Le fonti primarie di energia (bozza)

Una pallonata in faccia fa male, ma un vaso in testa fa anche peggio. Due dolorosi esempi di energia cinetica e potenziale. E la scossa che si piglia infilando le dita nei fori di una presa, che tipo di energia è? Elettrica, ovviamente!

Anche l’energia elettrica è potenziale. Se ne sta tranquilla finché nessuno la tocca (come il vaso sul davanzale), ma quando i due poli vengono collegati la corrente comincia a fluire e parte la scossa.

In una batteria i due poli stanno ad una differenza di potenziale (elettrico) di qualche Volt, ma le cariche elettriche (gli elettroni) che si trovano sui di essi stanno normalmente al loro posto, come il vaso sul davanzale. Questo perché l’aria, essendo isolante, blocca il passaggio delle cariche elettriche, proprio come il davanzale impedisce la caduta del vaso (finché ci sta sopra). Ma se l’aria viene sostituita da un conduttore, un filo di rame per esempio, gli elettroni possono percorrerlo e la corrente scorrere. Cioè: togliere l’isolante equivale a spingere il vaso fuori dal bordo.

Per far luce sul fenomeno colleghiamo i due poli attraverso una lampadina. Dopo un po’ che stiamo osservando il fenomeno, la lampadina si spenge. Che sarà successo?

Si è scaricata la batteria! In effetti man mano che la corrente scorre, l’energia elettrica si consuma, trasformandosi in luce e calore, e la differenza di potenziale diminuisce. Ad un certo punto la batteria non ha più energia e la luce si spegne. Come il vaso caduto per terra, le loro energie potenziali sono state usate e sono finite!

Il pallone in volo, il vaso sul davanzale e la batteria carica sono fonti di energia, cioè possiamo usarle per estrarre la loro energia e trasformarla in qualcosa di più utile. Anche le molecole del petrolio sono una fonte di energia. A tutti gli effetti sono delle microscopiche pile elettriche. Quando bruciano con l’ossigeno si trasformano in nuove molecole che hanno una energia potenziale elettrica minore. In altre parole si scaricano, e nello scaricarsi forniscono luce e calore. L’energia ottenuta bruciando il petrolio viene normalmente chiamata "chimica", perché si libera durante la reazione chimica che ossida l'idrocarburo, ma di fatto si tratta proprio della differenza di energia potenziale che gli elettroni molecolari hanno prima e dopo la combustione.

In natura le batterie cariche non si trovano, ma il petrolio, il carbone e il gas naturale sì. Perciò questi ultimi vengono chiamati fonti primarie di energia. La legna da ardere è anch’essa una fonte primaria, così come l’acqua di un lago di montagna (l’equivalente del vaso sul davanzale), solo che queste ultime due fonti sono anche rinnovabili (se il bosco viene ripiantato).

Invece non è una fonte primaria la batteria: è stata costruita in una fabbrica e qualcuno l’ha dovuta anche caricare. La stessa cosa vale per l’idrogeno, che ogni tanto viene nominato come fonte di energia pulita: in natura non esiste libero e quindi non è una fonte di energia. Per liberarlo dalle molecole in cui è intrappolato, bisogna passare attraverso un processo chimico che consuma più energia di quella che potrà restituire ricombinandosi.

Il sito più autorevole per avere informazioni sull’energia è quello dell’IEA (International Energy Agency) un ente indipendente che ne rileva la produzione e i consumi in tutto il mondo. Tra le sue pubblicazioni, ogni anno riassume i principali dati mondiali in un opuscolo gratuito [1]. Da questi dati risulta che le fonti primarie di energia principali sono il petrolio, il carbone, il gas naturale, le biomasse, il nucleare e l’idroelettrico.

Purtroppo più dell’80% dell’energia primaria viene da tre combustibili fossili, ed è stato così negli ultimi quarant’anni. Tenendo conto che anche le biomasse producono CO₂ (lo compensano solo se sono totalmente rinnovabili), alla fine soltanto il 15% dell’energia che usiamo è veramente "carbon free". Per quanto uno voglia essere ottimista, è difficile pensare che le cose possano cambiare drasticamente prima di una ventina d'anni.