INTRODUZIONE ENERGIA

La definizione di energia
L’energia viene in genere definita come "la capacità che un corpo ha di compiere lavoro".  Per esplicitare questa definizione si fa di solito riferimento immediato all'energia meccanica che corrisponde al più intuitivo concetto di lavoro: il lavoro meccanico (per esempio, lo spostamento di un corpo prodotto da una forza applicata al corpo stesso).
L'energia meccanica di un corpo si presenta in due forme diverse, cioè come energia potenziale (energia che gli deriva dalla posizione in cui si trova: per esempio, un corpo sospeso), oppure energia cinetica (energia che gli deriva dalla velocità che possiede: per esempio, un corpo che cade).  Da questa definizione segue immediatamente il principio che l'energia si può trasformare da una forma all'altra (per esempio, da potenziale in cinetica) e, per estensione, il principio di conservazione dell'energia: "l'energia si trasforma da una forma all'altra ma non può essere né creata né distrutta".
Da un punto di vista più generale, l'energia è presente in natura sotto forme diverse che si trasformano l'una nell'altra e delle quali in genere si privilegiano gli aspetti esteriori in quanto a esse si associano attributi diversi (termica, elettrica, chimica, nucleare) in base al contesto in cui si presentano.
Per tutte queste forme resta comunque valida la definizione iniziale e quindi, quando si parla di energia (in qualsiasi forma) o di fonti di energia (cioè di sostanze - carbone, metano ecc. - o di entità - vento, acqua corrente - in grado di produrre energia), si fa in genere riferimento a un "qualcosa" che è in grado di sviluppare una data quantità di energia e, quindi, di consentire l'effettuazione del relativo lavoro.
Per tutte queste forme risulta valido anche il principio di conservazione, di cui vengono precisati i limiti pratici.  Ogni trasformazione di energia provoca il "degrado" di una parte di essa; in altri termini, via via che si trasforma, l'energia - pur non distruggendosi - perde parzialmente il suo potere di produrre lavoro (e quindi di essere utilizzata per scopi pratici).  Il principio di conservazione dell'energia, con questa precisazione, costituisce uno dei principi basilari della scienza.

Forme e fonti
Nella pratica, si usano considerare "fonti" di energia tutte quelle entità che possono trasformarsi in forme di energia direttamente utilizzabili, dalle sostanze in grado di liberare l'energia che contengono (per esempio, i combustibili fossili) ai fenomeni che producono energia nel corso della loro evoluzione (per esempio il fluire di un fiume, la fissione del nucleo atomico).
Se però si analizzano un po' più da vicino le diverse fonti, si può osservare che, per esempio, i combustibili fossili contengono energia solare immagazzinata milioni di anni fa, che l'energia nucleare deriva da un riassestamento della materia costituente il nucleo atomico, che l'acqua che scende a valle è stata trasportata in cima alle montagne dalle precipitazioni seguite all'evaporazione prodotta dall'energia solare, e così via.
A stretto rigore, le diverse "fonti" possono quindi essere ricondotte a quella che - dal punto di vista della fisica - è l'unica "vera" fonte di energia nell'universo, cioè la materia che si trasforma in energia annullando la sua massa (come dimostrò Albert Einstein).
In questa visione estremamente rigida, le uniche fonti di energia disponibili sulla Terra risultano quindi essere il Sole (con la sua luce e il suo calore) e la Terra stessa (con la sua attrazione gravitazionale).

Le trasformazioni energetiche
Quando si parla di fonti di energia è opportuno distinguere tra fonti primarie e fonti secondarie.
Sono considerate fonti primarie le fonti energetiche direttamente utilizzabili così come si trovano in natura.  Per esempio, sono di questo tipo i combustibili fossili (carbone, petrolio e metano), direttamente utilizzabili per produrre energia termica (cioè calore), o l'energia idraulica, che è energia meccanica e come tale viene utilizzata (per far ruotare turbine).  Sono considerate fonti secondarie le fonti energetiche ottenute mediante la trasformazione di energia prodotta da fonti primarie.
Esempio tipico di fonte secondaria è l'energia elettrica che, pur essendo direttamente presente in vari fenomeni naturali, diviene praticamente utilizzabile solo se prodotta su grande scala mediante trasformazione di altre fonti primarie (combustibili fossili, energia idraulica, combustibili nucleari, energia solare, ecc. ). Però, ogni trasformazione da una fonte all'altra avviene sempre con perdite, spesso assai rilevanti.
Particolarmente negativo è il rendimento di trasformazione (rapporto tra la quantità di energia consumata e la quantità di energia prodotta) quando si ha passaggio attraverso la forma energia termica (calore), una forma scarsamente pregiata di energia.
Poiché la maggior parte dell'energia elettrica è oggi prodotta in impianti dove si bruciano combustibili fossili (centrali termoelettriche) e che hanno un rendimento di circa 2/5 (cioè attorno al 40%, entra 100 ed esce 40), è facile intuire che questo grande spreco è giustificato solo dai vantaggi offerti dalla forma energia elettrica, fonte energetica secondaria.

I combustibili fossili
Tra le fonti non rinnovabili le più usate sono i combustibili fossili, ricchi di carbonio, la cui energia viene ottenuta attraverso la combustione, cioè la reazione chimica di ossidazione rapida del carbonio.
Questa reazione produce grandi quantità di calore (che verranno poi trasformate in elettricità) e di gas (anidride carbonica o biossido di carbonio, C02) che si disperde nell'atmosfera.  L’anidride carbonica è già presente nell'atmosfera (nel corso della respirazione, che è una reazione di ossidazione lenta del carbonio, tutti gli animali superiori espirano anidride carbonica) e, assieme ad altri gas (soprattutto vapore acqueo), ha la funzione di equilibrare il bilancio termico dell'atmosfera in quanto lascia passare la radiazione solare in arrivo ma impedisce alla Terra di disperdere nello spazio parte di tale energia. (E' questo il cosiddetto effetto serra, che ha consentito al nostro pianeta di avere una temperatura adatta allo sviluppo della vita).
Inoltre interviene in uno dei cicli fondamentali che regolano la vita sul nostro pianeta, il ciclo del carbonio, ciclo che collega energia solare, vita vegetale e vita animale proprio tramite l'anidride carbonica.
Con le loro parti verdi le piante assorbono anidride carbonica dall'atmosfera e, grazie alla capacità di usare la luce del sole (fotosintesi), la combinano con l'acqua assorbita attraverso le radici a formare sostanze organiche più complesse (i carboidrati) che costituiscono i materiali di riserva delle piante stesse e servono anche da alimento per gli animali che li trasformano in sostanze organiche più complesse.
Nel processo di fotosintesi si forma ossigeno che le piante liberano nell'atmosfera: di qui l'importanza delle foreste.  Alla morte di piante e animali, queste sostanze si decompongono e, con un processo di ossidazione molto lento, producono anidride carbonica che viene restituita all'atmosfera.
L’uso di combustibili fossili provoca l'aumento dell'anidride carbonica nell'atmosfera e, quindi, un aumento dell'effetto serra, con conseguente aumento della temperatura media della Terra.  Anche se non tutti gli scienziati sono d'accordo sull'entità e sugli effetti del riscaldamento globale, nessuno nega il graduale aumento dell'effetto serra.
Oltre al carbonio, che bruciando produce anidride carbonica, i combustibili fossili contengono anche quantità più o meno grandi di zolfo e azoto (carbone e petrolio) o di solo azoto (metano), Anche questi elementi chimici, combinandosi con l'ossigeno e con l'azoto dell'aria durante la combustione, formano gas che si disperdono nell'atmosfera e che contribuiscono all'inquinamento: dallo zolfo derivano l'anidride solforosa (biossido di zolfo) e l'anidride solforica (triossido di zolfo), dall'azoto ossidi di vario tipo.
Tutti questi gas, combinandosi con l'acqua presente nell'atmosfera, formano degli acidi (solforico, nitrico, ecc.) che, cadendo al suolo, danno luogo alle cosiddette "piogge acide", responsabili dell'acidificazione dei laghi e di gravi danni alla vegetazione e all'ambiente in generale, ma anche agli edifici (soprattutto a quelli antichi).
L’anidride carbonica e i gas che provocano le piogge acide sono prodotti in misura diversa dai diversi combustibili fossili: a parità di energia prodotta, dal carbone se ne formano in misura maggiore che dal petrolio e, da questo, in misura maggiore che dal metano, che ha però la particolarità di non produrre ossidi di zolfo.
Eccettuata l'anidride carbonica, tutti gli altri gas possono essere assorbiti prima della loro immissione nell'atmosfera, per esempio utilizzando marmitte catalitiche nelle automobili od opportuni filtri sulle ciminiere delle centrali termoelettriche.
Si tratta naturalmente di interventi costosi, di cui occorre tener conto nel valutare l'economicità delle varie fonti.

L'energia nucleare
Per molti anni l'energia ottenuta dalla fissione nucleare è apparsa come la possibile soluzione al fabbisogno energetico dell'umanità.
Il programma "Atomi per la pace", lanciato negli anni cinquanta dal presidente degli USA Dwight Eisenhower, metteva a disposizione dei paesi amici la tecnologia nucleare "pacifica" e, nello stesso tempo, cercava di ricostruire l'immagine dell'energia nucleare, molto appannata dopo il suo impiego bellico.
Oltre agli USA, molti paesi si buttarono sulla strada nucleare, in particolare Gran Bretagna (il primo paese ad avere centrali elettronucleari allacciate alla rete di distribuzione dell'elettricità) e Francia (ben presto il paese con il maggior numero di centrali elettronucleari).
In seguito, nacquero problemi di sicurezza, messi in evidenza da incidenti piccoli e grandi.  Il segreto che in molti paesi circondava le vicende dell'elettronucleare favorì il sospetto e gli oppositori al nucleare ebbero buon gioco nel contrastare i nuovi progetti e nel polemizzare contro gli impianti in funzione.
Mentre si affacciava all'orizzonte la possibilità di ricavare energia dalla fusione nucleare, e mentre si installavano i primi reattori a fissione "autofertilizzanti", cioè in grado di rigenerare il proprio combustibile nucleare, molti paesi decisero di bloccare i loro programmi elettronucleari e spesso addirittura di chiudere gli impianti in funzione: è il caso dell'Italia.  Da qualche anno si è ripreso a parlare della necessità di sfruttare l'energia nucleare (che, priva di emissione di C02, non contribuisce all'effetto serra) e sono stati messi a punto vari progetti di reattori nucleari "sicuri".  Resta comunque il problema delle scorie radioattive, che è possibile riciclare solo parzialmente, e, più in generale, il problema del ciclo dei materiali radioattivi, che sono notevolmente pericolosi.

Le fonti rinnovatili
Alle fonti rinnovabili appartengono varie forme di energia che derivano tutte dall'energia solare, più l'energia geotermica che deriva invece dal calore interno della Terra.
Si tratta di fonti energetiche distribuite e, se si eccettua l'energia idraulica, non facilmente sfruttabili su grande scala sia per loro stessa natura (si pensi, per esempio, al vento) sia perché la tecnologia di sfruttamento non è ancora sufficientemente sviluppata (è il caso dell'energia solare).
Se si eccettua l'energia idraulica, che è da sempre una fonte energetica di estrema importanza, le altre energie rinnovabili costituiscono fonti ausiliarie minori, importanti soprattutto in situazioni locali particolari.
E' il caso, per esempio, dell'energia geotermica a Larderello, in provincia di Pisa, e dell'energia eolica sulle coste orientali della Sardegna.
Per quanto riguarda l'energia solare, i grandi impianti (in Sicilia e in Campania) sono per ora pochi e poco più che sperimentali.  Più diffusi, ma solo per utenze piccole e piccolissime, gli impianti a batterie solari, che convertono direttamente in elettricità la luce del Sole, e gli impianti a collettori, molto usati per il riscaldamento individuale dell'acqua, soprattutto nelle regioni meridionali ma anche in molte zone soleggiate del settentrione.
L’unica promettente fonte energetica rinnovabile sembra essere l'impiego d'elle biomasse, cioè di residui non alimentari delle coltivazioni agricole oppure di vegetali coltivati appositamente.

Conclusione
Da quanto è stato detto appare chiaro che, almeno per ora e probabilmente a lungo, non si può fare a meno dei combustibili fossili: all'orizzonte non si vedono infatti altre fonti in grado di sostituirli e di coprire il fabbisogno energetico mondiale.
L’unica fonte che sembrava essere adatta, l'energia nucleare da fissione, continua a creare troppi problemi a causa delle difficoltà di gestione, anche se non è detto che prima o poi si trovi il modo di utilizzarla con sicurezza.  Quanto all'energia nucleare da fusione, che risolverebbe definitivamente il problema, sembra destinata a restare un sogno ancora per molto tempo (le tecnologie adatte non sono ancora disponibili) e forse per sempre.
Siamo quindi in una fase di transizione che probabilmente durerà ancora per decenni.  Secondo molti studiosi, assieme al metano (il combustibile fossile che presenta il miglior rapporto costi/benefici), solo l'impiego di biomasse potrebbe costituire il sistema ideale per coprire una buona parte del fabbisogno energetico mondiale durante questa fase di transizione, senza aggravare il livello di inquinamento del pianeta.
In attesa di uscire da questa fase di transizione, è bene ricordare che le crisi energetiche che di tanto in tanto colpiscono il nostro pianeta non sono determinate da scarsità "fisica" di risorse energetiche bensì da scarsità "economica".  In altre parole, le fonti energetiche non mancano: semplicemente diventa sempre più costoso sfruttarle, sempre più costoso sfruttarne i giacimenti.  Di qui la necessità del risparmio energetico, ma anche l'esigenza di usare l'energia disponibile nel modo migliore, nel modo più intelligente possibile.
Di qui il continuo bisogno di inventare modi per produrre energia e di sfruttare le risorse della tecnologia per mettere a punto nuovi processi produttivi che facciano risparmiare energia.  Un oggetto costruito utilizzando una minor quantità di energia (ovvero, come si suol dire, a "minor densità energetica") sarà meno costoso e quindi più commerciabile di un oggetto analogo ma costruito con maggior dispendio di energia.
Anche questa è una sfida da affrontare e vincere anche a favore dell'ambiente: le due cose vanno di pari passo.