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| Uscire dall'età del fuoco |
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del Prof. Poldo Coleti E’ tempo di processi, ma non solo di quelli giudiziari che sono opportunamente di moda anche se poco celebrati. Oggi occorre dare un’occhiata molto più approfondita che in passato, ai processi di trasformazione energetica. Perché in tempi di vacche grasse, nel nostro caso di grande disponibilità di combustibili fossili, l’attenzione è sempre stata riposta sull’efficienza di ogni singolo impianto. Ad esempio, nel fare il pieno di benzina, è lecito chiedersi quanti chilometri si riuscirà a fare con ogni litro. In generale, per un qualunque impianto, l’ingegnere progettista si è sempre posto il problema di fare in modo da non sprecare energia e massimizzare il lavoro utile ottenuto. Troppa attenzione è stata posta solo su quel rendimento che possiamo chiamare di primo ordine e che, in particolare per l’automobile, risponde appunto alla domanda di quanti km faccio con un litro di benzina. In termini più precisi tale rendimento è definito come l’energia utile in rapporto a quella immessa. Lo scopo prioritario era di ottenere successo sul mercato. Conseguenza di tale impostazione è stata l’introduzione di numerose apparecchiature che funzionavano egregiamente, ma che producevano uno spreco di risorse enorme perché nessuno si preoccupava della scelta del processo usato (come vedremo), ma solo della loro comodità e vendibilità. Nasce e si afferma tutto quello che può funzionare grazie all’energia elettrica e alla combustione, come i metodi più comodi o immediati di trasformazioni energetiche. Lo scaldabagno elettrico o l’automobile sono l’emblema di questo modo di produrre. Uno scaldabagno ha piccolissime perdite di energia, basta isolarlo bene e tutta l’elettricità verrà trasformata in calore conferito all’acqua da riscaldare. Ne consegue che, se facciamo il rapporto tra l’energia in uscita (che si è trasferita all’acqua) e quella in ingresso presa dalla rete, abbiamo un rendimento altissimo: 0,9 oppure, in percentuale, del 90%. Cosa chiedere di più? Stesso ragionamento per l’automobile. Il lavoro meccanico che viene messo a disposizione delle ruote è il 20 – 30% dell’energia chimica immagazzinata nel combustibile. Non è esaltante, ma c’è spazio per migliorare usando materiali più resistenti alle alte temperature, o l’elettronica, e in tale direzione ci si impegna nella progettazione. Il primo principio della termodinamica dice che l’energia si conserva: su questa base il rendimento del primo ordine ci indica, e quindi ci impegna, ad utilizzarne quanta più possibile e a non lasciarcela sfuggire inutilizzata. Sempre con questa filosofia si fanno i progetti degli impianti e delle apparecchiature da mettere sul mercato, dal più piccolo al più grande, dalle stufe elettriche agli inceneritori, dall’auto al trasporto aereo……Tantissimi tecnici, ancora oggi, ragionano proprio in questo modo. Ma questo, dicevamo, poteva andar bene in tempi di vacche grasse. Con la prima crisi energetica degli anni ‘70 è rientrato dalle finestra quello che era stato cacciato dalla porta perché presagio di futuri problemi. Ci riferiamo ai limiti dello sviluppo e dell’energia o, nella migliore delle ipotesi, allo sviluppo dei limiti. Il mito di uno sviluppo senza limiti, infatti, aveva indotto a non considerare le conseguenze dei processi di degradazione dell’energia e della materia all’interno di un sistema limitato come il nostro pianeta. Si preferiva non parlarne, con la conseguente e progressiva accentuazione della penuria di risorse da utilizzare. La crisi degli anni ’70, per la prima volta in maniera chiara ed esplicita, pose il problema di tener conto in maniera adeguata del II principio della termodinamica. Per capire il come, ritorniamo all’esempio dell’automobile. Abbiamo detto che il rendimento di primo ordine (che sarebbe meglio meglio chiamare “efficienza”) ci informa, in definitiva, di quanti km si fanno con un litro di carburante. Ma nulla ci racconta, a parità di prestazione, di quanto l’uso dell’auto è conveniente (o meno) rispetto ad un altro vettore di mobilità, per esempio il treno o la bici. Ancora: un mezzo apparentemente molto efficiente, come lo scaldabagno (elettrico, ma anche a gas), è soccombente rispetto ad un diverso modo (o processo) di riscaldamento dell’acqua, quale un pannello solare. L’energia si conserva, è vero, ma nel corso di un processo si degrada, diminuendo la sua qualità, la sua capacità di compiere un lavoro. Quando scegliamo un metodo di trasformazione per ottenere una certa prestazione, dobbiamo scegliere quello che la degrada di meno, risparmiando il più possibile sulla sua qualità. E’ proprio qui il nocciolo del problema: la vecchia mentalità ragionava solo sulle quantità di energia; la nuova deve estendersi a lavorare anche sulla sua qualità. Il difetto delle apparecchiature menzionate non è insito nei loro dettagli costruttivi, ma nei metodi in sé, che usano energie di elevata qualità in applicazioni per le quali basterebbe energia di qualità molto minore. Banalizzando: se voglio riscaldarmi, posso accendere tanti bei biglietti da 50 Euro e farne un falò. Raggiungo il mio scopo, ma non è conveniente. Si definisce, allora, come rendimento di II ordine (o di processo) il rapporto tra l’energia minima che viene utilizzata dal miglior processo o migliore apparecchiatura possibilmente utilizzabile, con l’energia impiegata dalla macchina realmente usata. Il rendimento di II ordine permette immediatamente di riconoscere la qualità della prestazione di qualunque dispositivo rispetto a quella che essa dovrebbe idealmente essere, mostrando come vi sono molte possibilità di miglioramento da tradurre in pratica proprio cambiando dispositivo (e non accanendosi a perfezionarlo). Ne risulta immediatamente che tutti i processi che comportano la combustione di materiali (che necessariamente avvengono ad alte temperature), sono dissipatori d’energia e causa di spreco di risorse se utilizzano solo parzialmente il gran salto di temperatura prodotto dalla combustione stessa. Gli inceneritori, produrrebbero energia elettrica scaricando nell’ambiente una grande quantità di calore residuo che altrove viene invece ulteriormente impiegato per il riscaldamento. E’ un oggetto preistorico, degno dell’età del fuoco. Senza affrontare quantitativamente questo aspetto, possiamo immediatamente affermare che il rendimento di processo di tale impianto è disastroso, realizzando quella che Barry Commoner chiamava “una strage termodinamica”. Meglio chiamarlo impianto di smaltimento di rifiuti, perché l’energia elettrica (rimanendo nell’ambito della conversione a partire da energia termica) oggi deve essere prodotta da impianti che assicurano alti rendimenti di primo, ma anche di secondo ordine, altrimenti si sprecano risorse e, a causa delle emissioni di CO2 rilasciate, finiscono col penalizzare i processi migliori. Bel risultato. Infatti, nell’ambito di un certo stock di CO2 che è concesso dagli accordi internazionali, si vengono a costruire impianti che, a parità di CO2 emessa, danno meno energia elettrica di altri. Si riporta una tabella, certamente non esaustiva, che mostra come certe apparecchiature in realtà dissipano risorse che, tradizionalmente, venivano giudicate inesauribili.  Da essa possiamo vedere che uno scaldabagno a gas, che ha un’efficienza (rendimento di I ordine) minore di quello elettrico ha, invece, un rendimento di II ordine doppio: usa un processo che dimezza il consumo di energia. Ma un pannello solare, il cui rendimento di II ordine è 0,32 (E. Tiezzi – P. Dell’Espinoza, I limiti dell’energia, pag. 135, ed. Garzanti), usa un processo ancora tre volte migliore. Oltre al fatto non trascurabile di attingere ad una fonte energetica rinnovabile. Oggi, sia nel settore civile che in quello industriale e della mobilità occorre ripensare completamente ai processi che caratterizzano il nostro modello di sviluppo, rendendolo insostenibile anche per difetto di quella buona scienza e tecnologia che invece presume di possedere. |