Nei giorni passati abbiamo dovuto fare i conti con i danni provocati da tempeste, con vento impetuoso accompagnato da piogge intense. Eventi che da alcuni decenni si fanno sempre più frequenti e intensi a causa del riscaldamento del pianeta.
La specialissima temperatura media della Terra, ideale e unica per ospitare la vita, è tale perché il nostro pianeta, con i suoi continenti e oceani, vicino al Sole caldissimo e immerso in spazi freddissimi, è circondato dall’atmosfera, una miscela di gas costituita da circa 78% di azoto, circa 21% di ossigeno, e piccole quantità di altri gas fra cui vapore acqueo, anidride carbonica e altri minori.
Questa massa di gas lascia passare la radiazione solare visibile, da violetto a rosso, che riscalda la superficie della Terra a circa 15 gradi, una condizione in cui l’acqua è liquida. A questa temperatura la Terra irraggia calore, sotto forma di radiazione infrarossa attraverso l’atmosfera, verso gli spazi freddissimi esterni. La quantità di radiazione solare visibile in arrivo e quella infrarossa in uscita sono uguali in modo che la temperatura media resti costante.
La massa dei gas dell’atmosfera è mobilissima e cambia di composizione a seconda della temperatura, più elevata nelle zone equatoriali e fredda nelle zone artiche, e della quantità di vapore acqueo che il calore solare fa evaporare dai mari e dalle terre emerse e che si miscela ai gas dell’atmosfera o che se ne separa sotto forma di piogge o di neve.
Il vento deriva dal moto dei gas dalle zone in cui è minore la temperatura e l’umidità, la quantità di vapore acqueo, a zone in cui l’atmosfera è più fredda e umida. La velocità e l’intensità del vento, da brezza a ciclone, dipendono da tali differenze di temperatura e di umidità. Scorrendo sulla superficie terrestre il vento può avere effetti devastanti; intere foreste sradicate, masse di terra spostate, edifici scoperchiati; il vento solleva tempeste di sabbia, sposta la terra fertile, si presenta con vortici, i tornado, che si spostano ad altissima velocità distruggendo tutto quello che incontrano nel loro cammino. Il vento solleva la superficie del mare e genera il moto ondoso capace di rovesciare battelli e natanti e di spazzare le coste, asportando la sabbia e distruggendo edifici.
La composizione chimica dell’atmosfera sta rapidamente cambiando da oltre mezzo secolo: l’aumento della produzione agricola e industriale e la crescente combustione di carbone, petrolio e gas naturale, immettono nell’atmosfera crescenti quantità di anidride carbonica e metano e altri gas detti gas serra. Con questa nuova composizione, l’atmosfera non lascia passare una parte della radiazione infrarossa calda in uscita che viene trattenuta sulla superficie della Terra e la scalda; di conseguenza sta aumentando la temperatura degli oceani e dei mari e delle terre emerse, un aumento di circa un grado in un secolo, per ora, ma la tendenza non si ferma e non si fermano le attività umane responsabili dell’immissione di gas serra nell’atmosfera.
Per farla breve: la piccola ma crescente frazione del calore solare trattenuto sul pianeta è la fonte delle bizzarrie climatiche che stiamo conoscendo, tempeste tropicali in zone che non le conoscevano prima, siccità e aridità in zone un tempo fertili, riscaldamento della superficie degli oceani, fusione dei ghiacciai, eccetera.
Centinaia di scienziati cercano di spiegare ai governanti la stretta interdipendenza fra attività umane, riscaldamento del pianeta e crescenti devastanti tempeste di vento e pioggia, insieme con saggi consigli che i governanti ignorano regolarmente perché sarebbero costretti a intervenire per cambiare i processi produttivi, i consumi e gli affari.
I venti ci sono sempre stati sul pianeta. I nostri lontani predecessori non sapevano a che cosa fossero dovuti e attribuivano il vento all’intervento di un dio che si trova in tutte le religioni. I greci lo chiamavano Eolo; Omero nell’Odissea racconta che Ulisse, nel suo viaggio per mare dalla Turchia alla sua isola greca di Itaca, sbarca in un’isola abitata da Eolo. Il dio nella sua benevolenza, gli regala un otre pieno dei venti che lo potranno aiutare nella navigazione; i compagni di viaggio, invidiosi, quando ormai la nave è in vista di Itaca, vogliono guardare quale tesoro il dio avesse regalato a Ulisse e così, aprendo l’otre, fanno sfuggire tutti i venti che respingono la nave ancora al largo e la fanno naufragare con la morte di tutti, eccetto Ulisse.
In generale il vento era considerato fonte di sventure: nel libro biblico di Ezechiele il dio, arrabbiato, annuncia che se il popolo di Israele non si fosse convertito avrebbe scatenato un uragano con una pioggia torrenziale e grandine come pietre. Nella Sura 46 del Corano il dio dell’Islam annuncia la sua ira come un vento distruttivo. Ma non sempre il vento era nemico; già alcune migliaia di anni fa qualcuno ha scoperto che si poteva utilizzare la pressione del vento su una superficie per far muovere una nave.
Circa 2000 anni fa qualcuno ha scoperto che i monsoni, venti caratteristici dell’Oceano Indiano e del Pacifico meridionale, durante il semestre estivo (aprile-ottobre) soffiano dall’oceano (su cui si crea una zona di alta pressione) verso l’India e il Sudest asiatico (più caldi, su cui insiste una zona di bassa pressione); durante i mesi invernali (novembre-marzo), soffiano dall’India (zona più fredda di alta pressione) verso l’oceano (più caldo con bassa pressione). Sfruttando questo fenomeno era possibile per una nave a vela partire dall’Africa in aprile, raggiungere in due o tre mesi, l’India, scambiare le merci, ripartire con il nuovo carico in novembre e arrivare sulle coste africane in marzo Un resoconto di questo viaggio col vento è stato scritto da un mercante egiziano intorno al 50 dopo Cristo, con informazioni sui porti visitati, sulle merci trasportate, e sui popoli conosciuti. Più o meno nello stesso tempo navi a vela cinesi visitavano, sfruttando i monsoni, le coste dell’Africa orientale.
Nei secoli fino alla scoperta della navigazione a vapore le vele hanno trasportato attraverso i mari persone, conoscenze e merci; con navi a vela Colombo ha affrontato lo sconosciuto oceano per cercare di raggiungere l’Asia e le sue favolose merci; in realtà scoprì un nuovo continente con rivoluzionarie conseguenze. Il vento come fonte di energia. La prima utilizzazione del vento per azionare delle macchine viene attribuita ad Erone, il fisico alessandrino del primo secolo dopo Cristo, che avrebbe inventato un organo meccanico azionato dal vento. Nelle ventose valli del Seistan, una regione al confine fra l’Iran e l’Afghanistan, si trovano i ruderi dei primi motori eolici veri e propri costruiti intorno nell’VIII o IX secolo. Si trattava di motori ad asse verticale: ad un palo verticale erano unite delle vele rettangolari; il vento provocava la rotazione dell’asse che era collegato ad una ruota che azionava un qualche meccanismo per sollevare l’acqua dai pozzi o per macinare cereali.
Motori eolici ad asse verticale erano noti in Cina, non si sa se importati dall’Asia o inventati in maniera autonoma. Si sa di certo che intorno al 1200 alcuni viaggiatori cinesi che hanno visitato l’Asia centrale e a Samarcanda, nell’attuale Uzbekistan, hanno visto dei motori eolici e ne hanno riferito nei resoconti redatti al loro ritorno. I motori eolici, ad asse verticale erano noti nel mondo islamico e si sono diffusi dall’Asia al vicino Oriente, al Nord Africa, alla Spagna e alla Sicilia occupate dagli Arabi. Dal 1100 in avanti si sono diffusi in Europa motori a vento però costituti da un asse rotante orizzontale alla cui estremità erano poste delle pale, più o meno come i motori eolici attuali. Nei secoli successivi i motori a vento, per lo più mulini per macinare cereali, si sono diffusi in Danimarca, Olanda, Francia, Italia, Spagna – i famosi mulini a vento contro cui si accaniva, nella sua dolce follia, il povero Don Chisciotte che credeva di vedere, in queste grosse strutture tecnologiche, enormi cavalieri che sfidavano il suo coraggio.
Molti mulini a vento con gli edifici che li contenevano, ci sono pervenuti, talvolta in buono stato di conservazione, e sono oggetto di studi di archeologia industriale e di ricerche di storia della tecnica. Esiste addirittura una disciplina, la molinologia, che trova spazio in molte associazioni e anche in qualche insegnamento universitario.
Nel loro lungo cammino dal Medioevo all’età contemporanea i motori e vento sono stati usati, oltre che nei mulini, come macchine per azionare segherie e magli per i metalli, per follare i tessuti e per sollevare l’acqua dai pozzi. Questa applicazione, in particolare, si è diffusa nel corso del 1800 sotto forma di piccoli motori eolici, della potenza di qualche frazione di chilowatt, montati su tralicci, utilizzati soprattutto nelle zone agricole prive di elettricità, negli Stati Uniti e anche in Italia. Motori eolici erano utilizzati nelle saline in Sicilia; ce ne sono ancora alcuni, molto belli.
Il primo motore a vento utilizzato per produrre elettricità fu costruito dall’inventore americano Charles Brush nel 1888 a Cleveland nell’Ohio; aveva un rotore del diametro di 17 metri e una potenza di 12 chilowatt. Fra i motori più grandi della prima metà del Novecento si possono ricordare quello costruito a Balaclava, in Crimea, nell’Unione Sovietica, nel 1931, della potenza di 100 chilowatt. Il più grande motore eolico di questo periodo fu costruito nel Vermont da Palmer Cosslett Putnam; aveva una potenza di 1250 chilowatt e restò in funzione dal 1941 fino al 1945, quando una delle pale si ruppe. I progressi nel campo dell’aerodinamica, richiesti per il perfezionamento delle eliche degli aeroplani, e nel campo dei materiali hanno permesso di migliorare la progettazione delle eliche per motori eolici che possono essere costruiti di maggiori dimensioni e con potenze elevate. I motori a vento si mettono in rotazione quando la velocità del vento supera i 10 chilometri all’ora, raggiungono la massima potenza quando il vento ha una velocità di circa 40 chilometri all’ora e devono fermarsi, per ragioni di stabilità, quando il vento supera i 70 chilometri all’ora.
L’energia associata al moto del vento nel pianeta ammonta a circa 700 mila miliardi di kWh all’anno, non poca se si pensa che la produzione e la richiesta di energia elettrica totale mondiale è (2017) di circa 25.000 miliardi di kWh all’anno. Il crescente interesse per evitare l’uso di combustibili fossili, che è la fonte principale dei gas serra responsabili del riscaldamento planetario, sta diffondendo la produzione di elettricità dall’energia del vento, una fonte rinnovabili e senza emissione di gas serra. La potenza mondiale dei motori eolici installati sulla terraferma e anche nel mare, ammonta (2017) a 540.000 megawatt; gli attuali motori producono circa 1500-2000 chilowattora di elettricità per chilowatt di potenza. In Italia sono in funzione motori eolici con una potenza di circa 10.000 megawatt che nel 2017 hanno prodotto 18 miliardi di chilowattore, circa il 6 % della produzione elettrica totale dello stesso anno, circa 300 miliardi di chilowattore.
Una parte dell’energia del vento che attraversa il pianeta è consumata per tenere in movimento la superficie dei mari. Si stima che l’energia del moto ondoso sul pianeta corrisponda ad una potenza di circa 2 milioni di megawatt, cioè alla produzione annua di circa tremila centrali termoelettriche tradizionali. Purtroppo si tratta di energia sparsa su una grandissima superficie e che viene in gran parte dissipata dall’attrito con l’aria. L’energia del moto ondoso erode le spiagge spostando la sabbia da una costa all’altra, e si manifesta spesso con mareggiate che possono anche demolire gli edifici costieri. Eppure tale energia potrebbe essere utilizzata per azionare delle macchine.
La potenza dell’energia recuperabile nel mondo è stimata intorno a circa 500 mila megawatt, ma l’energia del moto ondoso che raggiunge le coste è molto minore. L’energia utilizzabile è proporzionale al quadrato dell’altezza dell’onda (calcolata fra la cresta e l’avvallamento), alla frequenza (il numero di secondi che intercorrono fra il passaggio di due creste d’onda successive), e dipende dal fondale. Si può contare su una potenza di alcuni chilowatt per metro lineare di costa.
GIORGIO NEBBIA
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