamo modelli di cose così che noi possiamo comprenderli meglio coi nostri occhi, mani o nelle nostre menti. Una cosa può essere troppo grande nel mondo reale per essere osservato convenientemente da lati di ali. Comunque, un suo modello può aiutarci a capirlo. Per esempio, un globo è un modello conveniente della Terra. In gli altri casi, un oggetto può essere troppo piccolo per essere visto, come un atomo, ma noi possiamo fare comunque, un modello dell'atomo usando anelli e sfere.

Si usa fare un modello anche per un oggetto non esiste ancora: per esempio, un architetto fa un modello di una casa così che il proprietario può comprenderlo nello spazio prima che sia costruito. In questo modo salva tempo, soldi e risorse. Anche un modello in una sfilata di moda appartiene a questo gruppo: lui o lei prentano un vestito molto meglio di una gruccia. Con l'aiuto di un modello, noi possiamo vedere gli aspetti più importanti di un oggetto di fronte a noi, coi nostri occhi. Un modello può essere osservato sui lati e può essere cambiato rapidamente.

Gli scienziati pianificano il lavoro avvalendosi di modelli creati con il computer. Questi modelli non possono essere tenuti in mano, ma possono essere osservati  sullo schermo in formato tridimensionale. Con un clic del mouse, un motore di automobile può essere avviato, si può osservare la combustione nei cilindri e possibilmente l’efficienza può essere migliorata.

La maggior parte di modelli semplificano l'oggetto perché solamente un certo aspetto ha bisogno di essere osservato. Il nostro modello di casa, per esempio è una versione di miniatura di una casa che non esiste ma potrebbe esistere in principio. Con questo modello, noi vogliamo solamente studiare quello che c'interessa ovvero il riscaldamento, l’energia solare, la generazione di acqua fresca e la coltura di piante in serra.

Le pareti di casa ed il tetto sono fatti di legno, anche se una casa reale non sarebbe fatta di questo materiale. Ma possiede una caratteristica che pareti reali e tetti devono avere: conduce male il calore e così isola bene. Questo è un aspetto importante per un modello  di edificio: i materiali scelti per un modello devono comportarsi in maniera sufficientemente vicina ai materiali usati nella casa reale, anche se la scala è diversa. Qualche volta, occorre provare diversi materiali fino a quando si costruiscono modelli accurati.

RISCALDIAMO CON IL SOLE

Il calore è necessario per una vita comoda. Ma come si ottiene il calore in modo naturale? Un sistema è quello di catturare il calore del Sole. Lasciamo semplicemente che risplenda all’interno della casa e ne conserviamo il calore. Cioè costruiamo un paio di congegni per intrappolare il sole, e ci mettiamo intorno delle pareti per mantenere il calore all’interno della casa. In questo capitolo impareremo a conoscere la fonte di calore chiamata Sole. Esploreremo il “calore solare passivo” e l’ “effetto serra”. Ma prima costruiremo un modello di casa solare, perché questa sarà il pezzo forte della nostra casa dell’energia.

Per cominciare, dovete assicurarvi che porte e finestre siano coperte, compreso il foro circolare della camera climatica, e che i pannelli del tetto siano piazzati saldamente e ben supportati dalle pareti. Assicuratevi che la casa non si trovi ancora nella luce diretta del sole o della lampada.

Posizionate le celle solari senza fissarle nei loro tre spazi sul tetto. Per isolare completamente la vostra casa potete tappare tutti i forellini con la plastilina o potete coprirli con il nastro adesivo – assicuratevi soltanto di poterli togliere in seguito. Ora misurate la temperatura nella casa prima che il “Sole” la colpisca. Per farlo inserite il termometro nel foro di misurazione sul tetto e tra le due finestre, come mostrato più sotto. Leggete il termometro dopo circa due minuti. Annotatelo in una tabella.

LA CASA ALLA LUCE DELLA LAMPADA

Per il primo esperimento di riscaldamento mettete la casa sotto una lampada da lettura, con porta e finestre montate. La lampadina incandescente dovrebbe stare a circa una spanna (10 cm) sopra il tetto della casa dal lato della serra. La lampada dovrebbe essere dotata di lampadina da 60 Watt. Lasciate che la lampadina irradi il suo calore per mezz’ora poi leggete la temperatura della casa.

Per farlo spingete il termometro all’interno della casa come avete fatto prima. Registrate questa nuova lettura. Di quanti gradi è aumentata la temperatura? Annotatelo in una tabella.

PRODURRE ACQUA CALDA

La nostra casa dell’energia è dotata, di un collettore solare. Questo è visibile sollevando il tetto della casa. Riempiamo questo collettore con dell’acqua di rubinetto. Misuriamone la temperatura ed annotiamola in una tabella. Successivamente poniamo in corrispondenza del collettore una lampada ad incandescenza. Dopo alcuni minuti (almeno 10) misuriamo nuovamente la temperatura all’interno del collettore solare. Noteremo un evidente riscaldamento.

PRODURRE ENERGIA ELETTRICA

La nostra casa dell’energia è dotata, di una serie di pannelli solare che permettono di trasformare direttamente l’energia proveniente dal sole in energia elettrica utilizzabile per far girare un piccolo motorino elettrico. Per eseguire l’esperimento colleghiamo i pannelli solari attraverso gli opportuni contatti elettrici con il nostro motorino. Poniamo in corrispondenza del gruppo di pannelli fotovoltaici una lampada ad incandescenza. Dopo alcuni secondi noteremo che il motorino si mette in movimento indicando, cosi, la produzione di energia elettrica con i nostri pannelli.