Tutto ciò che accade nell’universo può essere correlato a movimenti di energia. Enormi e continui flussi di energia hanno investito e plasmato il nostro pianeta fin dalla sua formazione, quasi cinque miliardi di anni fa, modificandolo fino alla condizione che oggi conosciamo. I più intensi provengono in ordine di grandezza dal Sole, dal nucleo della Terra e dalla Luna. I complessi processi di trasformazione determinarono le condizioni favorevoli alla formazione della vita biologica che si evolvette in una enorme molteplicità di specie. Un caso unico nell’universo, a quanto ne sappiamo oggi. In tempi relativamente recenti in uno dei rami dell’evoluzione comparve la specie umana, la sola che ha maturato lo sviluppo pieno di coscienza e intelligenza, fondamenti della nascita e del progresso delle civiltà. Fin da quando gli uomini divennero esseri senzienti svilupparono tante abilità tra le quali la capacità di generare e controllare flussi di energia più elevati di quelli strettamente necessari per sostenere la loro vita biologica. Fu una dote determinante per lo sviluppo delle civiltà umane, e oggi potremmo studiare la storia dell’umanità anche raccontando come nel tempo gli uomini siano diventati capaci di controllare quantità sempre maggiori di energia. Nell'epoca contemporanea, tuttavia, aumenta sempre più il numero di persone convinte che la responsabilità dei gravi fenomeni convenzionalmente chiamati "crisi energetica", dipendano dall'uso incontrollato di grandi quantità di energia. Le innumerevoli e sempre più evidenti prove scientifiche, storiche e geopolitiche fanno pensare che l’utilizzazione crescente dell’energia, inevitabilmente connaturata allo sviluppo prorompente e apparentemente inarrestabile della civiltà tecnologica e industriale, possa danneggiare e talvolta addirittura pregiudicare le funzionalità della nicchia ecologica che garantisce l’esistenza degli esseri viventi, e con essi della specie umana. Il dibattito sulla pericolosità di fenomeni che potrebbero essere esiziali per la specie umana, si è allargato dal ristretto ambito degli specialisti a tutte le società civili, con opinioni spesso contrapposte. Gli ingegneri, gli scienziati, i politici, più degli altri cittadini del mondo, hanno il dovere morale di analizzare questo problema. Infatti, dal momento che sono responsabili per la progettazione, la costruzione e la gestione di impianti tecnologici, devono anche verificare se le conseguenze negative che vengono attribuiti a queste opere sono reali e, in caso affermativo, di agire per evitarli o mitigarli. Per queste ragioni, prevalentemente etiche, è auspicabile completare la formazione tradizionale dei futuri scienziati e tecnici con l’analisi delle conseguenze che potrebbero derivare dall’uso improprio o incontrollato della tecnologia e dei provvedimenti per evitarle. Con questo insegnamento intendiamo dare un contributo in questa direzione.

Alla conclusione del corso lo studente: 1. Padroneggerà gli strumenti culturali che riconoscono nell’energia il legame tra la molteplicità di fenomeni studiati nelle discipline di base del suo corso di studi, fisica (meccanica, dinamica, statica dei fluidi, elettromagnetismo, fisica della materia), chimica, elettrotecnica e termodinamica, permettendone un’analisi olistica e unitaria. 2. Consoliderà la consapevolezza che i flussi di energia all'interno e tra i corpi materiali sono causa ed effetto di tutti gli eventi osservati in natura, sia nei corpi inanimati che negli esseri viventi. 3. Comprenderà i legami dello sviluppo storico e dei progressi scientifici, tecnologici e sociali delle civiltà umane con l’effettiva capacità degli uomini di raccogliere e utilizzare le risorse energetiche disponibili sulla Terra. 4. Conoscerà la struttura e le conseguenze di tutti quegli eventi - ambientali, climatici, economici e sociali - attribuibili alle attività umane ai quali nell’epoca contemporanea si dà il nome di crisi energetica. 5. Potrà rendersi conto della grande influenza che i modi di utilizzazione dell’energia avranno sul benessere di tutte le comunità umane e sul progresso della loro civilizzazione, e questi di fatto attribuiscono un accresciuto carico di responsabilità morale agli scienziati e ai tecnici che con il loro lavoro contribuiscono a modificare il mondo naturale.

Per comprendere i contenuti del corso e partecipare alle attività previste con il massimo profitto si consiglia di iscriversi solo dopo aver frequentato i corsi di base di fisica, chimica e termodinamica. E’ inoltre necessaria la padronanza della lingua inglese per poter accedere a parte della documentazione fornita dai docenti.

Il concetto di energia dal punto di vista fisico e metafisico. Esame critico delle relazioni di causa-effetto tra i movimenti e la redistribuzione dell'energia e i fenomeni naturali. Richiamo di alcuni elementi essenziali di fisica e termodinamica con attenzione alle forme dell’energia e ai modi di misurarla. Elementi essenziali del dibattito in corso sull’esistenza o meno di una “crisi energetica” e sull’affermazione che questa sia anche una crisi di civiltà. Importanza e interdipendenza dei fattori critici in discussione: adeguata disponibilità di risorse energetiche, clima e ambiente, politica e geopolitica internazionale, elementi economici e finanziari, rapporti sociali e squilibri nelle condizioni di vita dei popoli nel pianeta. Energetica del pianeta Terra. Interazione della Terra con la radiazione solare. Gli effetti nell’atmosfera, nell’idrosfera e nella litosfera. Fenomeni gravitazionali e maree. Geotermia ed effetti sismici. Energetica degli organismi biologici. Peculiarità della presenza degli organismi viventi e la loro sostanziale unicità nella molteplicità delle specie vegetali, animali e umana. La vulnerabilità delle condizioni di esistenza della vita nel nostro pianeta. Storia delle civiltà umane preindustriali raccontata attraverso i modi con cui gli uomini appresero a utilizzare quantità crescenti di energia, traendone profitto e benessere. Le utilizzazioni nell’agricoltura, nello sviluppo di motori primi (trasporti, manifatture, metallurgia), nella costruzione di edifici e infrastrutture e negli usi militari. L’energia nel XX e nel XXI secolo. Riserve e Risorse. Risorse esauribili (fossili e nucleari) e rinnovabili (sole, acqua, biomasse, vento, onde e maree). Risorse intermedie e vettori (elettricità, combustibili fossili liquidi e gassosi, idrogeno). Gli usi finali (abitazioni, industrie di trasformazione, trasporti, agricoltura e pesca, applicazioni militari). Le criticità tecnologiche. Abitazioni, trasporti, accesso all’energia elettrica, protezione ambientale, industria e agricoltura. Prospettive tecnologiche. Motori primi termici ed elettrici. La distribuzione dei combustibili e dell’energia elettrica. Abitazioni e servizi residenziali: situazione nei paesi avanzati e in quelli in via di sviluppo (PVS); tecnologie consolidate e innovative e opportunità di intervento. Trasporti in superficie, nelle acque e nell'aria. Cenni alla generazione e distribuzione di elettricità (con fonti fossili e rinnovabili), distribuzione e reti intelligenti (Smart Grids). Scenari possibili e opportunità nel XXI secolo. Esame dei concetti di progresso e di sostenibilità. I legami dell’energia con la qualità della vita, l’economia, lo sviluppo, la povertà energetica e la qualità dell’ambiente in relazione all’esistenza della vita biologica. Ecologia e bioeconomia, L’impronta ecologica. Le politiche per il clima e le transizioni energetiche. L’importanza dell’efficienza energetica. Il conflitto tra risparmio e stili di vita. Miti e realtà della questione energetica.

Il tempo a disposizione del corso è suddiviso in lezioni teoriche e alcuni approfondimenti tematici. Il corso prevede dei lavori di gruppo su temi rilevanti presentati e discussi a lezione. La valutazione del documento contribuirà al voto finale dell'esame. In primo luogo, ogni studente sarà coinvolto in un processo chiamato ‘revisione tra pari’ o peer review nel quale valuterà il documento monografico redatto da altri studenti e riceverà una valutazione anche per il proprio. Successivamente i docenti assegneranno la valutazione finale. Alcune delle lezioni si terranno in modalità ‘flipped’ utilizzando anche delle risorse digitali esterne; il docente guiderà la discussione in classe tra temi specifici.

Gli studenti possono prepararsi per sostenere l'esame sui temi trattati nel corso seguendo le lezioni in aula, integrate dalle diapositive proiettate a lezione, studiando sui due testi: - Calì M. et al., Guida all’energia nella natura e nelle civiltà umane, Ed. Esculapio, 2014, Bologna (a breve disponibile come e-book) - Smil V., Energy in Nature and Society: General Energetics of Complex Systems, MIT Press, 2008, Boston. - Leone P., Calì M., Colombo E., The strange paradox of the world energy question, MOOC course, https://www.pok.polimi.it/ Durante il corso i docenti distribuiranno appunti e documenti con i dati e le informazioni più significativi, e suggeriranno la lettura di articoli e libri selezionati per integrare lo studio.

Slides;

Modalità di esame: Test informatizzato in laboratorio; Prova orale facoltativa;

Exam: Computer lab-based test; Optional oral exam;

... L’esame finale è costituito da diversi elementi: • La valutazione della tesina mediante un processo di revisione 'peer grading'. Valutazione: max. 8 punti. • Un test informatizzato in laboratorio con quiz a risposta multipla e domande aperte della durata di 45 minuti costituito da quesiti sugli argomenti trattati nel corso. Il numero totale delle domande sarà di 24; ogni risposta positiva sarà valutata 1 punti, ogni risposta non corretta sarà valutata -0.25 punti e ogni risposta non data 0 punti. Valutazione: max. 24 punti. • Un colloquio orale, facoltativo a discrezione dello studente, che potrà essere sostenuto solamente da chi ha raggiunto un punteggio complessivo di 18 nelle due prove precedenti.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.