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ENERGIA SU SCALA GALATTICA, PARTE 1

DI TOM MURPHY
Do The Math
The Oil Drum

Dall’inizio della Rivoluzione Industriale,

abbiamo assistito a un’impressionante crescita del consumo di energia

da parte della civilizzazione umana. L’estrapolazione dei dati dall’Energy

Information Agency sull’uso di energia negli Stati Uniti dal 1650

(1635-1945, 1949-2009, includendo legname, biomasse, combustibili

fossili, idrocarburi, nucleare, ecc…) ci mostra una traiettoria in

crescita stabile, caratterizzata da un tasso di crescita annuo del 2,9%

(vedi grafico). È importante comprendere la futura traiettoria della

crescita dell’energia perché ovunque governi e organizzazioni fanno

ipotesi basate sull’aspettativa che il trend della crescita

continuerà come avviene da secoli, e uno sguardo al grafico suggerisce

che si tratta di una considerazione davvero ragionevole.

Fig. 1. Consumo totale di energia negli USA in tutte le forme dal 1650. La scala verticale è logaritmica, quindi una curva esponenziale che viene da un tasso costante di crescita appare come una linea retta. La linea rossa corrisponde al tasso annuale di crescita del 2,9%.
Fonte dei dati: EIA

La crescita è diventata una normalità

nelle nostre esistenze e diamo per certi la sua continuazione. La crescita

porta molte cose positive come le auto, la televisione, i viaggi in

aereo e gli apparecchi tecnologici. La qualità della vita migliora,

lo stesso fa l’assistenza sanitaria e, a parte la proliferazioni di

password da ricordare, la vita tende a essere più comoda col passare

del tempo. La crescita porta con sé una promessa del domani, dando

motivo per investire nello sviluppo futuro prima di un ritorno degli

investimenti. La crescita è quindi la base per i tassi di interesse,

i prestiti e l’industria finanziaria.

Siccome la crescita ha fatto la nostra

stessa strada da “innumerevoli” generazioni, visto che tutti quelli

che abbiamo incontrato o i nostri bisnonni l’hanno comunque provata,

la crescita è centrale nella nostra descrizione di chi siamo e di cosa

facciamo. Di conseguenza, siamo in difficoltà nell’immaginare una

traiettoria differente.

Questo post fornisce un esempio calzante

dell’impossibilità della crescita continua ai tassi attuali, anche

in un lasso di tempo vicino. Per ragioni di opportunità, abbiamo abbassato

la crescita energetica dal 2,9% a 2,3% l’anno così da avere un fattore

10 di incremento ogni 100 anni. Facciamo partire l’orologio oggi,

con un livello globale di uso dell’energia di 12 terawatt (e quindi

ogni cittadino del pianeta ha mediamente a disposizione 2.000 watt del

totale). Cominceremo con le considerazioni di senso comune, e poi pian

piano lasceremo correre la nostra immaginazione, anche se troveremo

che abbiamo raggiunto il limite prima di quanto pensassimo. Ammetto

fin dall’inizio che le considerazioni alla base di questa analisi

sono molto lacunose. Ma questo diventerà, alla fine, la sua forza.

Una corsa verso la galassia

Sono sempre stato impressionato dal

fatto che arriva tanta energia solare in un’ora sulla Terra quanta

ne consumiamo in un anno. Quante speranze ci sono in questa frase! Ma

non ci facciamo prendere dall’emozione, per ora.

Solo il % della luce solare incidente

entra nel bilancio energetico terrestre, il resto rimbalza immediatamente

sulle nuvole, l’atmosfera e la terra senza essere assorbita. Inoltre,

essendo creature terrestri, dobbiamo limitare i nostri pannelli solari

al suolo, occupando il 28% della superficie del pianeta. Infine, consideriamo

che il solare fotovoltaico e quello termico hanno di solito un efficienza

del 15%. Prendiamo il 20% per i nostri calcoli. Il risultato netto è

di circa 7.000 TW, circa 600 volte il nostro uso attuale. Un bel po’

di margine, vero?

Quando arriveremo a questo limite con

un tasso di crescita del 2,3%? Ricordiamoci che ci espandiamo di un

fattore 10 ogni cento anni, così in 200 anni, siamo a 100 volte

il valore attuale, e raggiungeremo 7.000 TW in 275 anni. 275 anni sembra

essere un periodo troppo lungo nella scala temporale umana, ma

non è così lungo per la civilizzazione. E pensate al mondo che abbiamo

appena creato: ogni metro quadro di terra è coperto da pannelli fotovoltaici!

Dove lo prendiamo il cibo?

Ora cerchiamo di allentare i freni.

Sicuramente in 275 anni saremmo abbastanza intelligenti da superare

il 20% di efficienza per una così importante risorsa globale. Facciamoci

beffe dei limiti della termodinamica e parliamo del 100% di efficienza

(sì, abbiamo iniziato la parte creativa di questo viaggio). Questo

ci dà un fattore 5, ossia 70 anni. Ma chi ha bisogno degli oceani?

Rivestiamoli con pannelli solari al 100% di efficienza. Altri 55 anni.

In 400 anni, andiamo a sbattere sul muro solare della superficie terrestre.

Questo è importante, perché la biomassa, il vento e la generazione

idroelettrica derivano dalla radiazione solare e i combustibili fossili

rappresentano la batteria terrestre caricata dall’energia solare per

milioni di anni. Solo il nucleare, il geotermico e il movimento delle

maree non derivano dalla luce del sole, e le ultime non sono importanti

per la nostra analisi, solo pochi terawatt a testa.

Ma il grosso limite dell’analisi

precedente è dato dalla superficie terrestre, per quanto bella sia.

Guadagniamo solamente 16 anni raccogliendo il 30% supplementare di energia

che se ne schizza via all’istante, così la grande spesa sostenuta

per aver installato uno schieramento di pannelli fotovoltaici per circondare

la Terra non è stata molto utile. Ma perché confinarci sulla Terra,

visto che c’è lo spazio? Pensiamo in grande: circondiamo il sole

di pannelli solari. E visto che ci siamo, diamo anche a loro un’efficienza

del 100%. Non ci preoccupiamo del fatto che una struttura di 4 mm che

circonda il sole alla distanza dell’orbita terrestre richiederebbe

materiali pari a quelli presenti sulla Terra intera, e poi si parla

di materiali molto particolari. Questo ci consente di continuare con

una crescita di utilizzo dell’energia pari al 2,3% per 1350 anni dal

momento attuale.

A questo punto potrai aver capito che

il nostro sole non è l’unica stella nella galassia. La Via Lattea

ospita 100 miliardi di stelle. Tanta energia che viene proiettata nello

spazio, pronta per essere raccolta. Ricordatevi che ogni fattore 10

ci porta 100 anni in avanti. Cento miliardi è il fattore undici di

10, quindi abbiamo altri 1100 anni. Per questo, fra circa 2500 anni,

staremmo usando una quantità di energia pari a una grande galassia.

Sappiamo abbastanza precisamente quello che gli umani facevano 2500

anni fa. Credo di poter dire con certezza di sapere che non potremo

fare quello che facciamo ora per altri 2500 anni.

Fig. 2. La domanda globale di energia con una crescita del 2,3% in scala logaritmica. In 275, 345 e 400 anni, avremo bisogno di tutta la luce solare che colpisce il suolo e poi la superficie interna, assumendo rispettivamente il 20%, il 100% e il 100% di conversione di efficienza. In 1350 anni, utilizzeremo tanta energia quanta ne genera il sole. In 2450 anni, ne useremo tanto quanta ne emettono le centinaia di miliardi di stelle della Via Lattea. Le note verticali forniscono una prospettiva storica su quanto siano distanti questi limiti nel contesto della civilizzazione.

Ma perché

solo il solare?

Alcuni lettori potrebbero obbiettare

della precedente focalizzazione sull’energia solare o stellare. Se

sogniamo in grande, dimentichiamo i limiti posti dalla flebile energia

solare e adottiamo la fusione. L’abbondanza di deuterio nell’acqua

ci consente di avere un’apparentemente inesauribile fonte di energia

proprio qui sulla Terra. Non entreremo nel dettaglio della questione,

perché non ci serve. La crescita impietosa mostrata sopra significa

che fra 1400 anni ogni fonte di energia che sfruttiamo farebbe

splendere il sole.

Fatemi riaffermare un punto importante. Non

importa quale sia la tecnologia, un tasso di crescita dell’energia

pari al 2,3% richiederebbe la produzione di tanta energia quanto emette

il sole intero fra 1400 anni. Una parola di avvertimento: quella centrale

energetica diventerà un po’ calduccio. La termodinamica stabilisce

che se generiamo un’energia comparabile a quella del sole sulla Terra,

la superficie terrestre, essendo più piccola di quella solare, dovrebbe

essere più calda di quella del sole!

I limiti della termodinamica

Possiamo indagare con più esattezza

i limiti termodinamici del problema. La Terra assorbe abbondante energia

dal sole, molto più delle necessità attuali della società.

La Terra si libera di questa energia irraggiando lo spazio, principalmente

con onde infrarosse. Non ci sono altri modi per lo smaltimento del calore.

L’assorbimento e l’emissione sono infatti quasi in pareggio. Se

così non fosse, la Terra si riscalderebbe lentamente o si raffredderebbe.

In effetti, abbiamo diminuito la possibilità di fuga delle radiazioni

infrarosse, che hanno portato al riscaldamento globale. Comunque, siamo

ancora bilanciati, con meno dell’1% di differenza. Siccome la quantità

di calore emessa da un corpo irradiato è pari alla quarta potenza della

sua temperatura (quando espressa in termini assoluti, come Kelvin),

possiamo calcolare la temperatura di equilibrio della superficie terrestre

visto il carico addizionale fornito dalle attività umane.

Fig 3. La temperatura sulla superficie terrestre, data una crescita dell’energia del
2,3%, ipotizzando che altre fonti rispetto alla luce solare siano utilizzate
per fornirci l’energia richiesta e che il suo avvenga sulla superficie del pianeta. Anche una fonte da sogno come la fusione ci porterebbe a condizioni insopportabili in poche centinaia di anni se la crescita dovesse continuare. Da notare che la scala verticale è logaritmica.

Il risultato è mostrato qui sopra.

Già da prima, sappiamo che se ci confiniamo sulla superficie terrestre,

esauriremo il potenziale solare in 400 anni. Per poter proseguire la

crescita dell’energia oltre questo periodo, dovremmo abbandonare le

rinnovabili – praticamente tutto quello che viene dal sole – per

la fissione/fusione nucleare. Ma l’analisi termodinamica dice che

ci arrostiremo comunque.

Fermiamo questa follia!

Lo scopo di questa argomentazione è

di evidenziare l’assurdità che risulta dalla considerazione che possiamo

continuare ad aumentare il nostro uso di energia, anche se lo faremo

in modo più parco degli ultimi 350 anni. Questa analisi è un bersaglio

facile per le critiche, dati i paraocchi presenti fin dalle premesse.

Mi piacerebbe distruggerla da solo. Intanto, la crescita continuata

dell’uso di energia potrebbe non essere necessario se la popolazione

umana si stabilizzasse. Alla fine, il tasso di crescita dell’energia

del 2,9% che abbiamo avuto potrebbe attenuarsi se il mondo si satura

di persone. Ma non lasciamoci sfuggire l’assunto principale: la

crescita continua dell’uso di energia diventa fisicamente impossibile

entro un lasso di tempo ragionevole. L’analisi precedente offre

un bel modo per dimostrarlo. Ho scoperto che è un argomento inoppugnabile

che fa scattare le persone verso l’apprezzamento dei sani limiti alla

crescita infinita.

Una volta capito che la crescita fisica

un giorno dovrà cessare (o invertirsi), potremmo comprendere che tutta

la crescita economica dovrà finire allo stesso modo. Questo ultimo

punto potrà essere duro da digerire, vista la nostra capacità rinnovare,

di migliorare l’efficienza, eccetera. Ma questo argomento verrà trattato

in un altro post.

Riconoscimenti

Ringrazio Kim Griest per i commenti

e per aver avuto l’idea che in 2500 anni riusciremo a esaurire la

Via Lattea, e ringrazio Brian Pierini per gli utili commenti.

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Fonte: http://physics.ucsd.edu/do-the-math/2011/07/galactic-scale-energy/

12.07.2011

Traduzione per www.comedonchisciotte.org a cura di SUPERVICE

Pubblicato da supervice

  • AlbertoConti

    L’argomento è interessante, ma la trattazione è troppo stupida, contiene una quantità tale di corbellerie che non merita neppure di essere commentata. Ad ogni buon conto la crescita è già finita oggi, e se il mondo avesse fatto come gli americani sarebbe già finita da molto prima. Per questo il modello di riferimento è quello dello spreco, energetico in primis. In ogni caso il “tenore di vita” degli americani, ed anche nostro, non è in discussione, nel senso che è fuori dubbio che si dovrà contrarre drasticamente.

  • Tonguessy

    La crescita porta molte cose positive come le auto, la televisioneed i relativi vidioti telecomandati, le nanopolveri che causano così tante belle allergie, inquinamenti etc…

    Splendida poi la chiusa:Ringrazio Kim Griest per aver avuto l’idea che in 2500 anni riusciremo a esaurire la Via Lattea
    Se non ci fossero certi scienziati impegnati a calcolare il futuro della Via Lattea, come impiegherebbero il loro tempo? Dopo la batosta dell’IPCC ed il suo AGW, qualcosa si devono pure inventare, no?

  • biscotto

    per migliorare l’articolo potevi anche inserirci un grafico dell’aumento della stupidità umana relazionata all’aumento delconsumo di energia. Einstein, come tutti sanno, aveva dei dubbi sull’infinità dell’universo, ma non della stupidità umana. Con la crescita annua del 2,5% di stupidità, in quanti anni ritieni si potrebbe raggiungere l’infinito? A quale punto del grafico ritieni avverrebbe l’autodistruzione?

  • ggp606060

    Per chi volesse approfondire le proprie nozioni in tema di fonti energetiche, rinnovabili e non, consiglio il libretto “Energia oggi e domani” dei prof.univ.bolognesi Armaroli+Balzani che le esaminano tutte con metodo e criterio scientifico, ma senza tralasciare tutti gli importanti aspetti collegati. Lo trovate gratis su http://giannigirotto.wordpress.com/indispensabili/libri/

  • Tonguessy

    potevi anche inserirci un grafico dell’aumento della stupidità umana relazionata all’aumento delconsumo di energia…
    mitico!

  • vic

    Qui conviene partire da zero, cioe’ dal feto.

    Se applicassimo lo stesso tipo di analisi alla crescita di un feto, ci accorgeremmo che anche lui cresce esponenzialmente: in quantita’ di cellule e pure in qualita’. Ma mica lo fa per sempre!
    Come tutti sanno ci fu un tempo in cui v’erano feti che crescevano proprio a dismisura, e pare fossero anche piuttosto squilibrati a dismisura, se intendiamo il rapporto peso cervello/peso corporeo: erano i dinosauri, specialmente quelli monarchici (rex). Ispirati dal T. Rex si potrebbe anche considerare l’aumento esponenziale dell’aggressivita’. Fino a che punto sia sostenibile.

    Da queste sciocche considerazioni deduco che il mondo occidentale si trova ancora nella fase fetale. Nessuno ha idea se fara’ la fine dei dinosauri, magari in variante repubblicana, oppure se si stabilizzera’ accontentandosi di dimensioni piu’ contenute. Chi si contenta gode, ma c’e’ anche chi gode a non accontentarsi mai. E’ la faglia di Sant’Andrea della goduria, su cui e’ difficle trovare un compromesso, a meno di terremoti.

    Comunque e’ interessante che vi sia qualche statunitense che cominci a porsi domande sulla crescita esponenziale. Magari lo fa in stile fumettistico, stile famiglia Simpson, comunque qualcosina si muove nei piccoli cervelli dei novelli dinosauri del consumo, del debito, della guerra. Accidenti, ho perso il grafico del danno esponenziale causato dalle guerre!

    Saro’ un imbecille, non capiro’ nulla di finanza, ma mi sa che il tarlo di tutto quanto sia nell’accettazione supina dell’idea di interesse composto. Non c’entra nulla con l’energia? Occhei, ma c’entra assai con la psicologia dell’accettare un ragionamento esponenziale. Che applicato in campo finanziario combina forse piu’ guai che applicato all’energia galattica.

    In attesa del prossimo articolo in cui si fara’ il parallelo fra l’energia galattica ed il debito galattico, porgo i piu’ simpatici saluti alla famiglia Simpson. Che e’ gialla, invece i Puffi sono blu’.

  • Onilut

    Chissà cosa penserebbe Theodore Kaczynski di questo articolo…

  • Onilut

    1. La rivoluzione industriale e le sue conseguenze sono state un disastro per la razza umana. Hanno aumentato la durata della vita media di chi risiede nelle nazioni “progredite”, ma hanno destabilizzato la società, impoverito la vita e assoggettato l’uomo alla mancanza di dignità, contribuito a diffondere sofferenze psicologiche (e nel terzo mondo anche fisiche) e inflitto danni smisurati alla natura. Il continuo sviluppo della tecnologia peggiorerà ulteriormente la situazione. Condurrà senza dubbio a nuove e più grandi sofferenze per la razza umana, infliggerà ferite sempre più gravi alla natura. Condurrà alla distruzione del tessuto sociale e a nuove malattie psicologiche, nonché a nuove sofferenze fisiche, persino nelle nazioni “progredite”./

    Theodore Kaczynski, Manifesto di Unabomber

  • AlbertoConti

    Lo dicevo che una risata li seppelirà; complimenti! L’importante però è che non ci seppellisca tutti.

  • MicheleMorini

    ehehe ben argomentato 😉

  • borat

    bell’articolo

    sullo stile di Asimoov tanto per dire.

    peccato che sia a tema

  • Zret

    Paccottiglia per giunta mal impacchetata.

  • cirano60

    Era da tempo che non partecipavo a questo forum, al login il sito mi ha proposto la domanda : sei umano rispondo sì varie volte ma niente da fare no login.
    Dopo vari tentativi ho risposto no non sono umano e finalmente ho potuto postare questo mio umile commento secondo voi c’è da preoccuparsi?.
    E veniamo al tema dell’energia da qualche anno è diventato il problema che è sulla bocca di tutti anche di quelli che la aprono soltanto per dargli fiato. I post di Bardi è esemplificativo al riguardo la foto del sarchiapone a fusione fredda sembra una italia ingessata capovolta , ingessata come la testa di tanti nostri concittadini che dibattono su argomenti su cui bisognerebbe tacere specialmente quelli scientifici;
    molti lettori si sono scagliati contro le argomentazioni di Bardi definendolo un cicapparo che vuole oscurare con argomentazioni da debunker la bellezza della presunta scoperta scientifica dei due prof di bologna; non è detto che uno che sostiene spesso tesi sbagliate non possa qualche volta dire cose sensate. A me tutto lo scalpore mediatico riservato all’annunciazione dell’Habemus energia mi è parso esagerato e la fusione fredda una tipica sola all’italiana; ci si domanda allora il perchè ma per una ragione vecchia come il mondo fare un pò di soldi con conferenze,studi di progetto,istituzione di cattrede universitarie il bailamme delle tv giornali e web . Io sono scettico per esempio ad una domanda di un giornalista su quanta energia producesse l’accrocco uno dei due ‘inventori’ ha risposto : “ehm 14 kwh per ora con un imput di 1kw” -vedere su youtube per credere-; forse era confuso in mezzo a quella kermesse piena di ricercatori, scienziati fotonici superlaureati ,perdigiorno di pura razza italica; chissa quanta è costata quella dimostrazione della scoperta del nuovo millenio.
    Sarebbe bastato che qualcuno avesse chiesto con ingenuità : ma perchè non colleghi quel fottuto tubo di scarico del vostro accrocco a 4 termosifoni e vedere l’effetto che fà
    e vedere se è come a casa nostra dove una centralina a metano di 20kw ti riscalda una casa intera.
    Secondo me l’arma vincente degli americani è nel loro pragmatismo: non si illudono di trovare improbabili fate turchine non elargiscono cattedre universitarie ai donchischotte della fisica e men che meno gli scuciscono un centesimo per le loro ricerche: presero a calci nel culo i due della fusione fredda facendoli atterrare sulla bella e generosa europa che ospita e mantiene tutti;comunque se esiste la fredda c’è pure la calda, sono 50 anni che i ricercatori la cercano senza finora averla mai trovata. Questa ricerca è costata qualche miliardino.
    Chissà forse mancano i veri geni dei tempi passati : fermi,ophenaimer,teller,bohr,plank etc.
    Gente che con i loro calcoli teorici stabilirono che in una reazione a caterna l’urto di un singolo neutrone non avrebbe prodotto istantaneamente altri neutroni ma in base ai loro calcoli si fisica-matematica stabilirono che il rilascio sarebbe avvenuto con un ritardo di qualche decimo di secondo-mi sembra 0,4sec-e con questa legge fisica prevista dalle loro teorie e sperimentata , fù previsto che la reazione nucleare si sarebbe svolta in maniera regolare . Soltanto immaginiamo quale certezza possedevano della loro scienza fisica matematica, mentre calavano le sbarre di combustibile tranquilli che la loro centrale non sarebbe esplosa come una mega bomba atomica.