Avete mai pensato a che cosa tenga il nostro corpo assieme?
Perché i nostri atomi costituenti – quei mattoncini basilari di materia – non si separano nel vuoto interstellare sotto l’influsso della gravitazione, come farebbe la polvere di stelle? Il merito di questa coesione interna della materia è delle forze intermolecolari. Questo significa che, ad un certo livello, ogni particella base di materia è soggetta all’azione di forze che possono contrastare la gravitazione, e quindi unire le particelle assieme.
A livello subatomico, la forte interazione attrae assieme i protoni e i neutroni, mentre le forze elettromagnetiche catturano gli elettroni in una “nuvola” elettrica che li circonda. La fisica quantistica riconosce ad ogni atomo un livello di energia corrispettivo, associato ad una stabilità predefinita. Dato che i sistemi fisici tendono ad evolvere verso una stabilità più alta, degli atomi isolati sono probabilmente più predisposti ad associarsi attraverso interazioni deboli o elettrochimiche, creando così strutture di materia più stabili come composti ionici, complessi o molecole. Potete immaginare queste interazioni come quelle manifestate da due poli di un magnete.
Quando il polo positivo si avvicina a quello negativo, si attirano l’un l’altro e possono infine essere legati assieme; similmente accade agli atomi quando formano le molecole. Le forze che mantengono legati gli atomi corrispondono ad una certa quantità di energia.
Si capisce quindi, come il potere delle molecole costituisce i “mattoncini” necessari per tenere il nostro corpo unito. Le associazioni di atomi più grandi molecole e ioni creano molecole grandissime come le proteine, a loro volta si uniscono per formare le cellule e così via fino a quando l’intero corpo non è costituito!
Durante la vita umana, l’energia viene consumata dal corpo per realizzare le funzioni fisiologiche, come gli spostamenti muscolari che ci permettono di respirare, o al nostro cuore di battere ecc. Quell’energia viene assorbita dalle molecole dei nutrienti che digeriamo, così come altre sostanze che aiutano a costituire e mantenere il nostro corpo. Mentre questi si assemblano per formare le cellule, i tessuti e gli organi, come detto prima, altri componenti mantengono attive le “centrali elettriche” del nostro corpo. Le molecole energetiche, come gli zuccheri, sono chimicamente scomposte in parti di cellule più piccole, e l’energia delle loro molecole unite viene rilasciata per essere utilizzata della cellula stessa. Visto che per questa trasformazione è richiesto l’intervento dell’ossigeno, il suo apporto avviene attraverso la respirazione. Inoltre, i nostri corpi utilizzano delle molecole organiche di idrogeno per raccogliere l’energia necessaria per respirare, muoversi e pensare.
A livello ambientale, l’energia è ovunque ed è necessaria principalmente per mantenerci al caldo, per avere luce e produrre il nostro cibo. Tuttavia, molte altre necessità richiedono grandi quantità di energia come la mobilità, la comunicazione, in generale la manifattura di oggetti di qualsiasi tipo, che sono principalmente ricavate dai principali combustibili fossili che sono prodotti da reazioni chimiche come la scomposizione di molecole energizzate, formatesi durante tempi preistorici, sostanzialmente attraverso la decomposizione di materia biologica in presenza di ossigeno. Un fenomeno chimico simile avviene nel nostro corpo durante la digestione, anche se in modo molto più lento. I principali prodotti della combustione, a parte l’energia termica e l’energia luminosa, sono l’anidride carbonica (CO2) e il vapore acqueo. Oggi ci è chiaro che il rilascio antropico di CO2 nell’atmosfera, causa l’aumento del riscaldamento globale incrementando l’effetto serra. Le strategie di attenuazione ad alto livello per questo problema dovranno consistere principalmente nella riduzione del consumo di energia, migliorando l’efficienza e diminuendo le perdite da tutti i processi a consumo energetico (riscaldamento domestico, processi industriali, operazioni di autoveicoli ecc.) e la transizione verso una condivisione estesa di fonti energetiche a carbonio zero. La luce solare e il vento sono identificati come le principali fonti rinnovabili e l’energia che consentono di ricavare viene già utilizzata a livello mondiale, ma durante periodi di presenza ridotti di questi elementi, un significante rischio di sottoproduzione energetiche esiste pur se nessun’alternativa è stata ancora proposta. Qualora questo non avvenisse in futuro, l’energia solare ed eolica continuerebbero ad essere viste come un’alternativa inadeguata e rischiosa.
Pertanto, l’essenziale transizione energetica contemporanea richiede una soluzione per gestire l’irregolarità delle fonti di energia rinnovabili. La soluzione potrebbe essere trovata attraverso l’utilizzo delle forze intermolecolari. Infatti, è possibile utilizzare l’elettricità in eccesso, dopo essere stata prodotta per via solare ed eolica per sintetizzare molecole energetiche che possono essere immagazzinate in forma liquida o gassosa fino a quando non vi sia l’esigenza del loro utilizzo. L’energia elettrica quindi verrebbe convertita in legami chimici che potrebbero essere scomposti in seguito per restituire la frazione dell’energia originaria. L’elemento più utile a questo proposito è l’idrogeno. Infatti, può essere prodotto direttamente dall’acqua e dall’elettricità utilizzando una tecnica chiamata elettrolisi. Tuttavia, l’idrogeno è una molecola molto leggera, volatile e infiammabile ed è quindi difficile da immagazzinare e trasportare ad un prezzo ragionevole. Una perdita di idrogeno è da considerarsi un evento critico visto il suo alto potenziale di infiammabilità; ciò nonostante è una materia prima molto utile e viene applicata in diversi modi guadagnandosi così l’interesse scientifico come una possibile fonte di energia rinnovabile. Ulteriori molecole energetiche possono essere sintetizzate dall’idrogeno facilitandone il trasporto e l’immagazzinamento. Ammoniaca, metano e metanolo sono alcuni candidati e molta ricerca scientifica sta compiendo ricerche in questo momento per ottimizzarne la produzione viste le loro caratteristiche di rinnovabilità e lunga durata di stoccaggio mantenendo comunque la capacità di rilasciare la loro energia molecolare.
Il futuro della nostra civiltà dipenderà sostanzialmente da come sarà gestita la transizione del mercato energetico dal combustibile fossile, associato con emissioni di CO2 insostenibili, verso uno più efficiente e sostenibile. Un fattore chiave sarà determinato dal tipo di forze intermolecolari che si deciderà di utilizzare per dare al sistema energetico una flessibilità sufficiente, attraverso l’uso di un carburante pulito ed intelligente. Ma, come con i nostri corpi, immagazzinare una quantità eccessiva di energia non è la soluzione: la sobrietà energetica dovrebbe rimanere il nostro principio guida.