(Energia del pianeta ed energia dell’uomo)
Il fuoco flebile di Prometeo
prof. Marco Rosa-Clot
Dipartimento di Fisica Università di Firenze
La scala planetaria
L’uomo abita da poco tempo il pianeta terra, e come tutti i suoi predecessori (e successori?) ne sfrutta a proprio vantaggio le risorse, in primis quelle energetiche, con una importante differenza: nelle ere precedenti, il fabbisogno di una specie si risolveva in calore e cibo; l’uomo invece costruisce e produce e quindi usa proporzionalmente molta più energia.
Il pianeta però è molto generoso: la terra riceve dal sole 120mila TW (TeraWatt), cioè 1.2 1020 watt di energia radiante (1 TW = 1015 watt), e di suo ne produce 30 attraverso la radioattività della crosta. La domanda di energia dell’uomo, sommando tutti i consumi, non supera i 10 TW, una frazione insignificante, meno di una parte su diecimila.
Uno dei 17 Km2 di saline ad est di Cagliari. La potenza termica a bassa entalpia (90-95 C°) che si ricava da un Km2 è di circa 40 MW in continua!
Il problema sta nel fatto che l’uomo l’energia la vuole concentrata e subito: quando si gira la chiavetta dell’auto si usano da 40 a 100 KiloWatt (KW), una doccia di acqua calda richiede una potenza termica di 20 KW, e moltissime abitudini (per esempio l’utilizzo di carta per cucina usa e getta) implicano un alto costo energetico e sono per noi ormai irrinunciabili.
Il pianeta ci viene incontro: vogliamo energia concentrata? Eccola!!! La fotosintesi clorofilliana trasforma ogni giorno il CO2 contenuto nell’atmosfera in carbonio fissato nel legno e in ossigeno. Le stime sono di 30 TW di potenza media: il triplo del fabbisogno mondiale. Allora basterebbe bruciare il legno che è un concentrato di energia solare! Per molti secoli questo è stato sufficiente ma oggi non è più così; il legno è mal distribuito, la sua raccolta faticosa, il suo potere calorico basso (2000 Cal/Kg contro le 10.000 Cal/Kg del gasolio).
Quindi si ricorre ad un trucco: il pianeta ha riserve strategiche! I processi di fotosintesi e biologici hanno convertito energia solare in carbonio e prodotti idrogenati; il tempo ha fatto il resto e noi oggi disponiamo di una riserva enorme di combustibili fossili: carbone, petrolio, metano che altro non sono che energia solare concentrata nelle ere geologiche passate.
Scenario “medio” delle risorse di idrocarburi del pianeta per petrolio, gas e NGL (Natural Gas Liquid. Idati sono dell’US Geological Survey World Energy Assesment Team 2001.
Il consumo annuo attuale è di circa 30miliardi di barili (ancora cento anni di petrolio?)
Che sia un trucco lo si capisce con un semplice ragionamento: la terra ha impiegato più di 100milioni di anni a costituire le attuali riserve; oggi i più ottimisti parlano di 1000 anni di riserve fossili ai ritmi attuali di consumo, e i più pessimisti di un centinaio tenendo conto dei tassi di espansione della domanda.
La scala dell’uomo
Tuttavia anche questo abuso contro-natura non basta e la sete di energia porta ad innescare un meccanismo assai instabile: si accetta che solo una percentuale limitata dell’umanità (circa il 15%) possa accedere alle fonti energetiche e se ne cerca comunque il controllo. Questo processo che oggi porta a conflitti economici, militari e a guerre è completamente insensato.
Mettiamoci in una logica tutta interna all’attuale sistema: oggi il mondo industrializzato (7-800milioni di persone) consuma 80milioni di barili di petrolio al giorno. (L’Irak ne produce solo 2 milioni, e tutto il medio oriente 25). Entro 20 anni Cina e India con i loro 2.5 miliardi di abitanti raggiungeranno un tenore di vita con un consumo energetico pari a un terzo del nostro ed una popolazione vicina ai 4 miliardi. E’ inevitabile che il consumo energetico raddoppi a meno di non pensare a distruzioni di massa su scala planetaria.
E allora a cosa serve un assetto più vantaggioso su scala mediorientale? Anche se si fosse in grado di controllare il Medio Oriente si scoprirebbe presto che il problema è un altro, che bisogna bloccare lo sviluppo dell’India, del continente africano etc. oppure, e non è mai troppo tardi, pensare al da farsi e imparare ad usare quello che il pianeta ci offre, senza distruzioni sistematiche e irreversibili delle risorse esistenti.
Le energie rinnovabili e alternative
Non facciamoci illusioni, non esistono soluzioni semplici. Le energie rinnovabili sono per ora poco più che uno slogan: per essere utilizzabili devono essere anche di basso costo, non inquinanti, e controllabili da chi le usa. Inoltre devono essere abbondanti: l’uomo non torna indietro e non rinuncia ai livelli di vita raggiunti anche se uno sforzo per razionalizzare i consumi sarà inevitabile.
Le tecniche di cattura delle energie rinnovabili si sono rivelate molto costose e finalizzate a consumi residuali di paesi altamente tecnologizzati: un esempio tipico sono i pannelli fotovoltaici che convertono direttamente energia solare in energia elettrica con una efficienza del 10%, un costo di circa 500 €/m2 e problemi di manutenzione non trascurabili.
Oggi si cerca di andare verso tecniche in cui si evidenziano gli aspetti economici, la fattibilità, la possibilità di usi anche in contesti economici “poveri”. Questo non significa poca tecnologia ma anzi una intensa ricerca di nuove soluzioni ed un uso più mirato delle risorse disponibili. Come esempio citiamo, tra le tante, tre linee di ricerca.
Vento: è la sola risorsa rinnovabile ad essere oggi competitiva per la produzione elettrica. Inoltre è una risorsa scalabile: gli impianti piccoli da 10 KW possono essere distribuiti e di costi accettabili, Ma anche i grandi impianti da 1 MW possono contribuire al bilancio energetico in paesi industrializzati grazie a economie di scala e un migliore sfruttamento del vento. Si può inoltre pensare di integrarli a sistemi di generazione e stoccaggio di idrogeno ed evolvere così verso tecnologie energetiche “pulite”.
Solare a concentrazione: c’è molto lavoro in questa direzione con idee e tecnologie innovative (vedi per esempio lo sforzo in corso recentemente in ENEA). L’obbiettivo è la produzione di calore ad alta temperatura a partire da specchi solari di basso costo, lo stoccaggio dell’energia termica con sali fusi, e poi la produzione di energia elettrica e/o idrogeno da usare come vettore energetico.
Solar pond (stagno solare) E’ un sistema di bassa efficienza (20% soltanto di energia solare immagazzinata), bassa entalpia (salamoia a 90-95 C°), ma di bassissimo costo e adatto a zone ad alta insolazione e vicino al mare. Sono in fase di studio e sviluppo le applicazioni alla produzione d’acqua per dissalazione e l’uso di calore a bassa temperatura per culture batteriche in grado di produrre metano e/o idrogeno.
Parallelamente, e con un investimento di ricerca anche qui notevolissimo, si può investire nel nucleare: fissione e fusione.
La fissione fornisce oggi il 29.5% dell’energia elettrica in Europa (in Italia il 17% dell’energia elettrica è importata ed è pressoché interamente di fonte nucleare). Non basta: bisogna trovare il modo di renderla più sicura ed efficiente, bisogna gestire in modo razionale il problema delle scorie, bisogna sfruttare le risorse minerali (Uranio e Torio) in modo completo e ottimale.
La fusione è una promessa Prometeica che l’uomo non ha ancora saputo raccogliere. Ma un giorno sarà possibile utilizzare le risorse potenzialmente disponibili nella conversione di idrogeno in elio.
Queste tecnologie rinnovabili e/o alternative sono solo un primo passo per capire le strade possibili da battere. E’ inutile nascondersi che oggi il petrolio muove interessi su una scala che si misura in centinaia di miliardi di € all’anno mentre i problemi delle energie rinnovabili sono affrontati con risorse mille volte inferiori.
Ma la realtà se ne infischia del sonno della ragione e il risveglio sarà comunque inevitabile.
Dove il pianeta prende e dove noi dovremo prendere l’energia del futuro. Nella foto una eruzione solare fotografata dal satellite Soho (la terra è sovrapposta in scala) .
(Dott. Marco Rosa-Clot, prof. di ruolo ordinario di Fisica, Università di Firenze)
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Il sillabario 2013 