Re carbone abdica (parte 1)

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Claudio Della Volpe

220px-KingCoalIl grande George Orwell scriveva nel 1930 (Down the mine), dopo un viaggio durante il quale era sceso personalmente in una miniera, :

Our civilization, pace Chesterton, is founded on coal, more completely than one realizes until one stops to think about it. The machines that keep us alive, and the machines that make machines, are all directly or indirectly dependent upon coal. In the metabolism of the Western world the coal-miner is second in importance only to the man who ploughs the soil. He is a sort of caryatid upon whose shoulders nearly everything that is not grimy is supported.

L’inghilterra è stata la patria della rivoluzione industriale, il primo paese del mondo in cui l’effetto dello sviluppo tecnico, dei fermenti culturali e scientifici, delle aspirazioni politiche e sociali, dei processi di accumulazione originaria e di distruzione dei beni comuni con la creazione di una enorme massa di contadini senza terra portò alla formazione di una industria moderna e di una organizzazione politica corrispondente. Dietro a questo enorme e complesso processo di crescita e trasformazione, così gigantesco e rapido da essere conosciuto appunto come la “rivoluzione industriale”, sta senza dubbio la disponibilità di una sorgente di energia primaria e della tecnologia per usarla: il carbone e la macchina a vapore.

Stiamo ricordando questo fenomeno perché pochi giorni fa, il 18 dicembre ha chiuso la miniera di carbone di Kellingley Colliery nella contea dello Yorkshire, chiamata familiarmente “Big K”; era la più grande in Europa con una capacità di produzione di 900 tonnellate all’ora, ed era anche l’ultima miniera di carbone al chiuso, in profondità, ancora funzionante sul suolo britannico, la classica miniera di racconti come “E le stelle stanno a guardare”o “la Cittadella” di A.J. Cronin.

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In effetti Big K era una miniera giovane, aveva aperto solo nel 1965 e nel suo ventre rimarranno oltre 30 Mton di carbone non ancora estratte che saranno tappate con un tappo di cemento.

Ma come si parte dalla rivoluzione industriale e si finisce così? E soprattutto perchè?

E’ una storia di risorse da studiare con attenzione. Essa è tutta scritta nella classica derivata della funzione logistica, la curva di Hubbert:

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Però non facciamoci fuorviare dai dati; il consumo di carbone minerale è molto più antico, potendo risalire al 3500aC in Cina e al III-IV secolo aC in Grecia, dove Teofrasto (Sulle pietre, par. 16) scriveva:

Fra tutti i materiali che sono scavati perchè utili, quelli conosciuti come carbone sono fatti di terra e una volta messi sul fuoco bruciano come carbone di legna. Si trovano in Liguria….e nell’Elide vicino ad Olimpia, dalla parte della montagna; ed essi sono usati da coloro che lavorano i metalli.

Anche in Inghilterra si può immaginare che la cultura del bronzo e poi del ferro abbiano usato le risorse di carbone minerale ampiamente presenti; tuttavia questo sfruttamento fu reso sistematico dai Romani certamente durante il II sec. dC inclusi materiali ricchi di pece che venivano usati per i bagni pubblici. Si tratta quindi di una tradizione molto molto antica.

Ma nonostante questa tradizione, fu solo nel XVIII secolo che avvenne quel salto di qualità che associamo alla rivoluzione industriale; le risorse di carbone (usate non dimentichiamo come materia prima energetica ma anche chimica per la metallurgia) possono essere superficiali o profonde e sono comunque soggette ad una elevata porosità; sia le risorse superficiali che quelle profonde tendono per questo motivo ad essere invase dall’acqua tanto più quanto più procede il lavoro di estrazione, con enormi problemi e spese di energia per pompare via l’acqua che invade mano a mano proprio le nuove zone da scavare, specie se profonde.

Nell’Inghilterra del primo ‘700 c’era quindi una notevole necessità di pompe efficaci, che in genere erano azionate dagli uomini o dagli animali da tiro; in questo contesto fu decisiva l’invenzione della macchina “atmosferica” (1712) da parte di Thomas Newcomen(1669-1729) un fabbro inglese aiutato dal suo socio Thomas Savery, che era alimentata a carbone; essi ne montarono una per la prima volta in una miniera di carbone nei pressi di Dudley, nelle West Midlands. Nonostante il primo utilizzo fosse stato sotterraneo, in un’area mineraria, per il trasporto, il motore di Newcomen avrebbe in seguito trovato un più specifico uso nel pompare acqua dalle miniere stesse, fossero quelle di carbone, oppure quelle di stagno in Cornovaglia.

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Newcomen

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La sua portata era dell’ordine di 10m3/h, un valore che farebbe ridere oggi. Comunque centinaia di macchine atmosferiche di Newcomen erano già installate in Inghilterra quando nel 1759 James Watt, un tecnico riparatore presso l’università di Glasgow, riuscì ad ottenerne una rotta e a ripararla, concludendo che il progetto era perfettibile e che c’era un enorme spreco di calore.

I perfezionamenti di Watt arrivarono solo nel 1765, dopo un lungo lavoro. Si potrebbe semplificare dicendo che Watt introdusse due modifiche fondamentali: il condensatore esterno che eliminava la necessità di raffreddare ogni volta la parete calda e il regolatore centrifugo; è da notare che il regolatore centrifugo in se (un esempio di retroazione meccanica negativa) non è una invenzione di Watt perchè era stato già applicato nel regolare il flusso energetico nei mulini a vento, è una invenzione tardo medioevale.

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Una nota filosofica: la retroazione è il modo tecnico che corrisponde al ragionamento dialettico, che proprio in questo medesimo periodo si sviluppa nella filosofia tedesca ad opera dell’idealismo hegeliano: il mondo non come effetto di una causa ma come causa ed effetto di se stesso in un eterno sviluppo a spirale. Ed è anche il cuore della futura rivoluzione informatica.

Con i perfezionamenti di Watt la macchina a vapore divenne l’interprete di un meccanismo “a retroazione positiva”: più cresceva il suo uso nelle minere di carbone nelle varie fasi della lavorazione più cresceva l’estrazione di carbone e ne diminuiva il prezzo; più diminuiva il prezzo più cresceva il suo uso in una girandola autoalimentatesi che fu il cuore attivo della rivoluzione industriale. Qualche anno dopo sulla base della ampia esperienza maturata in tutto il mondo a livello industriale e tecnico il giovane Carnot scriverà poi il suo testo fondamentale sulla potenza motrice del fuoco e su quello che diventerà il secondo principio della termodinamica, e badate lo scriverà ben prima che il primo principio fosse chiaro (tanto è vero che Carnot era almeno in un primo momento un sostenitore della teoria del calorico).

Nel 1865 la riflessione sull’industria del carbone raggiunse l’apice con Jevons, uno dei maggiori economisti inglesi che raccogliendo ed estendendo le idee di Malthus scrisse un interessante libello: La questione Carbone

http://oilcrash.net/media/pdf/The_Coal_Question.pdf

Il sottotitolo , “An Inquiry Concerning the Progress of the Nation, and the Probable Exhaustion of Our Coal-Mines” esprimeva la preoccupazione circa la limitatezza della risorsa carbone che era al centro dello sviluppo inglese e della sua forza politica ed economica.

“Coal in truth stands not beside but entirely above all other commodities. It is the material energy of the country — the universal aid — the factor in everything we do. With coal almost any feat is possible or easy; without it we are thrown back into the laborious poverty of early times. With such facts familiarly before us, it can be no matter of surprise that year by year we make larger draughts upon a material of such myriad qualities — of such miraculous powers.”

“…new applications of coal are of an unlimited character. In the command of force, molecular and mechanical, we have the key to all the infinite varieties of change in place or kind of which nature is capable. No chemical or mechanical operation, perhaps, is quite impossible to us, and invention consists in discovering those which are useful and commercially practicable….”

In questo medesimo testo Jevons esprime anche il cosiddetto “paradosso”, ossia che la aumentata efficienza di uso del carbone o di qualunque altro bene non corrisponde ad una diminuzione del suo uso; al contrario proprio questa economicità lo spinge verso maggiori consumi; efficienza e riduzione dei consumi non sono sinonimi a causa del meccanismo del mercato.

Ma la cosa più importante è che in questo testo Jevons, come Malthus pur cogliendo l’esistenza di limiti fisici e se è per questo anche economici all’uso di certe risorse (che è vero) non vede che esistono anche meccanismi sia di incremento della produttività che di risorse alternative e di miglioramento tecnologico che possono cambiare la questione.

Si tratta di processi altamente non lineari; se Malthus pone uno sviluppo lineare delle risorse ed uno esponenziale della popolazione trovando un ovvio limite, che però viene negato dai successivi sviluppi tecnici dell’agricoltura, Jevons pone i due sviluppi come entrambi esponenziali; ciò però non elimina il problema dei limiti delle risorse ed è un punto di vista ancora a sua volta limitato; lo sviluppo tecnologico da una parte migliora l’efficienza dell’uso del carbone, ma soprattutto introduce metodi produttivi impensabili al tempo di Jevons.

Jevons ipotizza nel suo testo una crescita esponenziale illustrata dal grafico seguente:

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Al suo picco di produzione il carbone inglese nel 1913 raggiunse un valore di 290 milioni di ton/anno, parecchio meno (circa la metà) di quanto ipotizzato da Jevons; ciò fu dovuto a due motivi importanti: l’aumento di efficienza dell’uso del carbone e dall’altra l’introduzione di nuove fonti energetiche.

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La nave da battaglia Queen Elizabeth alimentata a olio combustibile, non fu la prima in assoluto, esistendo prima di essa navi ad alimentazione mista carbone/olio (la prima fu la Rotislav della Russia zarista).

Nel 1913 era primo Lord dell’ammiragliato, ossia ministro della Marina, Churchill; al colmo del suo potere e al picco del carbone l’impero britannico, cogliendo i limiti tecnologici del carbone e il cambiamento di registro del mercato mondiale con lo sviluppo rapidissimo degli USA, tramite Churchill decise di passare al petrolio per le sue navi da guerra e con questa scelta iniziò le guerre nel mondo per la nuova risorsa energetica: il petrolio, liquido, energeticamente più denso, più facile da trasportare ed usare. La Gran Bretagna sparigliò le carte firmando la Convenzione del petrolio Anglo-Persiano, gestito dalla Anglo-Iranian Oil Company, sotto il controllo del governo. Incredibilmente al picco del carbone la Gran Bretagna passò al petrolio. E il mondo ne fu rivoluzionato. (Meditate gente, meditate!)

 (continua).

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