Energia e civiltà

Vaclav Smil

• Publisher: Hoepli
• Year: 2021
• ISBN:
  9788836003914
• Topic: Scienze fisiche
• Subtopic: Energia

L'energia è l'unica moneta universale, necessaria per ottenere qualsiasi cosa. In questa storia monumentale, Vaclav Smil offre un racconto complessivo di come l'energia abbia plasmato la società, dalla preistoria in cui si scopre il fuoco alla società moderna che dipende dalle fonti fossili.Gli uomini sono l'unica specie capace di imbrigliare energia al di fuori del proprio corpo, usando le capacità dell'intelletto e un gran numero di strumenti – dai più semplici attrezzi fino ai motori a combustione interna e ai reattori nucleari. La transizione epocale verso l'uso delle fonti fossili ha riguardato ogni aspetto della vita umana: agricoltura, industria, trasporti, armi, comunicazione, economia, urbanizzazione, qualità della vita, politica e ambiente.Come scrive Alessandro Lanza nell'introduzione, «Energia e civiltà di Vaclav Smil rappresenta la sintesi cronologica del rapporto inscindibile tra uomo ed energia nella storia, ma anche una fondamentale messa a fuoco di come questo rapporto sia destinato a svilupparsi, illuminando i punti critici e le sfide sociali e antropologiche che attendono l'umanità per la salvaguardia delle fonti naturali – dalle quali proprio quell'energia scaturisce – principale fonte di ricchezza e sviluppo della nostra specie».

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Energia e società

L’energia è l’unica moneta universale: per fare qualsiasi cosa, una delle sue tante forme deve cambiare, subire una trasformazione. Manifestazioni evidenti di queste trasformazioni sono le sconfinate rotazioni delle galassie e le reazioni termonucleari all’interno delle stelle. Per rimanere sulla Terra, invece, osserviamo queste trasformazioni nelle forze della tettonica a placche che plasmano la crosta terrestre separando il fondale degli oceani e sollevando nuove montagne ma anche nell’accumularsi degli impatti erosivi di minuscole gocce di pioggia (come già sapevano i Romani, gutta cavat lapidem non vi, sed saepe cadendo: «la goccia scava la pietra non con la forza ma continuando a cadere»). Nonostante decenni di tentativi per trovare un significativo segnale extraterrestre, la vita sulla Terra è ancora l’unica manifestazione di vita che conosciamo nell’universo, e sarebbe impossibile senza la conversione dell’energia solare in fitomassa (la biomassa degli organismi vegetali) per mezzo della fotosintesi. Gli esseri umani dipendono da questa trasformazione per la loro sopravvivenza e da molti altri flussi di energia per lo sviluppo della loro civiltà. Come scrive Richard Adams (1982, p. 27):

Possiamo elaborare i nostri pensieri quanto intensamente vogliamo, ma se non abbiamo i mezzi necessari per trasformarli in azioni concrete, rimarranno soltanto pensieri … La storia agisce in modi imprevedibili. Gli eventi della storia, tuttavia, assumono una struttura o un’organizzazione che deve essere necessariamente coerente con le loro componenti energetiche.

L’evoluzione delle società umane si è caratterizzata per popolazioni sempre più grandi, una complessità crescente delle organizzazioni sociali e produttive, e una più alta qualità della vita per un numero sempre maggiore di persone. Da una prospettiva biofisica fondamentale, sia l’evoluzione umana nella preistoria sia il corso della storia possono essere visti come una continua ricerca di modi per controllare depositi e flussi di energia in forme sempre più concentrate e versatili, allo scopo di convertirle, in modalità sempre più convenienti, a costi più bassi e con maggiore efficienza, in calore, luce e movimento. Questa tendenza è stata generalizzata da Alfred Lotka (1880-1949), matematico, chimico e statistico americano, nel suo Principio di massima potenza (PMP): «In qualunque contesto la si consideri, la selezione naturale opererà in modo da aumentare la massa totale del sistema organico, il tasso di circolazione della materia e il flusso totale di energia all’interno del sistema fin quando sia presente un residuo inutilizzato di materia e di energia disponibili» (Lotka 1922, p. 148).

Le civiltà che si sono succedute nel tempo sono i più grandi e complessi organismi presenti nella biosfera, e la loro storia ha seguito questo corso; per questo, la dipendenza umana da flussi di energia sempre più consistenti può essere considerata come l’inevitabile prosecuzione dell’evoluzione degli organismi. Wilhelm Ostwald (1853-1932, vincitore nel 1909 del premio Nobel per la Chimica per il suo lavoro sulla catalisi) è stato il primo scienziato a proporre «l’applicazione del secondo principio della termodinamica a ogni tipo di azione e in particolare alla totalità delle azioni umane … Non ogni tipo di energia è pronto per questa trasformazione, solo alcune forme che prendono il nome di energie libere. L’energia libera è dunque il capitale consumato dalle creature di ogni specie e ogni cosa avviene per mezzo della sua trasformazione» (Ostwald 1912, p. 83). Ciò lo portò a formulare il suo imperativo energetico: Vergeude keine Energie, verwerte sie «Non disperdete nessuna energia, rendetela utile» (Ostwald 1912, p. 85).

Tre citazioni mostrano come gli allievi di Ostwald abbiano adattato le sue conclusioni e come alcuni di loro abbiano reso ancora più deterministico e imprescindibile il collegamento tra l’energia e la totalità delle vicende umane. Agli inizi degli anni ’70 Howard Odum (1924-2002) offrì una variazione sul tema chiave proposto da Ostwald: «La disponibilità di fonti di energia determina la quantità di lavoro che può essere resa disponibile e il controllo di questi flussi influisce sulla quantità di energia utilizzabile dall’uomo e quindi sulla sua capacità di plasmare la natura» (Odum 1971, p. 43). Sul finire degli anni ’80 Ronald Fox concluse un libro dedicato all’energia nell’evoluzione scrivendo che «ogni volta che si è prodotto un aumento di efficienza nello sfruttamento dei flussi di energia, questo si è accompagnato a un miglioramento dei processi culturali» (Fox 1988, p. 166).

Non si deve essere scienziati per riconoscere che tra offerta di energia e progresso sociale esiste un collegamento. Per esempio, dopo aver visitato una miniera di carbone sotterranea, George Orwell (Eric Blair, 1903-1950) scrive nel secondo capitolo di La strada di Wigan Pier:

La nostra civiltà, con buona pace di Chesterton, è fondata sul carbone, molto più completamente di quanto si realizzi fino a che non ci si ferma a pensarci. Le macchine che ci aiutano a sopravvivere, e le macchine che producono altre macchine, sono tutte direttamente o indirettamente dipendenti dal carbone. Nel metabolismo del mondo occidentale il minatore di carbone è secondo per importanza soltanto all’uomo che ara i campi. È una sorta di cariatide sulle cui spalle si poggia quasi tutto ciò che non è sudicio. Per questa ragione il processo con cui il carbone viene estratto oggi merita di essere osservato con attenzione, avendo l’opportunità e la voglia di farlo» (Orwell 1937).

Tuttavia, riconoscere questo collegamento fondamentale come ha fatto Orwell e affermare invece che ogni innovazione nella produzione di energia è andata di pari passo con un avanzamento del livello culturale, come scrive Fox, sono cose del tutto diverse. La conclusione di Orwell è indiscutibile, mentre Fox non fa che riaffermare la prospettiva deterministica espressa due generazioni prima dall’antropologo Leslie White (1900-1975), che la battezzò come prima importante legge dello sviluppo culturale: «A parità di condizioni, il grado di sviluppo culturale varia proporzionalmente con l’ammontare di energia pro capite per anno controllata e utilizzata» (White 1943, p. 346). Mentre le affermazioni di Ostwald o il fatto che esista un effetto globale dell’energia sulla struttura e sulla dinamica evolutiva delle società come indica Orwell sono fatti indubitabili, è invece fortemente discutibile l’esistenza di un collegamento deterministico tra la disponibilità di energia e lo sviluppo culturale. Nell’ultimo capitolo di questo libro esaminerò proprio questa relazione di causalità (o la sua mancanza).

In ogni caso, la natura fondamentale di questo concetto è fuor di dubbio. Come scrive Robert Lindsay (1975, p. 2):

Se riusciamo a trovare un’unica parola capace di rappresentare un’idea che si adatti così bene a ogni elemento della nostra esistenza in modo da farci sentire di averlo compreso profondamente, allora siamo riusciti a definire un’idea utile e potente. Questo è ciò che è successo con l’idea espressa dalla parola energia. Nessun’altra parola ha unificato così tanto la nostra comprensione dell’esperienza.

Che cos’è l’energia? Sorprendentemente, anche vincitori del premio Nobel hanno grande difficoltà nel rispondere in modo soddisfacente a una domanda apparentemente così semplice. Nelle sue famose lezioni di fisica, Richard Feynman (1918-1988) sottolineava: «È importante rendersi conto che nella fisica di oggi non abbiamo la conoscenza di che cosa sia l’energia. Non abbiamo una fotografia di energia che si manifesta con piccole bolle di quantità definita» (Feynman 1988, 4-2).

Quello che sappiamo è che tutta la materia è energia a riposo, che l’energia si manifesta in molteplici forme e che queste distinte modalità sono collegate da numerose trasformazioni, molte delle quali sono universali, ubique e incessanti, e altre, invece, localizzate, rare ed effimere (figura 1.1). La comprensione di questi depositi, potenziali e trasformazioni è aumentata rapidamente ed è stata sistematizzata soprattutto nel corso del XIX secolo; questa conoscenza è stata perfezionata poi nel XX secolo quando, a conferma della complessità delle trasformazioni energetiche, abbiamo capito come rilasciare energia nucleare (in ambito teorico sul finire degli anni ’30, nella pratica a partire dal 1943, quando il primo reattore ha incominciato a funzionare) assai prima di comprendere il funzionamento della fotosintesi (i cui processi sono stati rivelati soltanto negli anni ’50).

Figura 1.1 Tabella delle conversioni di energia. Quando esistono più possibilità, ne vengono indicate non più di due

Flussi, depositi e controlli

Tutte le forme di energia conosciute sono essenziali per l’esistenza umana, il che rende impossibile una classificazione per importanza. Buona parte del corso della storia è stato determinato e circoscritto sia da flussi di energia universali e planetari sia dalle loro manifestazioni regionali o locali. Le caratteristiche fondamentali dell’universo sono determinate dall’energia gravitazionale, che tiene insieme le galassie e sistemi stellari. La gravità consente al nostro pianeta di orbitare alla giusta distanza dal Sole e permette l’esistenza di un’atmosfera con massa sufficiente a rendere la Terra abitabile (box 1.1).

Come per tutte le stelle attive, la fusione nucleare alimenta il Sole, e il prodotto di queste reazioni termonucleari raggiunge il nostro pianeta sotto forma di energia elettromagnetica (solare, radiante); il suo flusso si espande su un ampio spettro di lunghezze d’onda tra le quali è compresa la luce visibile. Circa il 30% di questo enorme flusso è riflesso dalle nuvole e dalla superficie terrestre, un altro 20% è assorbito da atmosfera e nuvole, e il resto, circa la metà del flusso, è assorbito dagli oceani e dai continenti, convertito in energia termica e irradiato nuovamente verso lo spazio (Smil 2008a). L’energia geotermica della Terra costituisce un flusso di proporzioni molto inferiori: origina dall’iniziale accrescimento della massa del pianeta dovuto alle interazioni gravitazionali e dal decadimento della materia radioattiva, e genera i grandi processi della tettonica delle placche che continuano a rimodellare oceani e continenti e causano eruzioni vulcaniche e terremoti.

Solo una piccolissima parte dell’energia radiante che raggiunge il pianeta, meno dello 0,05%, viene trasformata dalla fotosintesi in nuovi depositi di energia chimica, sotto forma di piante, e fornisce il fondamento insostituibile di ogni forma di vita. Il metabolismo animale riorganizza i nutrienti in tessuti che crescono e mantiene le funzioni corporali e una temperatura costante in tutte le specie più evolute. La digestione produce anche l’energia meccanica (cinetica) dei muscoli. Nella loro capacità di convertire energia, gli animali sono limitati strutturalmente dalla dimensione del loro corpo e dalla possibilità di accesso al cibo. Una caratteristica fondamentale che distingue la nostra specie è stata l’estensione di questi ...