La Chimica Delle Cose

capire le cose di tutti i giorni attraverso la scienza

Mulino a torre per macinare il grano - da Mulini a vento, di R. Wailes in Il rinascimento e l'incontro di scienza e tecnica, tomo 1, volume 3, Storia della Tecnologia, Bollati Boringhieri, Torino 1993

La storia è stata un continuo progresso di tecnologie per disporre di sempre maggiore energia e potenza.

Durante l’Impero Romano furono inventate le prime ruote ad acqua che fornivano ad un mulino una potenza comparabile con quella degli schiavi che prima vi erano addetti ma che, una volta costruita, non costava più nulla e durava molto a lungo (mentre gli schiavi costavano, si ammalavano e morivano).

Già tre secoli dopo la nascita di Gesù abbiamo notizia di impianti idraulici con potenze attorno ai 2 kW. Nel Medio Evo l’uso di queste macchine andò estendendosi in tutta l’Europa anche per applicazioni diverse dalla macinazione della farina, come ad esempio la molitura delle olive, la follatura dei tessuti, la produzione della carta da stracci, l’azionamento di magli per la metallurgia, con installazioni con potenze stimate dell’ordine dei 100 kW.

Sembra che i mulini a vento non esistessero nel mondo antico ma che siano stati inventati in Persia e da qui siano entrati i in Europa con le Crociate: siamo attorno alla fine del primo millennio, in pieno medioevo.

Il classico mulino a vento Olandese usato per il drenaggio di terreni allagati era già in uso nel 1400 e nel 1500 era ormai largamente diffuso. Un progetto olandese del 1700 ci permette di conoscere la potenza di un buon mulino a vento di allora: circa 7,5 KW: un valore che oggi fa sorridere (un phon per capelli può superare 1,5 KW) ma che all’epoca era impressionante.

Avere a disposizione quella potenza equivaleva a disporre di un’ottantina di uomini!

Riflettiamo ancora come la scomparsa della schiavitù non sia stata dovuta al progresso etico della civiltà umana ma molto più prosaicamente all’invenzione di forme più convenienti ed economiche di energia e soprattutto di potenza.

Un mulino a vento costa, soprattutto nella conduzione, molto meno di un’ottantina di schiavi! Tuttavia a un certo punto questo progresso nella crescita di energia e potenze disponibili, si arrestò. È vero che gli utensili crescevano continuamente per tipo e applicazioni ma furono progressi secondari: il fuoco da solo non bastava più.

Il punto era che l’uomo non sapeva utilizzare l’energia termica per fare lavoro, per muovere qualcosa. Dovettero passare molti secoli prima che si scoprì da una parte la polvere da sparo e dall’altra le macchine a vapore, che sono modi per utilizzare l’energia chimica della combustione.

La polvere da sparo permetteva una enorme potenza ma ebbe poche applicazioni (perlopiù belliche). Non che non siano state importanti, ma sono state usate più che altro per ammazzarsi e non hanno granché contribuito all’aumento delle possibilità energetiche dell’uomo. A parte qualche esempio (la dinamite per costruire gallerie, per esempio) gli esplosivi in fondo non hanno contribuito granché allo sviluppo della civiltà umana. E hanno sempre comportato troppi morti sulla coscienza!

Ben diversa fu la scoperta delle macchine a vapore. Qui davvero cambiò tutto perché, come era successo millenni prima con la scoperta del fuoco, crebbe l’energia e la potenza a disposizione per svolgere lavoro (nel solito significato fisico di muovere qualcosa).

La macchina a vapore rese possibile l’uso del calore del fuoco per muovere qualcosa e non solo per scaldare o bruciare o fondere: locomotive, pistoni, mulini, macchine tessili e tutto quello che l’ingegno suggeriva, fu inventato appena dopo. Fu un progresso enorme: la potenza disponibile salì di diversi ordini di grandezza.

Migliaia, milioni, decine di milioni di watt erano ormai a disposizione dell’uomo. Badiamo bene che l’energia era sempre quella che il Sole aveva concentrato nei legami chimici del legno o del carbone o del petrolio, ma le macchine ora potevano concentrarla in pochi minuti con un aumento di potenza davvero importante.

Fu anche, ovviamente, l'inizio del riscaldamento globale per causa dell'uomo.

Riassumiamo un po’: un uomo primitivo aveva a disposizione soltanto i suoi 80-90 watt muscolari che salivano a 180 sotto sforzo. Quando riuscì a socializzare si fu in grado di sommare la potenza di qualche individuo, diciamo che in tre, sotto sforzo e per qualche tempo, si potevano avere anche 400 W; quindi fu trovato il modo di governare il fuoco e furono così disponibili utensili di metallo: si arrivò a disporre di una potenza giornaliera di circa 750 watt a testa.

Molto dopo, diciamo ai tempo dell’impero romano, la situazione energetica era solo leggermente migliore: si avevano circa 900 watt a testa giornaliere. Il progresso continuò lento ma costante: nel medioevo, per esempio, un uomo disponeva di circa 1400 watt al giorno. Questo fu reso possibile, come abbiamo visto, dall’impiego degli animali per i lavori agricoli (per l'invenzione di finimenti adatti) ma anche dall’aver saputo sfruttare l’energia del vento (le vele per le navi ma anche i mulini contro cui lottava Don Chisciotte), dall’uso dell’energia idraulica (con cui giravano i mulini ad acqua), dall’aver sostituito il legno con il carbone che ha molta più energia per unità di peso e da tante altre migliorie che aumentavano l'energia e la potenza disponibili.

L’uso di combustibili con sempre maggiore energia per unità di peso ha ulteriormente migliorato le cose. Ovviamente, per passare da un combustibile all’altro, era necessario sviluppare tecnologie nuove e questo non è avvenuto in un giorno ma in decenni di progresso della scienza e dell’ingegneria. Per esempio, ancora nel ‘700, il secolo dei lumi e della rivoluzione francese, la potenza disponibile rispetto al medioevo era cresciuta di solo una ventina di watt a testa per qualche marginale miglioramento di vecchie tecnologie.

Dopo la scoperta della macchina a vapore, l’aumento di potenza disponibile per singolo individuo crebbe significativamente. Per esempio a metà ottocento, appena dopo l’unità d’Italia, un italiano aveva a disposizione mediamente 3 KW al giorno, il doppio che nel medioevo, tre volte che ai tempi di Cristo, trenta volte di più che quando eravamo appena scesi dagli alberi .

Oggi un europeo dispone di circa 10 KW al giorno, un valore spaventoso per un bipede nudo che da solo si può permettere meno di 100 watt. Un progresso di 100 volte.

Ma purtroppo questo non vale per tutti. Il consumo medio di energia è infatti fortemente correlato con il PIL di un Paese ma il consumo di energia medio in un Paese non è la stessa cosa della disponibilità di energia per un singolo individuo di quel Paese: un Paese può consumare moltissima energia perché, per esempio, sta costruendo le infrastrutture ma nello stesso tempo un suo cittadino può avere disponibilità ancora basse di energia per le proprie necessità.

È quanto accade nei Paesi in via di sviluppo. Le differenze fra i livelli di sviluppo fra nord e sud del mondo, fra Paesi sviluppati e Paesi in via di sviluppo, fra ricchi e poveri, se la si osserva dalla prospettiva della disponibilità di energia semplifica molto le idee: la ricchezza è correlata in modo impressionante alla disponibilità di energia.

La tragedia del nostro tempo è che dentro le medie ingannevoli si celano realtà impressionanti: tantissime persone hanno ancora a disposizione sì e no l’energia che avevano i nostri antenati nel medioevo anche se il loro Paese si può permettere la costruzione di armi nucleari! La disparità di ricchezze e di possibilità fra i singoli individui è ben rappresentata dalla disparità nella disponibilità individuale di energia e di potenza. La storia viene insegnata nelle facoltà umanistiche e quindi questo approccio energetico può sembrare un po’ eccentrico. Eppure garantisce barlumi intuitivi originali ed evita, per esempio, che ci possano essere propinate un mucchio di fesserie sui bei tempi andati o sul desiderio di decrescita, che significherebbe perdere disponibilità individuale di potenza e di energia. Quello che serve è invece mettere a disposizione di tutti la potenza e l'energia necessarie a una vita degna di essere vissuta, che permetta non solo di sopravvivere ma anche di dedicarsi agli aspetti più tipici della nostra specie, l'arte, la scienza, la cultura. E per farlo, serve molta, molta energia e tantissima potenza.

Il resto, come spesso succede, sono chiacchiere in libertà.

PS il post è stato tratto da un capitolo del mio libro "L'energia del violino", in vendita su Amazon a meno di 5 euro

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