Da “Engineering for Change”. Traduzione di MR (h/t Maurizio Tron)
Di Josh Kearns
I professionisti dello sviluppo fanno il loro lavoro assumendo che il mondo in via di sviluppo un giorno somigli molto al mondo sviluppato. Ma ci sono buone possibilità che si sbaglino. Uno sguardo paratico alla fornitura mondiale di energia ed una interessante nuova ricerca sul collegamento fra energia, cultura e qualità della vita, mostra che probabilmente è vero il contrario: il mondo sviluppato presto somiglierà al mondo in via di sviluppo. Ecco perché sta accadendo e cosa possiamo fare per prepararci ora ad un grande cambiamento.
Da contadini a desk jockey
Dai primi anni 90 del secolo scorso il governo statunitense non ha tenuto dei “contadini” come una categoria del censo nazionale e questo è un sintomo di consumo di energia. Gasolio, fertilizzanti chimici e pesticidi sono tutti forme di energia che hanno soppiantato i muscoli umani ed animali nelle fattorie. Questa energia, che proviene da combustibili fossili accessibili e a buon mercato, ha trasformato i servi della gleba medievali negli odierni “servi del cubicolo” degli affari, del governo e delle accademie, nei paesi sviluppati. E i professionisti dello sviluppo globale stanno cercando di guidare il mondo in via di sviluppo lungo lo stesso sentiero.
L'energia fossile ha facilitato tre raddoppi della popolazione globale dal 18° secolo, mentre ha eretto una gerarchi bizantina tecno-sociale nel mondo sviluppato e nei centri di potere del mondo in via di sviluppo.
Ritorno energetico dall'investimento
Guardiamo l'energia dal punto di vista contabile. Non vedremo la quantità totale di energia posseduta dal pianeta Terra – carbon fossile, petrolio e gas, luce solare, vento, maree, nuclei radioattivi o la somma totale dell'energia incorporata nei legami chimici. Guardiamo piuttosto l'energia netta: la quantità di energia utile rimanente dopo aver sottratto l'energia che serve per esplorare le fonti energetiche poi estrarle, raffinarle, trattarle e così via. Un metodo per calcolare questo surplus di energia netta è chiamato Ritorno Energetico dall'Investimento, in breve EROI (più corretto sarebbe EROEI, ndt). Questo concetto è stato introdotto da Charles Hall e dai suoi colleghi all'Università di Stato di New York a Syracuse. Al centro dell'EROEI c'è una semplice equazione: EROEI = energia che torna alla società / energia investita per ottenerla.
Succhiare 500 milioni di anni di luce solare
L'accesso a fonti di energia ad alto EROEI è ciò che permette alle società di sviluppare i sistemi tecnologici avanzati e le gerarchie sociali complesse e fortemente differenziate che vediamo oggi intorno a noi. Al contrario, le persone del medioevo avevano fonti di energia a basso EROEI – solo muscoli umani ed animali, oltre alla biomassa da bruciare e un modesto uso delle correnti di venti ed acqua. In quei giorni, gran parte della popolazione doveva mettere la propria schiena nel proprio lavoro perché non aveva un motore diesel che lo facesse per lei. L'era dei combustibili fossili ha inaugurato una manna di EROEI alto senza precedenti nella storia del pianeta. Gli esseri umani hanno liberato il potere di 500 milioni di anni di luce solare stoccata e concentrata. Ed abbiamo continuato a bruciare questa abbondanza finita ed irripetibile con notevole velocità.
L'EREOI è direttamente collegato allo sviluppo. Per conservare gli attuali stili di vita occidentali, i paesi sviluppati hanno bisogno di un surplus di energia netto. Jessica Lambert e i suoi colleghi alla Next Generation Energy Initiative, Inc. a Marcellus, New York, postula che le società soddisfano prima i bisogni energetici più fondamentali ed importanti poi, se rimane dell'energia, soddisfano bisogni sempre più complessi lungo una scala che chiamano la “gerarchia dei bisogni energetici”. E' simile alla gerarchia (piramide) di Maslow dei bisogni umani. I ricercatori hanno dato voce alle loro idee nell'edizione dell'agosto 2013 della rivista Energy Policy (pdf). Sopra, ho allegato una figura dal loro saggio con frecce che indicano le coordinate dell'EROEI in aumento disponibile per la società e l'aumento della complessità tecno-sociale.
I ricercatori hanno calcolato l'accesso all'energia e l'EROEI dei paesi del mondo , mettendo su grafici i dati rispetto ai comuni indici di sviluppo e qualità della vita, compreso l'Indice di Svuluppo Umano dell'ONU (ISU), percentuale dei bambini sottopeso, spese per la salute pubblica, cultura femminile, uguaglianza fra i sessi ed accesso a forniture “migliorate” d'acqua. Ho riprodotto uno di quei grafici sulla sinistra con una linea sovrapposta che corrisponde all'EROEI che segna il confine approssimativo fra livelli superiori ed inferiori di sviluppo umano. I ricercatori hanno scoperto che i paesi con livelli da moderati ad alti di sviluppo umano, tendevano ad avere EROEI in eccesso di 20:1 o 30:1 (un EROEI di 20:1 significa che per ogni unità investita se ne acquisiscono 19). dall'altro lato, i paesi che hanno accesso ad energia a meno di 20:1 generalmente non sono stati in grado di ottenere alti livelli di sviluppo. Gli autori hanno anche guardato le tendenze dell'EROEI fornito dalle tecnologie energetiche prevalenti, compresi petrolio, gas, carbone, solare fotovoltaico ed eolico, nucleare, idroelettrico e così via.
Le fonti con EROEI più alto sono andate
Le fonti di combustibili fossili del 20° secolo avevano un EROEI di gran lunga maggiore di qualsiasi altra fonte ed ora sono finite. I giacimenti di petrolio e gas convenzionale storici, per esempio, fornivano un EROEI della di una grandezza da 50:1 a 100:1 o oltre. Abbiamo via via bruciato i depositi che erano più facili da estrarre ed ora l'EROEI del petrolio e del gas globale è declinato a qualcosa come 20:1. Per esempio, il costo della trivellazione dei pozzi di petrolio convenzionale di un tempo era di 400.000 dollari e producevano circa 1.000 barili al giorno per alcuni decenni. Le trivellazioni dei pozzi di petrolio da “fracking” di oggi costano 6-12 milioni di dollari e producono al massimo poche centinaia di barili al giorno da uno a tre anni.
E le risorse rinnovabili non hanno un EROEI alto
Ma è comunque un EROEI molto più alto di quanto il combustibili rinnovabile possa fornire. Le tecnologie rinnovabili hanno EROEI più bassi, da circa 5:1 a 15:1 e dipendono da combustibili fossili a buon mercato per lo sviluppo su larga scala. Per esempio, le turbine eoliche contengono grandi quantità di neodimio per fare i magneti che usano per generare elettricità e lo estraiamo con macchinari a gasolio della dimensione di Godzilla. Eolico e solere fotovoltaico costituiscono meno del 1% del portafogli energetico globale. Negli Stati Uniti, il solare FV fornisce meno di un centesimo del 1% della nostra elettricità. Rese zoppe da EROEI relativamente bassi e dipendendo da una piattaforma di combustibili fossili a buon mercato ed alto EROEI per la produzione, l'installazione e la manutenzione, non è fattibile che le rinnovabili siano rapidamente portate su scala per soddisfare le necessità energetiche future se puntiamo a mantenere il business as usual (BAU) con la crescita esponenziale delle economie nazionali, della popolazione e della ricchezza. Sembra quindi che ci troviamo di fronte a carenze di energia netta molto preoccupanti. L'EROEI che ha alimentato il nostro sviluppo sino ad ora se ne andrà presto con l'esaurimento e il declino della qualità dei combustibili fossili e non possiamo compensare la differenza sostituendoli con le rinnovabili. Ciò che preoccupa ancora di più, però, è che l'EROEI non sembra declinare in modo lineare.
Il dirupo energetico
Le implicazioni di questa analisi sono a diro poco preoccupanti. Globalmente, il ritorno netto del nostro petrolio e gas prevalenti è declinato nella gamma di 20:1 – 30:1. Uno sguardo allo stato dello sviluppo globale odierno suggerisce che questo è un EROEI che rende difficile per le società raggiungere un alta qualità della vita. L'EROEI delle tecnologie rinnovabili ricade in questa gamma o al di sotto di essa. Ora vediamo cosa succede in Un EROEI di 10:1 – 20:1. La funzione esponenziale dell'EROEI comincia a scendere nettamente. Ciò viene chiamato il “dirupo dell'energia netta”. Una società che passa in questa gamma di EROEI in declino diventa sempre meno in grado di sostenere alti livelli di complessità tecno-sociale. Noi che viviamo nell'opulento Occidente siamo giunti a dare per scontati i frutti di questa complessità, come la conditio sine qua non per un alto standard di vita così come il nostro diritto di nascita perpetuo.
La fine dello sviluppo globale
Questa analisi ha due messaggi chiave per i lettori di E4C e chiunque sia impegnato nell'ingegneria dello sviluppo globale. Il primo: è improbabile che il mondo in via di sviluppo si “svilupperà” mai tanto. Il secondo: il mondo sviluppato opulento affronterà un “de-sviluppo” catabolico, in quanto le fonti di energia diminuiscono e alla fine non riescono a sostenere i livelli superiori della gerarchia dei bisogni energetici. Il catabolismo avviene quando una società esaurisce le proprie risorse, quando non può più crescere e comincia a disassemblare la propria infrastruttura per consumarla per l'energia, come spiega John Michael Greer (pdf). Presto, gran parte della struttura dalla moderna vita opulenta data per scontata si spezzerà e verrà dimenticata nei recessi della storia. Sfortunatamente, questo sarà un processo doloroso che coglierà molti di sorpresa. Le ipotesi prevalenti sono che la crescita è infinita e che la prosperità aumenta sempre. Abbiamo una fede quasi utopistica nei proventi benefici senza limiti di tecnologia ed innovazione. Ma uno sguardo pratico all'energia netta suggerisce il contrario.
La risposta degli ingegneri
Dovremmo agire ora per prepararci al declino. La prima priorità dovrebbe essere acquisire più esperienza sviluppando tecnologie che sono in rapporto ai limiti delle risorse del futuro. E dobbiamo far questo non semplicemente per obbligo morale verso i poveri del mondo, ma anche perché, a breve, avremo bisogno di quelle stesse tecnologie anche noi. I calcoli dell'EROEI dovrebbero informare le decisioni sul corso della scienza, della ricerca ingegneristica e dello sviluppo. Dovrebbe essere perseguita l'innovazione per fare un uso migliore delle risorse locali. Ciò che costruiamo ci deve aiutare a vivere con meno energia, enfatizzando la qualità sulla quantità materiale, il tutto mentre diventiamo complessivamente più poveri. E ciò dovrebbe aiutarci a prevedere quali tipi di shock abbiamo di fronte e come possiamo rispondere in modo intelligente e creativo. In breve, la scienza ingegneristica e la tecnologia di ricerca e sviluppo si dovrebbero concentrare su soluzioni che soddisfino i bisogni fondamentali che non dipendono da alti ingressi di EROEI, lunghe e vulnerabili filiere di fornitura o fragili e complessi sistemi tecno-sociali. Per stabilire obbiettivi appropriati per questa innovazione, dobbiamo accettare la probabilità che il mondo sviluppato del futuro assomiglierà molto di più al mondo in via di sviluppo di oggi, non il contrario come è stato tradizionalmente ipotizzato nel settore dello sviluppo. Ci sono moltissime opzioni per l'innovazione, la creatività, la speranza, il miglioramento della nostra qualità di vita e la costruzione della comunità, una volta che la gente comincia a considerare seriamente e ad abbracciare i limiti al BAU. C'è così tanto del BAU che è inefficiente e non salutare, quindi un cambiamento potrebbe davvero essere una vittoria per tutti, anche in un difficile futuro di declino e collasso economico protratto.
Previsioni dolorose, ma pratiche
Quali tipi di speculazioni ragionevoli possiamo fare sul futuro per delineare gli obbiettivi della tecnologia di ricerca e sviluppo? Eccone alcuni; vi invito a sottoporne altri nella sezione dei commenti.
Di Josh Kearns
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| Il petrolio non scorre più così. Questo è il Lakeview Gusher Number One, un'eruzione di petrolio da un pozzo in pressione dal pozzo petrolifero di Midway-Sunset a Kern County, in California, nel 1910. 100 anni fa, pozzi come questo producevano 90.000 barili al giorno, ma ora sono scesi a 2 soli barili al giorno. Foto di dominio pubblico Wikimedia Commons |
Da contadini a desk jockey
Dai primi anni 90 del secolo scorso il governo statunitense non ha tenuto dei “contadini” come una categoria del censo nazionale e questo è un sintomo di consumo di energia. Gasolio, fertilizzanti chimici e pesticidi sono tutti forme di energia che hanno soppiantato i muscoli umani ed animali nelle fattorie. Questa energia, che proviene da combustibili fossili accessibili e a buon mercato, ha trasformato i servi della gleba medievali negli odierni “servi del cubicolo” degli affari, del governo e delle accademie, nei paesi sviluppati. E i professionisti dello sviluppo globale stanno cercando di guidare il mondo in via di sviluppo lungo lo stesso sentiero.
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| L'energia rinnovabile dipende pesantemente dai combustibili fossili, come esemplificato da questo convoglio di camion diesel che trasportano un enorme pezzo di turbina eolica. Foto: Tom/ Flickr |
Ritorno energetico dall'investimento
Guardiamo l'energia dal punto di vista contabile. Non vedremo la quantità totale di energia posseduta dal pianeta Terra – carbon fossile, petrolio e gas, luce solare, vento, maree, nuclei radioattivi o la somma totale dell'energia incorporata nei legami chimici. Guardiamo piuttosto l'energia netta: la quantità di energia utile rimanente dopo aver sottratto l'energia che serve per esplorare le fonti energetiche poi estrarle, raffinarle, trattarle e così via. Un metodo per calcolare questo surplus di energia netta è chiamato Ritorno Energetico dall'Investimento, in breve EROI (più corretto sarebbe EROEI, ndt). Questo concetto è stato introdotto da Charles Hall e dai suoi colleghi all'Università di Stato di New York a Syracuse. Al centro dell'EROEI c'è una semplice equazione: EROEI = energia che torna alla società / energia investita per ottenerla.
Succhiare 500 milioni di anni di luce solare
L'accesso a fonti di energia ad alto EROEI è ciò che permette alle società di sviluppare i sistemi tecnologici avanzati e le gerarchie sociali complesse e fortemente differenziate che vediamo oggi intorno a noi. Al contrario, le persone del medioevo avevano fonti di energia a basso EROEI – solo muscoli umani ed animali, oltre alla biomassa da bruciare e un modesto uso delle correnti di venti ed acqua. In quei giorni, gran parte della popolazione doveva mettere la propria schiena nel proprio lavoro perché non aveva un motore diesel che lo facesse per lei. L'era dei combustibili fossili ha inaugurato una manna di EROEI alto senza precedenti nella storia del pianeta. Gli esseri umani hanno liberato il potere di 500 milioni di anni di luce solare stoccata e concentrata. Ed abbiamo continuato a bruciare questa abbondanza finita ed irripetibile con notevole velocità.
Le fonti con EROEI più alto sono andate
Le fonti di combustibili fossili del 20° secolo avevano un EROEI di gran lunga maggiore di qualsiasi altra fonte ed ora sono finite. I giacimenti di petrolio e gas convenzionale storici, per esempio, fornivano un EROEI della di una grandezza da 50:1 a 100:1 o oltre. Abbiamo via via bruciato i depositi che erano più facili da estrarre ed ora l'EROEI del petrolio e del gas globale è declinato a qualcosa come 20:1. Per esempio, il costo della trivellazione dei pozzi di petrolio convenzionale di un tempo era di 400.000 dollari e producevano circa 1.000 barili al giorno per alcuni decenni. Le trivellazioni dei pozzi di petrolio da “fracking” di oggi costano 6-12 milioni di dollari e producono al massimo poche centinaia di barili al giorno da uno a tre anni.
E le risorse rinnovabili non hanno un EROEI alto
Ma è comunque un EROEI molto più alto di quanto il combustibili rinnovabile possa fornire. Le tecnologie rinnovabili hanno EROEI più bassi, da circa 5:1 a 15:1 e dipendono da combustibili fossili a buon mercato per lo sviluppo su larga scala. Per esempio, le turbine eoliche contengono grandi quantità di neodimio per fare i magneti che usano per generare elettricità e lo estraiamo con macchinari a gasolio della dimensione di Godzilla. Eolico e solere fotovoltaico costituiscono meno del 1% del portafogli energetico globale. Negli Stati Uniti, il solare FV fornisce meno di un centesimo del 1% della nostra elettricità. Rese zoppe da EROEI relativamente bassi e dipendendo da una piattaforma di combustibili fossili a buon mercato ed alto EROEI per la produzione, l'installazione e la manutenzione, non è fattibile che le rinnovabili siano rapidamente portate su scala per soddisfare le necessità energetiche future se puntiamo a mantenere il business as usual (BAU) con la crescita esponenziale delle economie nazionali, della popolazione e della ricchezza. Sembra quindi che ci troviamo di fronte a carenze di energia netta molto preoccupanti. L'EROEI che ha alimentato il nostro sviluppo sino ad ora se ne andrà presto con l'esaurimento e il declino della qualità dei combustibili fossili e non possiamo compensare la differenza sostituendoli con le rinnovabili. Ciò che preoccupa ancora di più, però, è che l'EROEI non sembra declinare in modo lineare.
Le implicazioni di questa analisi sono a diro poco preoccupanti. Globalmente, il ritorno netto del nostro petrolio e gas prevalenti è declinato nella gamma di 20:1 – 30:1. Uno sguardo allo stato dello sviluppo globale odierno suggerisce che questo è un EROEI che rende difficile per le società raggiungere un alta qualità della vita. L'EROEI delle tecnologie rinnovabili ricade in questa gamma o al di sotto di essa. Ora vediamo cosa succede in Un EROEI di 10:1 – 20:1. La funzione esponenziale dell'EROEI comincia a scendere nettamente. Ciò viene chiamato il “dirupo dell'energia netta”. Una società che passa in questa gamma di EROEI in declino diventa sempre meno in grado di sostenere alti livelli di complessità tecno-sociale. Noi che viviamo nell'opulento Occidente siamo giunti a dare per scontati i frutti di questa complessità, come la conditio sine qua non per un alto standard di vita così come il nostro diritto di nascita perpetuo.
La fine dello sviluppo globale
Questa analisi ha due messaggi chiave per i lettori di E4C e chiunque sia impegnato nell'ingegneria dello sviluppo globale. Il primo: è improbabile che il mondo in via di sviluppo si “svilupperà” mai tanto. Il secondo: il mondo sviluppato opulento affronterà un “de-sviluppo” catabolico, in quanto le fonti di energia diminuiscono e alla fine non riescono a sostenere i livelli superiori della gerarchia dei bisogni energetici. Il catabolismo avviene quando una società esaurisce le proprie risorse, quando non può più crescere e comincia a disassemblare la propria infrastruttura per consumarla per l'energia, come spiega John Michael Greer (pdf). Presto, gran parte della struttura dalla moderna vita opulenta data per scontata si spezzerà e verrà dimenticata nei recessi della storia. Sfortunatamente, questo sarà un processo doloroso che coglierà molti di sorpresa. Le ipotesi prevalenti sono che la crescita è infinita e che la prosperità aumenta sempre. Abbiamo una fede quasi utopistica nei proventi benefici senza limiti di tecnologia ed innovazione. Ma uno sguardo pratico all'energia netta suggerisce il contrario.
La risposta degli ingegneri
Dovremmo agire ora per prepararci al declino. La prima priorità dovrebbe essere acquisire più esperienza sviluppando tecnologie che sono in rapporto ai limiti delle risorse del futuro. E dobbiamo far questo non semplicemente per obbligo morale verso i poveri del mondo, ma anche perché, a breve, avremo bisogno di quelle stesse tecnologie anche noi. I calcoli dell'EROEI dovrebbero informare le decisioni sul corso della scienza, della ricerca ingegneristica e dello sviluppo. Dovrebbe essere perseguita l'innovazione per fare un uso migliore delle risorse locali. Ciò che costruiamo ci deve aiutare a vivere con meno energia, enfatizzando la qualità sulla quantità materiale, il tutto mentre diventiamo complessivamente più poveri. E ciò dovrebbe aiutarci a prevedere quali tipi di shock abbiamo di fronte e come possiamo rispondere in modo intelligente e creativo. In breve, la scienza ingegneristica e la tecnologia di ricerca e sviluppo si dovrebbero concentrare su soluzioni che soddisfino i bisogni fondamentali che non dipendono da alti ingressi di EROEI, lunghe e vulnerabili filiere di fornitura o fragili e complessi sistemi tecno-sociali. Per stabilire obbiettivi appropriati per questa innovazione, dobbiamo accettare la probabilità che il mondo sviluppato del futuro assomiglierà molto di più al mondo in via di sviluppo di oggi, non il contrario come è stato tradizionalmente ipotizzato nel settore dello sviluppo. Ci sono moltissime opzioni per l'innovazione, la creatività, la speranza, il miglioramento della nostra qualità di vita e la costruzione della comunità, una volta che la gente comincia a considerare seriamente e ad abbracciare i limiti al BAU. C'è così tanto del BAU che è inefficiente e non salutare, quindi un cambiamento potrebbe davvero essere una vittoria per tutti, anche in un difficile futuro di declino e collasso economico protratto.
Previsioni dolorose, ma pratiche
Quali tipi di speculazioni ragionevoli possiamo fare sul futuro per delineare gli obbiettivi della tecnologia di ricerca e sviluppo? Eccone alcuni; vi invito a sottoporne altri nella sezione dei commenti.
- Il futuro contemplerà molto di più carriera nelle attività dirette di conversione di energia solare come l'agricoltura e le attività forestali su piccola scala (rimboccatevi le maniche e prendete una zappa!).
- Le economie locali guadagneranno importanza mentre le filiere dei trasporti a lunga distanza dipendenti dai combustibili fossili diventano impraticabili (Cominciate a conoscere i vostri vicini e le imprese locali!).
- Non osiamo ipotizzare che i sistemi complessi, globali, high tech ed energeticamente intensivi come Internet e l'onnipresente connettività wireless cellulare 24/7 siano una caratteristica permanente dell'esistenza umana (chi non darebbe il benvenuto al fatto di passare meno tempo di fronte ad uno schermo luminoso?).
- I capi di governo, d'impresa, dei media, delle istituzioni culturali e così via, faranno ogni sforzo per mantenere lo status quo e il BAU più a lungo possibile, mentre insisteranno che va tutto bene, nonostante le prove crescenti del contrario (dipende da noi – mettiamoci al lavoro!).
Josh Kearns
Josh è un candidato al dottorato in ingegneria ambientale all'Università del Colorado, a Boulder, ed un ricercatore ospite dell'Università di stato della Carolina del Nord. Le sue ricerche esplorano l'applicabilità di biochar prodotto localmente come assorbente a basso costo per il trattamento dell'acqua potabile nelle comunità in via di sviluppo. Josh ha lavorato nei campi dell'economia ecologica e della scienza sostenibile ed ha fondato Aqueous Solutions, una organizzazione no profit che ricerca e diffonde tecnologie appropriate per l'acqua e l'igiene.