L'angolo della Scienza/12 - Energia pulita? (a cura di Charlie Brown)

Riparte la rubrica scientifica di Charly Brown, in una collocazione settimanale che eccezionalmente ha abbandonato il sabato, dedicato questa settimana alla rievocazione dell’alluvione di Firenze del 1966. Riparte su temi forse meno affascinanti, ma certamente più utilitaristici rispetto alla Fisica Teorica. Dalla settimana corrente, la rubrica ritrova la sua abituale collocazione al sabato. Buon lavoro a Charly e buona lettura a tutti.

 

Risorse naturali. 1. Energia.

 

Interrompo temporaneamente il trattato dedicato alla Fisica teorica, per introdurre un argomento che, date le circostanze attuali, merita una particolare attenzione. Si è recentemente parlato di un allarme globale in relazione alle risorse naturali del nostro pianeta. Del fatto che l’umanità consumi di più di quanto la natura sia in grado di rinnovare. A questo si aggiungono i problemi connessi con l’esaurimento delle risorse energetiche ed il globale aumento della popolazione mondiale, che per gl’anni 50 del secolo in corso, è prevista intorno ai 9 miliardi di individui. Se a tutto questo sommiamo le problematiche che scaturiscono dall’inquinamento atmosferico, l’effetto serra, dovuto ad un eccesso di emissione di anidride carbonica e a quelli inerenti l’eliminazione di scorie e rifiuti di ogni genere, l’immagine che ci potremmo fare del nostro futuro non può essere che apocalittica.

Ma è proprio così, come dicono? Come in ogni previsione, le posizioni sono discordanti. Ad un allarmismo spesso dettato dal panico, si contrappone la faciloneria di chi crede che i problemi si risolvano da soli. Ciò che manca sostanzialmente, è ancora una certa obiettività, che non sia il frutto di isteriche, limitate previsioni, né quello, più logoro, di chi sottovaluta i problemi, a vantaggio dei propri interessi contingenti.

La serie di articoli che mi accingo a scrivere in esclusiva per “L’angolo della Scienza” hanno come scopo quello di ridimensionare, attraverso una obiettiva analisi, le posizioni estreme, vale a dire, le tesi eccessivamente allarmistiche e ovviamente anche quelle che si affidano a chissà quale Provvidenza. Inoltre, di prendere in considerazione nuove risorse naturali, a cui fino ad oggi non è stata dedicata nessuna attenzione.

Il primo argomento di questa rassegna concerne il problema delle risorse energetiche.

Cominciamo a dare un ordine cronologico alle fasi evolutive dello sfruttamento energetico. Premesso che con questa espressione s’intende l’uso di mezzi diretti a coadiuvare e incrementare l’attività produttiva dell’uomo, possiamo distinguere due periodi differenti:

1. sfruttamento elementare delle risorse naturali.
2.  Sfruttamento tecnologico delle stesse.

 

La prima fase comprende l’uso di forza animale, l’uso di cavalli, muli o di buoi. Questa fase contempla l’avvalersi di animali, attraverso semplici accorgimenti, per incrementare e alleggerire l’attività produttiva e di trasporto di merci e persone. Questo tipo di sfruttamento energetico, si può dire, parte da una lontana preistoria fino alle soglie del diciannovesimo secolo. In tutto questo periodo le risorse sono rimaste adeguate alle esigenze. In una civiltà prevalentemente concentrata nella produzione dei mezzi di sopravvivenza, il rapporto energia/produzione, non ha mai subito squilibri rilevanti.

Successivamente, in concomitanza con la domanda di beni diversi da quelli di primaria necessità, nasce l’industria. Questa fase richiederà tecnologie di produzione più sofisticate. Il bue e l’asinello non bastano più. Comincia una ricerca libera e sponsorizzata dall’industria per trovare tecniche più appropriate allo scopo e con questa ricerca si apre una nuova era energetica: l’era tecnologica.

Questa seconda fase apre una varietà vastissima di possibili soluzioni che vanno dal vapore, all’elettricità, ai motori a scoppio, all’energia nucleare.

L’uso del vapore apre la rassegna, ma si ferma davanti ai suoi limiti di fornire un rapporto soddisfacente tra impiego di combustibile e risultati in misura di “lavoro”. In termini moderni, consuma come un SUV, per produrre il risultato di uno scooter. Senza togliere però, il fatto che l’energia del vapore fu una pietra miliare nel passaggio dallo sfruttamento elementare delle risorse energetiche a quello tecnologico. Col vapore si fecero funzionare i primi impianti industriali e le prime macchine agricole, i primi trasporti ferroviari.

Fu inseguito, l’energia elettrica a sostituire quella del vapore. Questa presenta notevoli vantaggi rispetto al vapore: ha un rendimento maggiore nel rapporto consumo/lavoro ed è inoltre producibile con mezzi diversi da quello della combustione di carburanti naturali. Gli svantaggi invece li troviamo nel fatto che l’energia elettrica non sia, come il vapore, producibile autonomamente nel macchinario che ne deve usufruire. In altri termini, questa è legata al trasporto attraverso cavi elettrici e tralicci di sostegno, che oltre ad essere piuttosto costosi ed ingombranti hanno la malinconica prerogativa di deturpare il paesaggio.

Il fatto che oggi l’elettricità sia nelle società moderne una fonte energetica insostituibile, è un fatto indiscutibile. Se solo facessimo un rapido inventario di tutto ciò che in casa nostra funziona con l’energia elettrica, ci accorgeremmo con sgomento di cosa sarebbe la nostra vita oggi, in assenza di questa.

 

Sotto questo aspetto possiamo senza dubbio concludere che la produzione e la distribuzione dell’energia elettrica stia alle fondamenta di qualunque civiltà industrializzata. Come detto, esistono diversi modi per produrla. Vediamo brevemente quali, a seguito di una semplice premessa: produrre energia elettrica è, in sé, quanto di più tecnologicamente elementare ci sia.

Tutta la questione si risolve nella ricerca del modo più adatto per fare ruotare una dinamo. Come dire: ho una ruota appesa ad un asse e devo trovare il modo migliore e più economico per farla girare. E qui possiamo sbizzarrirci in tutte le direzioni: dalla bicicletta, all’energia nucleare. Con tutte le soluzioni intermedie che, va da sé, sono quelle che prevalentemente vengono usate: gasolio, carbone, gas naturali, rifiuti domestici, forza idrica, forza eolica, energia solare. Di tutte le risorse qui nominate, solo le ultime tre sono praticamente inesauribili, ma assolutamente insufficienti a fornire il fabbisogno di società altamente industrializzate, anche perché il loro uso è strettamente legato a circostanze climatiche, geografiche o latitudinali. Le prime tre, sono adatte a fornire una continuità di produzione, ma sono purtroppo risorse legate ad inesorabile ed irreversibile esaurimento.

Ci resta da valutare l’ultima: i rifiuti domestici. In molti Paesi la combustione di rifiuti è diventata un notevole mezzo per risolvere due problemi: quello dell’eliminazione degli stessi in forma igienica e quello di fornire un coadiuvante ai mezzi tradizionali di produzione elettrica. Ma siamo sempre lì: tutte le fonti di produzione diverse dalle prime tre nominate (gasolio, gas, carbone) sono semplicemente “coadiuvanti” e non saranno mai in grado di sostituire completamente i mezzi tradizionali di produzione, in rapporto al sempre crescente bisogno di energia.

Recentemente si è prospettato l’uso d’idrogeno come combustibile. Solo un breve commento in proposito: per produrre idrogeno dall’acqua, è necessario l’uso di energia elettrica (elettrolisi). Per il processo di produzione d’idrogeno, occorre più energia elettrica, di quanto questo sia in grado di produrne. Gli unici effetti positivi dell’uso d’idrogeno, rispetto ai carburanti a contenuto carbonico, è che non produce inquinamento, né anidride carbonica (CO2)

Ci resta allora solo più la bicicletta e l’energia nucleare? Tralasciamo per esclusione la prima: non so voi, ma io non mi sento di sacrificarmi a pedalare per il resto della mia vita, per il benessere sociale. Ma nemmeno mi sentirei di avvallare l’energia nucleare come sostitutivo o concretamente coadiuvante dei mezzi tradizionali. Perché? Provo a spiegarlo: 

Le problematiche connesse con l'impiego del nucleare (a prescindere da quello delle scorie radioattive, che al limite potrebbe essere risolto) non sono facilmente controllabili. In tutta la gamma delle possibilità di produzione di energia che abbiamo fino ad ora valutato, il fabbisogno e' direttamente proporzionale all'impiego del materiale usato per produrla. Più energia occorre, tanto più materiale dobbiamo impiegare. Nel nucleare il discorso e' inverso. Il problema consiste nel frenare l'eccesso di energia che si sprigiona dalla reazione a catena.

Un meccanismo per quanto perfezionato e accuratamente mantenuto è comunque soggetto ad obsolescenza. Ora per comprendere i rischi del nucleare rispetto a quelli tradizionali, dobbiamo immaginare le seguenti situazioni: a) un macchina in salita, usa la quantità di carburante necessario a percorrerla. Se il motore si guasta, la macchina si ferma. Dopo aver sostituito i pezzi logori, si riprende la marcia. B) Una macchina in discesa usa una forza molto maggiore di quella che necessita per restare in strada. Per controbilanciare l’esuberanza di forza, usiamo i freni. Se i freni si guastano, la macchina non si ferma, anzi procede in accelerazione costante fino a divenire incontrollabile e a fracassarsi nel primo burrone.

Partendo dalla quasi-certezza che un guasto tecnico è sempre possibile, le conseguenze dell’auto in salita sono controllabili e facilmente rimediabili. Per un auto in discesa, che conta solo sui suoi freni, le conseguenze non sono ne’ controllabili, ne’ prevedibili e troppo spesso nemmeno rimediabili.

Ora qualcuno si chiederà: ma allora cosa faremo (noi o i nostri figli) fra 50 anni quando le risorse basilari di produzione d’energia attualmente a disposizione saranno esaurite? Avremo creato nel frattempo una gamma di alternative energetiche sufficienti a permettere ad una popolazione di 9 miliardi individui inseriti in civiltà sempre più tecnologiche ed industrializzate, di sopravvivere autonomamente e di svilupparsi?

A queste domande forse c’è una riposta, che vedremo nelle prossime puntate.