Sai cos’è l’energia?
Immagina un numero speciale, a tua scelta.
Immagina che questo numero possa essere sommato, sottratto, moltiplicato, diviso, elevato a potenza o estratto dalla sua radice innumerevoli volte, con qualsiasi altro numero esistente.
Immagina che il risultato di ogni operazione però, sarà sempre quel numero speciale di partenza. E non importa quante volte tenterai di far venire un numero diverso: puoi provare all’infinito, ma non ti verrà mai altro risultato che il numero di partenza.
Ecco, l’energia è esattamente paragonabile a quel numero speciale: è una grandezza enorme, ma definita, che compone tutto questo piano della realtà.
E puoi spostarla da un punto ad un altro, puoi convertirla da forma a forma, ma non cambierai mai ciò che è, che è stata e che sarà in futuro: rimarrà sempre quel numero speciale. Sì, essendo anche noi energia, ciò ci riguarda da vicino. Scopri di più su ciò che alimenta l’universo leggendo questa pagina!
Che cosa è l'energia per la scienza
Per la scienza, l’energia è di una grandezza fisica, che esprime la capacità di un sistema, oppure di un corpo, nel compiere lavoro.
Al momento, non sappiamo esattamente cos’è l’energia, ma possiamo solo misurarne le varie manifestazioni: un fuoco che arde, un atleta che corre, la corrente elettrica che alimenta le nostre case, il vento che soffia, il sole che riscalda, lo scorrere tranquillo di un fiume o il precipitare violento di una cascata.
Anche il nostro calore corporeo, oppure un nostro semplice urlo, sono energia!
In realtà, l’energia è stata un vero e proprio mistero per millenni: durante i secoli, filosofi, matematici, alchimisti (i primordiali chimici) e grandi pensatori si sono domandati cosa potesse mai muovere corpi ed oggetti, e se c’era una qualche connessione tra essi e una qualche misteriosa ‘forza’ che gli fornisse il moto.
Ci pensò il più grande fisico teorico del XX secolo, Albert Einstein, a mettere sotto forma matematica la vera natura dell’energia, nella famosa equazione E=mc2.
Dopo così tanto tempo, l’essere umano riuscì quindi a capire che la materia, anche nelle forme sub-atomiche, non è altro che energia compressa.
Quindi, semplicemente una delle sue tante forme!
Anche la vita biologica, gli animali, le piante, batteri microscopici e sì, anche noi esseri umani non siamo altro che una delle tante forme di questo numero speciale e misterioso, che non cambia mai qualsiasi cosa succeda.
L’equilibrio energetico e l’entropia
Tutto il nostro universo è composto interamente da energia, che può prendere molti aspetti, e può essere convertita da uno stato all’altro.
Globalmente però, l’energia rimane esattamente la stessa che c’era quando il fenomeno del Big Bang ha dato (presumibilmente) inizio al cosmo per come noi lo conosciamo.
Immagina l’universo come uno di quei souvenir a palla di vetro, con la neve artificiale al proprio interno: quando si scuote, si fornisce energia cinetica ai piccoli frammenti polimerici che, essendo insolubili, si cominciano ad agitare e disperdere nel loro liquido in cui sono confinati.
Quando l’energia cinetica si disperde, quindi esaurisce la propria forza lavoro, anche i frammenti di neve artificiale smettono di muoversi, per affondare nuovamente sul fondo del souvenir (per via della mancanza di spinta idrostatica).
Quando la neve finta non ha più energia, la piccola sfera di vetro è in equilibro energetico: i frammenti di neve artificiale si saranno sparsi in maniera scoordinata sul fondo, e non saranno più in moto.
Per far ricominciare l’effetto ‘nevicata’, occorrerà fornire ulteriormente energia al sistema, agitandolo.
L’universo è una gigantesca sfera di vetro, e la ‘neve finta’ al suo interno sono pianeti, stelle e galassie.
Ora è in fermento, perché il sistema è stato ‘agitato’ dal Big Bang, ma ogni istante che passa tutta l’energia tende costantemente a disperdersi in modo disordinato, per ritrovare l’equilibrio.
Il livello di ‘disordine’ dell’universo si chiama entropia, e si applica su scala universale come su scala più ridotta: ad esempio un sistema solare, o anche una galassia.
Anche la Terra è un sistema aperto, che prende energia dalla sua stella di riferimento, ovverosia il sole.
Nella caldaia a condensazione che riscalda il tuo appartamento, invece, l’energia del metano o del GPL che la alimenta viene convertita in calore per effetto della combustione, ossia quel fenomeno chimico che fa interagire due elementi, combustibile e comburente, con lo sviluppo non solo di calore, ma anche di luce.
Come vedi, l’energia non ‘si crea’, ma viene costantemente convertita da una forma all’altra: il numero magico di cui si parlava all’inizio, quello che non cambia mai nonostante ogni operazione aritmetica possibile, rimane quindi sempre lo stesso.
Dalle stelle sino alle nostre case
Ti sembrerà strano, ma non c’è molta differenza concettuale tra un’enorme stella che ‘brucia’ e la caldaia che riscalda la tua casa durante i freddi mesi invernali.
L’energia che ‘alimenta’ una stella è il frutto della spaventosa compressione gravitazionale di gas interstellari, principalmente l’idrogeno: tanto gas compresso in uno spazio limitato si surriscalda, diventando ben più che incandescente.
Oltre un certo punto, il gas diviene così caldo che gli elettroni che lo compongono si staccano dal nucleo, unendosi in un flusso indefinito (plasma) assieme agli altri elettroni di altri atomi.
Nel flusso plasmatico, gli atomi si ricombinano, diventando un nuovo elemento chimico.
Ma, a livello atomico, i nuovi atomi saranno leggermente ‘più leggeri’ di quelli che li hanno generati.
E sai perché? Perché nel processo di trasformazione, l’energia che li componeva si sarà trasformata in qualcos’altro, e si sarà dispersa.
Sarà diventata calore, luce o qualche altra radiazione, oppure, semplicemente, sarà tornata in equilibrio con l’universo, quindi con altra energia, e non potrà più essere utilizzata per altro lavoro.
Ma l’energia solare non è la sola fonte di approvvigionamento: il pianeta ha accumulato, nel corso di miliardi di anni di storia, molta energia utile in diverse forme differenti da quella fotonica.
Tutte però, tendono all’entropia, poiché aumentano il livello di disordine ogni volta vengono convertite in altre forme.
Ciò vuol dire che, nel futuro, anche sul nostro pianeta l’energia utile per compiere lavoro si disperderà tutta, tornando in equilibrio con l’universo.
Ecco perché è estremamente importante, per noi esseri viventi senzienti, riuscire a conservare il più possibile le risorse energetiche utili alla sussistenza, ritardando l’entropia totale.
L’irreversibilità delle trasformazioni energetiche
Se prendi un cubetto di ghiaccio appena levato dal freezer e lo metti in un bicchiere di acqua, cosa succede?
Che l’acqua si raffredderà, mentre il cubetto di ghiaccio inevitabilmente si scioglierà.
Non ti sei mai domandato perché avviene sempre questo, e mai il contrario, ovverosia che l’acqua si cominci a… Congelare?
Il motivo è semplice: perché il cubetto di ghiaccio ha meno energia dell’acqua liquida che, quindi, cederà parte della sua energia al ghiaccio, disperdendosi in un sistema con meno energia.
Quando il cubetto si sarà sciolto del tutto, i due sistemi saranno in equilibrio energetico, ed il livello d’entropia totale sarà salito.
Non sarà più possibile riportare il cubetto di ghiaccio alla situazione di partenza: è vero, si potrà congelare ancora una volta l’acqua nel bicchiere, ma quello sarà un sistema differente da quello originario.
E per farlo, comunque, occorrerà utilizzare ancora una volta il freezer, quindi… Altra energia!
Questo principio è chiamato ‘secondo principio della termodinamica’, ed è molto importante perché ci dice che sono sempre i corpi più energetici quelli che ‘cedono’ la loro energia a quelli meno energetici, e che una volta che il passaggio si è concluso, è impossibile tornare indietro.
Ecco perché la benzina e tutti i derivati del petrolio, così come tutti gli idrocarburi, sono definiti ‘ad esaurimento’: una volta che avremo trasformato l’energia dell’ultima goccia di nafta, la risorsa sarà irreversibilmente esaurita.
L’energia non si produce, si trasforma
Sebbene il termine ‘produzione di energia’ sia largamente usato, come si è visto in precedenza è sostanzialmente scorretto: l’energia non può essere ‘prodotta’, bensì trasformata.
Datosi che è impossibile trasformare in lavoro il 100% dell’energia utilizzata, per ‘produrre’ energia utile alle nostre macchine dobbiamo sistematicamente ‘consumare’ una grande quantità di risorse, disperdendone in entropia la maggior parte.
Più è alta la resa energetica che riusciamo ad ottenere da una trasformazione, più è efficiente la nostra ‘produzione energetica’, e meno energia non idonea al lavoro si disperde.
Prendi per esempio una vecchia lampadina, sai di quelle ancora col filamento in tungsteno.
Ora queste lampadine non vengono più prodotte, e sai perché?
Perché la loro resa luminosa era bassissima, rispetto alla grande quantità di energia che si disperdeva invece sotto forma di calore: infatti, solo il 5% massimo di tutta l’energia si trasformava in radiazione luminosa (luce), il restante 95% si disperdeva termicamente.
Un po’ troppo, non credi?
Sì, decisamente.
E difatti, in tempi recenti le lampadine a filamento sono state sostituite da quelle a tecnologia LED, che si comportano molto meglio: in un LED bianco, fino al 44% è tramutato in luce, con una resa non paragonabile alla vecchia tecnologia.
Se vuoi ancora esempi, pensa allora ad un comune motore a combustione interna a benzina: anche con un moderno propulsore, l’energia contenuta in un litro di benzina è in gran parte dispersa durante la combustione.
Solo il 15% circa di tutta l’energia arriva alle ruote, donandogli coppia torcente: il restante è disperso in calore, energia cinetica e, cosa di non poco conto, l’energia necessaria a permettere al motore di continuare a girare!
Immaginando questi piccoli sistemi di riferimento, pensa ora a quanta energia si ‘spreca’ alla fonte, ossia nelle centrali elettriche che servono a ‘produrre’ (quindi, convertire) energia partendo da una fonte ad energia maggiore.
Le più efficienti in assoluto solo le centrali idroelettriche, che sfruttano il potenziale cinetico di un dislivello di acque, e che possono raggiungere picchi di rendimento di oltre l’80%: tantissimo veramente!
Le centrali invece termoelettriche, ossia quelle che devono bruciare gas o petrolio e sfruttarne poi l’energia prodott calorifica, hanno rendimenti molto più modesti: raramente superano il 35%.
Percentuale più o meno eguale all’efficienza delle centrali nucleari, che sfruttano invece l’energia potenziale contenuta in vari isotopi dell’uranio, un metallo spontaneamente radioattivo.
Le cosiddette ‘fonti rinnovabili’, ossia le centrali che trasformano energia proveniente non da combustibili fossili, hanno efficienze non così elevate da poter soppiantare totalmente centrali idro e termoelettriche.
I pannelli fotovoltaici più recenti ed efficienti, difatti, riescono a convertire in energia elettrica un 15% (massimo, ed in condizioni ottimali) della radiazione energetica che catturano dal sole.
Gli impianti eolici invece, ovverosia le centrali che tramutano l’energia cinetica del vento in corrente elettrica, se posizionati in zone strategiche, riescono a raggiungere percentuali di efficienza quasi del 60%.
Tuttavia, per ottenere efficienze così elevate è necessario costruire impianti costosi, di grandi dimensioni, spesso con pale molto lunghe, a forte impatto ambientale e, non per ultimo, posizionabili solo in punti dove la forza del vento è costante tutto l’anno.
L’importanza del risparmio energetico
Nel Gruppo crediamo fortemente nell’efficienza energetica, soprattutto quando essa è così cruciale in un mondo sempre più povero di risorse non rinnovabili.
Ci impegniamo costantemente affinché ogni nostro cliente sia in grado di ottenere la soluzione migliore, la più efficiente possibile per il proprio business.
Perché è importante non solo realizzare gli obiettivi, ma raggiungere i risultati utilizzando minor energia possibile, senza per forza impattare negativamente sulla produzione finale.
Possiamo risparmiare energia semplicemente utilizzando al meglio quella che produciamo, migliorandone l’efficienza.
Ciò non solo fa bene al portafogli, ma rallenta anche la fine delle risorse non rinnovabili disponibili sul pianeta.
