Sin dall'antichità l′uomo conosceva ed aveva utilizzato diverse forme d′energia: quella prodotta dall′uomo stesso (già tre milioni di anni fa), quindi l′energia eolica per la navigazione (novantamila anni fa), l‟energia dagli animali (sessantamila anni fa) e, dal I secolo a.C., l′energia idraulica.
Per tutto questo lunghissimo periodo, che copre oltre il 99% della storia dell′uomo moderno, furono però l′energia prodotta dall′uomo e (ma solo negli ultimi millenni) quella prodotta dagli animali a fornire la parte essenziale della produzione di lavoro. Fu con l′utilizzo delle fonti energetiche naturali (quali, appunto, vento e acqua), che si attivarono nuovi e più articolati processi produttivi e sociali.
Per scendere maggiormente nel dettaglio, il vento (energia eolica), come fonte energetica, è stato utilizzato per lunghissimo tempo solamente per la navigazione a vela.
La possibilità di utilizzare l′energia del vento per altri scopi era già stata descritta da Erone d′Alessandria (I sec. a.C.), ma i primi mulini mossi dal vento compaiono in Oriente: alcuni testi li descrivono in funzione nel VII secolo in Persia. Questa tecnologia fu importata in Occidente al tempo delle Crociate, attraverso gli arabi (tra il secolo XI e XIII), ed è appunto in periodo medioevale che inizia ad essere utilizzata diffusamente.
È interessante notare che mentre i mulini a vento del Vicino Oriente sono ad asse verticale, quelli costruiti e utilizzati in Europa occidentale sono ad asse orizzontale. L′acqua (energia idrica) inizia ad essere utilizzata come fonte energetica nell′antichità classica. Le prime indicazioni in tal senso si hanno da Strabone, che nel 18 a.C. parla di un mulino ad acqua come di una meraviglia presente all‟interno del palazzo di Mitridate, a Cabira nel Ponto, la cui costruzione risale agli anni tra il 120 ed il 63 a.C.
Questa nuova tecnologia, apparsa in epoca romana, capace di utilizzare l′energia posseduta dai corsi d′acqua, diede origine ad una rivoluzione tecnica il cui impatto restò però complessivamente trascurabile. Le caratteristiche strutturali di certi fiumi, quali la poca forza della corrente, o all′opposto l′impetuosità e la violenza dei corsi d′acqua montani, o ancora l′ampiezza dei grandi fiumi (basti pensare al Po) rappresentarono seri ostacoli alla sua diffusione. Nonostante queste difficoltà
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naturali furono costruiti sistemi d′utilizzo dell′energia idrica di grande importanza, come il complesso produttivo di Barbegal in Provenza (Francia).
I resti di questa opera imponente, uno dei monumenti idraulici più importanti dell‟antichità si trovano vicino all′abbazia di Montmajour, nel comune di Fontvieille. Questa opera fu scoperta e restituita alla fruibilità tra il 1937 ed il 1939 da Fernand Benoit.
Costruito, agli inizi del IV secolo d. C nell'Impero, su un pendio collinare questa opera era composta da due serie parallele di otto ruote alimentate per disopra da due canali derivati dall′acquedotto di Arles.
Le ruote idrauliche avevano un diametro fino a 2,7 m, e attraverso ingranaggi lignei, azionavano due macine.
Una scala centrale permetteva l′accesso alle varie stanze del complesso dei mulini e un carrello che si muoveva su un piano inclinato consentiva di far salire e scendere i carichi attraverso un meccanismo idraulico.
Quest′impianto consentiva una capacità di macinazione complessiva di 4 tonnellate di farina al giorno sufficienti al fabbisogno di una popolazione di più di 10.000 abitanti, la popolazione di Arles a quel tempo.
Il Medioevo ebbe il grande merito di accrescere enormemente la quantità d′energia disponibile per l′uso umano e di impiegarla su scala molto maggiore che in passato, variando gli utilizzi dei meccanismi antichi e creandone di nuovi.
La grande innovazione introdotta nel Medioevo è l′impiego su larga scala dell′energia idraulica, che ha consentito di concentrare grandi quantità di energia per la prima volta nella storia. Ad esempio, alla fine del secolo XI il Domesday Book inglese censiva 5624 mulini ad acqua in Inghilterra. Il mulino ad acqua porta una produttività enormemente più grande di quella resa disponibile dalle tecniche tradizionali: ne è un esempio la cura con cui si studiavano i sistemi d′alimentazione delle ruote.
L′utilizzo dell′energia dell′acqua è raffigurato efficacemente nella Vita di San Bernardo, di Vacandard, in cui è descritto il mulino ad acqua dell′abbazia di Clairvaux (Chiaravalle) nello Champagne meridionale.
È importante rilevare che tutte le macchine semplici, come quelle descritte finora, non producono nulla di per sé: sono dei dispositivi, detti "passivi", che consentono di trasmettere il movimento, di cambiarne la direzione e di sfruttare al massimo l′energia disponibile.
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Dagli inizi del XIII secolo fino al termine del XVIII, la capacità di produrre lavoro si trasferisce sempre più all′utilizzo di fonti quali il vento e l′acqua. Contestualmente, i progressi della scienza delle costruzioni, dell′astronomia, della navigazione, dell′agricoltura, della matematica, delle tecniche di lavorazione del vetro, del ferro, delle stoffe, della medicina, ecc. diedero origine ad invenzioni e sviluppi fondamentali per l′incremento della produttività.
Le principali fra queste sono:
la trasformazione dell′aratro e del giogo (che avviene nell′Alto Medioevo:
poggiando il giogo sulle spalle e sul petto del bue, anziché sul collo, si migliora parecchio la capacità di lavoro dell′animale)
la nuova bardatura e zoccolatura del cavallo;
la bussola;
gli strumenti ottici (occhiali, cannocchiali, primi sistemi di proiezione);
gli orologi ed i sistemi meccanici a peso e a molla;
le armi da fuoco;
le macchine idrauliche (filatoi, pompe, torcitoi, ecc.);
le macchine tessili;
i primi altiforni;
la produzione della ghisa, ecc.
Parallelamente si ebbero innovazioni e sviluppi nella vita civile, nell′arte e nella scienza. Tutto ciò diede origine ad una civiltà che iniziò a consolidarsi intorno al Mille e si sviluppò nell′Umanesimo e nel Rinascimento, fino a far sorgere, tra tutte le nuove discipline, anche la scienza moderna. Quest'ultima si è sviluppata a partire dal 1600, con l′invenzione del metodo scientifico sperimentale (Galileo Galilei), portando nuove prospettive e la lenta e progressiva elaborazioni di concetti, metodi e scoperte particolari, ma affonda le proprie radici nell′Alto Medioevo con i primi artigiani ed inventori. È questo un periodo che si può considerare come l′epoca della rivoluzione tecnica ed artigianale.
Fin qui sono stati considerati esempi in cui la produzione di lavoro si è sviluppata attraverso processi di utilizzazione dell′energia umana ed animale, di quella idrica posseduta dall′acqua che scende a valle ed è quindi in grado di muovere congegni meccanici, e di quella eolica, resa disponibile dal vento e capace, se imbrigliata, di azionare congegni meccanici.
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La necessità di utilizzare il lavoro prodotto da vento ed acqua nel modo più ampio ed utile possibile diede origine, come appena descritto, allo sviluppo di macchine passive capaci di finalizzare l'uso dell'energia alle attività produttive.
Le invenzioni che seguirono riguardavano invece la realizzazione di macchine attive, ovvero capaci di produrre lavoro attraverso l'utilizzo del calore come fonte energetica.
Il calore era una fonte già conosciuta e utilizzata per la cottura dei cibi e il riscaldamento delle abitazioni fin dai tempi della scoperta del fuoco, ma fino a quel momento applicata ad attività produttive solo in forni, forge o fornaci.
Le nuove macchine utilizzarono il calore per produrre vapore, il quale, in funzione delle sue caratteristiche di pressione e temperatura, è in grado di compiere lavoro facendo muovere congegni meccanici appositamente creati: nacquero così le macchine a vapore.
La produzione e l′utilizzo del vapore come elemento capace di produrre lavoro diedero origine allo studio del "calorico" . È, questo, il nome antico dato al calore, che fu concepito come un fluido capace di passare da un corpo caldo a un corpo freddo, esattamente come l′acqua scorre verso valle. Benché quantitativa e rigorosa, la teoria del calorico non era adatta a descrivere la realtà.
Sul finire del XVIII secolo si sviluppò così la capacità di produrre lavoro attraverso il motore termico, un dispositivo capace di trasformare l′energia termica in lavoro, usando il calore che si ottiene bruciando un combustibile. I primi motori termici, quelli a vapore, rendono possibile la rivoluzione industriale e continuano a svilupparsi nel corso del XIX secolo, attraverso continue e costanti migliorie per aumentarne il rendimento al fine di produrre più lavoro. Il motore a vapore si sviluppò attraverso un lavoro pratico ed empirico: come già era stato dello sviluppo delle tecniche nei secoli dell′artigianato, fu grazie a ripetuti tentativi ed errori che gli ingegneri dell′epoca arrivarono a capire che il motore sarebbe stato reso molto più efficiente se si fosse giunti a una trasformazione adiabatica del vapore, cioè se la trasformazione del vapore in lavoro fosse avvenuta senza scambi di calore con l′esterno, quindi senza dispersione di calore.
Nel XX secolo ha inizio lo sfruttamento di nuove forme di energia, da quella nucleare (con le sue due modalità, fissione e fusione) a quella solare, convertibile da pannelli e celle solari rispettivamente in calore e in elettricità.
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– IL CONCETTO DI “PROBLEMATICA
ENERGETICA”
Il punto centrale delle considerazioni svolte fino a questo punto è che l′energia non è altro che il risultato della trasformazione di risorse che, sono, in ultima sostanza, "combustibili".
Questo fatto permette di comprendere la vera portata delle problematiche che interessano.: una legge fondamentale della fisica, infatti, afferma che l′energia non si crea e non si distrugge mai, si conserva sempre e può passare da una forma all′altra.
In questa prospettiva, per inquadrare le possibili scelte da compiere per indirizzare la risoluzione dei problemi connessi al rapporto sviluppo/qualità della vita, è necessario affrontare la questione della trasformazione della qualità dell′energia.
L'energia si ottiene trasformando "combustibile" e rappresenta la capacità di produrre lavoro utile. Per semplificare, mentre il calore non si può trasformare tutto in energia elettrica, quest′ultima si può invece trasformare tutta in calore quindi presenta una "qualità" più elevata.
Il combustibile, qualunque esso sia, è presente in quantità finite. Questa consapevolezza pone dunque un primo serio problema: i limiti alla disponibilità dei combustibili stessi.
Il secondo drammatico problema è legato alla trasformazione della qualità dell′energia. È drammatico perché è nel ciclo di trasformazione energetica, prevalentemente basato sull′utilizzo dei combustibili fossili (fonti non rinnovabili di energia) che vengono pesantemente modificati gli equilibri che regolano lo stato fisico del nostro pianeta e quindi della nostra vita "fino a ipotizzare l'impossibilità della nostra stessa esistenza."
Per riepilogare quanto considerato finora, i termini del problema sono sostanzialmente questi:
l′energia è l′attitudine di un corpo o di un sistema a compiere lavoro;
per ottenere lavoro, la società contemporanea trasforma in prevalenza combustibili;
in questo processo si ha il cambiamento della qualità e della forma sia dell′energia sia del combustibile.
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Sintetizzando in maniera estrema, queste trasformazioni, di qualità e di forma, danno origine, nella biosfera, a cambiamenti di equilibri che possono provocare cambiamenti strutturali, le cui conseguenze tendono ad alterare le condizioni che determinano la qualità della vita sulla Terra.
Risulterà evidente, dagli effetti che queste trasformazioni generano, che non esiste una bacchetta magica, scientifica o tecnologica, con cui si possa sperare di risolvere il problema energetico nella sua drammatica relazione con le variazioni della qualità dell′energia. Anche se a volte si sente riferire di scoperte scientifiche sorprendenti, che fanno intuire che la natura possa riservarci sorprese capaci di trasformare gli scenari futuri, non possiamo ragionevolmente pensare che una soluzione per l'avvenire della nostra specie risieda in possibili tecnologie non ancora sviluppate e legate all′ipotesi di scoperte che potrebbero essere fatte nel futuro.
Realisticamente c‟è la necessità di pensare a cosa fare in conformità a ciò che è tuttora nota e guardare all′evoluzione del rapporto uomo vita, non ipotizzando solamente la scienza e la tecnologia come strada su cui camminare per risolvere i problemi, ma in primo luogo considerare che l′uomo ha la capacita di regolare l′equilibrio tra la qualità della vita possibile e la possibilità di vivere.
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