Modello predatore-preda di una transizione tecnologica basata sulle energie rinnovabili = Predator-Prey model of a technological renewable-based energy transition

Predator-Prey model of a technological renewable-based energy transition La transizione energetica è un percorso di trasformazione del settore energetico globale da tecnologie basate su fonti fossili a tecnologie a zero emissioni di carbonio, al fine di ridurre le emissioni di CO2 legate all'energia per limitare i cambiamenti climatici. Poiché la fornitura di energia è uno degli ingredienti principali dell'economia, gli scenari di transizione devono essere valutati attraverso un'accurata attività di modellazione. I modelli di valutazione integrata [IAM], analizzati in particolare dall'International Panel on Climate Change, sono un tipo di modelli applicati per prevedere le evoluzioni future e aiutare il processo decisionale. A differenza degli IAM, in cui i vari settori dell'economia sono descritti in dettaglio, noi proponiamo, utilizzando la modellazione ecologica Lotka-Volterra, di studiare l'introduzione di una nuova tecnologia energetica in grado di mitigare i limiti e gli inquinamenti della fornitura di energia dal capitale naturale. Questo noto sistema dinamico di equazioni differenziali viene interpretato in termini di investimento energetico, utilizzando anche la nozione di ritorno energetico sull'energia investita [EROI], una questione importante che per il momento rimane al di fuori dell'ambito della modellistica tradizionale. Gli esseri umani, e i loro edifici sociali, sono trattati come una specie di predatore, che preleva energia dallo stock di capitale naturale, sotto forma di legno da una foresta, la preda di livello più basso. Viene introdotta una nuova specie, l'industria dell'energia rinnovabile, che agisce come un prosumer: un predatore, quando l'energia deve essere investita nell'industria e nei dispositivi [ad esempio i pannelli solari], e una preda, quando i flussi di energia vengono raccolti dai dispositivi e distribuiti agli esseri umani. In assenza della nuova tecnologia, gli esseri umani e il legno interagiscono in modo dinamico. A seconda dei parametri, appaiono diversi tipi di traiettorie, che vengono analizzate utilizzando gli strumenti dei sistemi dinamici. Una dinamica di interesse è la possibilità di un collasso della popolazione umana a causa di un'insufficiente raccolta di energia dalla biomassa. Si raggiunge un punto fisso stabile in cui gli esseri umani scompaiono, come è (quasi) avvenuto per la popolazione precoloniale dell'Isola di Pasqua. Analizziamo questo punto fisso e altri, e vediamo come cambia la situazione con l'introduzione della specie industriale: Uno sviluppo precoce di dispositivi industriali a energia rinnovabile, come i pannelli solari, avrebbe potuto salvare l'isola dal collasso demografico? Per rispondere a questa domanda, una volta aggiunta l'industria rinnovabile nel modello, ci concentriamo sull'effetto del tasso di crescita dell'industria e della raccolta di energia rinnovabile da parte degli esseri umani nella dinamica del sistema. Si osservano tre scenari principali: 1) coesistenza legno-industria 2) coesistenza industria-uomini 3) coesistenza legno-industria-uomo. Nel primo caso, l'industria salva gli esseri umani senza distruggere il legno; tuttavia, se l'EROI è maggiore di un valore critico e sotto un valore soglia del raccolto dell'industria, l'industria rinnovabile cresce fino a saturare le risorse dell'isola, eliminando il legno. Per qualsiasi condizione di industria rinnovabile, esiste una soglia di popolazione umana iniziale sotto la quale gli esseri umani collassano comunque.