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La costante

C’è una legge, una proprietà a cui niente e nessuno di noi è capace di sfuggire.

Esiste una certa quantità che non cambia mai qualunque siano i molteplici passaggi che la natura si inventa. E’ un qualcosa che non cambia, qualunque cosa accada. Diciamo pure che è un numero. In qualunque modo lo si calcoli prima, dopo e durante i capricci della natura il risultato è lo stesso. Possono cambiare i fattori, le formule, i contributi; possiamo modificarlo, mutarlo, ma alla fine il risultato sarà ineluttabilmente lo stesso. Come dire il numero ed il tipo di mosse sceglietelo pure a piacere, ma un pezzo nero degli scacchi nascerà e morirà sul nero (o sul bianco).

La formula per calcolare il numero aumenterà di complessità ed incorporerà sempre più termini man mano che si considera un ambiente più esteso. Man mano che si prenderanno in considerazione tutte le evoluzioni di questa quantità si arriverà a dover andare a vedere se un po’ di essa si è nascosta nell’armadio del vicino o nel laghetto a 1000 km. Ma se consideriamo tutto, ma proprio tutto, quella quantità rimarrà immutata.

Sempre. Rifate il conto fra migliaia di anni e fatemi sapere.

La cosa concettualmente più difficile da accettare è che non stiamo parlando di pasta, acqua o monete. Stiamo parlando di un concetto astratto che le nostre limitate menti non riescono a visualizzare. Stiamo parlando del niente che governa le nostre vite e ci permette di essere qui.

Innanzi tutto dobbiamo stare attenti a considerare uno stesso sistema. Sempre lo stesso. La nostra quantità invisibile può abbandonare il sistema, un’altra parte potrebbe introdurvisi. Dobbiamo stare attenti a considerare i contributi esterni… altri,enti ci troviamo con il nostro scacco che si muovo sul tabellone del Monopoli… e gridiamo al miracolo.

Dobbiamo poi fare attenzione a scovarla. La nostra quantità, abbiamo detto, può assumere molteplici forme diverse e sta a noi riconoscere dove si è nascosta e fare del nostro meglio per considerala… se vogliamo effettivamente avere conferma che il nostro numero non è variato.

Stiamo parlando dell’energia. Sappiamo che si conserva, non sappiamo cosa sia. Abbiamo formule per calcolarla nelle sue diverse forme, abbiamo contezza di dove può nascondersi, non abbiamo idea della sua origine.

WU

PS. Un approccio volutamente “alla Feymann” (… magari) alla questione. e proprio in virtù di tale ambizione lasciatemi chiudere con una sua chiosa che mi ricorda che non voglio insegnare nulla a nessuno, ma semplicemente imparare.

Non vedevo a cosa servisse un sistema di autoriproduzione nel quale si superano esami per insegnare ad altri a superare esami, senza che nessuno impari mai niente. [R. Feymann]

Se volete una trattazione seria ed accademica sulla legge di conservazione dell’energia ne trovate a tonnellate in giro; anzi, scommetto che vi hanno già martellato con questo concetto… in forme decisamente meno accattivanti.

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Elysia chlorotica – solar powered

E’ tutto un frega frega. E non mi riferisco, in questo momento, alla nostra società, bensì all’impostazione che ha dato madre natura agli essere viventi. Si potrebbe parlare del ciclo della vita, del ruolo di alcuni organismi oppure delle abitudini cleptomani di alcuni animali, ma concentriamoci un momento su questa notizia.

Ebbene, “abbiamo appena scoperto” (FISH Labeling Reveals a Horizontally Transferred Algal (Vaucheria litorea) Nuclear Gene on a Sea Slug (Elysia chlorotica) Chromosome) che esiste la Elysia chlorotica, una piccola, a tratti anche adorabile, lumachina di mare. che ha, ovviamente, un comportamento molto particolare. Il vermicello in questione, infatti, è capace di rubare alle alghe non solo nutrimento, ma i mezzi per produrselo (altro che “sostenibile”…)!

Ovvero, la Elysia è capace di sottrarre alle alghe su cui vive i materiali necessari alla fotosintesi, diventando così di fatto indipendente dall’alga stessa. La lumaca sottrae pian piano alle alghe milioni di “plastidi” che sono una sorta di pannelli solari in miniatura che le alghe (e non solo) usano per produrre energia dalla luce. Praticamente l’alga si attrezza con le competenze per farsi la fotosintesi in casa, anche se madre natura ha dato in origine disposizioni diverse sulla sua nutrizione.

Elysia chlorotica.png

Così facendo la Elysia chlorotica, golosona dell’alga Vaucheria litorea, è in grado di non cibarsi per anni dopo una serie di spuntini a base di plastidi. Dopo il furto di plastidi, infatti, l’alga li immagazzina nel suo intestino (ed infatti la sua stessa colorazione passa dal bruno scuro al verdastro… come natura vuole) e pian piano li usa per prodursi l’energia di cui necessita in autonomia direttamente dalla luce del sole. In origine si pensava che i plastidi fossero ingeriti come scorta di cibo per i periodi di magra, ma la scoperta ha verificato che tali organelli, dopo il furto, sono attivamente protetti dalla digestione attiva del resto del materiale ingerito ed inoltre la lumaca attiva nel suo DNA dei geni particolari preposti a sfruttare i plastidi per ottenere energia tramite la fotosintesi.

Simbiosi? Mimetismo? Ibrido animale-vegetale? Sfruttamento? Chiamatelo come vi pare e contestualizzatelo di conseguenza; personalmente mi pare che funzioni e che sia una soluzione energetica geniale.

Ovviamente le ricadute che ci vengono in mente sono molteplici, prima fra tutte: se capiamo bene come fa la lumaca a rubare e trattenere i plastidi potremmo riproporre un approccio simile in laboratorio per crearci la nostra “fotosintesi artificiale” ed avere (finalmente?) la fonte di energia green ed infinita che sta per ora resistendo a tutti gli attacchi “umani”, ma che ha evidentemente dovuto cedere davanti l’ingegno (… ed i millenni di laboratorio evolutivo…) di madre natura.

WU

Il vuoto che ho dentro

Mi capito spesso di sentirmi vuoto, un po’ inutile. Mi capita di guardare le mie giornate scorrere senza davvero capirne il senso o con la netta impressione che non stanno lasciando traccia. Mi capita di vivere per riflesso o addirittura di non cogliere la bellezza di questa vita.

Sicuramente è a causa di una mia scarsa profondità morale, ma forse anche a causa di tutto il vuoto che ho dentro. Incolmabile.

Nel senso che io, e fatemelo dire, anche voi siamo fatti per la maggior parte di nulla, di vuoto, di spazio senza materia. Siamo degli ingombranti volumi fatti di pochissima massa e di moltissimo nulla.

Ora, a parte le irrinunciabili divagazioni metafisiche che questa costatazione mi porta a fare, il punto è che siamo fatti di materia. La materia è fatta di molecole e queste di atomi e gli atomi (ahimè) sono fatti sostanzialmente di… vuoto.

Atomo1.png

Allora, senza fare la solita sbrodolata, gli atomi sono i costituenti della materia a loro volta costituiti da particelle subatomiche (protoni, neutroni ed elettroni) che si sono organizzati in un sistema relativamente semplice (scopiazzando dal nostro sistema solare anche se il paragone non mi piace particolarmente a causa della sostanziale differenza delle forze in gioco). C’è un nucleo centrale formato in genere da neutroni e protoni attorno al quale ruotano gli elettroni. Questi sono disposti in una specie di nuvoletta (gli orbitali) nei quali c’è un’altissima probabilità (e qui entra in gioco la statistica nella meccanica quantistica) di trovarli. La maggior parte della massa dell’atomo è nel nucleo (il nucleo è qualcosa come 1800 volte più pesante degli elettroni), mentre gli orbitali… fanno volume.

Quindi, un atomo è una struttura molto piccola, con quasi tutta la massa nel nucleo ed una piccolissima parte statisticamente a distanze moooolto grandi, in proporzione alle dimensioni del nucleo. Ed ecco fatto il nostro vuoto.

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Immaginiamo un’arancia che abbia dimensioni pari a quelle del pianeta terra Terra. A questo punto gli atomi dell’arancia sarebbero grandi come ciliegie. Miriadi di ciliegie strettamente impacchettate in un globo delle dimensioni della Terra: ecco un’immagine ingrandita degli atomi di un’arancia.
[Il Tao della Fisica, F. Capra]

Buttiamo due numeri: il raggio medio di un atomo è qualcosa come 10^-11 metri, mentre il raggio medio del nucleo è circa 10^-15 metri; il risultato (considerando che nella formula del volue della sfera ci sono i cubi di questi raggi) ci porta a dire che l’atomo è vuoto (distanza media fra nucleo ed elettroni) al 99.999999999999%!!

Così, a spanne: un uomo medio peserà 70 kg, che considerando una densità unitaria (acqua) corrisponde a 0.07 m3, ovvero circa 70 litri. Saremo qualcosa come 7.000.000.000 di esseri umani su questa faccia di Terra e ciascuno ha una massa che sarebbe condensabile nel 0.000000000001 del suo volume. Risultato: circa mezzo litro.

Ed ora fantastichiamo un po’. Diciamo che riusciamo a togliere (e come?) tutto lo spazio vuoto dali atomi, e quindi rimanere solo con il minimo volume necessario a contenere la nostra massa (si, la nostra densità, che è circa quella dell’acqua, aumenterebbe a dismisura); il risultato sarebbe che tutta l’umanità sarebbe contenuta in una pallina da tennis, o in una zolletta di zucchero o comunque sarebbe qualcosa di meno di un litro di volume.

Affascinante.

Siamo quindi fatti sostanzialmente di nulla. Allora la domanda sorge spontanea: come è possibile che quando due corpi si incontrano riescono a non compenetrarsi (il nostro sedere non passa attraverso la sedia) se sono fatti entrambi di vuoto? Ed è nuovamente la meccanica quantistica a spiegarci l’arcano.

Due elettroni non possono trovarsi contemporaneamente nello stesso stato quantistico, quando due elettroni si avvicinano, superato un certo limite iniziano a respingersi (l’esempio di due calamite è qui molto calzante): principio di esclusione di Pauli.
Quindi le molecole che compongono un corpo non possono arbitrariamente essere spinte le une verso le altre, poiché gli elettroni di ogni molecola non possono entrare nello stesso stato degli elettroni di un’altra molecola.

Quando ci sediamo su una sedia in realtà… non la tocchiamo ma lievitiamo a qualche nanometro di distanza su di essa, respinti dalle forze elettriche degli atomi che compongono la sedia: le forze elettriche ci rendono effettivamente solidi.

Affascinante, nuovamente.

WU

PS. Ovviamente la percentuale di vuoto e tutti i fanta-calcoli che ne derivano sono valori medi essendo gli atomi tutti diversi ed essendo noi (ma in fondo tutta la materia) costituiti da una miriade di elementi.

Altrettanto ovviamente sentendo i ragionamenti di certe persone viene il fondato dubbio che la percentuale di vuoto sia molto molto maggiore del mio male di vivere.

PPSS. Chiedo scusa ai puristi della meccanica quantistica, in quanto il concetto di volume e raggio dell’atomo, a livello microscopico appaiono assolutamente fuori luogo, trattandosi di orbitali quantistici in cui gli elettroni hanno una data probabilità di trovarsi: quello che chiamiamo vuoto non è affatto vuoto, solo non c’è materia…

Green o non-green è questo il problema

Alla fine dire sostenibile eco-friendly, pulito, green e simili è bello e fa scena, ma prima di attaccare un’etichetta del genere ad un qualcosa forse sarebbe bene il caso di vedere l’impatto ambientale di quel bene nel suo complesso; ovvero dalla nascita alla morte; da quando andiamo a rompere le scatole a madre natura a quando è il momento di tirare i remi in barca.

Prince, in questo senso, è l’esempio dei “green” pannelli solari che producono si energia pulita, ma che hanno un ciclo di vita, in termini di produzione e dismissione del silicio, estremamente inquinante e per molti punti di vista non proprio chiaro.

Vediamo un attimo come ciò applica alla “moda” del momento: le auto elettriche.

Intanto: dipende. Le auto elettriche sono più o meno ecologiche in base al paese in cui vi trovate. E già questo non mi pare stranissimo: le auto elettriche sono green in base a quanto è green l’energia prodotta in quel paese. Ovviamente se usiamo ancora il carbone (e non è un esempio a caso, vedi recenti decreti Trumpiani)…

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Comparative Environmental Life Cycle Assessment of Conventional and Electric Vehicles affronta la questione da un punto di vista abbastanza obiettivo; i risultati sono spesso sconcertanti. E’ stata calcolata l’equivalente della CO2 emessa nell’intero ciclo di funzionamento dei veicoli; ovvero dalla fabbricazione, la produzione dell’energia con cui vengono operati e la loro dismissione.

This publication looked at the environmental impacts of conventional and electric vehicles over the entire lifecycle, including the manufacturing, operation, and end of life impacts. A transparent life cycle inventory of conventional and electric vehicles was developed and used to compare the environmental performance over a range of impact categories. Findings showed that electric vehicles powered by the present European electricity mix offer a 10% to 24% decrease in global warming potential (GWP) relative to conventional diesel or gasoline vehicles assuming lifetimes of 150,000 km.

Se avete un’auto elettrica in Paraguay, Islanda, Svezia, Brasile e Francia allora siete veramente eco-sostenibili; con un emissione equivalente di CO2 di 70-93 g/km le auto elettriche sono effettivamente poco inquinanti. Ciò è una conseguenza diretta soprattutto del modo con cui si produce l’energia in questi paesi: idroelettrica, geotermica o nucleare.

Se invece siete felici proprietari di un’auto elettrica in Canada, Spagna, Canada, Russia siete un po’ al limite; con un emissione di CO2 equivalente di 115-155 g/km siete ancora green, ma non così tanto come credete.

Ci avviciniamo poi al mite della “zona rossa” in cui l’auto elettrica serve solo a pulirsi la bocca, ma non a pulire il mondo; Italia (pensavo anche peggio ad essere sincero), Germania, Gran Bretagna e Stati Uniti hanno un intervallo di 170-202 g/km di emissioni di CO2 equivalenti, abbastanza altino…

Ma il peggio lo troviamo in paesi tipo Messico, Turchia, Cina, Indonesia, Australia, Sudafrica ed India, dove con una CO2 equivalente di 203-370 (!!) g/km l’auto green è solo un ricordo. Questi valori sono nettamente maggiori di una vecchia auto a diesel!

Ora il punto è che vedere le cose nel loro complesso non è consolante, ma dal punto di vista delle emissioni di funzionamento (che, tra l’altro, spostano anche le emissioni inquinanti lontano dai centri cittadini), quindi in un certo senso dal punto di vista delle case automobilistiche, i progressi sono stati fatti e si vedono. La palla ora passa ai sistemi di produzione dell’energia che solo nel caso siano fortemente basati su fonti rinnovabili rendono tutta la catena di beni che da essi dipendono (e non sono pochi) effettivamente eco-friendly.

Non gongoliamoci però; dati i costi attuali di un’auto elettrica è ovvio che un mezzo “vecchio stile” abbia più seguito e quindi in proporzione ne circolino di più che in qualche modo vanificano gli sforzi fatti da un elettrico-automobilista.

Ah, ultimo ma non ultimo: ma questi confronti con cosa li facciamo? Siamo davvero sicuri dei valori di emissione (dato volutamente non specificato in dettaglio in questo finto-post) di un auto diesel dopo i recenti “dieselgate”?

L’obiettività è merce rara e se ne trova sempre meno in circolazione.

WU

PS. In questa giornata dal sapore monotematico confesso che non è stato facile estraniarsi dai temi politici.

Brucia, brucia, brucia

Giacimento di Jharia, in un distretto impronunciabile, India. 260 km2 di carbone che stiamo estraendo dal 1800. Praticamente un’immensa distesa di carbone. E cosa fa il carbone? Beh, brucia.

Il giacimento in questione è infatti lo scenario del più duraturo incendio della storia. Il primo incendio di cui si ha notizia (se ce ne fossero stati altri prima o se quello in questione fosse iniziato anni prima non è dato saperlo) data 1916.

Da allora il focolaio non si è mai spento, anzi, negli anni ’80 si sono documentati più di 70 focolai in tutta la distesa e nessuno poteva essere contenuto ne tanto meno spento. Ed allora l’idea geniale: lasciamolo bruciare, prima o poi si esauriranno da soli. Se non fosse che in presenza di tutto quel carbone questo “prima o poi” è più vicino al poi…

Altra ideona (effettivamente un po’ migliore): vediamo se riusciamo a soffocarli. Togliendo infatti la disponibilità di aria, anche in presenza di carbone, gli incendi sono destinati ad estinguersi. Ma per far ciò l’unica cosa che NON bisogna fare è trasformare la miniera in una miniera a cielo aperto… Ovviamente l’unica cosa che è stata fatta, nel 1973, ad opera della Bharat Coking Coal Ltd, è stata quella di aprire larga parte della miniera per facilitare ed economizzare l’estrazione del carbone. Con grande gioia dei condannati incendi.

Anzi, le cose sono andate ancora meglio (per gli incendi, ovviamente). Dato che la miniera era già un labirinto di gallerie scavate per l’estrazione che consentivano la circolazione dell’aria, una volta aperta anche la superficie si sono create delle belle correnti di aria che hanno dato nuova vita ai focolai creando un mega incendio. Praticamente da braci di carbone siamo arrivati a fiamme fino a 20 metri! Ottimo…

La mente va subito alle due più importanti ricadute di tutta questa mal gestione delle risorse naturali: quella economica e quella ambientale. E siam messi ovviamente malissimo su entrambi gli aspetti.

37 milioni di tonnellate di carbone, miliardi di dollari di valore, andate perse a causa di questi incendi incontrollati ed ormai incontrollabili. Ulteriori 1,4 miliardi di tonnellate di carbone ormai inaccessibili a causa degli stessi incendi. I miliardi di dollari già in fumo o in procinto di diventare tali ormai sono fuori scala.

E l’ambiente certo non ne giova. Tonnellate di anidride carbonica nell’atmosfera e villaggi limitrofi ridotti a spettrali set di film post-nucleari. Aria irrespirabile e terreno a temperature inaccettabili (considerando che la maggior parte degli abitanti commina a piedi nudi…). Il livello di salute della popolazione è bassissimo, ma molti tendono a rimanere per evitare di perdere ciò che gli da da mangiare: lo stesso carbone che li sta uccidendo.

Come uscirne, beh, secondo la Bharat Coking Coal Ltd ed il governo indiano (che partecipa la società mineraria) basta continuare a sfruttare la miniera… per aumentare il profitto, ovviamente.

Angosciante. Un inarrestabile delitto alla luce del sole.

WU

Strandbeesten

A dir la verità ero partito con l’idea di sproloquiare un po’ a vanvera sull’arte cinetica. In realtà abbastanza presto mi sono imbattuto in Theo Jansen ed ho cancellato in blocco la bozza di post.

Trattasi di un artista olandese (un binomio effettivamente non comune dai pittori fiamminghi in poi) che si cimenta soprattutto nell’arte cinetica. Appunto. Ma con punte che mi affascinano decisamente. In particolare quando iniziamo a parlare di Strandbeesten.

Per coloro che non lo sapessero l’olandese è quella lingue che prende il peggio dell’inglese e del tedesco per creare un crogiolo inascoltabile ed illeggibile (non me ne vogliano gli olandesi), quindi, senza troppa fantasia il Strandbeesten sta per “animali della spiaggia”.

L’artista è praticamente una specie di ponte fra il mondo dell’ingegneria e quello dell’arte: “i confini tra arte e ingegneria esistono solo nelle nostre menti”.

In pratica è da più di 30 anni che l’Artista si diletta nel mettere assieme tubi di PVC, nastro adesivo, fascette, sensori, pezzi di legno e pallet per dar vita ad enormi scheletri animali e/o insettoni semoventi.

La fonte di energia è il vento (decisamente abbondante sulle coste olandesi dove l’Artista ha il suo laboratorio) e negli anni le creature si sono (ovviamente, ma non naturalmente in questo caso) evolute fino ad avere anche la capacità di immagazzinare energia eolica in bottiglie di aria compressa che poi possono essere usate nei momenti di vento mancante o insufficiente.

Le arto-macchine sono completate da una serie di sensori ed algoritmi di memorizzazione che le rendono anche in grado di imparare dall’ambiente circostante ed indirizzare di conseguenza i propri movimenti.

In origine “le bestie” erano concepite per essere statue statiche da esporre sulla spiaggia, ma poi con gli anni l’Artista (che ha alle sue spalle studi ingegneristici ed esperienze universitarie) le ha egregiamente dotate di capacità deambulatorie.

Il principio base del meccanismo di deambulazione si basa su un insieme di 11 “numeri magici” che determinano la lunghezza di altrettanti segmenti si una “articolazione base” delle macchine. I “muscoli” sono tubi di PVC di diametro diverso che funzionano a mo’ di pistone. Lo “stomaco” è un insieme di bottiglie di plastica che immagazzinano aria compressa per poterla usare in caso di emergenza. Ed il cervello è un piccolo sistema pneumatico che memorizza il numero dei passi da ripetere in una configurazione binaria.

Fantastico, artistico, ignegneristico, mobile e low-cost.

WU

Bio-server eco-sostenibili

Ora ci troviamo ai confini del circolo polare artico. Luleå, Svezia. Oltre foreste di conifere e qualche IKEA in giro si annoverano meno di 45000 abitanti. Penisola affacciata sul Golfo di Botnia. Ma c’è l’aeroporto. Operativo anche in invero (quello vero) grazie ad un sistema di rompighiaccio.

Voi che fareste qui? Passeggiate nella natura? Campagne fotografiche per aurore boreali? Una segheria? Vi nascondereste dal mondo? Oppure aprireste un data center?

Un enorme ed anonimo capannone grigio-bianco di 27000 m2 che si nasconde fra conifere e betulle in the middle of nowhere è il primo data center di Facebook fuori dagli stati uniti.

Affascinante pensare, oltre la particolare location, anche il fatto che tutti i nostri/vostri dati personali che mettiamo a disposizione per milioni di persone risiedono fisicamente in strutture tipo questa. Sembrerebbe strano, ma li potremmo anche toccare (no, non come qui…).

Ad ogni modo il quartier generale della nostra privacy non ha bisogno di finestre, non ha bisogno di bagni (anche se assumo qualcuno ci sia), ma ha bisogno di tanta sorveglianza e tanta energia. Corridoi e corridoi di server continuamente raffreddati (altra cosa che ha determinato la scelta del posto), con tante lucine blu, con così tanti HD (in minima parte SSD) da far posto a quasi tutto lo scibile mondiale.

E (pare, dicono, non potrebbero dire altrimenti) che la privacy degli utenti venga tutelata anche per gli HD a fine vita che vengono letteralmente centrifugati e maciullati direttamente in loco onde evitare di lasciare scomode tracce in giro (come se distruggere un HD cancellasse il nostro modo di essere e le tracce lasciate in giro per la rete e/o la nostra predisposizione a farlo).

FBlulea.png

La posizione, oltre che per il bel freschetto (da -20 a +20 gradi, praticamente un condizionatore naturale), è stata anche scelta per via dell’ingente disponibilità di energia pulita. Di energia ai vari server ne serve a palate e le varie centrali idroelettriche della zona ne offrono a costi ridotti e ad impatto ambientale sostenibile.

What happens to the warm air that comes out of the back of Facebook’s servers? It rises into a plenum above the data hall, and then into this chamber at the end of the “penthouse” level, where it will typically be vented to the outside through the row of fans at left. On cold days, the exhaust heat can be recirculated and mixed with outside air to adjust its temperature before entering the data hall.

Concedetemi un po’ di esagerazione definendolo un esempio di bio-ingegneria; come se il capannone stesso respirasse ed, ingenerale, interagisse con l’ambiente circostante.

Ok, ok diciamo che le condizioni teoriche per una istallazione del genere c’erano tutte, ma due punti attraggono la mia attenzione:

  • “Per fortuna già a Luleå erano presenti connessioni in fibra ottica, perché la Svezia aveva investito molto nel web veloce. E infatti ci siamo limitati a collegare il data center alle più vicine centraline”
  • Facebook si è inserita nella regione con un regime di tassazione agevolata del 50%.

Beh, diciamo che o ci vuole molta fortuna o molta lungimiranza oppure una certa coerenza di scelte/investimenti sul lungo termine per attrarre investimenti…

WU

PS. Ve ne sono altri due under costruction in Europa a Clonee (Irlanda) e ad Odense (Danimarca). E’ facile immaginare che i ragionamenti sottesi siano molto simili.