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Energia

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Qualità e rendimento energetico
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elettromagnetismo


Qualità dell’energia e analisi emergetica

Cosa è l'emergia?

 

In sintesi:

L’analisi emergetica ripercorre tutti i percorsi necessari per formare l’energia e i materiali utilizzati in un dato processo, ad esempio la produzione di un bene o l’erogazione di un servizio, riportandoli ad un unico comune denominatore: l’energia solare.

L’emergia è definita come la quantità di energia solare necessaria, direttamente o indirettamente, per produrre una unità di energia di un dato prodotto o servizio.

Un’analisi emergetica di un processo, un prodotto o un’area, rappresenta una valida alternativa alle analisi meramente economiche poiché include sia fattori economici - l’energia e la materia utilizzate quantificabili anche in termini monetari - sia fattori ambientali, legati al consumo di risorse espresso in unità di energia solare.

Un alto valore di emergia di un prodotto rispetto ad un altro o di una energia rispetto ad un'altra può significare un prodotto di migliore qualità o un'energia più organizzata e capace di produrre più lavoro. Quando si confrontano, invece, due beni o servizi tra loro paragonabili, quello a maggiore emergia indicherà, a parità di servizio offerto, una ridondanza di passaggi (produttivi, di trasporto, ecc.) e/o un utilizzo elevato di materiali, in una parola un costo più elevato per l’ambiente.  


In dettaglio:

Per produrre un bene si utilizzano diverse fonti di energia di qualità differente, cioè con un diverso grado di organizzazione.

L’energia più organizzata ha più valore perché maggiore è la sua capacità di svolgere un lavoro rispetto ad una energia meno organizzata. L’energia di un corso d’acqua in cima ad un dislivello è la stessa quantitativamente che la massa d’acqua avrà una volta arrivata in basso, ma sono di due qualità diverse: prima di cadere è energia potenziale che, cadendo, si trasforma in energia di movimento (energia cinetica). La prima però è più organizzata, più ordinata e la sua capacità di fare un lavoro è maggiore (i salti d’acqua fanno muovere le ruote dei mulini o le turbine delle centrali idroelettriche).

Si potrebbe calcolare l’equivalente in energia solare necessario per produrre l’energia elettrica utilizzata da un distretto industriale in un giorno. Sebbene entrambe le grandezze appartengano alla stessa “famiglia” (sono entrambe energie) e si misurino allo stesso modo (joule), le quantità non saranno identiche. Lemergia (cioè l’energia solare) necessaria alla produzione di energia elettrica di una giornata è sicuramente quantitativamente maggiore dell'energia elettrica prodotta, ma quest’ultima sarà energia qualitativamente superiore, più organizzata.

Se il concetto di emergia si adatta bene a rendere conto delle differenze qualitative fra varie forme di energia, può invece sembrare difficile applicarlo a risorse materiali. Se pensiamo all’energia elettrica prodotta con un salto d’acqua allora è evidente che passiamo da una forma di energia, quella potenziale dell’acqua, ad un'altra, quella elettrica; se pensiamo all’energia elettrica prodotta da impianti a carbone possiamo operare l’equivalenza tra energia (elettrica) e risorsa materiale (carbone) facendo un percorso a ritroso più lungo:

  • l’energia elettrica deriva dalla trasformazione di quella termica,

  •  l’energia termica è sviluppata dalla combustione del carbone,

  •  il carbone proviene dalla trasformazione geo-chimica di un albero

  •  l’albero è cresciuto ed ha aumentato la sua massa tramite la fotosintesi, sfruttando energia solare.

Abbiamo di nuovo riportato una forma di energia (elettrica) ad un'altra (solare)!

Questo percorso a ritroso è possibile in teoria per ogni risorsa materiale o energetica, per questo motivo l’emergia viene spesso presentata come una sorta di memoria energetica (Energy Memory) dei beni o dei processi. Si può quindi stabilire un confronto tra “oggetti” (beni materiali o energia) di per sé diversissimi o tra varie alternative degli stessi “oggetti” riportando tutto ad energia solare, o emergia, in grado di tenere conto delle quantità coinvolte ma anche della qualità raggiunta.

 

Un alto valore di emergia di un prodotto rispetto ad un altro o di una energia rispetto ad un'altra può significare un prodotto di migliore qualità o un'energia più organizzata e capace di produrre più lavoro. Quando si confrontano, invece, due beni o servizi tra loro alternativi quello a maggiore emergia indicherà, a parità di servizio offerto, una ridondanza di passaggi (produttivi, di trasporto, ecc.) e/o un utilizzo elevato di materiali, in una parola un costo più alto per l’ambiente.  

 

Per calcolare l’emergia di un prodotto (output) devo scomporne il processo di produzione individuando tutti i fattori materiali ed energetici che lo hanno costituito (input) (vedi esempio in figura).  

Per ogni voce di input si devono conoscere le quantità in massa (grammi) o in valori energetici (Joule) utilizzate per il periodo di coltivazione, poi, attraverso dei fattori di equivalenza[1] noti dalla letteratura, le transformity, si calcola il valore emergetico di ciascuno, ovvero la quantità di energia solare che è stata necessaria per produrre un dato input. Sommando tutti i valori emergetici degli input si ottiene l’emergia della piantina che sarà espressa in Joule di energia solare, o Solar Emergy Joule, sej.

L’analisi emergetica è stata utilizzata per valutare il contenuto in energia solare non solo di singoli prodotti o attività ma addirittura di territori “attivi”. Anche per la Provincia di Rimini è stata realizzata l’analisi emergetica.

 

 

Indici emergetici

I = R + N

Y = R + F + N

Rapporto di impatto ambientale = (N+F)/R

(emergia dal sistema economico e da risorse locali non rinnovabili/emergia da             risorse rinnovabili)

Rendimento energetico = Y/F = (R+N+F)/F

            (emergia prodotto/emergia input provenienti dal sistema economico)

Investimento energetico = F/(N+R)

         (emergia fornita dal sistema economico/emergia fornita dall’ambiente)  


 

 

L'emergia della Provincia di Rimini

 

L’analisi emergetica della Provincia di Rimini

Per svolgere l’analisi emergetica del territorio della Provincia di Rimini si è proceduto individuando prima 4 distretti omogenei: Costa Nord, Costa Sud, Val Marecchia e Val Conca.

Sono poi stati contabilizzati e schematizzati (vedi figura) i flussi di risorse che alimentano il sistema:

  • risorse rinnovabili: solare (vento, pioggia e onde), calore geotermico, energia delle maree.

  • risorse non rinnovabili: minerali escavati (argilla, calcare, sabbie), risorse idriche, suolo (perdita di suolo per erosione)

  • risorse non rinnovabili importate ed esportate: risorse energetiche e beni (alimenti, minerali, prodotti finiti, ecc.).

 

Le quantità di beni e risorse immateriali sono state commutate in unità di energia solare applicando le transformity . La somma di tutti i flussi, in entrata ed in uscita ha prodotto un emergia totale per la Provincia di Rimini pari a 1,07 x 1022 seJ/anno, di cui solo l’1,03% costituito da risorse rinnovabili. Il 99% delle risorse sono non rinnovabili e provengono per lo più dal commercio di beni.  L’analisi emergetica delle esportazioni ha rivelato che il flusso di emergia esportata dalla provincia di Rimini è di 4,52x1021 sej/anno, che corrisponde a poco meno della metà di quella importata sotto forma di beni e risorse immateriali.

Una ulteriore analisi della distribuzione dei flussi sul territorio provinciale rivela che l’emergia è principalmente concentrata nei due distretti costieri, in particolare nella costa a Sud.


[1] Il fattore di equivalenza è detto transformity, la sua unità di misura è sej/g o sej/J, dove sej è il solar Energj Joule, l’energia solare espressa in joule. Per trovare, ad esempio, l’emergia di 2˙106 g di fertilizzanti, nota la transformity del fertilizzante, pari a 4,89˙109 sej/g l’emergia del fertilizzante sarà pari a: 2 x 106g x 4,89 x 109 sej/g  =   9,78 x 1015 sej (da:Tiezzi, Marchettini "Che cosa e' lo sviluppo sostenibile" Donzelli editore, Roma, 1999).