Contabilità dei cicli energetici

Giorgio Nebbia nebbia@quipo.it

L’energia è la merce più importante e più intrigante dell’antroposfera. A differenza degli altri “beni” fisici, come il pane e l’acciaio, che si toccano, si pesano e si “consumano”, l’energia non si tocca né si vede e soltanto si avverte la sua presenza e il suo moto, la sua circolazione, continui. Se ne conoscono gli effetti, dal riscaldamento di corpi fisici, alla loro trasformazione chimica e fisica, al moto dei corpi. E’ un po’ come quell’evanescente merce che è il denaro, di cui si conoscono gli effetti, ma non la tangibile essenza, e con la quale l’energia ha alcune somiglianze e molte dissomiglianze.

Citavo prima il pane: la sua esistenza è resa possibile dal flusso di energia solare che provoca la fotosintesi della pianta del frumento; nel far combinare l’anidride carbonica e l’acqua, due beni fisici, la radiazione solare determina la formazione di amidi e proteine e grassi “dentro” il chicco del frumento (oltre che nelle foglie, negli steli e nelle radici), tutti beni fisici. Il “cammino” del carbonio dell’anidride carbonica si vede bene perché lo si ritrova nei carboidrati e nelle proteine, eccetera, del chicco, ma l’energia dove è finita ?

La risposta potrebbe essere: “dentro” il chicco di frumento, per cui si potrebbe parlare di un “contenuto energetico” del chicco del frumento. Che sia così si verifica con un poco di pazienza: il chicco diventa farina entro macchine appropriate (azionate con energia elettrica) e poi diventa pane entro altre macchine (azionate anche loro con energia elettrica).

Il pane viene così ad avere un “contenuto energetico” di A unità di energia solare e di B unità di energia elettrica presa “da qualche parte” e spesa per azionare le macchine che trasformano il chicco in pane. Il pane viene usato come alimento e la combustione dei suoi ingredienti dentro il corpo umano libera energia, (quasi) esattamente la stessa energia, A unità, che era stata fornita dal Sole quando la sua radiazione ha determinato la formazione di quella frazione del chicco che è stata trasformata in pane. Nel caso di un chilo di pane commerciale, il contenuto energetico è di circa 12 megajoule (nelle vecchie unità: 3.000 chilocalorie) che si trasformano in energia meccanica, nel lavoro dei muscoli, della circolazione sanguigna, eccetera. Le B unità aggiuntive di energia elettrica si sono perse nell’ambiente sotto forma di calore.

Se avessimo informazioni sufficienti e in forma adeguata potremmo redigere una contabilità di questa circolazione e si potrebbe seguire esattamente il destino di tutte le unità di energia entrate nel processo: un principio detto della conservazione dell’energia dice con sicurezza che tutta l’energia entrata in un sistema si ritrova “da qualche parte”; in queste tre parole sta il grande limite dell’energia perché la quantità di energia che esce da un “processo” è uguale a quella entrata, ma è ora in una forma tale che non può essere usata per ottenere lo stesso effetto ottenuto quando è entrata nel processo. Ne è peggiorata la qualità merceologica, la possibilità di uso, o, come si dice, ne è aumentata l’entropia, un indicatore della qualità dell’energia: più è alta, meno è l’energia riutilizzabile.

Limitiamoci comunque per ora a cercare come contabilizzare la quantità dell’energia che entra in ciascun processo, in ciascun ciclo di produzione o “consumo”: per ottenere una tonnellata di acciaio occorre energia che viene fornita dalla combustione del carbone in adatti macchinari (gli altiforni) nei quali gli ossidi di ferro di un minerale sono trasformati in ferro greggio (la ghisa) e questa viene poi trasformata, in altri adatti macchinari, nella merce voluta, l’acciaio, con l’apporto di altra energia, sotto forma di calore o di elettricità; insomma diciamo che occorrono C unità di energia per ottenere una tonnellata di acciaio dal minerale; di queste C unità una parte, D unità, viene immesse nell’ambiente come calore di rifiuto e una parte, diciamo E unità, è “incorporata” nell’acciaio. Per il principio di conservazione prima citato, la somma di D ed E deve essere uguale a C; insomma la quantità di energia che circola attraverso il processo deve essere costante.

L’analisi della circolazione dell’energia e della sua contabilità è di grande importanza pratica ed economica. Dalla analisi dei cicli produttivi di ogni merce è possibile valutare la quantità di energia che occorre per produrne una unità di massa e tale quantità rappresenta il “costo energetico” di ciascuna merce. Si possono così confrontare diversi processi che fornisono la stessa merce --- per ottenere l’acciaio il processo che parte dal minerale o quello che parte dal rottame --- e conoscere quale processo permette di ottenere la stessa merce con minore costo energetico. In quest’ultimo caso si consuma meno energia producendo una unità di massa di acciaio partendo dal rottame piuttosto che dal minerale; da qui l’importanza economica del recupero delle merci usate --- rifiuti, scarti, sottoprodotti, rottami, che tutti contengono “dentro di se” una frazione dell’energia impiegata per fabbricarli la prima volta --- e del loro avvio a processi di riciclo.

Altre utili informazioni contabili si hanno conoscendo anche l’energia che va perduta come “rifiuto” energetico, in ciascun processo; lo studio della contabilità della circolazione dell’energia, cioè di quanta energia è richiesta per produrre una merce e di quanta resta incorporata nella merce stessa, è oggetto di una particolare disciplina, la “termoeconomia”, un capitolo della più generale teoria del valore.

Si badi bene che il “costo energetico” di cui stiamo parlando non ha niente a che fare col costo monetario il quale dipende dalla fonte di energia usata, dal prezzo di ciascuna fonte in ciascun momento storico, eccetera; il costo energetico invece si può considerare una grandezza assoluta, fisica, riproducibile da qualsiasi studioso, fissato un accordo su alcune convenzioni.

In maniera analoga si può valutare il costo energetico dei servizi. Il costo energetico di una giornata di vita di una persona si può valutare sulla base del contenuto energetico degli alimenti. Per far funzionare per un giorno un corpo umano occorrono circa 10 megajoule (nelle vecchie unità: 2.500 chilocalorie) che il corpo umano trae dal metabolismo, cioè dalla combustione degli alimenti: del pane, di cui si è già fatto cenno, delle patate, della carne, dell’olio, eccetera, ciascuno con un suo contenuto energetico. Si potrebbe dire che il costo energetico di una giornata di vita (10 megajoule) potrebbe essere soddisfatto con l’energia incorporata in circa otto etti di pane.

In maniera analoga si può calcolare il costo energetico del trasporto di una persona per un chilometro; anche in questo caso tale costo energetico dipende dal mezzo di trasporto e dalla fonte di energia che alimenta tale mezzo. Si tratta di informazioni utili per una possibile politica energetica ed economica; se un governo volesse assicurare ai suoi cittadini la massima mobilità col minimo consumo di energia (col minimo costo energetico) potrebbe incentivare i mezzi di trasporto pubblici rispetto a quelli privati, le automobili di piccola cilindrata rispetto ai SUV, eccetera. Tutto questo, ripeto, indipendentemente dai prezzi e costi monetari.

L’energia che circola in una società deriva dal Sole, prima di tutto, poi da alcune fonti di energia “primarie” --- il carbone, il petrolio, il gas naturale (che erano materie vegetali o animali “fabbricate” dal Sole milioni di anni fa e poi sepolte e trasformate, per via chimica o microbiologica negli attuali combustibili “fossili”), il calore terrestre, l’energia meccanica ricavabile (in genere sotto forma di elettricità) dal moto delle acque (assicurato anche’esso dal Sole), e poche altre --- e poi da varie fonti di energia “secondarie”. Il carbone viene trasformato in vari derivati solidi, liquidi e gassosi, il petrolio vene trasformato in prodotti gassosi (il gas di petrolio liquefatto) e liquidi (benzina, gasolio, cherosene, eccetera); l’elettricità “secondaria” può essere prodotta dalla combustione di combustibili fossili.

Inoltre nella società circola energia sotto forma di prodotti agricoli e forestali ottenuti sempre dal Sole per fotosintesi, i quali diventano alimenti e materiali da costruzione e merci.

Il Sole, insomma, è la vera fonte di tutta la circolazione dell’energia sulla Terra e tutta l’energia ritorna, prima o poi, nello spazio sotto forma di calore a bassa temperatura dopo aver fabbricato materie utili e dopo aver tenuto in moto gli esseri umani e la loro vera “economia”.  Si può ben dire che è l’energia, e non i soldi, con il suo continuo muoversi da un corpo all’altro che assicura la prosecuzione dell’unica cosa che conta, la vita. E alla contabilità dell’energia, e non a quella dei soldi, occorre rivolgerci se vogliamo capire qualcosa della società umana.