Il fatto che le riserve dei combustibili fossili si stiano esaurendo e che il petrolio in particolare si trovi in aree circoscritte e politicamente instabili ha portato a incrementare negli ultimi decenni la ricerca, lo sviluppo e il recupero di fonti alternative. La caratteristica che accomuna alcune di queste fonti alternative è che esse sono potenzialmente inesauribili e quindi sono chiamate fonti di energia rinnovabili (figura ►25).

Secondo la normativa di riferimento italiana (D.L. 16 marzo 1999/n. 79, art. 2 comma 15), vengono considerate fonti rinnovabili:

[…] il sole, il vento, le risorse idriche, le risorse geotermiche, le maree, il moto ondoso e la trasformazione in energia elettrica dei prodotti vegetali o dei rifiuti organici e inorganici.

Inoltre, un’importante caratteristica delle fonti rinnovabili è che esse presentano un ridotto impatto ambientale per quanto riguarda il rilascio di inquinanti nell’ambiente. Le fonti energetiche rinnovabili sono quindi fonti di energia che possono permettere all’umanità uno sviluppo sostenibile, che non danneggi in modo irreparabile la natura e l’ecosistema.

Come sappiamo, l’energia idroelettrica viene generata dal movimento dell’acqua che scende a valle da un bacino posto in alto (figura ►26). Sempre per produrre energia idroelettrica possono essere utilizzati anche i movimenti delle acque del mare, come i movimenti delle onde, delle maree e delle correnti oceaniche. 

Per energia solare si intende l’energia irraggiata dal Sole verso la Terra. La quantità di energia radiante che arriva sul suolo terrestre è enorme, tanto che da sola equivale a circa 15000 volte il consumo energetico mondiale.

Purtroppo, gran parte di essa attualmente non viene sfruttata, anche perché è molto difficile convertirla in modo continuativo ed efficiente in altre forme di energia, soprattutto in quella elettrica. Oltre che dai vegetali, l’energia solare viene sfruttata dall’uomo attraverso i pannelli solari (dispositivi in grado di trasformare l’energia radiante direttamente in energia termica che scalda l’acqua a temperature sufficientemente alte per l’uso civile) e attraverso i pannelli fotovoltaici (dispositivi in grado di convertire l’energia solare direttamente in energia elettrica mediante l’effetto fotoelettrico).

In genere con i pannelli fotovoltaici si ottengono piccole quantità di energia elettrica, di bassa potenza, utili soprattutto per fornire elettricità nelle zone isolate.

Per costruire una vera e propria centrale elettrica basata sulle radiazioni solari è necessario raccogliere energia da aree molto vaste (figura ►27). 

L’energia eolica è l’energia posseduta dal vento e si può sfruttare attraverso impianti a pale. Il mulino eolico o aerogeneratore converte direttamente, tramite l’alternatore, l’energia cinetica del vento in energia elettrica. Molti mulini collocati a distanza ravvicinata possono determinare un certo impatto ambientale: in questo caso i danni possono riguardare la rumorosità del movimento delle pale oppure possono essere di natura estetica per l’alterazione del paesaggio (figura ►28).

L’energia geotermica è l’energia generata da fonti geologiche di calore dovute al fatto che in particolari zone la temperatura del sottosuolo è più alta della media. Il vapore naturale proveniente dal sottosuolo può essere utilizzato nelle centrali geotermiche, tramite la turbina e l’alternatore, per la produzione di energia elettrica oppure direttamente per il riscaldamento civile o industriale.

Un interessante campo di fonti rinnovabili è costituito dai combustibili alternativi a quelli di origine fossile.

I biocombustibili sfruttano l’energia chimica di composti ottenibili da materiali vegetali, che sono rinnovabili in tempi rapidi. Essendo di origine vegetale, i biocombustibili quando bruciano immettono nell’atmosfera una quantità di anidride carbonica uguale a quella assimilata dalle piante durante la fotosintesi clorofilliana, quindi non contribuiscono ad aumentare l’effetto serra. Sono privi di zolfo e inoltre, contenendo ossigeno nelle loro molecole, garantiscono una ossidazione completa degli atomi di carbonio e quindi consentono una significativa riduzione delle emissioni di CO e di incombusti. Inoltre sono totalmente biodegradabili.

Il biodiesel è un carburante simile al gasolio ed è ottenuto, attraverso un processo chimico, da fonti rinnovabili quali oli vegetali vergini (per esempio, oli di colza e di soia), oli vegetali di scarto e grassi animali.

Il bioetanolo è un combustibile che viene ottenuto mediante un processo di fermentazione di materiali rinnovabili come i prodotti agricoli ricchi di glucidi (cereali, colture zuccherine, amidacei, vinacce), i residui di coltivazioni agricole e forestali, i residui di lavorazioni delle industrie agrarie e agroalimentari, i rifiuti urbani.

Occorre però ricordare gli inevitabili inconvenienti legati ai costi energetici della produzione dei biocombustibili: soprattutto occorre considerare che queste produzioni richiedono l’utilizzo di aree vastissime, aree sottratte alla coltivazione di prodotti agricoli destinati all’alimentazione umana. Inoltre permangono i problemi che derivano dalla loro combustione: emissione di polveri sottili e produzione di ossidi di azoto.

Anche i rifiuti solidi urbani possono essere utilizzati come combustibili. Pur in una situazione ideale in cui si produca una minore quantità di rifiuti e in cui si recuperi attraverso il riciclo la maggior parte dei materiali separati nella raccolta differenziata, è sempre necessario smaltire la parte di rifiuti urbani rimanente. Per questo motivo i rifiuti solidi urbani si possono considerare fonti rinnovabili e l’energia chimica in essi contenuta può essere recuperata attraverso la combustione nei cosiddetti inceneritori. Questi impianti, detti anche termovalorizzatori, producono vapore per il riscaldamento o per ottenere energia elettrica.

Naturalmente anche questi impianti presentano inconvenienti per l’ambiente e per la salute degli esseri umani. Occorre ricordare infatti che i rifiuti, anche se inceneriti, producono, in base alla legge di Lavoisier, una uguale massa di prodotti: i fumi costituiti da sostanze gassose e polveri fini (circa il 4% della massa dei rifiuti), che devono essere trattati per ridurre l’immissione di sostanze inquinanti nell’atmosfera, e le ceneri (circa il 30% della massa dei rifiuti), che devono essere in qualche modo stoccate o utilizzate.

Tra i combustibili alternativi può essere inserito anche l’idrogeno, una sostanza che bruciando non produce inquinanti e quindi potrebbe sostituire gli attuali combustibili di origine fossile utilizzati nei motori dei veicoli.

Si stanno già realizzando prototipi di auto elettriche che utilizzano l’energia elettrica prodotta da una pila a combustibile in cui viene fatto affluire proprio l’idrogeno (figura ►29). 

Si deve ricordare però che l’idrogeno non si trova in natura, per cui è necessario ricavarlo da altre sostanze (per esempio, acqua o metano) con notevole dispendio di energia.

L’energia nucleare prodotta attraverso le reazioni di fusione è la sfida del terzo millennio. È una via pulita per ottenere energia, senza rischio di esplosioni devastanti o di irraggiamento da scorie radioattive. È ancora in fase sperimentale e persegue l’obiettivo di riprodurre il medesimo processo che avviene sulle stelle e sul Sole.

Nelle reazioni di fusione i nuclei di atomi con basso numero atomico, come l’idrogeno, si uniscono per dare origine ad atomi con nuclei più pesanti; la massa di questi ultimi è minore della somma delle masse di quelli originari e a questa differenza di massa corrisponde una grande quantità di energia che viene emessa sotto forma di raggi γ ad alta frequenza e perciò pericolosi.

Per fare avvenire la fusione occorre però superare la forza repulsiva tra i nuclei, che hanno carica positiva; occorre pertanto operare a temperature elevatissime (dell’ordine di milioni di gradi Celsius) affinché alcuni nuclei acquistino energia cinetica sufficiente per innescare la reazione di fusione. A causa di queste difficoltà, a tutt’oggi non si è ancora riusciti a far avvenire la fusione in modo controllato e affidabile (quello incontrollato esiste già: la bomba atomica termonucleare).

In attesa che le nuove tecnologie di sfruttamento delle fonti di energia rinnovabile si sviluppino, è indispensabile limitare i consumi di energia sia modificando in parte le nostre abitudini di vita sia costruendo macchine (per esempio elettrodomestici e automobili) e anche abitazioni che comportino un minor consumo di energia.

Possiamo ben dire che il risparmio energetico è una considerevole fonte di energia rinnovabile «virtuale», ed è anche la più immediata e accessibile a tutti.

Il risparmio può essere ottenuto sia modificando i processi di produzione dei beni di consumo, in modo che ci siano meno sprechi, sia utilizzando tecnologie in grado di convertire l’energia da una forma all’altra in modo più efficiente.

Già da adesso, grazie a nuove modalità costruttive, vengono introdotte classificazioni di prodotti basate sul criterio dell’efficienza energetica: per esempio negli elettrodomestici, nelle lampadine e persino negli edifici.

Il consumo energetico di una abitazione può essere valutato e in questo senso è previsto che le nuove abitazioni abbiano l’attestato di certificazione energetica, cioè il documento che descrive nel dettaglio i consumi dell’immobile. Il risparmio può essere ottenuto usando specifici materiali e particolari criteri costruttivi: per esempio, la giusta esposizione solare, l’isolamento termico e la ventilazione consentono un risparmio energetico del 20-25%.