Post on 07-Apr-2018
8/3/2019 Energia Su Scala Galattica
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ENERGIA SU SCALA GALATTICA
DI TOM MURPHY
Dallinizio della Rivoluzione Industriale, abbiamo assistitoad unimpressionante crescita del consumo di energia da
parte della civilt umana. Lestrapolazione dei datidall Energy Information Agency sulluso di energia negliStati 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). importante comprendere la futura traiettoria della crescita dellenergia perchovunque governi e organizzazioni formulano ipotesi basate sullaspettativa che il trend dellacrescita continuer 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
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 diventata una normalit 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 qualit della vita migliora, lo stesso fa lassistenza sanitaria e, aparte la proliferazioni dipasswordda ricordare, la vita tende a essere pi comoda col passare del
tempo. La crescita porta con s una promessa del domani, dando motivo per investire nello
sviluppo futuro prima di un ritorno degli investimenti. La crescita quindi la base per i tassi diinteresse, i prestiti e lindustria finanziaria.
http://www.eia.gov/emeu/aer/append_e.htmlhttp://www.eia.gov/emeu/aer/append_e.htmlhttp://www.eia.gov/emeu/aer/append_e.htmlhttp://www.eia.gov/totalenergy/data/annual/index.cfmhttp://www.eia.gov/totalenergy/data/annual/index.cfmhttp://www.eia.gov/totalenergy/data/annual/index.cfmhttp://www.eia.gov/emeu/aer/append_e.html8/3/2019 Energia Su Scala Galattica
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Siccome la crescita stata con noi per innumerevoli generazionici significa che tutti coloroche abbiamo mai incontrato o che i nostri nonni hanno mai incontrato ne hanno avuto esperienza
la crescita centrale nella nostra descrizione di chi siamo e di cosa facciamo. Di conseguenza,siamo in difficolt nellimmaginare una traiettoria differente.
Questo post fornisce un esempio calzante dellimpossibilit della crescita continua ai tassi attuali,anche in un lasso di tempo vicino. Per ragioni di opportunit, abbiamo abbassato la crescita
energetica dal 2,9% a 2,3% lanno cos da avere un fattore 10 di incremento ogni 100 anni.
Facciamo partire lorologio oggi, con un livello globale di uso dellenergia di 12 terawatt (equindi 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 dallinizio che le considerazioni alla base di questa analisi sono moltolacunose. Ma questo diventer, alla fine, la sua forza.
Una corsa verso la galassia
Sono sempre stato impressionato dal fatto che arriva tanta energia solare in unora sulla Terraquanta ne consumiamo in un anno. Quante speranze ci sono in questa frase! Ma non ci facciamo
prendere dallemozione, per ora.
Solo il 70% della luce solare incidente entra nel bilancio energetico terrestre, il resto rimbalza
immediatamente sulle nuvole, latmosfera e la terra senza essere assorbita. Inoltre, essendocreature 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 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, cos in 200 anni, siamo a 100 volte il valore attuale, eraggiungeremo 7.000 TW in 275 anni. 275 anni sembra essere un periodo troppo lungo nella
scala temporale umana, ma non cos lungo per la civilizzazione. E pensate al mondo che
abbiamo appena creato: ogni metro quadro di terra 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 cos importante risorsa globale. Facciamoci beffe dei limiti
della termodinamica e parliamo del 100% di efficienza (s, abbiamo iniziato la parte creativa di
questo viaggio). Questo ci d 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 importante, perch la biomassa, il
vento e la generazione idroelettrica derivano dalla radiazione solare e i combustibili fossili
rappresentano la batteria terrestre caricata dallenergia solare per milioni di anni. Solo ilnucleare, 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 dellanalisi precedente dato dalla superficie terrestre, per quanto bella sia.Guadagniamo solamente 16 anni raccogliendo il 30% supplementare di energia che se ne
schizza via allistante, cos la grande spesa sostenuta per aver installato uno schieramento dipannelli fotovoltaici per circondare la Terra non stata molto utile. Ma perch confinarci sulla
Terra, visto che c lo spazio? Pensiamo in grande: circondiamo il sole di pannelli solari. E vistoche ci siamo, diamo anche a loro unefficienza del 100%. Non ci preoccupiamo del fatto che unastruttura di 4 mm che circonda il sole alla distanza dellorbita terrestre richiederebbe materiali
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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 dellenergia pari al 2,3% per 1350 anni dalmomento attuale.
A questo punto potrai aver capito che il nostro sole non lunica stella nella galassia. La ViaLattea 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 il
fattore undici di 10, quindi abbiamo altri 1100 anni. Per questo, fra circa 2500 anni, staremmo
usando una quantit di energia pari a una grande galassia. Sappiamo abbastanza precisamentequello che gli umani facevano 2500 anni fa. Credo di poter dire con sicurezza che so quello che
non staremo facendo di qui a 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 perch solo il solare?
Alcuni lettori potrebbero obbiettare della precedente focalizzazione sullenergia solare ostellare. Se sogniamo in grande, dimentichiamo i limiti posti dalla flebile energia solare e
adottiamo la fusione. Labbondanza di deuterio nellacqua ci consente di avere una fonte dienergia apparentemente inesauribile proprio qui sulla Terra. Non entreremo nel dettaglio della
questione, perch non ci serve. La crescita impietosa mostrata sopra significa che fra 1400 anni
ognifonte di energia che dovrebbe oscurare il sole.
Fatemi riaffermare un punto importante. Non importa quale sia la tecnologia, un tasso di crescitadellenergia pari al 2,3% richiederebbe la produzione di tanta energia quanto emette il soleintero in 1400 anni. Una parola di avvertimento: quella centrale energetica sar un calduccia. La
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termodinamica stabilisce che se generiamo unenergia comparabile a quella del sole sulla Terra,la superficie terrestre, essendo pi piccola di quella solare, dovrebbe essere pi calda di quella
del sole!
I limiti della termodinamica
Possiamo indagare con pi esattezza i limiti termodinamici del problema. La Terra assorbe
abbondante energia dal sole, molto pi delle necessit attuali della societ. La Terra si libera di
questa energia irraggiando lo spazio, principalmente con onde infrarosse. Non ci sono altri modiper lo smaltimento del calore. Lassorbimento e lemissione sono, infatti, quasi in pareggio. Secos non fosse, la Terra si riscalderebbe lentamente o si raffredderebbe. In effetti, abbiamo
diminuito la possibilit di fuga delle radiazioni infrarosse, che hanno portato al riscaldamento
globale. Comunque, siamo ancora bilanciati, con meno dell1% di differenza. Siccome la quantitdi calore emessa da un corpo irradiato 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 attivit umane.
Fig 3.La temperatura sullasuperficie terrestre, data una crescita dellenergia del 2,3%, ipotizzandoche altre fonti rispetto alla luce solare siano utilizzate per fornirci lenergia 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 logaritmica.
Il risultato mostrato qui sopra. Gi da prima, sappiamo che se ci confiniamo sulla superficie
terrestre, esauriremo il potenziale solare in 400 anni. Per poter proseguire la crescita
dellenergia oltre questo periodo, dovremmo abbandonare le rinnovabili praticamente tuttoquello che viene dal sole per la fissione/fusione nucleare. Ma lanalisi termodinamica dice checi arrostiremo comunque.
Fermiamo questa follia!
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Lo scopo di questa argomentazione di evidenziare lassurdit che risulta dalla considerazioneche possiamo continuare ad aumentare il nostro uso di energia, anche se lo faremo in modo pi
parco degli ultimi 350 anni. Questa analisi un bersaglio facile per le critiche, dati i paraocchi
presenti fin dalle premesse. Mi piacerebbe distruggerla da solo. Intanto, la crescita continuata
delluso di energia potrebbe non essere necessario se la popolazione umana si stabilizzasse. Allafine, il tasso di crescita dellenergia del 2,9% che abbiamo avuto potrebbe attenuarsi se il mondosi satura di persone. Ma non lasciamoci sfuggire lassunto principale: la crescita continua dellusodi energia diventa fisicamente impossibile entro un lasso di tempo ragionevole. Lanalisi
precedente offre un bel modo per dimostrarlo. Ho scoperto che un argomento inoppugnabileche fa scattare le persone verso lapprezzamento dei sani limiti alla crescita infinita.
Una volta capito che la crescita fisica un giorno dovr cessare (o invertirsi), potremmo
comprendere che tutta la crescita economica dovr finire allo stesso modo. Questultimo puntopotr essere duro da digerire, vista la nostra capacit rinnovare, di migliorare lefficienza,eccetera. Ma questo argomento verr trattato in un altro post.
Riconoscimenti
Ringrazio Kim Griest per i commenti e per aver avuto lidea che in 2500 anni riusciremo aesaurire 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 perwww.comedonchisciotte.orga cura di SUPERVICE
http://physics.ucsd.edu/do-the-math/2011/07/galactic-scale-energy/http://physics.ucsd.edu/do-the-math/2011/07/galactic-scale-energy/http://physics.ucsd.edu/do-the-math/2011/07/galactic-scale-energy/http://www.comedonchisciotte.org/site/http://www.comedonchisciotte.org/site/http://www.comedonchisciotte.org/site/http://www.comedonchisciotte.org/site/http://physics.ucsd.edu/do-the-math/2011/07/galactic-scale-energy/