ENERGIA SU SCALA GALATTICA, PARTE 1

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

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

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,

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

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

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

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’

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!

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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