Exergy è un concetto nel campo della fisica della termodinamica che è arrivato a sostituire l’entropia come rappresentazione più accurata di ciò che accade all’energia quando viene utilizzata in un sistema aperto, come nei processi industriali o biologici sulla Terra. In parole povere, l’exergia rappresenta la quantità di energia presente in un sistema che è disponibile per un lavoro utile. Poiché il sistema svolge la sua funzione, l’exergia viene utilizzata nel processo e non può mai essere recuperata.
In questo senso, l’uso dell’exergia contribuisce all’entropia complessiva dell’universo stesso. Questo perché l’entropia rappresenta una tendenza verso una distribuzione massima di energia al punto in cui non è più possibile che avvenga il cambiamento, che è più succintamente indicato come morte termica. Il concetto di morte termica rappresenta un periodo nel lontano futuro per l’intero universo, che è considerato un sistema chiuso in cui l’energia esterna non entra mai. In definitiva, si prevede che l’energia nella forma fondamentale di calore sia equamente distribuita nello spazio, creando un ambiente completamente omogeneo in cui la vita stessa sarebbe impossibile. Un’analisi dell’energia exergia è, quindi, un metodo per prendere il processo naturale e diffuso dell’entropia e guardarlo su una scala locale più piccola per le macchine o qualsiasi processo ordinato o creatura che consuma energia per funzionare o vivere in uno stato più elevato di ordine.
La misurazione dell’exergia chimica può essere importante in quanto è un modo per rappresentare il consumo di risorse naturali e l’inevitabile perdita di una parte della massa di queste risorse sulla Terra mentre vengono convertite in calore, che viene perso nello spazio. Il motore di un’automobile è un buon esempio di un sistema che consuma energia per lavorare. Poiché l’energia nel carburante bruciato dal motore viene convertita in calore e pressione nel motore, questa energia viene scaricata nell’ambiente esterno in calore di scarto e movimento meccanico, che alla fine viene trasportato nello spazio e non è più recuperabile per lavori utili.
L’exergy in questo modo rispetta la seconda legge della termodinamica, la quale afferma che i diversi livelli di energia tra sistemi o corpi hanno la tendenza a equalizzarsi nel tempo. Anche la prima legge della termodinamica è coerente con il principio, dove afferma che la materia non può essere né creata né distrutta. Poiché l’analisi exergia è un metodo per descrivere l’energia disponibile in un sistema che può svolgere lavoro, non afferma che l’energia è stata distrutta, ma semplicemente che ha raggiunto uno stato in cui il sistema non può più farne uso.
Il calcolo dello sviluppo exergia per un sistema può essere eseguito con una varietà di formule matematiche. Dipendono dall’uso che l’energia viene immessa nel sistema, se per produrre calore exergia, pressione, suono, luce o altre forme di lavoro utile basato sull’energia. Una formula utilizzata nel tentativo di rappresentare tutti i fattori è:
Ε = U – Ueq + po(V -Veq) – Τo(S – Seq) – Σμo(ni – nieq)i.
Nella formula, U, V, S e ni rappresentano tutti fattori all’interno di un sistema ordinato come una macchina o una forma di vita che includono il suo livello di energia interna, massa per volume ed entropia intrinseca. La sua dimensione misurata dal suo peso molecolare. I valori rappresentati da po, To e uo sono segnaposto per l’ambiente esterno, inclusa la pressione, la temperatura e le interazioni chimiche. Il valore di eq sta per equilibrio termodinamico, verso il quale tendono tutti i sistemi con l’ambiente circostante.
Mentre l’aumento dell’exergia e dell’entropia sono entrambi considerati un esempio definitivo di come qualsiasi ordine aumentato portato alla materia verrà alla fine annullato, tale concetto si basa sull’idea che l’universo sia un sistema chiuso. Come un orologio che si sta gradualmente spegnendo, tutti i processi ordinati sono considerati diretti verso uno stato di massima entropia e casualità. Se l’universo, tuttavia, è un sistema aperto in cui l’energia esterna entra come accade continuamente sulla Terra per l’energia del Sole, allora l’ordine crescente può essere prolungato indefinitamente. Entrambe le teorie fisiche che postulano la presenza di un multiverso di più universi paralleli interagenti, o quella di un potere superiore che sovrintende al cosmo, suggeriscono che l’universo potrebbe essere un sistema aperto in cui l’energia entra dall’esterno e l’exergia viene reintegrata.