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La natura tende a trovare nuovi equilibrii
Noi stiamo realizzando impianti di refrigerazione industriale condizionamento e riscaldamento che, attraverso il pannello solare e l’utilizzo del calore di processo, annullano la emissione di gas combusti e CO 2 in atmosfera. Ma non basta! Fatto così il riscaldamento è praticamente gratis. Il problema che si sta imponendo all’attenzione sia dell’opinione pubblica sia alla comunità scientifica con pressante urgenza è quello del surriscaldamento del pianeta. È noto e, come è nella convinzione di molti, si tratta di un fatto tendenziale cioè di una spirale viziosa che, non cambiando la condizione di base, si autoalimenta. Il fatto in sé risulta pericoloso e dannoso più per l’umanità che per il pianeta e la natura in quanto tali. Purtroppo la risposta attesa è un’aumentare di tutti quei fenomeni di risposta dinamica causati dal maggior calore; che saranno le precipitazioni, anche violente, come tifoni ed uragani, oltre che l’aumentare della desertificazione di determinate zone e molto altro in cui non ci addentriamo. La natura risponde e tende sempre a trovare nuovi equilibri. La causa? Senz’altro, l’uomo. La vittima? Senz’altro, l’uomo. Non solo è aumentata la popolazione, ma anche l’affacciarsi al benessere e l’uscita da un economia rurale, per entrare in un economia industriale ed urbana, di miliardi di persone contemporaneamente, sono fatti decisivi. L’approccio morale si dice che non sia scientifico e, come si vedrà in seguito, l’approccio sarà puramente scientifico, ma all’inizio è necessario che si ammetta di avere un’opinione morale (per quanto contro corrente e poco di moda) che aiuterà comunque a capire meglio questo lavoro. Ritengo giusto ciò che sta accadendo o meglio: anche se non lo ritenessi giusto io, accadrebbe ugualmente. La fame e la miseria di quelle popolazioni rimaste, per così dire, indietro nel percorso del progresso, le spinge e le spingerà verso la soluzione dei loro problemi primari, portando l’umanità fatalmente sul percorso che sta effettivamente compiendo. I dati di sviluppo provenienti dalla Cina ci dicono di uno spostamento senza precedenti di popolazione dalle campagne alle città nella misura di 400000000, quattrocento milioni di individui in cinque o, ammettiamo per carenze burocratiche, dieci anni. Queste persone hanno cambiato il loro stile di vita e dunque il loro impatto ambientale, e si tratta di un numero corrispondente all’intera popolazione della vecchia Europa e superiore a quella degli Stati Uniti. Si sono spostati per vivere meglio, useranno: automobili, televisori, telefonini e lavatrici; faranno la spesa nei supermercati e saranno il mercato di sviluppo sia per l’agricoltura e sia per l’allevamento intensivi… Per fare tutto questo ed altro consumeranno energia… Inquineranno. Ma: l’energia è felicità. È felicità per la massaia usare la lavatrice al posto del lavare a mano in un canale di acqua fredda come lo è per chi fa piccoli trasporti avere il camioncino piuttosto del carretto. Si possono identificare due scuole di pensiero: 1. quella di vietare, rendere burocraticamente difficoltoso, multare e rallentare lo sviluppo 2. oppure aumentare e capillarizzare l’offerta di energia, priva di qualsiasi impatto ambientale, in modo da compensare l’aumento della richiesta; con l’obiettivo di entrare nella spirale virtuosa che porti al miglioramento, senza l’infelicità di grandi masse di derelitti (presenti anche nelle cosiddette civiltà evolute che facessero scelte economicamente sciagurate). Senza una risposta inquineremo, nei prossimi anni, in misura sempre progressivamente maggiore, senza che ci possa essere alcun freno reale e le condizioni che vediamo si aggraveranno. La conseguenza scientifica di questo pensiero è che l’apporto d’inquinamento che ci ha portato oggi a valutare i danni di un disastro ecologico planetario, non solo non potrà calare, ma anzi aumenterà a dispetto di ogni legge o divieto o atto di buona volontà del mondo occidentale, che è arrivato ad una certa sensibilità sull’argomento. Ciò che avviene è la somma dell’interesse, della comodità e della necessità vitale di miliardi di singoli individui ed è questa la considerazione matematica che ci porta al risultato appunto matematico di essere in presenza di un fenomeno tendenziale e non naturale. In passato è accaduto che in un anno particolare sia aumentata naturalmente la temperatura, immediatamente con un paio di temporali violenti tutto ritorna vicino allo stato precedente; invece e nonostante una effettiva maggiore dinamicità dei fenomeni atmosferici, negli ultimi anni le rilevazioni confermano un graduale aumento delle temperature e perché ciò accada e necessario che ci sia un effettivo aumento dei fattori scatenanti. Cito in bibliografia gli studi di riferimento. La classifica dei colpevoli: responsabile al primo posto dell’effetto serra il CO 2 frutto delle combustioni chimiche e, scendendo nel dettaglio: 1. autotrasporti (nel senso più generalista comprendendo: dall’auto, all’aereo, alla nave e perfino il trattore che ara la terra); 2. il riscaldamento a combustione (tutte le caldaie a gas, gasolio, carbone, legna che sia e gli inceneritori e tutte quelle produzioni industriali che richiedono la combustione chimica) in cui si deve comprendere la produzione di energia elettrica ad alto impatto ambientale ed escludere sicuramente l’idro elettrico e, forse, il nucleare; 3. A seguire, ma con grandissimo distacco, ci sono le produzioni industriali, la deforestazione ed una serie di altri fenomeni che possiamo considerare secondari, poichè la somma del loro impatto ambientale risulta essere meno del venti per cento sul totale. La soluzione La soluzione è la convenienza di uno ad uno di quei singoli individui che sono alla ricerca della loro felicità. L’approccio scientifico che ritengo più giusto, e che è alla base di tutto questo lavoro, ci sia la ricerca di un meccanismo matematicamente tendenziale, esattamente come lo è quello che ha ingenerato questi fenomeni. Una parte consistente dell’inquinamento complessivo da CO 2 è dovuta al riscaldamento residenziale e degli ambienti pubblici o di lavoro. Fino ad oggi, a questo scopo, vengono utilizzate per il 90% combustioni chimiche. I motivi per cui ciò avviene sono sostanzialmente chiari: praticità e convenienza. I combustibili sono diffusi capillarmente e di facile reperibilità: il riscaldamento tramite combustione diretta è più gestibile da parte dell’utente ed il suo rapporto di efficienza è ad un costo inferiore. Consumiamo e bruciamo ed è questa in definitiva la causa principale del surriscaldamento del pianeta. La risposta basata sulla convenienza presupporrebbe un cambio totale nell’approccio mentale. La sola risposta che a livello di costi sarebbe conveniente, data la diffusione e la comodità di accesso ai combustibili, sarebbe che la nuova fonte energetica fosse gratis e di immediata e facile fruizione. Il fatto è che la natura ci mette a disposizione ovunque sul pianeta Terra una fonte di energia diffusa, capillare e disponibile; è un fatto noto che l’assenza di energia corrisponde allo 0 assoluto e cioè -274° cosa che sulla Terra non avviene. Dunque ho voluto considerare l’ipotesi non di bruciare per produrre energia, ma di spostare energia laddove l’uomo ne ha bisogno, sottraendola all’ambiente immediatamente circostante, e dove, con un calcolo algebrico, tenderà a ritornare in breve tempo. Prospettando questa soluzione in una proiezione matematica, una volta raggiunta la convenienza economica e la funzionalità dell’attrezzo necessario, si può pensare di risolvere su larga scala il problema del surriscaldamento del pianeta. Il solare è una delle risposte possibili, ma ad oggi le tecnologie disponibili sono ancora costose ed inefficienti. Invece, pensandoci bene, si può notare come il 70% del pianeta sia costituito da acqua e di come l’acqua, per sua natura, accumuli smisurate quantità di energia termica di facile, immediata e capillare disponibilità. Trasferire energia dall’ambiente ad un ambiente chiuso e contiguo è conveniente; è un fatto possibile ed arcinoto utilizzando le macchine condizionatori in pompa di calore* e , per assioma, si potrebbe considerare anche il classico sistema frigorifero confacente al trasferimento di energia. Alla base ed organo principale del movimento abbiamo un compressore con motore elettromagnetico in cui il satellite (rotore) è sorretto dall’organo (albero) a cui trasmette il moto, già in questo semplice indizio c’è un grande segreto di pura genialità infatti così facendo il satellite ruota in condizioni di assenza di gravità, e distaccato dallo statore. Oggi motori simili sono in ogni dove e con migliaia di applicazioni che vanno dal frullatore al treno ad alta velocità. Così teoricamente privo di attriti meccanici, il consumo di questo tipo di motore dipenderà solo dal lavoro che andrà a svolgere e dalle resistenze che incontrerà il suo lavoro, ma non dalla sua naturale essenza. Il circuito frigorifero è un sistema chiuso ed ermetico al cui interno circolano particolari tipi di gas miscelati con olio e a bassissimi attriti. Ora la sfida è superare in efficienza un sistema di riscaldamento a combustione o a resistenza elettrica, stabilito che il coefficiente di perdita dalla produzione al consumo della corrente elettrica sarà 0, 46 (questo valore, approssimativamente e dipende dai diversi governi, si ritrova anche economicamente nella differenza di costo tra i combustibili e l’energia elettrica). Introduciamo ora il concetto di c.o.p (coefficiente operativo di performance) che rappresenterà con un numero l’obiettivo. Questo numero in fisica deve necessariamente essere una frazione di 1 oltre cui si entra in contraddizione perchè si potrebbe realizzare il moto perpetuo, che sappiamo impossibile. La resistenza elettrica dunque posta a valore 1 in consumo elettrico/rendimento in calore*coefficiente di dispersione dalla fonte darà 0, 46. Una normale caldaia a combustione diretta avrà un valore approssimativo di 0, 5-0, 6, il suo coefficiente di dispersione può essere misurato dalla temperatura di scarico dei gas combusti e dal calore diretto attorno ad essa disperso, le migliori tecnologie ambiscono oggi a 0, 8 (caldaie ad alto rendimento a condensazione) valore che difficilmente sarà superabile se non a costi altissimi. Un normale condizionatore in pompa di calore condensato ed evaporato ad acqua (con acqua prelevata a 8° in fase invernale e 18° fase estiva) avrà un rendimento teorico (c.o.p.) 4*0, 46=1, 84 ecco che questo numero rappresenta la contraddizione da spiegare. Cosa è successo perché si sia superata la fatidica soglia di 1, come si arriva ad un rendimento che è migliore di oltre il doppio rispetto alla migliore caldaia esistente? Molto semplicemente la macchina nel suo percorso ha trasferito l’energia termica dall’acqua all’ambiente di riferimento, abbiamo cioè sottratto energia alla natura. Per quanto riguarda gli aspetti teorici e scientifici si tratta di conoscenze comuni e condivise, ma per riuscire a delineare un passaggio successivo abbiamo effettuato misurazioni nella realtà cioè sottoponendo le macchine a controlli accurati in regime di ambiente naturale. Qualsiasi condizione artificiale a cui si voglia sottoporre questo genere d’impianto in laboratorio risulta fatalmente parziale, visto proprio il mutamento tendenziale in atto, che avviene, non secondo medie climatiche, ma con condizioni di maggior dinamicità dei fenomeni atmosferici. (Questi dati oltre ad essere teorici sono stati verificati e controllati presso il centro commerciale Alta Marea di Crespiatica che si è gentilmente offerto alla misurazione effettiva dei valori ottenuti con acqua di pozzo profondo in centro alla pianura padana e con oltre un anno di funzionamento costante.) Rispetto al valore della resistenza elettrica ne è risultato un rendimento superiore di 4 volte e rispetto alla migliore combustione chimica superiore di 2/3 volte. L’handicap è costituito dal forte consumo di acqua sul lato (evaporazionecondensazione) che di volta in volta consideriamo di smaltimento dell’energia. In fase invernale quando ci occorrerà produrre calore smaltiremo freddo ed in fase estiva o frigorifera, volendo del freddo, smaltiremo calore. Per 400 kwh di potenza in calore abbiamo registrato smaltimenti di picco di 30 mch. È proprio dal costo economico ed energetico di questo smaltimento che dipende dunque l’esito finale ed è questo il problema a cui con il sistema f.e.e. abbiamo trovato la soluzione. Così abbiamo pensato di utilizzare l‘energia di smaltimento da processo, spostandola dove ci interessa e rimettendola nel gioco energetico, togliendola come costo ed essendo un calcolo algebrico, raddoppiandone il valore, tutto qui. Se poniamo l’ipotesi di riuscire a farlo… allora oggi c’è una nuova fonte energetica enorme, di prima disponibilità e capillarmente diffusa sul territorio: il calore di processo. Dal punto di vista ecologico inoltre il calore di processo, se non utilizzato, è una delle cause dell’innalzamento della temperatura del pianeta. Invece, se viene utilizzato, anche questo deve essere un calcolo algebrico, può diventare l’arma vincente e risolutiva, sia in termini di soluzione del problema ecologico, sia per la felicità dei singoli individui. La fonte di calore di processo che racchiude in sé tutte le peculiarità per risolvere il problema è la catena del freddo . L’intero comparto alimentare, oggi, si basa quasi totalmente sulla catena del freddo. In ogni casa c’è un frigorifero a cui corrisponde un banco per la vendita al dettaglio, capace di contenere la somma di tutti questi frigoriferi. La somma del volume di tutti i banchi corrisponderà al volume delle celle e dei magazzini di stoccaggio refrigerati. Capacità e capienza di celle refrigerate e di magazzini di stoccaggio corrisponderanno ad altri volumi per produzioni a loro volta refrigerate. È un gran giacimento di petrolio. I numeri e l’esperimento Come al solito per grandi numeri ci si affida a stime approssimative, ma ci dicono gli esperti che circa il 40% dell’intero consumo elettrico è in questo comparto. Per avere accesso a questa immensa fonte energetica rinnovabile occorre però fare un nuovo e fondamentale cambio di mentalità: si deve pensare a spostare energia piuttosto che a produrla. Si badi bene che l’idea di spostare energia o quella di trasformarla non rientra nell’idea di risparmio energetico, è un’altra cosa da non confondersi. Sintesi numerica del calore di processo proveniente da un impianto di refrigerazione:| tc[°C] | to [°C] | 10 | 5 | 0 | -5 | -10 | -15 | -20 | |
| 30 | Qo[W] | 242841 | 203995 | 170153 | 140710 | 115129 | 92952 | ||
| Qo*[W] | 242841 | 203995 | 170153 | 140710 | 115129 | 92952 | |||
| P [kW] | 51.6 | 50.4 | 48.3 | 45.5 | 42.1 | 38.2 | |||
| I [A] | 97.7 | 96.0 | 93.2 | 89.4 | 84.9 | 80.1 | |||
| Qc[W] | 294450 | 254424 | 218502 | 186225 | 157202 | 131121 | |||
| COP | 4.71 | 4.05 | 3.52 | 3.09 | 2.74 | 2.44 | |||
| COP* | 4.71 | 4.05 | 3.52 | 3.09 | 2.74 | 2.44 | |||
| m[kg/h] | 6260 | 5185 | 4274 | 3500 | 2840 | 2277 | |||
