Il problema dell’energia

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Economia - ecologia

• Economia: studio dell’allocazione di risorse scarse fra fini alternativi

• Ecologia: studia il flusso di energia e i cicli dei materiali all’interno di ecosistemi

• Principio unificante di economia ed ecologia è il flusso di energia

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I flussi di energia secondo Odum

Energia non assimilata

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Energia consumata fuori della respirazione

H.-T. ODUM, Primary Production in Flowing Water, 1956

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Consumo di energia

• Nella storia economica tutti i grandi cambiamenti sono stati legati al consumo di energia e hanno coinciso con la scoperta di nuove fonti o con il loro sfruttamento più efficiente (P. Malanima)

• La specie uomo, in poche decine di migliaia di anni è riuscita ad appropriarsi e ad utilizzare una quantità enorme di energia, e in quantità crescenti.

• Dal 1800 ad oggi la popolazione è passata da 1 a 6 mld

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L’uomo e l’energia

• Il fuoco (500 mila anni)

• agricoltura e domesticazione (7-8 mila anni)

• uso di macchine (convertitori artificiali)

• uso di combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale: energia accumulata nel tempo)

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La legge dell’entropia crescente

• Il 2° principio della termodinamica di Sadi Carnot (1824), trovò completamento nel principio di entropia elaborato dal fisico tedesco Rudolf Clausius nel 1850.

• L’entropia è un indice della quantità relativa di energia dipendente esistente in una struttura isolata, ossia di quanto si distribuisce equitativamente l’energia in tale struttura.

• Nell’universo in base alla legge di entropia, si ha una degradazione qualitativa continua e irrevocabile di energia libera in energia dipendente.

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Gli economisti e l’entropia

• Il principio di entropia è stato riscoperto dalla scienza ecologica negli anni ’70 del XX secolo per interpretare i problemi ecologici posti dalla crescita della società industriale:

• Howard T. Odum, Environmental Power and Society (1971)

• Eugene, P. Odum, Fundamentals of Ecology (1971)

• Barry Commoner, The Closing Circle: Nature, Technology and Man (1972)

• Donald S.L. Cardwell, From Watt to Clausius: the rise of Thermodynamics in the Early Industrial Age (1971)

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Entropia ed economia

• Anche il processo economico, come quello biologico, è retto dal principio di entropia. Questa legge è la base dell’economia della vita a tutti i livelli E’ questa la intuizione dell’economista di origine rumena Nicolas Georgescu-Roegen (Entropy Law and the Economic Process, 1971)

• L’homo oeconomicus degli economisti agisce solo in base alle leggi della meccanica e dunque il processo economico diviene processo isolato e astorico, senza inputs né outputs riguardo alla natura.

• Nicolas Georgescu-Roegen nel 1976 giunse a proporre la “Quarta legge della termodinamica”:

• «in ogni sistema chiuso, la materia utilizzabile si degrada irrevocabilmente in materia non utilizzabile»

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Efficienza energetica

• L’efficienza energetica o rendimento è il rapporto fra il lavoro utile e l’energia introdotta nel processo.

• Lavoro utile

• ______________= efficienza o rendimento

• energia introdotta

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I convertitori

• Tutti gli organismi viventi usano per la quasi totalità energia solare. Essi sono convertitori dell’energia solare.

• a) i vegetali usano materia inorganica e mediante la fotosintesi producono materia organica (esseri viventi autotrofi o produttori primari);

• L’accumulo di energia avviene mediante anabolismo (processi chimici e fisico-chimici che trasformano gli alimenti in parti integranti della materia vivente)

• b) gli animali assumono cibo già elaborato (piante o altri animali) (eterotrofi o produttori secondari)

• c) i demolitori: Spezzano i legami dei composti chimici organici e restituiscono all’ambiente l’energia accumulata in forma chimica

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Convertitori animati

• Fin dall’alto medioevo il perfezionamento dell’attacco mediante collare e l’uso della ferratura degli zoccoli hanno aumentato di molto l’efficienza energetica del cavallo

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Il convertitore uomo

• Le cellule dell’uomo attraverso l’ossidazione dei cibi catturano energia– a) energia termica (calore) - necessaria anche quando l’uomo è inattivo

b) energia produttiva (lavoro, attività, movimento)

L’energia produttiva rappresenta circa il 20 per cento delle calorie totali in ingresso

Gran parte dell’energia introdotta si trasforma in calore non utilizzabile (principio di entropia)

entropia: è la grandezza fisica che misura la degradazione o perdita di energia in calore non utilizzabile.