Il concetto di limite per una sostenibilità sistemica nella progettazione

La progettazione e il design non possono non interrogarsi su scenari futuri, concedendo la possibilità di trovarsi di fronte a una minore disponibilità di risorse, come d’altronde già previsto e illustrato negli anni Settanta (Commoner, 1971; Meadows, Meadows, Randers, & Behrens III, 1972). Nonostante tali avvertimenti, tuttavia, oggi il concetto di limite viene spesso circoscritto ad alcune emissioni climalteranti, e si susseguono summit per stabilire obiettivi quantitativi poi per lo più non rispettati (come nel caso del Protocollo di Kyoto del 1995) oppure obiettivi non vincolanti e – se non palliativi per non cambiar nulla come sostiene Spash (2016) – quantomeno ancora privi di una strategia fattuale (come gli Accordi di Parigi del 2015). Accuse ricorrenti sostengono che le problematiche ambientali siano spesso sfruttate a fini di lucro, assorbite dall’unico obiettivo della crescita economica, e di fatto ignorate; è questo il caso della “green economy” (criticata ad esempio da Ortega, 2013) o, più in generale, dello “sviluppo sostenibile”, oggi imperante ma più volte denunciato come un dannoso ossimoro (Bonaiuti, 2011; Latouche, 2004; Springett, 2013). Nonostante l’opulenza che ancora sembra garantita all’Occidente, in un prossimo futuro potremmo trovarci in condizioni di scarsità oggi a noi estranee (o di emergenze ambientali ancora più evidenti). Di fronte all’ambiguità dei modi (e delle mode) che si propongono di affrontare tali problematiche, Brown & Ulgiati (2011) osservano che troppo spesso si vuol solo continuare a fare affari e che la vera questione è “se vogliamo far parte della soluzione o continuare a rappresentare il problema”.

Ciascun prodotto della progettazione e del design si proietta in un arco temporale in cui possono variare le condizioni ambientali e socio-economiche e, soprattutto, ci si può avvicinare agli effetti più tangibili del limite imposto dalla geo-biosfera (allo stesso tempo fornitrice di risorse e serbatoio per gli scarti delle nostre economie). Un edificio costruito oggi, ad esempio, deve tenere in considerazione una possibile alterazione nella disponibilità di risorse, soprattutto le non rinnovabili, oltre che la probabile variazione del clima. Si sono posti questo tipo di domande i progettisti dello studio di architettura TAMassociati e l’associazione umanitaria Emergency Onlus Ong prima di costruire degli ospedali nelle regioni del Sahara e del Sahel, trovandone degli spunti che possono tornarci utili per progettare in maniera realmente sostenibile anche nella nostra agiata parte di mondo: secondo Pantaleo e Strada (2011), infatti,

«L’Africa costituisce un’opportunità, perché, attraverso le sue mille contraddizioni e arretratezze, mantiene ancora un forte legame con la realtà e la memoria del passato; è un luogo in cui il consumismo rappresenta un miraggio promesso e mai raggiunto. Paradossalmente può essere un laboratorio per tutto il pianeta perché sa ancora convivere, in modo creativo e spesso leggero […] con quelle condizioni in cui l’occidente potrebbe doversi confrontare nel prossimo futuro».

Costruire in un simile contesto può quindi servire a meditare su un’alternativa al modello di sviluppo dominante, per ripartire da zero, da un livello in cui tutto è da reinventare (Pantaleo & Strada, 2011). In questo articolo si valuta uno dei loro progetti – ossia il Centro Cardiochirurgico Salam di Khartoum – attraverso l’analisi emergetica; un modo, cioè, di prendere in considerazione le variabili che concorrono alla sostenibilità di un progetto con un approccio sistemico che include input ambientali e ricadute ecologiche spesso trascurate.

Introduzione all’analisi eMergetica

Il termine “emergia” è il corrispondente italiano dell’anglosassone “emergy”, a sua volta derivato dalla locuzione “EMbodied enERGY” (energia incorporata). Da un punto di vista concettuale, l’analisi emergetica sposta l’attenzione dal “valore” (qualitativo e/o quantitativo) attribuito a un prodotto o un servizio dall’utente (receiver-side quality) a quello attribuito rendicontando tutto ciò che a monte è stato necessario “investire” per creare il prodotto o servizio in questione (donor-side quality). L’emergia è quindi innanzitutto la grandezza che quantifica la memoria di quanto è stato investito, in termini di energia coinvolta direttamente o indirettamente, per realizzare qualcosa. L’idea alla base dell’analisi è quella di trovare il modo di rendicontare quantitativamente in una stessa unità di misura comune tutte le quantità e i flussi che hanno reso o rendono possibile l’esistenza di qualcosa, sia esso un bene, un comparto produttivo, un ecosistema, una comunità o un servizio. Di fatto, i flussi che concorrono alla creazione e mantenimento di un ordine sistemico sono flussi di materia, energia e informazione, a cui vanno aggiunte, nel caso di sistemi socio-economici, le transazioni di denaro, il quale costituisce perciò un’ulteriore grandezza da includere nell’analisi. L’emergia è definita come “[l’]energia disponibile di un tipo usata direttamente o indirettamente nelle trasformazioni che hanno generato un prodotto o un servizio” (Odum, 1996), in particolare, l’energia solare connessa a tutti i contributi energetici da cui è derivata la produzione di una certa risorsa. L’unità di emergia è detta solar emjoules (abbreviato sej). All’interno del valore emergetico di una risorsa andranno valutati e inclusi i contributi forniti dall’ambiente insieme ai servizi umani risultanti dalle attività antropiche connesse al lavoro necessario alla creazione della risorsa. La metodologia generale per l’analisi emergetica di un sistema è tipicamente organizzata secondo tre passaggi fondamentali:

1. preparazione di un diagramma dell’oggetto di studio, contenente tutti gli stocks e i flussi che ne regolano il funzionamento;
2. preparazione di una tabella con l’inventario dei flussi e determinazione dei corrispondenti valori emergetici;
3. calcolo degli indicatori sistemici di cui allo scopo dell’analisi.

Il punto 2. in particolare viene costruito attraverso la conversione delle unità proprie delle quantità in gioco in unità emergetiche, attraverso l’utilizzo di coefficienti appropriati detti di volta in volta Trasformità (input emergetico per unità di energia disponibile in output, in sej/J), Emergia specifica (emergia per unità di massa di output, in sej/kg), Emergia per unità di denaro (emergia impiegata nella generazione di un’unità di prodotto economico, espressa in sej/€, sej/$, sej/¥, ecc.), Costo emergetico del lavoro (emergia che supporta un’unità di lavoro direttamente fornita a un processo, in seJ/€ o in seJ/h). Il lavoro indiretto richiesto al di fuori della finestra di analisi per fornire gli input a un processo viene di solito misurato in termini di costi del servizio, perciò in seJ/€.

Il punto 3. rappresenta invece il passo finale dell’analisi, cioè l’interpretazione dei risultati quantitativi. Che si tratti di un sistema produttivo, un ecosistema o altro, l’analisi emergetica e il calcolo di opportuni indicatori possono fornire una valutazione dello sviluppo tecnologico, dell’utilizzo delle risorse, della sostenibilità nel lungo periodo e in generale della funzionalità sistemica. Tra gli indicatori emergetici tipici, particolarmente rilevanti risultano essere il Rendimento emergetico, che valuta la capacità di sfruttare le risorse fornite “gratuitamente” dall’ambiente a parità di input dal sistema economico, il Rapporto di carico ambientale, legato al livello tecnologico nell’uso delle risorse e alla presenza di un elevato stress ecosistemico, l’Indice di sostenibilità emergetica, che rappresenta una misura integrata della resa economica e della compatibilità ambientale, il Rapporto di investimento emergetico, che costituisce una valutazione se un certo processo è un buon utilizzatore dell’emergia investita rispetto ad altre alternative, l’Intensità di potenza emergetica areale, che misura la quantità di emergia investita per unità di territorio, e l’Emergia pro capite, rivelatasi un buon metodo di misura dello standard di vita, che si ottiene dividendo l’uso annuale totale di emergia di un sistema territoriale (città, Regione, Stato, ecc.) per la sua popolazione. L’analisi emergetica (EMA), nei metodi come nell’utilizzo inventariale dei dati, risulta parzialmente sovrapposta ad altre metodologie di indagine socio-economica e ambientale. In particolare, presenta diversi punti di contatto il Life Cycle Assessment (LCA) (Ulgiati et al., 2011), che fornisce una valutazione di impatto ambientale attraverso l’identificazione di tutta l’energia e i materiali utilizzati per sostenere un processo o un’attività, a partire dall’estrazione delle materie prime, il loro trasporto, la distribuzione, ecc. fino allo smaltimento finale del prodotto considerato, oltre che tenendo conto delle emissioni ed i rifiuti prodotti lungo tutta la vita del processo considerato. La letteratura ha di recente ampiamente esplorato l’utilizzo combinato dei due metodi di analisi, evidenziandone le peculiarità e le complementarità intrinseche (Buonocore, Franzese, & Ulgiati, 2012; Arbault, Rugani, Tirut-Barna, & Benetto, 2014). In Figura 1 è schematizzato l’ambito di applicazione delle due metodiche sopraccitate paragonato a quello proprio dell’analisi emergetica, con i relativi flussi e elementi del sistema. In particolare, l’analisi emergetica include come detto i servizi ambientali e il ciclo di denaro connesso al funzionamento del sistema, nonché le perdite di energia, laddove l’LCA isola i contributi diretti al processo produttivo e al suo impatto.

Il caso studio del Centro Salam di Khartoum, Sudan

Lo studio di una struttura socio-sanitaria dell’Ong Emergency è orientato a valutare i possibili interventi virtuosi in termini di sostenibilità al fine di una loro riproducibilità in altri contesti. Il caso studio prescelto è un ospedale specialistico in un contesto problematico, ma non in uno scenario di guerra come invece altre strutture della stessa Ong: il Centro Cardiochirurgico Salam di Khartoum, in Sudan. Tale centro, realizzato tra il 2006 e il 2007, è stato progettato con alti standard architettonici volti a ridurre i consumi di risorse non rinnovabili, sfruttando invece le risorse rinnovabili più presenti sul posto: l’energia solare ed il vento, entrambi destinati ad alimentare i sistemi di condizionamento dell’aria. Oltre alla progettazione – curata dallo studio TAMassociati – anche la gestione della struttura è ispirata a una politica di risparmio di risorse, in linea con le scelte di Emergency nell’impiegare responsabilmente i preziosi fondi raccolti con donazioni spontanee a scopo umanitario.

I diagrammi emergetici forniscono una rappresentazione dei legami sistemici all’interno della struttura studiata, evidenziandone i flussi di materia, energia e informazione. Tutto ciò costituisce una fondamentale base qualitativa per condurre la successiva fase quantitativa di elaborazione dei dati e di calcolo dei flussi emergetici. In Figura 2 è rappresentato il diagramma relativo al nostro caso studio. Il riquadro rettangolare con contorni smussati rappresenta il confine sistemico e costituisce la prima scelta dell’analista emergetico. Al suo interno avvengono i processi ritenuti fondamentali, mentre dall’esterno entrano input di energia, materie prime, prodotti semilavorati o finiti, servizi e lavoro; le fonti di materia, energia e informazione sono simboleggiate da cerchi. Le frecce a linea continua indicano flussi di energia, materia o informazione, mentre le frecce a linea tratteggiata rappresentano degli indicatori di flusso di denaro; va notato come il denaro fluisce in senso opposto alle risorse e va a pagare i servizi per la realizzazione o la semplice fornitura di queste ultime (infatti non si paga ad esempio la natura per il petrolio fornito, bensì chi il petrolio lo estrae e raffina). Gli esagoni rappresentano i consumatori di energia, materia e/o informazioni; le frecce grandi campite di bianco le interazioni, indicative di processi di produzione o trasformazione; i semicerchi sovrastati da due linee spezzate indicano invece i cosiddetti serbatoi, ossia quantità misurabili “immagazzinate” in un sistema. La struttura di Emergency presenta alcune peculiarità, evidenziate con frecce colorate. Ai fini di questo articolo, ci soffermeremo sulle frecce verdi; tali frecce valorizzano le risorse naturali rinnovabili impiegate al fine di ridurre la domanda di risorse non rinnovabili: i servizi ambientali dati dalle aree verdi; i pannelli solari termici (PST) per lo sfruttamento dell’abbondante energia solare; infine, i cosiddetti tunnel del vento (o badgir), antica tecnica originaria della Persia per convogliare i venti prevalenti nei sotterranei, abbassandone così la temperatura dell’aria senza bisogno di carburante né grosse tecnologie.

Prime valutazioni e possibili sviluppi

I calcoli effettuati per tracciare il “costo” emergetico degli input necessari a realizzare e far funzionare la struttura oggetto di studio sono stati rapportati all’arco temporale di un anno a seguito di un ammortamento basato sul tempo di vita utile di ciascun elemento che hanno concorso a realizzare. E’ stato così possibile confrontare le varie categorie. La categoria che richiede un contributo emergetico maggiore è rappresentata dagli edifici (costruzione e isolamento termico, 7.20 E+17 sej/anno); altre categorie significative sono il consumo di elettricità e combustibili e il consumo di merci (cibo, farmaci, detergenti, etc.). Sulla base di tali calcoli, sono possibili alcuni commenti sugli investimenti tecnologici nonché sui risparmi da questi indotti. Ad esempio, l’emergia investita per realizzare il tunnel del vento secondo la tecnologia tradizionale dei badgir persiani (pari a circa l’1% annuo delle risorse necessarie alla costruzione dell’intero edificio) consente un condizionamento naturale dell’aria per circa 9°C corrispondente a un risparmio di elettricità pari a 1.89 E+17 sej/anno: un investimento, cioè, che garantisce un ritorno di oltre 50:1. Analogamente, l’impiego di pannelli solari termici assicura un ulteriore abbattimento di 7/8°C delle temperature dell’aria interna alla struttura sfruttando l’energia rinnovabile del sole, consentendo di risparmiare il gasolio che sarebbe stato bruciato per alimentare dei generatori di elettricità, con un ritorno sull’investimento di oltre 1000:1. Dal momento che la costruzione degli edifici rappresenta una delle maggiori voci di costo in termine di sforzi socio-ambientali, l’ibridazione tra le conoscenze tecnologiche dei progettisti e le tecniche tradizionali sudanesi sembra garantire una certa indipendenza dalle risorse non rinnovabili, e con esse dall’incertezza nella loro disponibilità a medio-lungo termine e dai costi finanziari ad esse associati. Questo conferisce alti livelli di sostenibilità alle strutture. Allo stesso modo, l’analisi emergetica potrà servire a valutare altre soluzioni tecnologiche (le pareti in mattoni in terra locale o le schermature in fibra vegetale) nonché gli altri settori critici dell’ospedale in esame (elettricità, combustibili, merci) e possibilmente a supportare scelte in grado di migliorarne strategicamente le prestazioni in termini di sostenibilità ecologica oltre che finanziaria. Il prossimo passo dello studio sarà quello di determinare quantitativamente i valori di specifici indicatori emergetici di performance della struttura, sia a livello di sostenibilità a medio e lungo termine, declinata secondo i tradizionali aspetti ambientali, economici e sociali, sia al fine di individuare criticità e punti di leveraggio sistemico per la resilienza della struttura stessa.

Bibliografia

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