u Introduzione

Gli uomini hanno sempre saputo che è faticoso portare in alto pesi e anche trascinarli su suoli ruvidi: è lavoro. Circa 3 secoli fa i fisici (seguendo Newton) definirono il lavoro meccanico come il prodotto dell'intensità di una forza per lo spostamento che la contrasta (cioè una forza per una lunghezza). Se sollevo di 10 metri un peso di 50 kg, il lavoro usato è lo stesso che per sollevare 500 kg di 1 metro - o 5 kg per 100 metri. Il lavoro meccanico è una forma di energia.

L'uomo sa da millenni che il calore è utile per scaldare case e per cuocere cibi, ma solo da circa 250 anni si è capito che anche il calore è energia e si può trasformare in lavoro meccanico (con i motori termici).

Che il lavoro meccanico si trasforma in calore, lo sapevano già i primitivi che facevano fuoco sfregando fra loro due pezzi di legno. E si sapeva bene che serve calore per trasformare il ghiaccio in acqua o l'acqua in vapore. Poi si è capito che l'energia può essere accumulata in una forma e utilizzata in un altra. Poi, che anche certe reazioni chimiche producono calore anche senza fiamma e che altre assorbono calore. Infine si è capito che l'energia può essere elettrica (si trasforma in calore nelle stufe e in lavoro meccanico coi motori elettrici) e che può essere generata da reazioni nucleari di fissione o fusione e distribuita facilmente attraverso una rete elettrica.

u Le fonti di energia

Negli ultimi due secoli si è fatto ricorso per usi diversi a fonti di energia di volta in volta innovative e si è avuto (con riferimento alla situazione mondiale):

·      Un declino costante del legno dalla metà del secolo XIX fino a rappresentare oggi una porzione trascurabile.

·      Sviluppo del carbone per produrre calore e alimentare le macchine a vapore, fino a un massimo percentuale nel secondo decennio del secolo XX, seguito da un declino (nel 1999 forniva il 26,7%).

·      Sviluppo del petrolio (e delle auto, il cui parco sta smettendo di crescere nella maggioranza dei paesi industriali) fin quando raggiunse un massimo percentuale verso il 1973 (nel 1999 forniva il 39,7%).

·      Sviluppo del gas naturale che raggiunse il 10% dei consumi mondiali nel 1955 e, forse, raggiungerà il proprio massimo nei primi decenni del secolo XXI (nel 1997 forniva il 22,5%).

·      Sviluppo del nucleare negli anni '70, poi bloccato per impopolarità (nel 1999 nucleare + geotermico + idroelettrico fornivano il 10,4%).

Nei periodi indicati in cui predominavano o si sostituivano le une alle altre le fonti di energia, nell'industria si sviluppavano in successione i settori: meccanico, chimico, elettrotecnico, elettronico, aerospaziale, informatico.

Le porzioni di energia fornite dalle fonti primarie di energia (carbone, petrolio, gas, idroelettrico, nucleare, geotermico) possono essere rappresentate in alcuni diagrammi.

Chiamiamo Fi la frazione di energia fornita dalla fonte i. Un diagramma di consumi riporta, in funzione dell'anno, la grandezza Fi/(1 - Fi) che confronta i consumi della fonte i con quelli di tutte le altre messe insieme. E' significativa perchι ha valore 1, se Fi = 0,5; ha circa il valore 10, se Fi = 0,9; ha circa il valore 100, se Fi = 0,99.

Osservando il grafico dei consumi mondiali, ad esempio, si nota che il consumo del carbone dal 1920 in poi diminuì più o meno altrettanto velocemente di quanto aveva fatto il legno un secolo prima. Dopo il 1973 il petrolio sembrava avviato a diminuire seguendo un diagramma circa parallelo a quello del carbone. Il consumo del gas crebbe (sia nel mondo che in Italia) con un andamento simile a quello del petrolio fino al 1970. Alcuni studiosi proposero allora un modello deterministico preannunciando che nel 1980 la quota crescente del gas naturale avrebbe sorpassato quello decrescente del carbone. Vent'anni dopo questo - nel mondo - non è ancora successo e le 4 fonti primarie considerate sembra mirino a mantenere proporzioni costanti (ma, nel 1999 il gas ha ripreso a crescere e il carbone a diminuire). Sarebbe interessante riuscire a prevedere da questi dati quali saranno i consumi futuri, ma il fenomeno è complicato e dobbiamo accontentarci di analizzare quello che è successo. Forse in avvenire si troveranno modi più efficaci di fare previsioni.

u L'aumento dei consumi e l'avvenire dell'energia

Il consumo mondiale di energia è cresciuto senza posa nel secolo XX. Nel 1999 era di 365 EJ/anno [1 ExaJoule = 1018 Joule] corrispondenti a 8.530 MTEP (milioni di tonnellate equivalenti di petrolio). Si calcola che nel prossimo mezzo secolo avremo nel mondo un aumento dei consumi di energia del 20%. Ciò implicherà problemi relativi alla disponibilità di risorse e agli impatti ambientali. Si teme un riscaldamento globale del pianeta dovuto a ulteriori incrementi dell'anidride carbonica contenuta nell'atmosfera. In effetti: è vero che la temperatura dell'atmosfera terrestre sta crescendo da circa due secoli ed è vero che la percentuale di CO2 nell'atmosfera sta crescendo di circa 1,5 parti per milione all'anno - ma non è dimostrato affatto che questo secondo processo sia causa del primo. Intanto altri temono rischi dovuti a eventuali guasti dei reattori nucleari. Altri problemi potranno insorgere dalla mancata armonizzazione della rete di distribuzione con i sistemi tecnologici.

Le fonti più plausibili come surrogati di quelle attuali sono:

·      reattori a fissione ipersicuri (ad alta temperatura raffreddati a gas)

·      centrali idroelettriche (che potrebbero produrre nel mondo l'80% dell'aumento citato); queste si dovranno costruire in luoghi remoti in Africa, Asia e Sud America e la potenza si dovrΰ trasportare a migliaia di km in corrente continua a tensioni di oltre 1 MV.

·      centrali fotovoltaiche (purchι il loro rendimento aumenti e il costo del kW installato cali di 4 o 5 volte rispetto agli attuali 0,2 $/kWh)

·      reattori a fusione (meno probabili delle altre fonti).

La situazione è particolarmente critica per l'Italia, che dipende pesantemente dalle importazioni. Oggi importiamo oltre il 16% del nostro fabbisogno di elettricità (principalmente dalla Francia). Le curve di tendenza mirano per il 2020 a un consumo annuo di 330 TWh, contro una produzione di 240 TWh, corrispondente alla importazione del 27% della domanda. In Italia, la somma dell'energia usata dall'industria e di quella usata dai trasporti è circa costante, ma la prima decresce, mentre la seconda è in rapido aumento.

u Risorse naturali: rischiano di esaurirsi?
 

Negli anni dopo il 1970 molti temevano che le risorse naturali di combustibili fossili si avviassero a esaurirsi. Lo aveva anticipato il famoso studio "I limiti dello sviluppo" commissionato dal Club di Roma e redatto dal Prof J.W. Forrester del Massachusetts Institute of Technology. Lo studio si basava su un modello matematico funzionante su computer, in cui si analizzavano le variabili: popolazione, produzione agricola e industriale, risorse naturali, terre coltivabili, energia. Le conclusioni erano pessimistiche: prevedevano una grave crisi dovuta all'esaurimento del petrolio o di metalli vari, oppure causata da inquinamento eccessivo, o ancora da riduzione eccessiva delle aree agricole dovuta all'esplosione della popolazione e alle costruzioni conseguenti. In effetti in anni recenti sono continuate le scoperte di nuovi giacimenti di petrolio e gas, ed è noto che le riserve di carbon fossile potranno soddisfare la domanda di energia per molti secoli, purchι si realizzino metodi per limitare l'inquinamento.

Oggi il timore di esaurimento dei combustibili fossili è molto diminuito. Si dice: "L'età della pietra non è finita perchè erano finite le pietre". Si intende che possiamo attenderci la scoperta di nuove fonti energetiche.

u Il risparmio energetico

Il risparmio energetico viene spesso citato come una fonte abbondante - a costo minimo. F. Krause, dell'International Project for Sustainable Energy Paths (cfr.: http://www.igc.apc.org/IPSEP.html), sostiene che entro il 2020 l'Europa potrebbe risparmiare fra 20 e 30 GigaEuro all'anno riducendo drasticamente gli sprechi di elettricità. Ciς sarebbe fattibile anche con usi finali che assorbano un 30% in più di energia elettrica a causa della introduzione di nuove elettrotecnologie in applicazioni che attualmente sono non elettriche (e hanno rendimenti piω bassi) e a causa di uno sviluppo della domanda. Per conseguire questo risultato sarebbe necessario di:

·      Migliorare l'isolamento di frigoriferi ed edifici;

·      Usare sistemi di illuminazione moderni;

·      Migliorare il rendimento dei motori regolandoli elettronicamente;

·      Usare pompe di calore;

·      Introdurre nuovi processi industriali.

I calcoli di Krause sono corretti. Questa ragionevole soluzione, perς, incontra resistenza a causa della assenza di una razionale pianificazione pubblica seriamente promossa. La maggioranza degli utenti, poi, sembra incapace di apprezzare il fatto che i risparmi futuri sui consumi possono essere molto forti e preferiscono risparmiare soldi al momento dell'acquisto comprando elettrodomestici di basso rendimento e meno cari. Dobbiamo continuare a lavorare per realizzare soluzioni razionali.

u La produzione e i consumi

Un quadro generale e statistiche complete sull'energia mondiale sono disponibili all'indirizzo Internet http://www.bp.com/centres/energy/index.asp. Il sito della British Petroleum contiene il rapporto "The Statistical Review of World Energy".