La preparazione del tè   – soprattutto nei paesi asiatici – vanta secoli di tradizione nei quali ogni singolo gesto è stato raffinato alla ricerca del sublime.  In spregio a questa antica arte, vogliamo chiederci pragmaticamente se, dal punto di vista economico, conviene riscaldare l’acqua per il tè bruciando  gas o legna o utilizzando l’elettricità in una resistenza in un forno a microonde. Nei primi tre casi stiamo bombardando gli elettroni delle molecole d’acqua con altri elettroni a più alta temperatura, scaldati tramite una reazione chimica (gas, legna) o mandati a schiantarsi nel metallo della resistenza dalla corrente elettrica di casa. Nel caso del forno a microonde il bombardamento è sotto forma di fotoni che agitano la molecola d’acqua. Dal punto di vista termodinamico i  processi sono identici e l’energia   necessaria è la stessa: la caloria è stata proprio definita come la quantità di calore necessario per scaldare un grammo d’acqua di un grado **1. Non di sola termodinamica vive l’uomo, però, ma anche e soprattutto di calore disperso, inefficienze termiche e addizionali sulla bolletta, per cui per una stima più realistica è necessario fare una misura sperimentale.

Gas In cucina si utilizza prevalentemente gas metano: a seconda del gasdotto di provenienza questo può contenere una frazione che va dallo 0.4% al 13% di altri gas, soprattutto etano. Il metano brucia a 1950 gradi Celsius: la fiamma del fornello ha un colore blu, indice anche di una combustione ottimale del gas. I punti dove la fiamma ha un colore giallo indicano le regioni dove  la combustione non è completa: se tutta la fiamma è di questo colore, la nostra macchina del gas potrebbe avere un problema. Il calore ceduto dalla fiamma del gas si trasferisce – sotto forma di agitazione termica – all’acqua della teiera, scaldandola. Il moto convettivo dell’acqua calda rimescola il contenuto della teiera, facendola scaldare uniformemente. Per far bollire un litro d’acqua di rubinetto (da 20 a 100 gradi) sono necessarie 80 kcal (334kJ). Dato che il potere calorifico del gas metano puro è 9530 kcal/m³ (11,05 kWh/m³), ne servirebbero pertanto 0.008 m³ . Tuttavia, una buona parte del calore va disperso nell’ambiente, irradiato dalla teiera, portato via dall’acqua che evapora, fornito alla macchina del gas ecc. Infatti, facendo le prove in casa, il contatore rivela che la quantità di gas consumato per far bollire l’acqua è 0.023 m³, ossia circa 220kcal (916kJ) cioè quasi il triplo di quello necessario in condizioni ideali. Dato che il costo del metano nel mercato tutelato è circa è 0.2 euro/m³  (0.2euro/39835kJ), far bollire un litro d’acqua per il tè ci costa 0.46 centesimi di euro e otteniamo la nostra tazza di tè in circa 15 minuti (per 1.5 litri d’acqua).   Carbone Il carbone di legna ha una resa di circa 8000kcal/kg. Per far bollire il tè basterebbero quindi appena 10 grammi (corrispondenti a 40 grammi di legna). Tuttavia, un fuoco di camino o di un grill ha bisogno di molto più materiale per poter bruciare correttamente, e l’inefficienza energetica è molto più alta (a meno che non stiate usando il camino anche per scaldare l’ambiente). 1 kg di carbone costa circa 1.8 euro, per cui se assumiamo 100 grammi di carbone (efficienza 10%), si può stimare che per scaldare un litro d’acqua in questa maniera occorrono circa 18 centesimi. Il tempo necessario è maggiore, dato che dobbiamo preparare il fuoco ecc…

: La stessa teiera con dentro il bollitore a resistenza elettrica a spirale immerso nell’acqua. Si noti la minore quantità di calore disperso all’esterno.. La resistenza è collegata direttamente alla 220V di casa.

Bollitore elettrico 1.0. Inserendo una resistenza direttamente nella teiera possiamo scaldare l’acqua in maniera relativamente veloce (10 minuti circa per un litro). Si tratta di una resistenza a spirale non dissimile da quella dei vecchi scaldabagni elettrici, collegata direttamente alla 220V di casa.  Il peso ridotto e la semplicità d’uso hanno reso questo oggetto molto popolare nei paesi dell’Est come la Russia e la Cina, anche perché può essere usato per preparare il tè in una manciata di secondi se immerso direttamente nella tazza del  tè. Tuttavia, tende a violare praticamente qualunque norma di sicurezza i per cui è sconsigliabile utilizzarlo. Facendo le prove con tutte le cautele del caso si vede che scalda 1.5litri d’acqua in 16.5 minuti consumando 660 W (3 Ampere a 220V), quindi 653 kJ. Risulta dunque più efficiente del gas, necessitando solo del doppio circa di energia. Tuttavia il costo dell’elettricità in Italia è (mercato tutelato, escludendo il canone RAI) circa 0.3euro/kWh per cui il costo è  5.5 centesimi di euro per litro d’acqua. Sul mercato sono disponibili bollitori elettrici  che scaldano l’acqua posta in una caraffa isolata termicamente, per cui sarebbe interessante vedere l’efficienza in quel caso.   Bollitore elettrico 2.0 (di Giuliana). Il principio di funzionamento è lo stesso, ma in questo caso la resistenza è sul fondo di un contenitore isolato sia elettricamente che termicamente, è dotata di un sensore di tempreatura che stacca la corrente quando l’acqua sta bollendo e dovrebbe utilizzare materiali a norma CE. Le ridotte dispersioni termiche dovute al migliore isolamento si notano subito: l bollitore (2kW) fa bollire 1.5l d’acqua in soli 5 minuti per cui richiede soli 400kJ  per far bollire un litro d’acqua. Questa è la soluzione più efficiente di tutte, con ‘appena’ il doppio di energia disperse nell’ambiente. Tuttavia il maggiore costo della corrente fa sì che la nostra tazza di tè ci costi comunque 3.4centesimi di euro

Teiera nel microonde. Notate come l’acqua più calda si dispone verso l’alto. L’acqua nel beccuccio della teiera non è in grado di muoversi e dunque raggiunge prima  la temperatura più elevata.

Microonde Un microonde casalingo ha una potenza 1 KW. Come spiegato qui, l’acqua viene scaldata per attrito causato dalle oscillazioni del dipolo elettrico della molecola dell’acqua, messe appunto in moto dalle microonde. In questo caso non vi è convezione dal basso, per cui l’acqua tende a disporsi lentamente negli strati superiori, come visibile in figura. Per scaldare 1.5 l  di tè occorrono circa 20 minuti, quindi 1450 kJ/litro, il peggior risultato in termini di costo e tempo, 8 centesimi per un litro di acqua calda. Una caratteristica interessante del microonde è che il deposito di energia è più uniforme degli altri casi, per cui l’acqua calda tende a concentrarsi in punti specifici e a diffondere molto meno, con il risultato che si possono raggiungere (vedi figura) temperature superiori a 100gradi.   In conclusione, anche se forse un maestro di tè inorridirebbe, il gas resta il metodo sia più economico che veloce per godere della nostra tazza di tè.  

Scotty dammi più potenza. Nel microonde si reisce a superare i 100 gradi sopra cui l’acqua bolle ed evapora (e rimane costante al passaggio di stato)  

*1  unità di misura: Una caloria corrisponde a 4.18 Joule nel sistema internazionale (SI), ossia circa all’energia spesa per sollevare un corpo di 1 kg per 40 cm (quindi le circa 1000 kcal giornaliere di nutrimento potrebbero sollevare idealmente un corpo di 1kg di 400km). Il Joule è la misura di energia nel SI,  il Watt (W) quella di potenza, ossia energia per unità di tempo. 1W eroga 1J in un secondo (le case hanno di solito 3kW di massimo). La bolletta elettrica viene quindi misurata in kWh ossia kW di potenza MOLTIPLICATO le ore di consumo, per cui 1kW = 36MJ. 1 W  è pari a 1V * 1 Ampere. Nella corrente di casa a 220V una corrente di 1 Ampere corrisponde dunque a 220W.   *2 Per misurare la corrente consumata ho usato  il rivelatore a induzione mostrato in foto. L’anello è un solenoide i cui elettroni vengono mossi dalla corrente che circola nel filo della corrente di casa. Maggiore la corrente nel solenoide, maggiore la corrente (in ampere)  che circola.   Per aumentare la sensibilità dello strumento sono avvolte 5 spire intorno al solenoide, per cui la corrente misurata va divisa per 5.