Tra Scienza e Politiche dell'Energia

Articolo pubblicato sul n. 28 di "Nuntium"



L’umanità ha ereditato un pianeta ricco di risorse minerali accumulate da processi geologici durati milioni di anni. E’ un’immensa quantità di energia e di materie prime che abbiamo cominciato a sfruttare intensamente solo da un paio di secoli, fino a farle diventare cruciali per l’esistenza stessa della civiltà moderna. La nostra dipendenza dai combustibili fossili è quasi totale; si stima che al momento attuale solo circa il 10% dell’energia mondiale viene da energie rinnovabili, ovvero dall’energia solare.

Fino ad oggi, l’energia e le risorse minerali hanno fluito in abbondanza nel sistema industriale. Ma, come nel vecchio detto americano, “non si può mangiare la torta e averla ancora”. Via via che le risorse vengono sfruttate, la torta diventa sempre più piccola. L’impennata storica degli ultimi anni dei prezzi del petrolio e di tutte le materie prime ha preso tutti alla sprovvista ma era, in realtà, attesa (Campbell 1998) e non si può continuare ulteriormente ad attribuirla a fattori contingenti, come la speculazione. Certamente, non siamo di fronte alla “fine del petrolio” o di altre risorse, come si banalizza alle volte; tuttavia, gli aumenti generalizzati dei prezzi delle materie prime potrebbero indicare che ci troviamo di fronte ai primi sintomi di una graduale transizione da una fase di abbondanza e bassi prezzi a una di alti prezzi e di difficile reperibilità.

Si pone a questo punto la questione di capire cosa possiamo aspettarci per il futuro. Stiamo veramente esaurendo le nostre risorse minerali, e in particolare delle nostre risorse energetiche che sono le più importanti? E se questo è quello che sta accadendo, in quanto tempo e in quali modi l’esaurimento si presenterà? Questo è un argomento di grande complessità che è stato studiato e dibattuto ampiamente, ma dove non si è ancora raggiunto un consenso a livello scientifico. L’argomento ha anche una profonda valenza politica che ha a che fare con la distribuzione delle risorse economiche fra tutti quelli che ne hanno bisogno. Per questo motivo è stato oggetto di polemiche, non di rado feroci. Vedremo ora di riassumere i termini della questione.


Cominceremo con l’approccio più semplice, quello che parte dalla geologia per stimare la quantità di risorse disponibili. Le industrie impegnate nell’estrazione dei minerali, quella petrolifera in particolare, dimostrano normalmente una grande competenza nelle stime basate su studi geologici. Molto spesso, tuttavia, tutta questa competenza viene sprecata quando la si utilizza unicamente per stimare il “rapporto riserve/produzione” (R/P). Il valore di questo rapporto indica per quanti anni ancora una risorsa minerale può essere estratta, assumendo che la produzione sia costante. Va da se che la produzione storica di tutte le risorse minerali è stata tutto fuori che costante e, per questa ragione, il rapporto R/P risulta un’indicazione molto approssimativa, spesso fuorviante.

Un approccio più evoluto è quello di utilizzare le stime geologiche come dati in ingresso di un modello che assume la crescita e il successivo declino della produzione di minerali secondo una curva “a campana”. Questo modello fu descritto per la prima volta da Marion King Hubbert nel 1956 e prende tuttora il nome di “modello di Hubbert,” mentre il punto di massimo della curva della produzione viene definito “Picco di Hubbert”. Si ritiene che il picco rappresenti un cambiamento epocale nella disponibilità economica della risorsa, dato che, da quel momento, la produzione diventa insufficiente a soddisfare la domanda di un’economia in crescita.

Tutti i modelli geologici sono basati su un concetto molto semplice; ovvero che le risorse minerali sono limitate e che una volta sfruttate non ci sono più. Come si era detto prima, non si può mangiare la torta e averla ancora. Il problema però è definire esattamente che cosa si intende come “risorse.” Il fatto che un certo minerale sia considerato estraibile oppure no dipende dalla tecnologia e dai prezzi correnti. In più, anche se un minerale è catalogato come estraibile in linea di principio, questo non vuol dire che sarà necessariamente estratto. Questo problema introduce una forte incertezza, ma non invalida i modelli geologici come metodi predittivi che, molte volte, si sono dimostrati corretti; per esempio come quando nel 1956 Hubbert predisse correttamente per 14 anni dopo il picco di produzione petrolifera per i 48 stati meridionali degli USA. Al momento, i modelli di questo tipo sono spesso applicati per la predizione dell’andamento della produzione di petrolio. Molti studi indicano che il picco di produzione dovrebbe verificarsi entro il primo decennio del secolo XXI, anche se alcuni lo vedono un decennio o due più in la nel futuro.


La variabilità del concetto di estraibilità è la base del modello detto della “piramide delle risorse” (a volte detto “modello funzionale”) forse esposto per la prima volta da Zimmerman nel 1933. In questo modello, si cerca di descrivere come l’evoluzione delle tendenze del mercato cambierà la condizione di estraibilità, in particolare in relazione ai prezzi. Per un certo minerale, si suppone che le risorse più concentrate (ovvero a basso prezzo) siano quelle estratte per prime. Con l’esaurimento di queste risorse, l’aumento dei prezzi fa si che divenga conveniente estrarre risorse più diluite (ovvero ad alto prezzo). Dato che normalmente i minerali diluiti sono complessivamente più abbondanti di quelli concentrati nella crosta terrestre, ne consegue che il totale estraibile aumenta via via che il minerale viene estratto. Nel modello, si assume poi che il progresso tecnologico permetta sempre di compensare per i maggiori costi di estrazione di minerali dispersi. Sulla base di queste considerazioni, c’è stato chi si è lanciato a sostenere che le risorse minerali sono inesauribili (Adelmann, 1993), o addirittura infinite (Simon, 1981). Secondo questo modello, la torta diventa più grande via via che uno la mangia; non solo, ma diventa anche più buona.

Il problema del modello funzionale è che, pur partendo da un concetto corretto, rimane puramente qualitativo e lontano dalla realtà pratica. Inoltre, l’idea che i costi di estrazione sono sempre destinati a scendere per via del progresso tecnologico non si basa su dati sperimentali ma solo sull’osservazione che i prezzi di alcune materie prime hanno mostrato una tendenza a diminuire nel passato (vedi p. es. Simon 1981, Nordhaus 1992). Tendenza che, tuttavia, sembra essersi invertita nell’ultimo decennio. Se negli ultimi tempi la tecnologia non riesce più a compensare per l’aumento dei costi di estrazione, dobbiamo concludere che le risorse non sono affatto infinite (cosa che, d’altra parte, era ovvia fin dal primo momento). Esiste anche evidenza (Huebner 2005) che il progresso tecnologico è soggetto anch’esso alla legge dei ritorni decrescenti e che sta raggiungendo i suoi limiti.


Le teorie economiche hanno considerato la questione delle risorse minerali. Il primo economista a occuparsi di risorse esauribili è stato Harold Hotelling nel 1936, mentre la visione che è considerata standard oggi in economia è quella definita “neoclassica”, in particolare nella versione descritta da Robert Solow per la prima volta nel 1957. La teoria di Solow è basata sul concetto della “funzione di produzione;” un’idea che risale agli albori della scienza economica. Si ritiene che la somma di tutto quanto viene prodotto nel mondo si possa descrivere in termini di una funzione data dal prodotto di alcuni fattori, principalmente capitale e lavoro, elevati ad appropriati esponenti. La teoria di Solow è stata modificata da Joseph Stiglitz nel 1979 per tener conto dell’esaurimento delle risorse minerali che vengono introdotte nella funzione come un fattore moltiplicativo che diminuisce esponenzialmente nel tempo; in questo seguendo il modello di Hotelling. Per descrivere i dati empirici della produzione mondiale, il modello di Solow, e più tardi quello di Solow-Stiglitz, assumono la presenza di un “residuo” detto a volte “residuo di Solow”, senza il quale un buon accordo non sarebbe possibile. Questo fattore cresce esponenzialmente col tempo e viene normalmente attribuito al progresso tecnologico.

Il modello di Solow è la base di un concetto fondamentale nel pensiero economico moderno, quello della “sostituibilità”. Ovvero, partendo dal fatto che la funzione di produzione è un prodotto di fattori diversi, se ne conclude che è possibile avere la stessa produzione scambiando, per esempio, capitale con lavoro, oppure viceversa. Per analogia, è possibile pensare che “tecnologia” e “risorse minerali”, siano altrettanto sostituibili l’una con le altre. Dato che, secondo il modello, nell’ultimo secolo la curva del progresso tecnologico è cresciuta molto più rapidamente di quanto non sia diminita la curva della produzione di materie prime, molti (per esempio Nordhaus nel 1992) hanno concluso che non c’è ragione di preoccuparsi per l’esaurimento delle stesse, perlomeno per un tempo molto lungo. E’ questa catena di ragionamenti che ha portato Solow nel 1974 ad affermare che “L’economia può, in effetti, andare avanti anche senza risorse naturali”.

Il modello di Solow-Stiglitz rimane una delle basi del pensiero economico attuale, ma ciò non toglie che soffra di problemi molto gravi. Che una certa funzione riesca a descrivere i dati empirici per un certo lasso di tempo non vuol dire che la si possa usare con sicurezza per prevedere il futuro, soprattutto se le basi teoriche per la scelta della funzione stessa non sono ben solide. E non c’è dubbio che in questo caso le basi sono assai dubbie. Come ha notato Herman Daly (1997), la funzione di produzione secondo Solow-Stiglitz equivale a dire che un pasticciere può preparare una torta sempre più grossa con sempre meno farina, o addirittura senza farina, semplicemente rimestando gli ingredienti con foga maggiore. In termini più specifici, la funzione di Solow-Stiglitz è in contraddizione con i principi di base della termodinamica e in particolare con il secondo principio. Già nel 1979, infatti, Georgescu Roegen aveva accusato Solow di modellizzare il giardino dell’Eden piuttosto che il mondo reale.

Di fronte a queste difficoltà, Solow stesso (Solow 1997) ha abbandonato l’idea della sostituibilità fra tecnologia e risorse per sostituirla con una più ragionevole sostituibilità fra risorse minerali e risorse rinnovabili. Evidentemente, la teoria che l’economia potesse andare avanti anche senza risorse naturali si è rivelata un po’ troppo difficile da sostenere anche per il suo ideatore. Nonostante questa ammissione di Solow, tuttavia, l’idea che la tecnologia possa compensare automaticamente per il graduale esaurimento delle risorse rimane profondamente ingranata nel pensiero corrente come, per esempio, ancora ha sostenuto Marxsen nel 2003.


L’ultimo modello da considerare è quello detto “dinamico”, ovvero basato sulla dinamica dei sistemi. Il concetto di dinamica dei sistemi per lo studio di sistemi socio-economici è stato introdotto per la prima volta da Jay Wright Forrester negli anni 1960. Nel modello, le relazioni fra i vari elementi del sistema sono descritte esplicitamente da una serie di equazioni differenziali che vengono poi risolte simultaneamente per seguire l’evoluzione del sistema in funzione del tempo. Nel caso del “sistema mondo”, gli elementi principali del sistema sono la popolazione, le risorse minerali, le risorse agricole, l’inquinamento e il capitale accumulato. L’effetto dei miglioramenti tecnologici può venir preso in considerazione esplicitamente per ogni elemento del sistema. Questo approccio è stato la base dello studio di Forrester “World Dynamics” del 1971 e del più noto “The Limits to Growth” (tradotto in Italia come “I limiti dello Sviluppo”) del 1972 ad opera di Meadows e altri. Questi studi, e altri posteriori, concordano nell’indicare che la crescita dell’economia non può essere sostenuta all’infinito e che il sistema industriale e agricolo, come pure la popolazione, tendono a raggiungere un massimo per poi declinare. Su questo punto, i modelli dinamici concordano approssimativamente con i modelli empirici tipo “Hubbert”.

Il modello dinamico è stato un’innovazione radicale e, come tutte le innovazioni radicali, è stato soggetto a una critica altrettanto radicale. Uno dei problemi nella valutazione è stato che il modello dinamico e quello neoclassico danno risultati molto simili nella fase di crescita economica globale che è stata la regola fino ad oggi. Da questo, molti economisti hanno concluso che il modello dinamico era un’inutile complicazione: perché usare un metodo complesso se uno più semplice da gli stessi risultati? Evidentemente, non esiste prova che il mondo debba evolvere seguendo un certo insieme di equazioni differenziali. E’ altrettanto vero, tuttavia, che il modello dinamico risulta compatibile con i limiti termodinamici del sistema planetario; un notevole passo avanti rispetto al modello di Solow-Stiglitz. La torta preparata secondo la dinamica dei sistemi è una torta vera; ha bisogno della quantità giusta di ingredienti e la panna può anche andare a male se non si sta attenti.

L’adozione di certi concetti dinamici avrebbe potuto beneficiare grandemente la teoria economica; purtroppo, dal tempo della pubblicazione dei “Limiti dello Sviluppo”, nel 1972, il dibattito è degenerato nel tempo fino a diventare a un puro scambio di insulti fra sostenitori e critici del modello dinamico. Il risultato è stato la diffusione di varie leggende urbane, fra cui la principale è che gli autori dei “Limiti” avessero fatto predizioni specifiche che poi non si sono avverate. Questa è, appunto, una pura leggenda ma, come spesso succede con le leggende, si è diffusa con successo. La polemica ha impedito una valutazione oggettiva delle virtù e dei difetti del modello dinamico, come pure ha reso difficile il suo perfezionamento che è, tuttavia, in corso. I calcoli più recenti fatti con modelli dinamici (Meadows 2004) confermano approssimativamente i risultati degli studi iniziali: la progressiva riduzione dei flussi di energia e materie prime nel sistema industriale potrebbe portare a un collasso economico generalizzato entro i primi decenni del secolo XXI.


E’ evidente che c’è ancora moltissimo da lavorare su teorie e modelli in grado di descrivere come l’economia sia legata alla disponibilità di energia e, in generale, di materie prime. Sarebbe però un errore clamoroso quello di basarsi sull’incertezza nei modelli come una scusa per ignorare il problema del graduale esaurimento del petrolio e delle risorse minerali. Sarebbe lo stesso errore che alcuni fanno quando si ritengono autorizzati a ignorare il problema del riscaldamento globale basandosi sull’incertezza dei modelli climatologici. Non si può ignorare che i modelli quantitativi più evoluti disponibili concordano nell’indicare che la società industriale rischia di raggiungere in un futuro non lontano dei limiti insuperabili dovuti sia alla ridotta disponibilità di risorse sia al cambiamento climatico.

Nella pratica, tuttavia, il pubblico e i politici che lo rappresentano (o dovrebbero rappresentarlo) spesso ignorano del tutto l’esistenza di un problema di esaurimento delle risorse oppure, se ne hanno sentito parlare, pongono tutte le speranze per il futuro nel progresso tecnologico che – si spera – risolverà tutti i problemi senza che nessuno se ne debba preoccupare troppo. Ma la tecnologia non è una bacchetta magica che basta agitare per far sparire il demonio dell’esaurimento. La sostituzione di una tecnologia con un altra non è immediata e, soprattutto, non è gratis. Sostituire i combustibili fossili con energia rinnovabile, per esempio, è perfettamente possibile anche con la tecnologia attuale, ma per il momento le nuove tecnologie sono relegate a una frazione marginale della produzione energetica mondiale. Il problema è trovare un meccanismo politico che forzi la sostituzione dei fossili prima che il loro declino diventi tanto rapido da rendere traumatica la sostituzione – in particolare nel caso del petrolio che è la risorsa chiave di tutta la società industriale.

Un possibile meccanismo del genere è il “Protocollo del Petrolio”, proposto per la prima volta da Colin Campbell nel 2003. L’idea del protocollo è che occorre limitare lo sfruttamento di risorse esauribili come il petrolio in modo da ritardarne l’esaurimento e dare tempo al sistema industriale di sostituirle con risorse rinnovabili. Allo stesso tempo, le quote di estrazione impedirebbero ai paesi ricchi di accaparrarsi tutte le risorse, lasciando di conseguenza qualcosa anche ai paesi poveri.

Il protocollo del petrolio è un’idea radicalmente innovativa, direttamente in contrasto con il pensiero corrente che vuole che si debbano estrarre i minerali alla massima velocità possibile. Eppure, limitare l’estrazione non è un concetto diverso da quello di limitare quello che si può disperdere nell’ambiente in forma di rifiuti. Sono entrambi provvedimenti che cercano di controllare il grande fiume delle risorse; in un caso alla sorgente, nell’altro alla foce; il fatto che una delle due cose ci sembri normale e l’altra sorprendente è solo una questione di abitudine. Non siamo liberi di inquinare a piacimento e nel prossimo futuro potremmo voler scegliere di non essere liberi di estrarre minerali a piacimento.


Queste note, necessariamente brevi, dovrebbero aver dato al lettore un idea della complessità della situazione e dei problemi che potremmo trovarci di fronte in un futuro non lontano. Di fronte a una situazione di ridotta disponibilità di risorse minerali, il mondo sarebbe costretto a ristrutturare in modo drastico l’economia, probabilmente con un impoverimento generalizzato e un incremento ulteriore del divario fra paesi ricchi e poveri. Quella del protocollo del petrolio è una delle scelte possibili per evitare, almeno in parte, questo tipo di evoluzione. Ci sono molte altre scelte possibili, sia politiche che tecnologiche, per reagire agli effetti dell’esaurimento e non limitarsi a subirne gli effetti. Di fronte all’incertezza del futuro, potremmo fare degli errori ma, sicuramente, l’errore peggiore sarebbe quello di non scegliere.


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