La natura non utilizza ne fonti fossili ne combustione.

Gianni Tamino.

Se si analizza il flusso di energia negli ecosistemi si può verificare che quasi tutta l’energia proviene dal sole, sotto forma di fotoni, che, raggiungendo le piante, attivano il processo di fotosintesi. Grazie a una serie complessa di reazioni, si formano in tal modo, a partire da acqua e anidride carbonica, molecole organiche come gli zuccheri, veri accumulatori di energia. E proprio l’energia contenuta nei legami chimici di queste molecole a garantire tutte le attività che richiedono energia sia nelle piante che, attraverso la catena alimentare, negli animali. Le reazioni necessarie per le diverse attività biologiche sono molteplici e danno origine al complesso metabolismo di ogni essere vivente, ma, pur producendo un po’ di calore, non producono mai quelle temperature elevate, come nelle classiche combustioni con fiamme, che sarebbero incompatibili con le caratteristiche dei viventi.
La combustione è un processo di rapida ossidazione di una sostanza combustibile (di solito in presenza di ossigeno), come legna o carbone o petrolio, accompagnato da sviluppo di calore e solitamente di luce, tipici del fuoco. Le reazioni di combustione devono la loro importanza alla grande quantità di energia termica e luminosa che si sviluppa e che può essere utilizzata per il riscaldamento e l’illuminazione domestici, nei motori diesel e a benzina e, in generale, nel settore dell’industria.
L’energia impiegata nei processi naturali è quasi esclusivamente solare o derivata dal sole, come le molecole organiche, i salti d’acqua, il vento, ecc, utilizzati senza sviluppo di fiamme. Fa eccezione l’energia endogena della Terra, che si manifesta, ad esempio, attraverso i vulcani. In natura, seppure accidentalmente, possono dunque verificarsi anche delle combustioni, con produzione di calore e fiamme, in seguito a fulmini, eruzioni vulcaniche o, caso molto raro, per autocombustione di gas naturali.
Ma la vera combustione controllata ha origine con gli esseri umani, all’incirca mezzo milione di anni fa, con la scoperta del fuoco. Per lungo tempo líuomo si è limitato ad utilizzare il fuoco per scaldarsi, cucinare, tenere lontani gli animali pericolosi o ad uso bellico. Solo recentemente, con la rivoluzione industriale, la combustione, soprattutto di combustibili fossili (prima il carbone, poi petrolio e metano), è diventata il principale mezzo per produrre l’energia necessaria per le più svariate attività: produzione di calore, di energia elettrica o per trazione, nei veicoli con motore a scoppio.
In soli due secoli l’uomo ha radicalmente modificato il flusso di energia sul pianeta, bruciando combustibili fossili che si erano accumulati nel corso di molti milioni di anni.
La vita sulla Terra esiste da oltre tre miliardi e mezzo di anni e da oltre due miliardi tutto il flusso di energia che attraversa gli ecosistemi è stato ed è di origine solare: come mai?
Se analizziamo bene le caratteristiche della vita sul nostro pianeta, ci accorgiamo che non solo l’energia è di origine solare, ma i processi sono ciclici, cioè i materiali vengono continuamente riciclati, senza produzione di rifiuti, come nel caso della fotosintesi e della respirazione, l’altro fondamentale processo energetico dei viventi. Nella fotosintesi si utilizza l’energia solare per far reagire l’acqua e l’anidride carbonica, ottenendo zuccheri e come scarto ossigeno; nella respirazione si ottiene energia ossidando, ma non bruciando, gli zuccheri con l’ossigeno (gli zuccheri bruciati al fuoco sviluppano fiamme), ottenendo come sottoprodotti acqua e anidride carbonica: cioè i sottoprodotti di un processo sono le materie prime dell’altro. Ciò non vale solo per fotosintesi e respirazione (cioè il ciclo del carbonio), ma anche per tutte le altre materie prime utilizzate dagli organismi viventi, nell’ambito delle catene alimentari, nei diversi ecosistemi.
Apparentemente questa strategia del mondo vivente sembra in contrasto con le leggi della termodinamica: si realizzerebbe un moto perpetuo (i cicli biogeochimici) e non aumenterebbe in continuazione l’entropia, cioè il disordine del sistema. Ma questo contrasto è appunto solo apparente: la Terra non è un sistema totalmente isolato perchè scambia energia con l’esterno. E’ invece un sistema sostanzialmente chiuso, in cui vale il principio di conservazione della massa, che può solo subire processi di trasformazione e/o trasferimento da un comparto all’altro. Da quando esiste sulla Terra l’intera massa di acqua degli oceani, per esempio, è evaporata, ha prodotto precipitazioni ed è ritornata nell’oceano attraverso i fiumi innumerevoli migliaia di volte (ciclo dell’acqua). E, come abbiamo visto, ossigeno, carbonio e azoto, attraverso specifici cicli, vengono continuamente riciclati all’interno del sistema, principalmente ad opera degli organismi viventi. Il “carburante” necessario per questi costanti processi di trasporto e trasformazione di materia nei vari comparti è l’energia che la Terra riceve dal Sole.
Come spiega Ilya Prigogine, premio Nobel per gli studi sui sistemi termodinamici aperti, alcuni sistemi aperti possono descrivere un decremento nell’entropia dovuto ad un influsso di energia esterna: proprio come nel caso della Terra che riceve energia dal Sole. Naturalmente il moto dei cicli biogeochimici sul Pianeta non è perpetuo, ma può continuare finchè c è il Sole e la vita sulla Terra.
Grazie a questa strategia la vita è continuata fino ai nostri giorni; ma se la fonte energetica anzichè esterna fosse endogena, come le fonti fossili, il rischio di blocco dei cicli e di aumento di entropia sarebbe inevitabile, tanto più che le fonti fossili vengono utilizzate come combustibili, cioè con processi termici a basso rendimento energetico, per produrre calore e da questo ricavare, elettricità, forza motrice o altro.
Come afferma il principio di conservazione dell’energia, il calore è un tipo di energia e quindi la somma di tutte le energie, termica inclusa, prima e dopo un processo o trasformazione qualsiasi, deve rimanere costante. In questo senso si può dire che l’energia non piu’ essere ne creata ne distrutta.
In tutte le trasformazioni energetiche però, parte dell’energia utile per compiere un lavoro, viene convertita in calore e dissipata come tale.  Nella pratica l’energia viene ricavata per la maggior parte da reazioni da combustione, come calore ad elevata temperatura. Trasformato in energia elettrica per l’uso a distanza, o convertito direttamente come nel motore a scoppio, questo calore diventa movimento di macchine che compiono lavoro meccanico. Ma gran parte dell’energia si trasforma in calore per gli attriti e non si può più recuperare in modo efficace. L’energia che è liberata come calore non è stata distrutta, è ancora presente quindi nel movimento casuale di atomi e molecole, ma è stata perduta per ogni scopo pratico cioè non è più disponibile per compiere lavoro utile.
Inoltre la combustione è un processo complesso che inevitabilmente trasforma i combustibili in un gran numero di nuovi composti, alcuni aeriformi, alcuni solidi, che determinano rifiuti e inquinamento, cioè disordine. Senza dubbio i combustibili fossili hanno fornito l’energia indispensabile per l’industrializzazione ed hanno dato un impulso allo sviluppo dell’economia mai visto prima. Essi, però sono una risorsa esauribile e re- immettono nell’atmosfera il carbonio sottratto dai vegetali milioni di anni fa, insieme a varie sostanze tossiche e nocive per la salute degli esseri viventi. La loro combustione modifica la composizione dell’atmosfera. Per avere un’ idea di quanto la combustione inquini basti pensare che il tabacco di una sigaretta, bruciando, produce un cocktail di oltre 3800 prodotti di combustione finora identificati, molti ad azione cancerogena, e comunque tossica. Ciò vale par la maggior parte dei combustibili, dalle biomassa (come il tabacco), al carbone, al petrolio o peggio ai rifiuti. Ma oltre agli inquinanti pericolosi per la salute e per l’ambiente, derivati dal fatto di bruciare un combustibile, si producono anche pericolosi ossidi d’azoto, dato che l’aria contiene soprattutto quest’ultimo gas, in grado ad alte temperature di reagire con l’ossigeno.
E come non bastasse, per effetto dei bassi rendimenti della combustione, trasformando l’energia termica in energia elettrica si recupera solo il 30-40% dell’energia contenuta nei combustibili. Detraendo da questa l’energia consumata per l’estrazione, nella costruzione della centrale, nella gestione e nei trasporti dell’energia, questo valore si abbassa a poco più del 10%. Il rischio è di rimanere senza combustibili, avendo irreversibilmente alterato il Pianeta e compromesso la salute dei suoi abitanti.
La via díuscita sta nello studio e nell’utilizzo dei processi che hanno permesso agli organismi terrestri di continuare a vivere per tutto questo tempo: anzitutto utilizzare come fonte di energia il Sole o comunque fonti di energia rinnovabili, derivate dal Sole (acqua, vento, ecc.), utilizzare processi produttivi ciclici, senza produzione di rifiuti e poi evitare le combustioni.
Attualmente si può ottenere senza combustioni energia termica dal sole e da pompe di calore (caldo e freddo) ed energia elettrica dai salti di acqua (energia idroelettrica), dal sole (energia fotovoltaica), dal vento (energia eolica), ma anche da idrogeno (che non è una fonte ma un mezzo per accumulare e trasportare energia, ovviamente da fonti rinnovabili), attraverso le celle a combustibile, che sono dei generatori elettrochimici in cui l’energia elettrica è prodotta dalla reazione tra l’idrogeno e l’ossigeno o l’aria. Insieme agli elettriciti, vengono prodotti anche calore e acqua e vi sono celle a combustibile che, per il calore prodotto, si prestano ad una cogenerazione di energia elettrica e calore, senza combustione.
Ai difensori del petrolio o dell’energia nucleare, i quali affermano che il Sole e i suoi derivati sarebbero insufficienti a garantire gli attuali consumi di energia, va risposto che da una parte l’attuale consumo è eccessivo e basato sulla logica degli sprechi (tanto più che il rendimento finale è molto basso e le fonti sono esauribili), dall’altra che il sole, pur essendo utilizzato con una percentuale inferiore dell’1% dalle piante, garantisce una quantità e diversità di biomassa naturale, che è ben maggiore dell’insieme dei prodotti industriali umani.

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