Materia, energia ed entropia tra recupero delle risorse, convenienza economica e nuove responsabilità nella progettazione dei prodotti
Abstract: L’economia circolare viene frequentemente rappresentata come un modello capace di superare la linearità dei processi produttivi attraverso il recupero e il riutilizzo delle risorse, ma la possibilità di ricondurre i materiali a cicli successivi incontra limiti fisici, energetici ed economici che non possono essere eliminati dalla sola innovazione tecnologica. Il contributo analizza il rapporto tra circolarità della materia e principi della termodinamica, richiamando il pensiero di Nicholas Georgescu-Roegen e gli studi di Antonio e Alicia Valero sulla disponibilità delle risorse minerarie e sui costi energetici della loro concentrazione. Attraverso il confronto tra estrazione mineraria e recupero dei materiali, vengono esaminate le implicazioni della dispersione, della degradazione delle risorse e delle perdite dissipative, evidenziando il ruolo degli incentivi economici e degli strumenti normativi nella definizione delle condizioni di recuperabilità. Particolare attenzione è dedicata alla progettazione dei prodotti e all’evoluzione del diritto europeo, nella prospettiva di un’economia circolare intesa non come sistema fisicamente chiuso e indefinitamente riproducibile, ma come strategia di riduzione delle perdite materiali e di miglioramento dell’efficienza nell’utilizzazione delle risorse.
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L’economia circolare è diventata una formula ricorrente nel discorso pubblico, usata talvolta con un significato preciso e talvolta estesa fino a comprendere obiettivi e processi che non coincidono con la circolarità dei materiali.
Per produrre un oggetto occorrono materia ed energia. La stessa energia, del resto, non è una risorsa immateriale: per produrla e renderla disponibile servono impianti, infrastrutture e risorse. Nel momento in cui un bene cessa di essere utile al suo utilizzatore, la materia che lo compone non scompare e, in determinate condizioni, può diventare una risorsa per un altro processo produttivo.
Paladini, non santi
Questo recupero non avviene per una generica inclinazione alla circolarità.
Le scelte ecologiche si prestano a essere idealizzate, ma la realtà è spesso più prosaica: dietro un impianto c’è, prima di tutto, un calcolo economico. Il recupero avviene perché da quel rifiuto si può ancora estrarre una materia dotata di valore, sostenendo un costo energetico ed economico compatibile con il valore che se ne ricava. L’economia circolare ha molti paladini, ma pochi santi, semplicemente perché la santità non è un requisito indispensabile.
Nicholas Georgescu-Roegen, economista e matematico rumeno, tra i fondatori dell’economia ecologica e precursore della riflessione sulla decrescita, già nel 1971, in The Entropy Law and the Economic Process, osservava, a proposito del rottame di rame, che le campagne di raccolta avevano successo soltanto perché, nelle circostanze date, selezionare il rottame costava meno energia e meno risorse di qualunque altro modo di ottenere la stessa quantità di metallo. Il progresso tecnico poteva modificare quel bilancio, ma il criterio, pur ragionevole, contiene un’assunzione che di solito resta implicita: che la materia vergine sia un termine di paragone stabile.
È qui che la termodinamica aiuta a leggere il fenomeno.
I materiali, una volta dispersi, mescolati o contaminati, non tornano spontaneamente alla condizione originaria. Per recuperarli bisogna selezionarli, separarli e, spesso, ripristinarne almeno in parte le caratteristiche, attraverso operazioni che richiedono energia. Il secondo principio della termodinamica non vieta il riciclo, ma ricorda che l’ordine dei materiali non si ricostituisce da sé e che ogni recupero ha un costo fisico.
Il demone e la lamiera
Lo stesso vale per l’estrazione.
Un minerale può contenere il metallo che ci interessa, ma questo si troverà mescolato ad altre sostanze all’interno di una matrice rocciosa. Per ricavarlo dovremo separarlo da tutto ciò che lo circonda, concentrarlo e trasformarlo in un materiale utilizzabile. Da questo punto di vista, l’attività mineraria e il riciclo compiono, almeno sul piano concettuale, un’operazione molto simile: entrambe partono da una materia nella quale le componenti utili sono mescolate ad altre e cercano di separarle, recuperando ciò che ha valore.
Georgescu-Roegen spiegava questo processo ricorrendo alla figura del demone di Maxwell, il minuscolo essere del celebre esperimento termodinamico, capace di riconoscere e selezionare, una per una, le particelle di rame disperse tra quelle di altre sostanze, fino a riunirle in una lamiera. Il suo lavoro consisterebbe nel trasformare una materia relativamente disordinata in un prodotto nel quale il rame è concentrato e organizzato.
Ma questa operazione ha un prezzo termodinamico: per ottenere un materiale più ordinato occorre consumare energia disponibile e produrre, nell’ambiente circostante, un aumento di entropia tale da compensare la diminuzione ottenuta nel materiale recuperato. L’ordine che abbiamo creato nella lamiera, in altre parole, comporta un aumento dell’entropia complessiva.
Due giacimenti
La differenza tra miniera e riciclo sta nel punto di partenza.
Per milioni di anni, i processi geologici hanno formato e concentrato i minerali nei giacimenti. Antonio e Alicia Valero, nel libro Thanatia: The Destiny of the Earth’s Mineral Resources. A Thermodynamic Cradle-to-Cradle Assessment, chiamano questa concentrazione un bonus della natura, un costo evitato che l’umanità non deve sostenere. La materia vergine beneficia economicamente di un ordine ereditato, formatosi attraverso processi naturali.
I due autori sostengono infatti che i prezzi delle materie prime minerali dovrebbero includere il costo di rimpiazzo di quell’ordine, poiché il prezzo di mercato riflette prevalentemente i costi di estrazione, trasformazione e commercializzazione, senza contabilizzare integralmente il valore termodinamico della concentrazione naturale delle risorse.
Quell’ordine, però, si consuma.
L’industria mineraria tende a sfruttare inizialmente i giacimenti più accessibili e convenienti, mentre il tenore dei minerali può diminuire progressivamente con l’esaurimento delle risorse di maggiore qualità. Poiché l’energia minima necessaria per separare un elemento aumenta al diminuire della sua concentrazione, cresce anche, a parità di altre condizioni, il costo fisico dell’estrazione.
In Australia, dove il rame viene estratto su scala significativa dal 1842, il tenore dei minerali sfruttati sarebbe passato, secondo i dati richiamati dagli autori, da oltre il 27 per cento a circa l’1 per cento. Con tenori più bassi occorre movimentare e trattare quantità maggiori di roccia, con conseguenti fabbisogni di energia e acqua, sebbene l’effettivo andamento dei consumi dipenda anche dalle tecnologie impiegate e dalle caratteristiche dei giacimenti.
Il costo dell’estrazione può quindi crescere per la stessa ragione fisica che limita il riciclo: la maggiore difficoltà di separare e concentrare materiali progressivamente dispersi o diluiti.
Secondo i Valero, una tonnellata di telefoni cellulari può contenere una quantità di oro da dieci a trenta volte superiore a quella presente in una tonnellata di minerale estratto dalle miniere considerate nel confronto. Il rapporto tra riciclo e materia vergine non oppone dunque l’artificio alla natura, ma mette a confronto due giacimenti: uno geologico, le cui risorse più concentrate vengono progressivamente sfruttate, e uno antropico, costituito dai materiali accumulati nei prodotti e nelle infrastrutture realizzati dall’uomo.
La termodinamica non penalizza il riciclo.
Penalizza la dispersione, ovunque avvenga.
La quarta legge
Ciò non significa che ogni ciclo di recupero sia meno efficiente del precedente, né che il fabbisogno energetico cresca sempre e in modo uniforme, poiché processi e materiali sono troppo diversi per consentire una regola generale.
Georgescu-Roegen, che con il libro del 1971 aveva portato il secondo principio della termodinamica al centro della riflessione economica, si spinse oltre e propose, in un lavoro del 1977, una quarta legge della termodinamica: come l’energia disponibile si trasforma irrevocabilmente in energia non disponibile, così la materia disponibile diventerebbe irrevocabilmente non disponibile.
La proposta non ottenne il riconoscimento della comunità scientifica.
Valero e Valero la giudicano superflua e scientificamente errata, sostenendo che, a differenza di quanto avviene nei processi di degradazione dell’energia, la disponibilità della materia non può essere descritta attraverso un principio universale equivalente e che, almeno in teoria, quantità anche molto piccole di materia possono essere separate dal resto mediante un adeguato impiego di energia e di tecnologie.
L’enunciato, concludono, ha quindi natura pratica ed economica più che di nuova legge fisica. Eppure, aggiungono, l’intuizione che lo sorreggeva resta valida: i minerali da cui dipende la tecnica possono diventare progressivamente meno accessibili e la termodinamica consente di analizzare i costi fisici associati al loro sfruttamento e alla loro dispersione.
In altre parole, pur non essendo accettabile come legge fisica generale, la quarta legge conserva un significato come diagnosi dei limiti materiali dell’economia.
Possiamo allora ritenerne valida una versione più sobria rispetto alla formulazione originaria: la circolarità non può essere perfetta né proseguire indefinitamente senza perdite. Una parte della materia si disperde, alcune qualità si degradano e il recupero può diventare tecnicamente o economicamente impraticabile molto prima di diventare fisicamente impossibile.
Dispersi per progetto
Per quanto riguarda la materia, la Terra può essere considerata, con buona approssimazione, un sistema chiuso, mentre riceve dal Sole un flusso continuo di energia. Se l’energia utilizzabile diventa più abbondante e meno dipendente dai combustibili fossili, alcuni vincoli energetici possono attenuarsi, ma il problema materiale rimane, concentrandosi soprattutto nelle perdite dissipative.
I Valero osservano che il bonus naturale viene definitivamente perduto, dal punto di vista del recupero praticabile, quando il materiale si disperde in forme e concentrazioni che ne rendono impossibile o eccessivamente onerosa la separazione. Tra i casi tipici citano i pigmenti metallici delle vernici, lo zinco degli pneumatici, il piombo nella benzina e i metalli utilizzati come additivi negli acciai.
Questa materia non torna perché è stata dispersa per progetto.
L’inversione di rotta deve cominciare dalla concezione del prodotto e accompagnarlo fino al fine vita. È in questa direzione che si è mosso, negli anni successivi, il diritto europeo, orientandosi non più soltanto verso il finanziamento e l’organizzazione della gestione dei rifiuti, ma anche verso la progettazione dei prodotti, attraverso requisiti di contenuto riciclato, riparabilità, rimovibilità e sostituibilità dei componenti e, nel caso delle batterie, strumenti di tracciabilità come il passaporto digitale, destinato a documentarne determinate caratteristiche e informazioni.
Incentivi, innovazione tecnologica e organizzazione della raccolta possono spostare la soglia di convenienza del recupero, rendere recuperabile ciò che prima non lo era o ridurre l’energia necessaria per farlo, ma da soli non bastano.
Quando un materiale non presenta un valore economico sufficiente a sostenere il recupero e non esistono obblighi normativi o altri meccanismi capaci di compensarne i costi, il riciclo difficilmente avviene. Non si tratta necessariamente di una questione di fattibilità tecnica, ma di sostenibilità economica.
Il diritto dei rifiuti, per sua natura, interviene soprattutto a valle, quando il bene ha già esaurito la propria funzione. Gli strumenti che agiscono a monte, come la responsabilità estesa del produttore e le regole sulla progettazione dei prodotti, sono invece quelli che possono incidere sulle condizioni materiali ed economiche del recupero prima ancora che il rifiuto venga generato.
Un cerchio imperfetto
Georgescu-Roegen rimproverava agli economisti l’immagine del processo economico come flusso circolare, osservando che, sul piano fisico, esso non è circolare ma unidirezionale, poiché utilizza risorse materiali ed energetiche e produce inevitabilmente trasformazioni, dispersioni e degradazione dell’energia disponibile.
La termodinamica non esaurisce il discorso, che comprende anche la durata dei beni, il riuso, la riparazione e le scelte produttive, ma pone una condizione che nessuna retorica può rimuovere: un materiale può rientrare in un nuovo ciclo soltanto finché il suo recupero è fisicamente possibile e tecnicamente ed economicamente sostenibile.
La circolarità non è un cerchio perfetto. È una possibilità regolata dai limiti della materia e dell’energia, la cui concreta realizzazione dipende dalle scelte tecnologiche, economiche e normative e si decide, in buona parte, prima ancora che il rifiuto venga generato.
Riferimenti bibliografici e normativi
Georgescu-Roegen, N. (1971). The Entropy Law and the Economic Process. Harvard University Press.
Georgescu-Roegen, N. (1977). The Steady State and Ecological Salvation: A Thermodynamic Analysis. BioScience, 27(4), 266–270.
Valero, A., & Valero, A. (2014). Thanatia: The Destiny of the Earth’s Mineral Resources. A Thermodynamic Cradle-to-Cradle Assessment. World Scientific.
Parlamento europeo e Consiglio dell’Unione europea. (2008). Direttiva 2008/98/CE del 19 novembre 2008 relativa ai rifiuti e che abroga alcune direttive.
Parlamento europeo e Consiglio dell’Unione europea. (2023). Regolamento (UE) 2023/1542 del 12 luglio 2023 relativo alle batterie e ai rifiuti di batterie.
Parlamento europeo e Consiglio dell’Unione europea. (2024). Regolamento (UE) 2024/1781 del 13 giugno 2024 che istituisce il quadro per la definizione dei requisiti di progettazione ecocompatibile per prodotti sostenibili.
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