BILANCIO ENERGETICO E TERMICO DEL SISTEMA TERRA-SOLE, L’INCIDENZA DELLE ATTIVITÀ ANTROPICHE E LE PROSPETTIVE FUTURE DI OTTIMIZZAZIONE ENERGETICA

The twenty-first century constitutes an emblematic historical period for the management of the global energy question. The depletion of nonrenewable sources, in addition to the cross-cutting damage they have caused over time and continue to cause to our planet, has now brought to everyone's attention the urgency of impactful and decisive action. This thesis will consider the energy and heat balance of the Sun-Earth system, which can be defined as the balance between the energy absorbed by the Sun and that which the Earth radiates into space. It will be observed how in steady state the incoming energy is balanced by an equal outflow of heat to space. Under this condition, global temperatures would remain stable overall. However, in the above system of equilibria, the dynamics of which will be examined, the impact of anthropogenic activities, a factor causing imbalances of objective significance and phenomena such as "global warming," must be considered. Starting from the analysis of the Fifth Assessment Report IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change, a body operating under the auspices of the United Nations) the phenomenon of climate change will be described. In the same report, experts used several scenarios called "Representative Concentration Pathways," or RCPs, to make predictions about the energy future. Five of them will be analyzed and described, distinguished by humanity's efforts to limit climate change. These range from the most optimistic scenario characterized by strong mitigation and low emissions, to the most pessimistic scenario with no mitigation and high emissions. Next, the greenhouse effect and the environmental indicator of carbon footprint, as a measure of Greenhouse Gases (GHG) emissions caused directly or indirectly by a product, service, organization, event, or individual, will be examined. To make the analysis complete, energy sources, particularly fossil and renewable energy sources with their types of use, strengths and weaknesses, will be examined next. The substantial differences between the concept of energy efficiency and energy optimization will be explored, and then the latest methods of rational energy use will be screened. Ultimately, nuclear fusion energy will be discussed as a safe, environmentally friendly and virtually inexhaustible source of energy.

Il ventunesimo secolo costituisce un periodo storico emblematico per la gestione della questione energetica globale. L'esaurimento delle fonti non rinnovabili, oltre ai danni trasversali che queste hanno provocato nel corso del tempo e che continuano a provocare al nostro pianeta, ha ormai posto all’attenzione di chiunque l’urgenza di interventi impattanti e decisivi. In questa tesi sarà preso in oggetto il bilancio energetico e termico del sistema Sole-Terra, definibile come l’equilibrio tra l’energia assorbita dal Sole e quella che la Terra irradia nello spazio. Si osserverà come in regime stazionario l’energia in entrata è bilanciata da un uguale flusso di calore in uscita verso lo spazio. In questa condizione, le temperature globali si manterrebbero complessivamente stabili. Tuttavia, nel sopracitato sistema di equilibri, di cui ne saranno vagliate le dinamiche di funzionamento, deve esser considerata l’incidenza delle attività antropiche, fattore causa di squilibri di oggettiva rilevanza e di fenomeni come il “riscaldamento globale”. Partendo dall’analisi del Quinto Rapporto di Valutazione IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change, organismo che opera sotto l’egida delle Nazioni Unite) verrà descritto il fenomeno del cambiamento climatico. Nel medesimo rapporto, gli esperti hanno utilizzato diversi scenari chiamati "Percorsi Rappresentativi di Concentrazione" o RCP, per fare previsioni sul futuro energetico. Ne saranno analizzati e descritti cinque, distinti in base agli sforzi che l'umanità farà per limitare il cambiamento climatico. Questi ultimi spaziano dallo scenario più ottimistico caratterizzato da una forte mitigazione e basse emissioni, allo scenario più pessimistico con nessuna mitigazione e alte emissioni. Saranno successivamente presi in esame l’effetto serra e l’indicatore ambientale della carbon footprint, quale misura delle emissioni di gas a effetto serra (Greenhouse Gases – GHG) causate direttamente o indirettamente da un prodotto, un servizio, un'organizzazione, un evento o un individuo. Per rendere completa l’analisi saranno successivamente esaminate le fonti energetiche, in particolare le fonti energetiche fossili e rinnovabili con relative tipologie di impiego, punti di forza e debolezza. Si approfondiranno le sostanziali differenze tra il concetto di efficientamento energetico e ottimizzazione energetica, per poi vagliare le più recenti metodologie di impiego razionale dell’energia. In ultima analisi si parlerà di energia da fusione nucleare quale fonte di energia sicura, rispettosa dell’ambiente e praticamente inesauribile.