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martedì 18 agosto 2015

195. Consumo del suolo

Ogni volta che, dopo una forte pioggia, si hanno allagamenti e esondazioni, i telegiornali forniscono informazioni di questo tipo:
negli ultimi anni il consumo di suolo in Italia è cresciuto a una media di 8 metri quadrati al secondo.”
La serie storica dimostra che si tratta di un processo che dagli anni cinquanta non conosce battute d’arresto; negli anni novanta la crescita era addirittura di 10 metri quadrati al secondo. La percentuale di suolo utilizzato è passata dal 2,7% del 1956 al 6,8% del 2010, con un incremento di 4 punti percentuali. In altre parole, sono stati consumati, in media, più di 7 metri quadrati al secondo per oltre 50 anni.

 
In termini assoluti, l’Italia è passata da poco più di 8.000 km2 di consumo di suolo del 1956 a oltre 20.500 km2 nel 2010.

Un aumento che non si può spiegare solo con la crescita demografica: se nel 1956 erano consumati 170 m2 per ogni italiano, nel 2010 il valore è raddoppiato, passando a più di 340 m2.

L’Italia ha una superficie di 301.328 km2. Il 23,2% è pianura, il 35,2% è collina e il 41,6% montagna. Per cui la superficie “consumabile” si riduce a poco più del 50%.
 


Un consumo di 8 metri quadrati al secondo corrisponde a 2 campi da tennis al minuto o 252 km2 all’anno. Questo significa che ogni 5 mesi viene cementificata una superficie pari a quella del comune di Napoli e ogni anno una pari alla somma di quella di Milano e Firenze.
 

Wikipedia alla voce “Coste italiane” riporta:
“lo sviluppo costiero della penisola italiana e delle sue isole si aggira sui 7.458 km.”
Le isole contribuiscono con una buona percentuale.

Questo valore è almeno il 50% maggiore della distanza che si deve percorrere per andare da New York a Los Angeles o da Mosca a Lisbona, ma se paragonato a strade ed autostrade si possono fare interessanti considerazioni.
 
Lo sviluppo costiero è all’incirca uguale alla lunghezza della rete autostradale. Mentre è poco più di un centesimo della totalità delle strade.
Il Comune di Roma è molto esteso (quanto nove grandi città). Infatti, con i suoi 1.286 km2 amministra un territorio grande come quello di Milano, Torino, Genova, Bologna, Firenze, Napoli, Bari, Catania e Palermo messi insieme. L’insieme delle sue strade ha una lunghezza di circa 5.500 chilometri. Decisamente senza confronto rispetto ad altre città italiane (Bari 550 Km, Bologna 770 Km, Catania 600 Km, Firenze 750 Km, Genova 1.400 Km, Milano 1.500 Km, Napoli 1.090 Km, Torino 1.300 Km).





Il fatto che la totalità delle strade di Roma sia dello stesso ordine di grandezza dello sviluppo costiero italiano ha dell’incredibile e può in parte aiutare a capire come sia difficile prendersi cura del servizio della loro manutenzione.

Per concludere, vorrei citare un esempio abbastanza familiare.

L’isola di Manhattan (87 km2) è una piccola parte dell’intera New York (784 km2).
Le strade sono disposte a matrice: le Street orizzontali e le Avenue verticali.
Due Street e due Avenue definiscono un isolato (blocco).
In Manhattan ci sono 6.718 blocchi; un blocco standard è circa 264 x 900 piedi (80 m × 274 m), ma molti di questi hanno dimensioni inferiori.
 
 
 
 
Il numero di chilometri lineare delle strade è 814 km. Per l’intera New York si ha ancora un valore totale di chilometri paragonabile alla lunghezza delle coste italiane.
 
 
 
 
Tornando all’incipit di questo post, quello che non riesco a spiegarmi è il fatto che malgrado in Italia ci siano circa 58 milioni di abitazioni, praticamente una per ogni abitante, compresi i bambini ed inoltre da almeno un decennio sia in corso una forte deindustrializzazione, il consumo di suolo rimane praticamente costante. Forse, come suggerito da Renzo Piano, imporre il recupero delle aree dismesse (costruire sul costruito) è ormai diventato una necessità.
 
 
 
 
 

domenica 22 febbraio 2015

179. Anno Luce (Blu)

L'Assemblea Generale delle Nazioni Unite ha proclamato il 2015
Anno Internazionale della luce e delle tecnologie basate sulla luce.

Quest’anno si celebrano 2 importanti anniversari:

1815, Concetto di luce come onda proposto da Fresnel
1865, Teoria elettromagnetica della propagazione della luce proposta da Maxwell


Anche il Nobel per la Fisica 2014 ha voluto premiare una tecnologia basata sulla luce:

è stato assegnato a Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura per la loro invenzione dei LED (diodo a emissione luminosa) a luce blu.




 
 
I LED a luce blu sono la base delle moderne lampadine a basso impatto ambientale (risparmio energetico) e di una vasta gamma di altre applicazioni.

Realizzati nella loro forma concreta 20 anni fa, i LED blu sono l’anello mancante (inseguito per oltre 30 anni) che ha reso possibile le lampade LED a luce bianca.
 

La prima luce allo stato solido è stata prodotta nel 1907 da Henry J. Round; diversi studi sono stati fatti negli anni ’20 e ’30 in Unione Sovietica, ma la mancanza di una comprensione teorica del fenomeno ha limitato la scoperta ad una curiosità di laboratorio.

Filamenti riscaldati o gas ionizzati producono luce come prodotto “secondario”, mentre un LED produce luce “primaria” fornendo una vera luce "fredda".

Un LED è composto da strati di materiale semiconduttore e, nella sua forma più semplice, è costituito da uno strato drogato N, che ha un eccesso di elettroni, ed uno strato drogato P che manca di elettroni (o che ha un eccesso di lacune positive).
Quando una corrente passa attraverso il dispositivo, elettroni e lacune si combinano nello strato attivo intermedio e generano luce.





 


La lunghezza d'onda della luce (e quindi il suo colore) è funzione dei materiali utilizzati.

 
I LED rossi sono stati inventati nel 1950 e ben presto trovarono applicazioni come spie e come display in calcolatrici e orologi digitali.
Entro la fine del 1960, sono stati inventati LED infrarossi e verdi.

Tuttavia il LED blu necessario per creare luce bianca si rivelò molto più difficile da produrre.

Il LED blu è necessario per ottenere luce bianca:

-        per combinazione con LED rossi e verdi,

-        utilizzando fosforo che crea luce gialla.
 
 

 

Questo ha richiesto una lunga serie di innovazioni in fisica dei materiali.

Akasaki, Amano, e Nakamura, hanno lavorato per anni al problema, spesso costruendo le attrezzature necessarie. La soluzione era il nitruro di gallio (GaN).
 

Le lampade a LED emettono luce fino a 300 lumen per watt (lm/W), molto più efficienti rispetto ai 16 lm/W delle lampadine a incandescenza tradizionali e ai 70 lm/W delle lampade fluorescenti.

 





Oltre che per l’illuminazione domestica e commerciale, sono utilizzati per i fari delle automobili, le luci dei lampioni, le luci delle luminarie, i flash per fotocamere e le torce tascabili.
Inoltre, questa tecnologia ha permesso lo sviluppo dei più moderni televisori, dei laser LED per lettori Blu-ray e di stampanti laser più efficienti.

I LED blu hanno un notevole impatto positivo sull'ambiente. Non utilizzano mercurio (come in molte lampade per l’illuminazione stradale) e visto che una notevole frazione della produzione di energia mondiale viene utilizzata per l'illuminazione, la luce fredda del LED ha un grande potenziale per ridurre la domanda di energia. Infine i LED durano fino a 100.000 ore invece delle 1.000 ore per le lampade a incandescenza e delle 10.000 ore per le lampade fluorescenti.
 

I link seguenti riguardano le Letture di Akasaki, Amano e Nakamura effettuate alla consegna dei Nobel (8 Dicembre 2014, Aula Magna, Università di Stoccolma).
 






martedì 30 dicembre 2014

171. Una Miriade di comuni - Illuminazione pubblica e strade

<< Il termine "Miriade" oggi si riferisce a una quantità incalcolabile dalla mente umana. Nel sistema numerico greco la parola "Miriade" equivaleva a 10.000 unità.>>

  Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

 
L'Italia ha 8.057 comuni (al 22 febbraio 2014). Di questi 150 superano i 50.000 abitanti e circa 500 superano i 15.000 abitanti (dati ISTAT del 2007).
 




 
 
I consumi elettrici nazionali, per vari motivi, calano di anno in anno, come emerge dai dati pubblicati nel resoconto di Terna:



 
Ogni italiano consuma (mediamente) più di mezzo chilowatt per ogni ora dell’anno (giorno e notte).

Anche i consumi elettrici nazionali per l'illuminazione pubblica calano, ma restano comunque molto alti: circa il doppio della media dell'Unione europea.

L'anno scorso, l'Italia ha impiegato 5.977 milioni di chilowattora per l'illuminazione stradale, facendo registrare un calo del 4,5% rispetto al 2012, quando i consumi avevano toccato quota 6.261 milioni di kWh.
 

 
Nonostante la flessione, però, il consumo pro capite dell'Italia rimane comunque molto alto: circa 100 chilowattora, più del doppio della Germania (42 kWh), e praticamente due volte la media europea.

Sino a qualche anno fa, in Italia le sorgenti più impiegate per illuminare le strade erano lampade di almeno 150 Watt, ora si stanno gradualmente sostituendo con lampade a basso consumo.

Nel 2011 i punti luce installati a Torino erano 96.000; a Milano 138.364 e a Roma 181.991.

Come ordine di grandezza possiamo stimare che ci sia 1 sorgente di illuminazione stradale per ogni 10 abitanti, posizionate ad una distanza di 25/35 metri.
Un’altra stima interessante è che (in media) la lunghezza totale delle strade di un comune è di circa 3 metri per abitante. Ad esempio, un comune di 20.000 abitanti ha circa 60 km di strade asfaltate.

Possiamo concludere che in Italia ci sono all’incirca 6 milioni di lampioni e 180.000 km di strade comunali.

Considerando anche autostrade (7.000 km circa) e altre strade (statali, ecc.) si superano i 10 metri per abitante.
 

Quando si considerano alcuni dati con valori particolarmente grandi come quelli visti sopra o come il debito pubblico di una nazione, è molto più efficace utilizzare la quantità pro capite.

Il Debito Pubblico dell’Italia attuale (ottobre 2014) è 2.157 miliardi di euro e ,in effetti, non è facile rendersi conto dell’ammontare di tale cifra.

Se invece si considera il valore pro capite ciò è molto più immediato:

ogni abitante di questo paese ha un debito di 36.000 euro.
 

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=9383

http://www.kalidoxa.com/allegati/OrdiniGrandezza.pdf

 

venerdì 27 giugno 2014

153. Acqua ed Aria

Quando capita di fare una traversata con un traghetto, ci rendiamo conto della quantità di acqua presente nel mare. Circa il 70,8% della superficie terrestre è coperta da acqua.
 
I dati fisici della Terra sono:
 
Diametro equatoriale          12 756,27 km
Diametro polare                  12 713,50 km
Superficie                             5,1 × 108 km²
Volume                            1,083 × 1012 km³
Massa                              5,974 × 1024 kg
 
La superficie dei vari oceani è circa:       3,6 × 108 km²
 


La Fossa delle Marianne è la più profonda depressione oceanica conosciuta al mondo. È localizzata a nord-ovest dell'Oceano Pacifico, ad est delle isole Marianne, a 11° 21' nord di latitudine, e 142° 12' est di longitudine, tra Giappone, Filippine e Nuova Guinea.
Il punto più profondo si trova a circa 11 km sotto il livello del mare.
 
La profondità media è invece stimata essere nell’intorno di 4 km.
 
E’ quindi semplice ricavare che il volume dell’acqua è di 1,4 x 109 km3 circa, che corrisponde ad una sfera con un diametro di 1390 km (poco meno della distanza tra Roma e Londra).
 
 
Un calcolo analogo può essere eseguito per l’atmosfera terrestre; in questo caso la stima del diametro della sfera risulta 1999 km.
 
 
 
 
 
E’ infine interessante vedere come la piccola frazione di acqua potabile (qualche millesimo) sia utilizzata per produrre cibo:
 

sabato 1 marzo 2014

140. The Koreas at Night

Orbitando sopra l’Asia orientale, gli astronauti a bordo dell’International Space Station (ISS), hanno ripreso questa immagine notturna della penisola coreana.
 


Di seguito si può leggere il testo originale riportato nel sito della NASA:


Nella Corea del Sud, l’area di Seoul (con 25,6 milioni di abitanti) appare molto luminosa.
La Corea del Nord è invece quasi completamente al buio. Di solito nelle foto notturne le coste sono ben illuminate e sono facile da individuare, mentre in questo caso sono praticamente indistinguibili e la mancanza di luci in Corea del Nord fa sembrare che tra Cina e Corea del Sud ci sia solo il mare.
Questa differenza è resa evidente anche dal confronto del consumo elettrico annuo pro capite dei due paesi:

        Corea del Sud         10.162 chilowattora
        Corea del Nord            739 chilowattora

In Italia il consumo è:        5.393 chilowattora.



Tenendo conto che in anno ci sono circa 8.766 ore, ogni sudcoreano consuma mediamente più di 1 chilowattora per ogni ora dell’anno.

Flying over East Asia, astronauts on the International Space Station (ISS) took this night image of the Korean Peninsula. Unlike daylight images, city lights at night illustrate dramatically the relative economic importance of cities, as gauged by relative size. In this north-looking view, it is immediately obvious that greater Seoul is a major city and that the port of Gunsan is minor by comparison. There are 25.6 million people in the Seoul metropolitan area—more than half of South Korea’s citizens—while Gunsan’s population is 280,000.

North Korea is almost completely dark compared to neighboring South Korea and China. The darkened land appears as if it were a patch of water joining the Yellow Sea to the Sea of Japan. Its capital city, Pyongyang, appears like a small island, despite a population of 3.26 million (as of 2008). The light emission from Pyongyang is equivalent to the smaller towns in South Korea.

Coastlines are often very apparent in night imagery, as shown by South Korea’s eastern shoreline. But the coast of North Korea is difficult to detect. These differences are illustrated in per capita power consumption in the two countries, with South Korea at 10,162 kilowatt hours and North Korea at 739 kilowatt hours.

 

domenica 4 settembre 2011

77. Petrolio

Nel magazine Oggi Scienza dedicato alla ricerca scientifica italiana e internazionale: http://oggiscienza.wordpress.com/2011/08/30/quanta-energia-consumiamo/
Laura Pulici ha riportato i valori di energia consumati nel 2010, pubblicati a fine giugno nell’ultimo rapporto della BPStatistical Review of World Energy. Risulta che abbiamo consumato una quantità di energia pari a più di 12 miliardi di tonnellate di petrolio equivalente, facendo registrare un aumento del 5,6% rispetto all’anno precedente. Si tratta del più alto incremento dal 1973, l’anno della grande crisi energetica.

I consumi di petrolio nel 2010 sono stati di 4 miliardi di tonnellate o, in modo equivalente, circa 30 miliardi di barili, cioè (tenendo conto che un barile equivale a 42 galloni o 159 litri) 4700 miliardi di litri.
In media vengono consumati 5 barili per persona ogni anno, anche se in realtà per alcuni stati questo valore supera i 20 barili annui per persona.





Armaroli N. e Balzani V., "Energia per l’astronave Terra", Zanichelli, pag. 90, riportano:
“… si puo’ notare che Gli Stati Uniti, pur essendo il terzo Paese produttore di petrolio ed il secondo di gas naturale e carbone, a causa dei loro enormi consumi energetici sono costretti ad importare il 65% del petrolio ed il 16% del gas naturale che usano. Gli Stati Uniti con meno del 5% della popolazione mondiale, consumano oltre un quinto dell’energia primaria mondiale. In Cina, Brasile e (ancor piu’) in India il consumo energetico per abitante e’ ancora molto lontano da quelli occidentali; in Italia e’ moderato, nonostante i diffusi sprechi. Il valore del consumo a persona piu’ elevato si registra in Canada, dove lo stile di vita energivoro nordamericano si accompagna ad un clima particolarmente rigido.”

E’ sempre più determinante il ruolo della Cina, che ha superato gli Stati Uniti, diventando non solo il più grande consumatore di energia al mondo, ma anche il Paese che emette il maggior quantitativo di gas serra.  Oggi il consumo energetico cinese rappresenta il 20,3% di quello mondiale e le emissioni di CO2 hanno superato gli 8,8 milioni di tonnellate, più di un quarto di quelle globali.


Weinstein L. e Adam J.A., "Più o meno quanto", Zanichelli, pag. 183, stimano che bruciando 1 litro di benzina si libera una quantità di energia chimica di 3 x 107 J.
Come curiosità: 1 kg di tritolo (TNT) contiene soltanto 4 x 106 J (10% della benzina). Il tritolo però può liberare l’energia in modo molto più veloce. 

Si può anche stimare che per avere 3 x 107 J sotto forma di energia solare, nell'arco di una giornata mediamente soleggiata, si dovrebbe utilizzare un pannello solare di 10 m2 circa.
Con la stessa energia un automobile percorrerebbe 10 km, un treno 40 km (in questo caso si intende 3 x 107 J per passeggero) e una bicicletta 500 km.

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