Il concetto di "Ritorno Energetico" (EROI o EROEI), proposto per la prima volta da Charles Hall nel 1986, ha avuto un notevole successo. Oggi, forma la base di una visione del mondo che considera la disponibilità di risorse naturali, e minerali in particolare, come il fattore critico della nostra esistenza. Non tutti hanno capito il concetto che la graduale diminuzione del ritorno energetico ottenuto dai combustibili fossili è quello che sta creando tutto il disastro che ci vediamo intorno, anche se, va detto, il sistema finanziario e l'idiozia dei nostri politici ci stanno mettendo del loro per peggiorare.
In questo post, Dario Beruto, ingegnere chimico e ex docente all'Università di Genova, riassume i punti centrali del concetto di "EROEI". Questo
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IL RITORNO ENERGETICO DELLA ENERGIA INVESTITA
Voci fuori dal coro.
Enzo Tiezzi ( 1938-2010) fu docente di Chimica Fisica presso
l’Università di Siena, e con il suo libro “ Tempi Storici, Tempi
Biologici” ( ed. Garzanti 1984), ha illustrato , in modo molto
convincente, in cosa consiste “ il gap dei tempi”. Mentre
i ritmi dell’evoluzione naturale sono molto lenti, quelli della
tecnologia e/o delle tecnologie che utilizziamo per trasformare e
riciclare materiali, energia e informazione avvengono a una velocità
tale da turbare lo stato di equilibrio metastabile che il nostro
Pianeta ha conseguito attraverso processi evolutivi iniziati 14.000
milioni di anni fa.
La situazione di disagio che si è generata ai nostri giorni è
stigmatizzata dalle variazioni globali e regionali che il clima del
pianeta presenta , dall’avanzare della desertificazione, dal
depauperamento delle risorse , dalla deforestazione dei polmoni della
terra e da un lungo elenco di altri guai tutti riconducibili alle
attività umane. Il nostro Pianeta è dotato di sistemi di recupero
notevoli . Quando in passato ha subito catastrofi ha sempre avuto il
tempo di risollevarsi, ma oggi l’aggressione o l’ “impronta”
che gli uomini lasciano è tale che la Terra non ha il tempo di
recuperare
Per coloro che sono interessati a qualche cifra , la rivista
“Science” , nel giugno del 2014, ha pubblicato un
allarmante paragone tra l’impronta attuale e quella massima
sostenibile dal Pianeta. Immettiamo circa il 120% in più di gas
serra, la desertificazione avanza con ritmi che sono del 50%
superiori di quelli consentiti, consumiamo il 40% in più delle
risorse che ci sono consentite, e le scorte di acqua sono minacciate.
Certamente questi non sono dati sperimentali, risentono delle ipotesi
che si sono fatte per risolvere i sistemi di equazioni su cui i
modelli si basano, i rilievi statistici possono indurre in errore, ma
, anche tenendo conto di tutto ciò, illustrano le linee di tendenza
che ci dovrebbero indurre a qualche riflessione..
Dove è andato a finire l’ammonimento di Tiezzi che non si è
mai stancato di segnalare come non possa esistere una crescita
infinita su un pianeta finito?
Cosa è il ritorno energetico della energia investita?
Nella Enciclopedia libera Wikipedia alla voce ritorno energetico
dell’energia investita si può leggere : “ un
coefficiente che esprime il rapporto tra l’ energia che si ricava
da una fonte di energia da sfruttare e l’energia che si investe
per ottenerla”.
.L’acronimo inglese di tale concetto è EROEI, se è minore
dell’unità significa che c’è stata una perdita, se è maggiore
di uno c’è stato un guadagno. Un parametro che è molto semplice
da capire, ma che può rivelare aspetti ignoti ai più quando si
procede al suo calcolo. Ugo Bardi, chimico fisico all’Università
di Firenze e membro della sezione italiana della associazione
internazionale per lo studio del picco del petrolio e del gas (ASPO),
ha discusso, da competente , il concetto di EROEI nella sua nota
la “ La banca dell’Energia” , apparsa in rete dal 2005 e
utile anche per coloro che non sono addetti ai lavori. Ho conosciuto
Ugo Bardi negli Stati Uniti presso l’Università della California
di Berkeley, quando tutti e due, ricercatori per la disciplina
Scienza dei Materiali, si lavorava rispettivamente sulla Chimica
Fisica delle Superfici e sulle Reazioni Gas-Solido alle Elevate
Temperature. In questi settori si condivide il linguaggio della
Termodinamica. Con piacere ho visto che su questo retroterra il
Bardi affronta oggi le problematiche delle Risorse, della Economia e
dell’Ambiente , in ciò seguendo la via indicata da Tiezzi.
Bardi coglie il segno quando definisce EROEI un coefficiente
tecnologico-economico. Infatti per valutare l’energia investita per
sfruttare una certa fonte di energia non si incontrano solo problemi
scientifici e tecnologici , ma anche esigenze , economiche,
finanziarie, politiche e sociali, che premono in un senso o
nell’altro. Di questa “ giungla dell’economia reale, delle
distorsioni del mercato dovute ad interventi finanziari non
trasparenti”, dice il Bardi , bisogna tenere conto per
valutare criticamente i valori finali di EROEI , ma , allo
stesso tempo, egli sottolinea come “ la misura
dell’EROEI sia la vera pietra di paragone per
confrontare le diverse tecnologie energetiche. Infatti questo
coefficiente è strettamente legato al principio di conservazione
della energia.
Condivido questo richiamo alla termodinamica e, proprio per questo,
desidero riflettere sul valore di EROEI quando , al di fuori
della “ giungla ” degli interessi umani , si considerano i
fenomeni di sopravvivenza in natura. Ciò mi ha spinto a rivisitare e
a rileggere un caso molto noto , studiato da grandi esperti di
biologia evolutiva.
I Passeri di Darwin.
Jonathan Weiner nel suo affascinate libro , “The beak of the
Finch” ( Il becco dei Passeri, Vintage books, 1994) ,descrive , da
par suo , l’esperienza di due scienziati Peter e Rosemary Grant,che
hanno passato venti anni della loro attività
collezionando dati sulle caratteristiche morfologiche e sul
metabolismo di colonie di passeri che vivevano, in isolamento, sulla
poco ospitale isola di Daphne dell’arcipelago delle Galapogos. I
dati raccolti venivano catalogati e poi spediti alla Università di
Pricenton dove erano elaborati. Non è esagerato dire che dopo
vent’anni i ricercatori conoscevano ogni singolo passero della
colonia , i suoi periodi riproduttivi e le loro attività per
procurarsi il cibo. Questa precisa e metodologica osservazione ha
consentito di misurare tutte le minime variazioni che avvenivano
nella loro morfologia e nel loro metabolismo. Misuravano il loro
becco, le ali, la coda, il peso, il loro sangue e su queste basi
ottenevano dati per capire gli elementi chiave della forza più
stupefacente che opera in natura : la selezione naturale. Le
scoperte dei Grant e collaboratori sono, ancora oggi, una pietra
di paragone per capire la biologia evolutiva di questi uccelli. In
particolare i Grant hanno illustrato la stretta correlazione che
esiste tra la variabilità dei passeri e quella delle piante e del
territorio da essi visitato.
Tra i risultati che più mi hanno colpito vi sono i dati collezionati
quando il clima si faceva più ostile, mancava l’acqua e la
competizione per la sopravvivenza diventava una questione di vita o
di morte. In queste estreme condizioni i Grants hanno visto che la
sopravvivenza dipendeva dalla efficienza con cui i
passeri riuscivano a procurasi il cibo. Hanno così verificato il
bilancio tra l’energia che i passeri investivano per la
ricerca del cibo e l’energia che ottenevano da questo.
Brillante è stato il modo con cui hanno fatto tale calcolo.
Conoscendo passeri e territorio nei minimi particolari , hanno
contato il numero di semi mangiati dai passeri in un anno ; poi
hanno calcolato l’energia necessaria per rompere questi semi in
base alla loro durezza, grandezza e posizioni sul terreno e infine
hanno misurato l’energia che si estraeva da tali semi. In questo
modo hanno verificato che i passeri che superavano la stagione erano
quelli dotati di caratteristiche morfologiche tali che se mangiavano
ad esempio 20 semi, spendevano l’ energia corrispondente a 19.
Vita e morte si giocavano la partita nell’intervallo di un seme
in più o un seme in meno!! Per conseguire questo traguardo un ruolo
cruciale lo avevano quelle minime diversità misurate. Se un passero
aveva il becco di 11 mm era facilitato nel recupero dei semi, se lo
aveva di 10.5 mm, era svantaggiato. Risultato il primo passava il
turno, il secondo no. .
.
Leggendo questo esperimento con gli occhiali della termodinamica è
facile rendersi conto che il valore critico di EROEI , in queste
condizioni estreme e isolate , è quello unitario. Ogni insieme ,
formato da un certo numero di semi con una certa durezza, grandezza e
localizzazione sul terreno, è una fonte di energia . Ci sono
diverse fonti di energia, come ci sono diverse
caratteristiche morfologiche per i passeri. I valori di EROEI
marginalmente superiori alla unità indicano il gruppo di passeri che
sopravvivono , quelli inferiori a uno indicano il gruppo che
sparisce. La selezione naturale dunque opera in
conformità al principio di conservazione della energia , e , in
questo caso, l’indice di EROEI ruota intorno a 1.
L’ indice EROEI per le fonti di energia non rinnovabili e
rinnovabili
Sulla base dei dati forniti da Bardi si possono confrontare i valori
dell’indice di EROEI per le tecnologie relative alle fonti
rinnovabili ( FR) con le tecnologie relative a quelle non rinnovabili
(FNR) .Per le FR i dati sono compresi tra 50-250 per l’energia
idroelettrica , tra 5-80 per quella eolica , tra 25 e
80 per il Fotovoltaico a film sottile e tra 4 e 9 il
Fotovoltaico convenzionale che utilizza silicio 4-9. Per le
FNR l’indice varia tra 50 e 100 per il petrolio negli
anni sino al 1970, tra 5 e 10 per il petrolio ai nostri
giorni, tra 5 e 100 per il nucleare , tra il 2 e 17 per il
carbone , tra il 5 e il 6 per il gas naturale. Una
valutazione tra il 5 e il 27 viene poi fatta per le biomasse
E’ interessare notare che questi EROEI sono tutti ampiamente
superiori al valore unitario. Come l’esempio dei
passeri ha illustrato il valore unitario è stato ottenuto per un
sistema chiuso ove si realizzavano condizioni di vita estreme.
Quando il sistema diventa aperto , cioè i flussi netti di
energia, materia e informazioni che lo attraversano non sono nulli,
il calcolo del rapporto tra energia ricavata e energia investita
diventa più complicato. Infatti le variabili in gioco aumentano e
le possibilità di retroazioni positive o negative possono avere
effetti non prevedibili.
In questo quadro , per semplici uditori interessati a informazioni
che aiutino ad avere più consapevolezza su ciò che ci circonda , mi
sembra importante rilevare l’ampiezza della forbice in cui
tali dati sono compresi. Infatti la forbice fornisce una prima
valutazione del grado di incertezza che oggi
circonda questi temi.
Adottando questo criterio, le tecnologie relative alle fonti di
energia rinnovabile hanno una forbice di gran lunga più elevata di
quella delle tecnologie delle fonti tradizionali . Pertanto una
strategia ragionevole potrebbe essere quella di ridurre il grado di
incertezza che oggi esiste per le fonti rinnovabili.
Verso una rete delle eco-energie per ridurre il loro grado di
incertezza?
Questa domanda se la pongono molte persone che sono consapevoli dei
rischi che le tecnologie basate sulla combustione del petrolio, del
carbone e di gas come il metano e quelle sull’impiego del nucleare
,hanno causato al clima e all’ambiente del Pianeta. Produrre
energia elettrica con fonti non rinnovabili appare un passo giusto
verso quello che non pochi esperti definiscono come un futuro
energetico “verde” . Un futuro che dovrebbe evitare o limitare
l’innalzamento della temperatura del Pianeta e i conseguenti
apocalittici scenari.
Ma per fare questo passo, la riduzione del grado di incertezza che
oggi accompagna l’utilizzo delle eco-energie è uno stadio
decisivo. Uno dei motivi che causa questa incertezza è la fragilità
delle eco-energie nei confronti della variabilità del clima nelle
varie regioni del Pianeta. Per quanto riguarda il nostro continente,
si osserva che quando il clima è avverso in un posto, potrebbe
essere favorevole in un altro. Pertanto l’incertezza sul
funzionamento di un produttore locale a causa della variabilità del
clima , potrebbe essere ovviato se questo produttore fosse connesso
con una rete elettrica unica , che attraversa tutta l’Europa e che
è alimentata da tutte le sue eco-energie. In questo modo se una
sorgente locale entrasse in crisi , la fornitura di energia elettrica
a quel paese potrebbe essere garantita dalla energia elettrica ,
prodotta in un altro paese e circolante sulla rete unica a cui tutti
possono dare e ricevere. Così facendo ogni paese può avere
una quota di eco-energia stabile per tutto l’anno
indipendentemente dalla variabilità climatica. Un progetto
attraente, che nel 2010 ha mosso un primo passo, è stato
concordato tra i paesi della Europa del Nord. Ad esso ne dovrebbe
seguire un altro da parte del Sud e le due reti fornirebbero
all’Europa una buona fetta di eco-energia con vantaggi tali da
compensare i costi per la costruzione di queste reti. . .
Se l’iniziativa procedesse essa sarebbe certamente un passo nella
direzione giusta , se si vogliono limitare i danni , che la
combustione delle fonti di energia tradizionale causa , come non
trascurabile effetto collaterale per la sua attuale produzione di
energia elettrica , al clima del Pianeta. In ogni caso il fatto che
le strutture della Unione Europea siano coinvolte direttamente è
segno di una sensibilità a lavorare insieme superando, almeno su
questo tema , egoismi e reciproche diffidenze.
Nel 1932, mio padre , un tecnico frigorista, era imbarcato
sull’incrociatore Garibaldi , per svolgere il suo servizio militare
nelle acque del Mar Rosso. Una volta ,durante una sosta in porto,
parlò con un pescatore che ogni giorno si recava alla spiaggia
vicina per pescare la sua razione quotidiana di pesce, Mio padre
provò a dirgli che se avesse avuto a disposizione una ghiacciaia o
un frigorifero avrebbe potuto fare una scorta maggiore di cibo per
lui, per la famiglia e per il villaggio. Il pescatore sorrise, lo
guardò e disse: “ ..no buono perché nel mare ci sono sempre
pesci ed io posso pescarli quando voglio..”.
Quello che mi colpisce oggi, di questa testimonianza raccolta da mio
padre, non è tanto il rifiuto della tecnologia,
ma la serenità di quel pescatore che aveva fede nel
mare. Una risorsa che conteneva sempre tanti pesci , che il
pescatore coglieva con il suo lavoro , per mettere in tavola, ogni
giorno e senza ansie, il cibo quotidiano . Sarà questo il valore
aggiunto che si potrà avere dal credere possibile una
rete unica di tutte le eco-energie ?
.