Maree, temperatura, salinità e correnti: un mare di energia

Da "La guerra dello Yom Kippur e la crisi petrolifera" di Roberto Suggi Liverani:
«Lo Yom Kippur è il giorno più sacro nel calendario ebraico, un giorno di «espiazione», durante il quale gli Ebrei adulti sono tenuti a digiunare, con lo scopo di meditare e di avvicinarsi a Dio; analogamente, anche per i musulmani, quel giorno rientrava nel mese del Ramadan, durante il quale ricorre il digiuno di Sawm.
In quel momento religioso e meditativo, dal quale derivava un generale lassismo, il governo israeliano, con il Primo Ministro Golda Meir, considerava quasi improbabile un attacco diretto contro il proprio territorio, poiché le rispettive festività proibivano la guerra. Diversamente, il Presidente egiziano Anwar Sadat, forte dell'appoggio del mondo arabo ed in collaborazione con Abu Sulayman Hafez al-Assad, Presidente della Siria, decise di avvantaggiarsi, sfruttando quel prezioso momento per attaccare e riconquistare i territori persi durante le precedenti guerre arabo-israeliane. L'Egitto attaccò il territorio del Sinai, colpendo il confine occidentale d'Israele e al contempo la Siria attaccò i territori delle alture del Golan, invadendo il confine Nord-Orientale.»

A seguito del conflitto, i paesi arabi facenti parte dell'OPEC (Organization of the Petroleum Exporting Countries) imposero l'embargo sul petrolio ai danni gli Stati Uniti, mentre ridussero sensibilmente l'esportazione dello stesso verso tutti gli altri paesi europei che presero, anche senza entrare attivamente in guerra, una posizione filo-israeliana durante il conflitto. Da qui nasce la crisi petrolifera ed energetica degli anni '70 che provocò non pochi disagi e preoccupazione, soprattutto in Europa: pensiamo soltanto che in Italia questa situazione costrinse il Governo a prendere drastiche decisioni quali il coprifuoco, il divieto dell'utilizzo di automobili, il taglio dell'illuminazione stradale e  la sensibile diminuzione dell'erogazione di energia elettrica verso abitazioni e locali commerciali. Da questo momento in poi, in tutto il mondo, nasce il bisogno di trovare alternative al petrolio per la produzione di energia.

Negli anni abbiamo assistito allo sviluppo di diverse forme di energia alternativa, come quella eolica, solare, geotermica ed idroelettrica. Quest'ultima però è intesa, nella maggior parte dei casi, come l'energia prodotta grazie alla trasformazione della potenza cinetica delle grandi masse d'acqua contenute in bacini idrodinamici, e viene del tutto ignorata la grande energia presente nei bacini naturali che, tra l'altro, è qualitativamente migliore delle altre energie alternative. Una delle caratteristiche che rende l'energia estraibile dai mari migliore rispetto alle altre fonti rinnovabili è la continuità; infatti i raggi solari ed i venti sono fonti intermittenti delle quali è impossibile prevedere la presenza e la forza, se non in modo probabilistico e nel breve periodo, mentre onde, maree, temperature e salinità sono elementi costantemente presenti. La costanza è un fattore fondamentale che permette di evitare lo spreco dell'energia elettrica prodotta che, se non adeguatamente immagazzinata, una volta immessa nella rete di distribuzione deve essere consumata.

Dal mare è possibile estrarre energia grazie a:

Gradiente di salinità (processo di osmosi): questo processo è scatenato dall'incontro (per esempio alla foce di un fiume che sbocca in mare) tra acqua dolce ed acqua salata che, se fatte confluire in ambienti comunicanti tramite una particolare membrana, daranno vita al processo osmotico per il quale l'acqua dolce passerà la membrana verso lo spazio occupato dall'acqua salata. Questo causerà un aumento di pressione lì dove confluirà più acqua e l'aria sarà spinta in alto e portata verso una turbina grazie alla quale sarà possibile produrre energia elettrica.

Illustrazione del processo di osmosi durante il quale l'acqua dolce passa la membrana ed arriva nella sezione dell'acqua salata aumentandone la pressione

(Illustrazione del processo di osmosi)


Correnti di marea: sono spostamenti di grandi masse d'acqua dovute al cambiamento della profondità e della larghezza del fondale marino. Come espresso dal teorema di Bernoullli, semplificando moltissimo il concetto, più si stringe lo spazio in cui deve passare un fluido e più aumenta la sua velocità, motivo per cui le correnti di marea si intensificano nei canali e negli stretti.
Sono stati studiati e realizzati diversi prototipi in grado di sfruttare le correnti di marea al fine di creare energia elettrica:

GEM
, realizzato da un team dell'Università Federico II di Napoli, guidato dal Prof. Domenico Coiro, è un prototipo avente una turbina collegata a due eliche che, azionate dalla corrente di marea, riescono a produrre energia in modo costante. 

Disegno di progettazione, con misure, del prototipo GEM(Il prototipo GEM frutto dell' Università Federico II di Napoli)



KOBLOD
, è essenzialmente una turbina il quale funzionamento è del tutto simile al macchinario GEM. Il prototipo è stato sviluppato da Ponte di Archimede S.p.A. in collaborazione con il Dipartimento di Progettazione Aeronautica dell'Università "Federico II" di Napoli. Il primo KOBLOD è stato installato nello Stretto di Messina nel 2001 ed in seguito, nel 2011, ne è stato messo in funzione un secondo nei mari circostanti l'isola di Lombok, in Indonesia. Successivamente un terzo prototipo è stato installato nelle isole Orcadi in Scozia.


Fotografia della parte emersa del prototipo Kobold(La parte emersa del prototipo Kobold in azione)


Gradiente di Temperatura: questo processo sfrutta la diversa temperatura dell'acqua presente in superficie ed in profondità attraverso un circuito nel quale viene posto un fluido (ammoniaca o fluoro). Il fluido che, per caratteristica, evapora grazie alla temperatura dell'acqua più calda presente in superficie, successivamente ritorna allo stato liquido grazie all'effetto di un condensatore il quale, più in profondità, sfrutta l'acqua maggiormente fredda per produrre il suo effetto. Il principio cardine per la creazione di energia tramite questo processo è molto simile a quello che sta alla base di una centrale termoelettrica a vapore.


Immagine raffigurante il processo di produzione di energia elettrica sfruttando il gradiente di temperatura. Il fluido evapora dove l'acqua è più calda e ritorna allo stato liquido sfruttando la temperatura dell'acqua più bassa in profondità
(Processo di produzione di energia elettrica tramite il gradiente di temperatura)

Moto ondoso: le onde dipendono dal Fetch (il tratto di mare libero da ostacoli dove può agire il vento) e più questo è esteso e maggiore sarà la grandezza e la potenza delle onde. Di conseguenza, rispetto all'energia presente negli oceani, la potenza del nostro mare è minore ma più prevedibile e costante, cosa che permette di estrarre energia elettrica non intermittente. E' possibile trasformare l'energia cinetica presente nel moto ondoso in energia elettrica tramite:

OWC (Oscillating Water Columns), che sfrutta le onde marine per riempire una camera dove l'aria viene spinta verso una turbina Wells, la quale presenta la particolarità di attivarsi e girare nella stessa direzione sia nel momento in cui l'aria viene spinta verso il dispositivo, sia quando l'aria viene risucchiata dalla risacca.


L'immagine descrive come le onde, entrando nell'apposito spazio e riempiendo la camera d'aria, spinge quest'ultima verso la turbina che genera energia elettrica.(Riproduzione del prototipo Oscillating Water Columns)


PELAMIS, è un dispositivo galleggiante costituito da più cilindri metallici di grandi dimensioni connessi tra loro da articolazioni mobili. Le giunture sono collegate a loro volta a pistoni presenti all'interno dello scafo. I cilindri ,da posizionare in mare aperto con prua al vento, beccheggiando costantemente a causa del moto ondoso, ad ogni spostamento azionano i pistoni e, grazie ai generatori, producono energia elettrica. Pelamis è  prodotto da Ocean Power Delivery L.t.d.


L'immagine cattura il Pelamis in funzione. I vari cilindri di cui è composto il prototipo beccheggiano a causa delle onde ed azionano dei pistoni collegati alle articolazioni(Pelamis in azione in mare aperto crea energia elettrica grazie al beccheggio causato dalle onde)



WAWE DRAGON è un dispositivo galleggiante da posizionare in mare aperto ideato dalla Wawe Dragon Aps. L'apparecchio sfrutta il moto ondoso che, tramite le pareti laterali, riesce a convogliare l'acqua all'interno di un bacino posizionato al di sopra del livello del mare. Questo genera una forza gravitazionale che spinge l'acqua verso l'unica via di uscita rappresentata dalle eliche di una turbina. Il principio di funzionamento è uguale a quello di una normale centrale idroelettrica.


La riproduzione del prototipo spiega come l'acqua portata nel serbatoio dalle onde aziona la turbina percorrendo la via per sboccare nuovamente in mare spinta dalla forza di gravità
(Riproduzione del Wawe Dragon dalla quale si intuisce il semplice funzionamento)



ARCHIMEDE WAWE SWING è un dispositivo metallico con aria al suo interno, da ancorare all fondale marino, e quindi sommerso dall'acqua. Archimede Wawe Swing sfrutta il moto ondoso e la pressione che questo provoca sulla parte superficiale del corpo, costituito da un cilindro oscillante, che abbassandosi crea compressione dell'aria. L'energia elettrica viene prodotta grazie ad un generatore sincrono a magneti.



L'immagine riproduce diversi Archimede Wawe Swing in funzione. Il prototipo, ancorato sul fondo marino, crea pressione al suo interno grazie all'oscillazione del cilindro superiore causato dal moto ondoso
(Il prototipo Archimede Wawe Swing in funzione sul fondale marino)


IPS BUOY è un dispositivo oscillante ideato in Svezia da Sven A. Noren. Questo macchinario, costituito da una parte galleggiante ed una sommersa, sfrutta il  moto ondoso grazie al quale la parte emersa, oscillando, aziona il pistone presente nella parte sommersa. 

Il disegno ricostruisce il IPS BUOY facendo comprendere come la parte galleggiante, oscillando, muova il connettore il quale, essendo fissato alla sezione ancorata sul fondale, provochi l' azionamento di un pistone che produce energia
(Disegno esplicativo del prototipo ISP BUOY)




REWEC3 è frutto dello studio del team dell'ingegner Felice Arena, dell'Università di Reggio Calabria. Il dispositivo è composto da grandi cassoni installati presso moli o dighe che, grazie alla compressione dell'aria provocata dall'ingresso delle onde nei cassoni, mette in moto una turbina. Il Rewec3 è in funzione nel porto di Civitavecchia.


In questa riproduzione del REWEK3 si capisce bene come l'onda, incanalandosi nel condotto, comprima la sacca d'aria che a sua volta aziona la turbina.
(Il prototipo italiano REWEC3 in funzione al porto di Civitavecchia)


ISWEC (Inertial Sea Wave Energy Converter) è stato progettato dalla professoressa Giuliana Mattiazzo del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale del Politecnico di Torino. Il prototipo è sostanzialmente un corpo galleggiante libero di girare contenente un giroscopio che invece, per caratteristiche, resta puntato sullo stesso punto. La rotazione del corpo esterno viene sfruttata per produrre l'energia elettrica.


Il prototipo italiano è un corpo galleggiante all'interno del quale è collocato un giroscopio. Il corpo libero, muovendosi liberamente al contrario del giroscopio, crea energia grazie ad un meccanismo

(Prototipo ISWEC ideato dalla professoressa Giuliana Mattiazzo)


Il Mar Mediterraneo, nonostante contenga meno energia rispetto ai grandi oceani, sembra essere il luogo ideale per la sperimentazione e l'utilizzo di molte delle tecnologie analizzate fin ora. Secondo l' ENEA (Agenzia Nazionale per l'Efficienza Energetica) la quale offre supporto  ed informazione alla Pubblica Amministrazione, ed è impegnata nello studio e la ricerca per il miglioramento dell'efficienza del sistema elettrico, l'Italia potrà giocare una parte importante nel settore dell'energia proveniente dal mare. Questa previsione è confermata dal fatto che alcuni dei prototipi analizzati sono frutto dello studio di team italiani.
Relativamente a quanto la tecnologia attuale ci consentirebbe, si potrebbero estrarre 2000 TWh di energia dai mari, che equivale ad un decimo del fabbisogno mondiale. L'Europa sembra essersi accorta dell'enorme risorsa costituita dal mare e, all'interno del programma di ricerca Horizon 2020, sembra intenzionata ad investire decine di milioni di euro per l'estrazione di energia dalle acque. Secondo le stime dell' European Oceaan Energy Association saranno installati di impianti della portata di 3,6 GW entro il 2020 e saliranno a 188 GW entro il 2050.

Autore Emiliano Salamone

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