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Capital’s energy

Summary of Capital-energy substitution in manufacturing for 7 OECD countries: 
learning about potential effects of climate policy and peak oil 
on Energy Efficiency.


Foto| Stefan Andronache

Dona a chi ami ali per volare,
radici per tornare e motivi per rimanere.
Dalai Lama

For nearly 130 years economists have imagined to represent the production of goods and services with a function like, Y = f (x1, x2, …, xn) relating inputs xi, with output Y. Such representation of the production process is severely limited because of the very simple nature of the function: only two inputs have meant a lot of stiffness and little realism. But math was needed to put clarity in the debates, as Wicksteed wrote in 1894:

I use the mathematical form of statement, then, in the first instance, as a safeguard against unconscious assumptions, and as a reagent that will precipitate the assumptions held in solution in the verbiage of our ordinary disquisitions.

Chart 1 – The production function in the economic process


In 1927, the economist Paul Douglas asked the mathematician Charles Cobb to develop an equation describing the time series of U.S. manufacturing output, labour and capital input he had assembled for the period 1889–1922. It was a success: empirically the simulated production “followed” historical data. A function with only two inputs (K, L) “mixed” at will….the idea instilled optimism.

In this line of thought the coal extracted, the assembled refrigerators, GDP using man-hours (L) and a variable representing diggers, machinery, or the aggregate capital (K) explains production. Policies could be made…

Among the main theoretical problems of production economics is the elasticity, a convenient measure quantifying the reactions between input and output. Elasticity is a pure number given by the ratio between two modifications : η = (Δy / Δx) • (x / y) answering the question “how much y varies if x varies by 1%?” For example, if we increase fuels taxes how the gallons purchased by motorists change? If the quantity does not decrease when price increases the demand is said inelastic.

Elasticities may calculated with prices and/or quantities, with quatities input and output or between inputs. In the latter case we speak of the elasticity of substitution (σ). σ measures the variation in quantity of input i (xi) when the price input j (pxj) rises by 1% to maintain output Y constant. All the above mentioned functions, excluding the translog, have fixed elasticity of substitution. 1 the Cobb-Douglas, 0 the Leontief and the infinite linear, constant the CES; these are unrealistic conditions.

Since the ’70s new, more complex and flexible production functions, solved the rigidities in elasticity of substitution between inputs, allowing an increase in inputs number.

Table 1 – Main production functions


Energy and materials entered into the production function, even if:

When Solow and Stiglitz sought to make the production function blackberries realistic by adding in natural resources, they did it in a manner that economist Georgescu-Roegen Criticized as a “conjuring trick” that failed to address the laws of thermodynamics, since their variant aAllows capital and labor to be infinitely substituted for natural resources. Neither Solow nor Stiglitz addressed his criticism, despite an invitation to do so in the September 1997 issue of the journal Ecological Economics (Wiki.)

Historically, the replacement of inputs has been a source of great disagreement between the neoclassical school of economists and ecologists: while the former believe in the substitution, the latter, albeit to varying degrees, favor a complementarity. The issue is crucial. According to the neoclassical theory of production, the economy’s dependence on non-renewable sources can be resolved in only two ways: substitution between input and with technological progress. The first, in fact represented by σ, quantifies the flexibility of an economic system to produce a given output with different combinations of inputs; technological progress is “search” by introducing more or less complicated variables designed to capture the efficiency of inputs, a sort of “parsimony” in the use of energy and materials, but also of capital and labor.

After the first oil shock, important developments have involved both theoretical and applied econometrics, time series of inputs, up to the new formula for the elasticity, aimed at assessing the possibility of changing the composition of K, L, I, M. Different formulations of the Elasticity of substitution (Allen, Cross-price, Morishima etc.) appear in hundreds of scientific articles to quantify the flexibility in the use of inputs in different industries and in a host of countries. The basic question remains: the inputs can be changed at will or there are rigidities? (I would add, regardless of trade unions, Jobs Act, etc.)

Unfortunately for the unions (and many others), many empirical studies found it possible to replace men with machines. But unfortunately for the industry and the financial sector, it was also found that substitution between capital and energy is difficult. Energy is necessary – when not complementary – to capital: if the energy price increases, the amount of capital decreases and if the amount of capital decreases, so falls GDP. So often it happens and this is happening since 2008. It seems trivial, but it’s not just the economy that needs energy, but more precisely, the capital. The interested reader might check Energy intensity article.

In any case, the economic process, according to models and their assumptions of economic theory developed by neoclassical economists ( “liberal” we would say today), can not help but cheap energy is an explicit and just (re) known admission of rigidity and fragility of the economic system: it takes plenty of energy to do (and operate) machines.

At this point we should remember that despite the economic science admits its limitations in accurately representing the economic process, in practice often, when the empirical results “talk” (unless rapid rebuttal) then the economic results permeate deep into politics (what we call “the influence of the technicals”), thus influencing the international strategy choices. In a conservative way.

Just think of the role the concept of “productivity”, which today involves the general belief of the need to obtain a total wage flexibility, plays today.

Taking up a bit of history is important – I think – to remember (and recognize) the merits of the development of production function in “free functional forms” by two agricultural economists, Earl Heady and John Dillon, whose research on new functions to represent the agricultural production and livestock, based on Taylor series developments included either the Translog that the Generalized Linear respectively so named by Christensen, Jorgenson and Lau and Diewert more than ten years after (note 2.)

In order to verify the state of σ I used the EU-KLEMS data, estimated a translog function for France, Germany, Italy, Japan, UK and USA on the 1970-2005 period for the manufacturing sector. The results show an overall complementarity between E and K, as shown in Chart 1. Negative elasticity of substitution means complementarity between production factors.

Chart 1 – Capital Energy Elasticity of substituton in 6 countries (1970-2005)


The results are all the more alarming since the EU-KLEMS data stop in 2005, before the oil leap of 2008, which was followed by a global economic crisis that is still ongoing: an empirical test of the “need” to cheap energy of ‘ current economic system. An economic system that seems to dematerialize, become agile, clean, light and – in short – sustainable, but, looking at production in the strict sense, no energy “stops” a bit ‘like our cars.

It is the revenge of the heretic economist Georgescu-Roegen, the pessimist, the malthusian who insisted on the role played by thermodynamics in shaping the economic process. In this rationale we see the inefficiencies of internal combustion engines, the rubber tires on a rough asphalt to move people and how things have a cost (less and less) hidden that the EROEI teaches us to account (see Luca Pardi Il punto di rottura).

Chart 2 – Production with complementary inputs















When economics developed a production model that could include energy and materials it found they were needed. It is a confirmation, I think an important one, of the need to change our economies’ production structure, toward discouraging energy-intensive products and investing in rail and bicycle infrastructure. It involves taxing carbon and redirecting agriculture towards production of proximity, organic and seasonal.

The alternative is simply none, or, rather, is represented by the growth (and collapse) of debt that, however, prevents growth and – more important  the well-being of people, as well explains Gail Tverberg.



1 For the story of the early production function see Humphrey.

2 See Heady E. e Dillon, J. Agricultural Production Functions, Iowa University Press, 1962 e  Modeling and measuring natural resource substitution, Edited by Ernst R. Berndt and Barry C. Field, MIT Press, 1980.

Wicksteed, P. H. (1894). An essay on the co-ordination of the laws of distribution. London: Macmillan & Co.


Original in Italian

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L’equazione europea esponenziale: – Risorse = + Fascismi

26 Maggio 2014 Nessun commento

I risultati delle elezioni europee confermano la non linearità della crisi economica che ha le sue origini nella crescente scarsità di energia fossile a basso costo. La conseguente perenne crisi del lavoro viene acuita in una fase di precarizzazione fatta “sopra le teste dei cittadini”, nelle stanze di burocrati e finanzieri. Magari a braccetto. E’ un sentire comune. Anche giusto.


Foto |  

La tragica affermazione di Front National e Ukip in Francia a Gran Bretagna è, forse, compensata dall’affermazione di centro sinistra e sinistra in Italia e Grecia. La sinistra “rossa” e com-pagna si rivede anche in Germania e Spagna. E’ importante!

Bassi salari, precari e disoccupazione fanno paura e la paura può cercare sfogo con l’identificazione del nemico. Questo cerca la destra. Quello che è importante capire è che la crisi è dovuta alla deindustrializzazione dell’Occidente. Come spiegavo qui. E come spiega benissimo Tim Morgan in The End of an Era.

Nei prossimi anni i conflitti per lavoro, energia ed acqua tenderanno ad aumentare, è importante una strategia per evitare il loro acuirsi. A tal fine…

Si consiglia la lettura delle Proposte di politica europea per affrontare il Picco del Petrolio. In sintesi si propone:

  • Riconoscere e studiare la questione dell’esaurimento delle energie fossili, creando Comitato ed Agenzia ad hoc
  • Politiche a favore della resilienza
  • No fracking, No OGM
  • Proteggere le api e l’acqua pubblica
  • Economia di prossimità e filiere corte del cibo
  • Eliminare le sovvenzioni europee a infrastrutture stradali ed autostradali



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Se un colpo di coda

11 Novembre 2013 Nessun commento

Un romanzo, descrivibile con:

Una trama intensa dal persistente profumo di mare. Una storia d’amore, di occasioni perdute e di riscatto, di esistenze fragili ed altre coraggiose. Uno specchio dei nostri tempi senza mezze misure e un omaggio ai veri eroi nelle assurdità italiane. L’autrice ringrazia ogni lettore.

Vale Fiò – Se un colpo di Coda – Vertigo

ISBN: 978-88-6206-183-4
Ordini e Distribuzione per le librerie: 800 960 174 – interno 3



Mobilità senza petrolio parte 3 – A pedali: la forza del muscolo e della batteria

26 Giugno 2013 Nessun commento


Nella città più motorizata al mondo già caput mundi e speriamo presto ex caput automobilis, gli spostamenti in bicicletta sono passati dallo 0,1 al 4% negli ultimi 2 anni. E’ un bel risultato di sostenibilità, considerando che in un mondo senza petrolio a buon mercato, la mobilità senza petrolio (vedi anche parte 12) sui tragitti brevi dovrà essere assicurata dalla forza muscolare.

La mobilità a pedali può estendersi al trasporto di cose oltre che delle persone.

Le ragioni della mobilità a pedali sono ben spiegate dall’energia metabolica del corpo umano.

In tal senso in Italia deve considerarsi prioritaria la diffusione di una rete capillare di  ciclovie (e.g. Francigena) sull’esempio danese e tedesco, ma anche…

  • La difesa “costituzionale” del Metro di spazio vitale
  • L’importanza della segnaletica orizzontale per disegnare le corsie sulle strade;
  • La concezione del traffico come gas, serve a gestire i corridoi ed i colli di bottiglia;
  • L’obiettivo della decrescita della segnaletica stradale verticale (affissioni abusive o inutili);
  • L’importanza della rivalutazione dell’accessibilità, riducendo o aprendo muri di cinta, reti e barriere per aprire lo spazio fatto per le auto e, dalla reazione contro di esse, chiuso ai liberi cittadini.

LOGISTICA – Il carretto multi-modale

Dopo il container, un’invenzione che ha rivoluzionato la logistica (vedi The world the box made), adattando la stessa struttura a camion, treni e navi, si dovrebbe pensare ad una sua versione “mini” per bici, auto, furgone, treno ed aereo. Un pancale con ruote.

Il mini-rimorchio potrebbe avere una superficie di 1,5/2 m² (circa 3 m³ di volume) e con una capacità di circa 300 kg.

In pratica una rivoluzione del carretto.

L’idea di realizzare un piccolo contenitore multimodale (treno, furgone, bici) permette di allargare il piccolo trasporto non motorizzato (o elettrico a batteria) a molte attività ora svolte con furgoni diesel ingombranti ed inquinanti nelle ore sbagliate (piano logistica?).

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Fiducia, partiti e democrazia

11 Giugno 2013 Nessun commento


La Sinistra ha vinto, malgrado il PD si ironizza.

Il PD, una fusione fredda, tra DC e PCI. Piattaforma aperta, troppo. Fluida (o liquida? gassosa?) ma anche dura e stagnante, composta da professionisti della politica giovani rigidi & grigi, troppo pronti al compromesso tattico e talvolta già compromessi. Il contingente…si urla: “dove sono gli ideali?”

La voglia di radicalismo ne sarà sempre delusa, forse…

Infatti, non uno ma 16 risultati di vittoria derivano dalla democraticità che permette di esprimere personalità vivaci, di cambiamento e – SIIIII!! – oneste.

Con questa legge elettorale, crisi nera, ed Italia disillusa ed illegale, chiediamoci se ciò non sia già un gran bel risultato.

Quella risposta che a 6 settimane dal voto sta mettendo la critica totale del M5S, puro e asfissiato dalla mancanza di contaminazione e democraticità (dove sono gli streming oggi? e chi decide quali si faranno?)

Per i piagnoni e/o incazzati di professione, non basta, ovvio.

Italia, c’è democrazia, per tutti, anche grazie al PD. Da oggi anche con un pò più di fiducia.

Che cambi il vento…


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Pericolo di “bolla” del FV?

14 Settembre 2010 Nessun commento

Foto| Kim Walker

Bisogna vivere come si pensa, altrimenti si finirà per pensare a come si è vissuto, Paul Bourget

Dal forum di Nuove Tecnologie Energetiche, riporto

Domanda di Mirco

Di ritorno in treno da ZeroEmissionRomemi è capitato di viaggiare con un signore semi-negazionista che fa il “Project & Energy Market”.

Pur convinto che io (e chi la pensa come me) sia un catastrofista, in quanto di combustibili fossili ce n’è ancora una enorme quantità (che viene tenuta nascosta), che militari ed imprese lasciano passare all’esterno solo informazioni finalizzate ai loro (spesso imperscrutabili) obiettivi, che si tengono nascoste tecnologie già fortemente innovative e rivoluzionarie e che fonti e scoperte vengono messe sul mercato solo quando le precedenti non rendono più a sufficienza, mi ha comunque pregato di avvertirlo perché desidererebbe ascoltare una mia conferenza.
Prosegui la lettura…

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Me ne salgo per 10 giorni qui e qui.
In questi giorni, consiglio a tutti e soprattutto a Pierluigi Bersani, di leggere Rumiz.

Per capire che tra Garibaldi e la Resistenza e oggi la tradizione italiana esiste. In camicia rossa.

saluti e a presto.


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28 Maggio 2010 Nessun commento

La Ciemmona 2010

Ora di ruffiani e puttane ce n’è di più che un tempo di mosche nel pieno dell’estate. Se per caso non ce ne sono altrove, intorno alle tavole dei banchieri c’è un numero stragrande di ruffiani e puttane che stanno lì ogni giorno; sono certo che ci sono più puttane che monete […]. Ma in fin dei conti in mezzo a un popolo così grande, tra tanta popolazione, ora che la situazione è in pace e tranquilla, e i nemici sono stati vinti, è ben giusto che pensino a far l’amore coloro che hanno i soldi per pagare. Plauto, Truculentus (64-76)

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Fratelli lupi

13 Maggio 2010 Nessun commento

Foto | Gergana Rohner

Noi odiamo la tirannia, odiamo la sfrontata ipocrisia, odiamo l’omicidio, odiamo il ladrocinio. E’ contro tutto questo che protestiamo. Ed è stato uno stupendo spettacolo di virilità e di speranza per Cuba, constatare, fratelli lupi, che nonostante tutto il vostro spiegamento di forze e la napoleonica prestanza dell’ex studente Ainciart, noi, piccolo gruppo, siamo stati capaci di costringervi ad assassinare Felo Trejo in un modo raffinatamente vile, scatenando a l’Avana un piccola rivoluzione e propagando in tutta la repubblica il contagio sotterraneo. Siamo stati noi, i giovani di Cuba, a salvare la dignità del nostro paese, ancora immobile di fronte alle convulsioni dell’intero continente. Voi avete sparato contro di noi e tra noi, probabilmente, c’è qualche figlio, nipote o amico di qualcuno di voi. Eppure, fratelli lupi, poliziotti: noi non vi odiamo. Vi disprezziamo solo un po’…

Pablo de la Torriente, 1930 (da Un hombre guapo, di Paco Ignacio Taibo II)

A Mario Monicelli, che ci ricorda che la rivoluzione in Italia non l’abbiamo fatta…

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1 film 1 post 1 articolo e 2 reports

Borgo dell’argento

Il film è Home di Yann Arthus-Bertrand visibile integralmente qui.

L’ottimo post Chi dice che il riscaldamento climatico non esiste di Gianni Comoretto

L’importante articolo è Economic Impacts from the Promotion of Renewable Energy Technologies The German Experience di Manuel Frondel, Nolan Ritter, Christoph M. Schmidt e Colin Vance: (sovvenzionare a 40 centesimi di euro al chilowattora non risolve il mercato del fotovoltaico).

e 2 rapporti

Worldwatch: Renewable Revolution: Low-Carbon Energy by 2030 di Janet L. Sawin and William R. Moomaw

Comuni rinnovabili 2010, di Legambiente (pdf 89 pag)


24 Marzo 2010 2 commenti

E nata una splendida bambina

Era di mattina, sulla valle del Tevere

Un qualche strillo

poi subito calma.

La testa sul petto

un cullare facile.

Dolce boccuccia

cerchi il tuo latte

Muovi nell’aria le mani di fata

che Gioia che sei

la tanto attesa primavera!

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Notizie 2 febbraio 2010

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Notizie 27 febbraio 2010

27 Febbraio 2010 Nessun commento

Oggi tutti in piazza

Crisi dello spazio urbano o fine (morte) delle città?

Edoardo Salzano spiega la città (e gli spazi pubblici che le formano)

Possiamo intendere invece per “città” quella particolare forma dell’habitat dell’uomo che si è manifestata nella vicenda storica della civiltà europea, che ha la sua matrice nella polis greca e nell’urbs romana, che ha conosciuto il suo massimo significato nella città del Medioevo e il suo massimo splendore in quella del Rinascimento, il suo sviluppo più esteso e la sua affermazione piena nella città della borghesia capitalistica, e il suo momento estremo nella città dell’egemonia operaia.

L’auto in riserva e la portiera aperta, di Vittorio Marletto
Una efficace metafora sul non-contrasto ai cambiamenti climatici

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Notizie 5 febbraio 2010

5 Febbraio 2010 Nessun commento

L’ecopass di Stoccolma ha migliorato la qualità dell’aria e la salute dei cittadini

L’analisi degli effetti dell’introduzione dell’ecopass (congestion tax) nella capitale svedese, finalizzata alla riduzione del traffico, rivela che:

-8.5% ossidi d’azoto NOx
-13% di particolato PM10

nella fascia verde

I ricercatori hanno calcolato che questi miglioramenti della qualità dell’aria evitano 27 decessi prematuri l’anno. Il pdf.

A Milano ci provano…

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2010: primi segnali di cambiamento “climatico”

13 Gennaio 2010 Nessun commento

I vecchi si ripetono, ed i giovani non hanno niente da dire. La noia è reciproca. Jacques Bainville

La civiltà, nel senso proprio del termine, non consiste a moltiplicare i bisogni, ma a limitarli volontariamente. Gandhi

Forse perché solo quando sono finiti abbiamo imparato a chiamarli “anni 0”, o forse perché ci vogliono 10 anni per accorgersene, sembra diffondersi la coscienza di essere definitivamente entrati nel terzo millennio.

Questo dovrebbe comportare una accresciuta voglia di futuro, nel senso di nuovo. Una tendenza diffusa e spontanea a “cambiare”, rischiare di perdere qualcosa di acquisito, per un desiderio, del “meglio”.

Consiglio a tutti la visione dal 2055 di The Age of Stupid. Va acquistato (£14.00), visto che disturba i politici quanto Agorà la Chiesa e, dunque, non è stato distribuito.

[(Per gli indecisi) The Age of Stupid è qualcosa di molto più realistico ed “operativo” di 2012 e situato a metà strada rispetto al 2155 di Avatar.]

Curioso fenomeno
La chiave del disastro climatico è lo scioglimento dei ghiacci artici non in quanto conseguenza del riscaldamento, bensì causa dell’accelerazione dello stesso per il metano intrappolato nel permafrost che viene rilasciato nell’atmosfera, 25 volte più dannoso (vedi Global Warming Potential) della CO2.

E, purtroppo, sembra che il fenomeno sia iniziato…speriamo la notizia sia infondata e che le ricerche di Igor Semiletov stiano solo misurando con più precisione lo stesso metano di prima.

Le buone notizie

Le auto