Poseidone e l'Energia Blu

A partire dal mese di gennaio di quest'anno sono apparsi, su diversi quotidiani, in particolare il Sole24Ore, numerosi articoli riguardanti un piano di sviluppo dell'UE che ha come oggetto d'interesse gli oceani e la concreta possibilità di sfruttare l'energia prodotta dal loro movimento. Si tratta davvero di una notizia molto interessante che vale la pena approfondire e verificare 

(Onda dell'oceano)

Ancora una volta, si può dire che la natura ci viene in aiuto offrendoci un altro strumento per migliorare la qualità della vita, senza danneggiare l'ambiente e le sue risorse. A questo proposito mi torna in mente una frase di Giovanni Verga proprio sul mare: << il mare non ha paese nemmeno lui, ed è di tutti quelli che lo stanno ad ascoltare, di qua e di là dove nasce e muore il sole>>. Cerchiamo, quindi, di ascoltare e di scoprire come possiamo trasformare un sogno in realtà, quali tecnologie sfruttare per poter collaborare positivamente con gli oceani e dare vita ad una nuova fonte di energia rinnovabile utile non solo per il presente, ma soprattutto per il futuro.

 Seppur tra molti dubbi e con altrettanta prudenza, la Commissione UE afferma che lo sfruttamento    energetico degli oceani rappresenta davvero un'opportunità sia per avere una nuova fonte di energia alternativa nel pieno rispetto dell'ambiente, sia per la creazione di nuovi posti di lavoro altamente specializzati. Per entrambe queste ragioni ha deciso di impegnarsi seriamente nello sviluppo di questo settore aumentando i fondi da investire. Tale idea è nata dalla collaborazione tra due divisioni, quella che si occupa degli Affari marittimi e della pesca e quella dell'Energia. L'obiettivo << è facilitare l'ulteriore sviluppo del settore dell'energia oceanica rinnovabile in Europa, istituendo un forum sull'energia oceanica >>. Quindi il piano comunitario prevede di stimolare prima ricerca e confronto sull'argomento, i risultati del simposio diventeranno poi il punto di partenza per studi operativi il cui scopo finale sarà di arrivare alla piena industrializzazione. I due commissari, Maria Damanaki (Affari Marittimi e Pesca) e Guenther Oettinger (Energia), hanno chiarito i dettagli e posto alcuni limiti, il più importante è quello che prevede l'esclusione da questo piano di sviluppo di qualsiasi tecnologia per la raccolta di energia eolica offshore, ovvero lo sfruttamento del vento con l'installazione delle turbine in mare.

GLI OCEANI COME FONTE DI ENERGIA ALTERNATIVA

Da sempre il mare nostrum prima e successivamente gli oceani, hanno rappresentato un alleato prezioso per lo sviluppo della civiltà e da sempre gli uomini li hanno temuti ed ammirati entrambi per la loro potenza e forza. La riflessione che facciamo oggi lascia da parte la poesia e diventa molto più pratica: le risorse energetiche oceaniche disponibili a livello mondiale superano il nostro fabbisogno energetico attuale e sembra anche quello futuro. Si può, quindi, considerare una fonte pressoché inesauribile. Non dobbiamo poi dimenticare un altro aspetto molto importante, cioè che l'energia oceanica può essere raccolta in molti modi, ad esempio sfruttando il moto ondoso, oppure il movimento delle maree (mareomotrice), si può anche approfittare delle differenze di temperatura ed addirittura del diverso livello di salinità delle acque o incanalare la potenza delle correnti sottomarine. 

Vediamo un po' di approfondire queste modalità.

MOTO ONDOSO

Partiamo dal moto ondoso, spiegando perché è in grado di produrre energia e quali sono le sue caratteristiche. Un osservatore casuale identifica tale movimento con lo spostamento più evidente del mare, caratterizzato dall'andamento propagatorio delle onde. A noi non interessano le onde che si infrangono sulla costa, quanto piuttosto quelle che si creano in mare aperto. Qui si verifica uno spostamento che possiamo descrivere come di forma più che di vere e proprie masse d'acqua, in termini tecnici si parla di un trasferimento di energia cinetica più che di materia, per semplificare ancora diciamo che non è l'altezza delle onde l'elemento determinante per produrre energia. Allora di che parliamo? Facciamo un passo indietro e diamo una definizione più descrittiva e chiara del moto ondoso. Questo viene anche definito forza del mare, è generato dal vento ed è classificato secondo una scala da 1 (mare calmo) a 10 (tempesta violenta). Vi sono diversi studi, basati su principi propri della fisica su cui sono state create tecnologie e processi, per sfruttare questo movimento e quindi trasformare l'energia cinetica delle onde in energia elettrica: il salto idrico, il generatore a colonna d'acqua oscillante, i sistemi ad ondata, i sistemi basati sull'ampiezza dell'onda, quelli basati sul principio di Archimede oppure il generatore Pelamis.

Attualmente il tipo di impianto più diffuso per la produzione di energia elettrica dal moto ondoso, è il generatore a colonna d'acqua oscillante, il motivo di questa scelta è presto detto: il generatore rappresenta la tecnologia più economica e meno invasiva per l'ambiente. 

 (Schema generatore a colonna oscillante)

Questo impianto raccoglie l'acqua all'interno di una struttura cava (di solito una colonna in calcestruzzo), che entra grazie al movimento del mare. Il flusso delle onde, che alzano e abbassano il livello dell'acqua nella struttura, fa muovere la colonna d'aria che sta sopra la superficie dell'acqua. L'aria, uscendo e rientrando dall'apertura superiore della colonna, mette in moto una turbina. Per non perdere energia con la continua inversione della direzione del movimento dell'aria, si usano turbine Wells, in grado di ruotare sempre nello stesso verso qualunque sia la direzione del fluido che le alimenta.

MAREE

È abbastanza noto a tutti che il fenomeno delle maree è il risultato della forza di attrazione gravitazionale della Luna, che si manifesta con regolari e periodici abbassamenti e innalzamenti di enormi masse d'acqua. Meno familiare è il fatto che, utilizzando i dislivelli tra alta e bassa marea, è possibile produrre energia elettrica. 

(Esempio di bassa marea)

Lo sfruttamento delle maree non è una strada semplice e neppure economica. Inoltre segue un approccio anche molto invasivo, in quanto gli impianti maremotrici sono caratterizzati da grandi dimensioni, dalla presenza di importanti opere di sbarramento delle acque (dighe o chiuse) e di un bacino di accumulo. È quindi evidente che questi impianti presentano un elevato impatto ambientale, sia in termini di realizzazione di infrastrutture di grandi dimensioni sia di rischi per l'erosione delle coste. In queste strutture la produzione di energia elettrica avviene grazie a delle turbine idrauliche, che seguono il principio delle turbine Wells.

Il loro funzionamento si può dividere in due fasi:

•  alta marea, l'apertura delle chiuse permette il riempimento del bacino di accumulo,

 • bassa marea, il rilascio controllato dell'acqua contenuta nel bacino assicura l'erogazione di notevoli quantitativi di energia.

GRADIENTE TERMICO

Approfittare del gradiente termico oceanico significa, invece, sfruttare la differenza di temperatura tra le acque marine superficiali e quelle profonde. Ad esempio, un gradiente termico di 20°C è sufficiente per produrre energia elettrica in maniera economicamente conveniente, utilizzando la tecnologia OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion).

(Schema impianto OTEC)

 Cosa avviene in concreto? <>. Esistono alcuni impianti operativi, ma come nel caso delle maree sono caratterizzati da basse potenze, a fronte di elevati costi di realizzazione ed un altrettanto elevato impatto ambientale, perché sono posizionati lungo le coste oppure su piattaforme galleggianti.

DIFFERENZA DI SALINITA'

 Energia a gradiente salino, detta anche energia osmotica, è l'energia ottenuta dalla differenza nella concentrazione del sale fra l'acqua di mare e l'acqua dolce (pensiamo ad esempio alle acque della foce di un fiume). La quantità di energia ottenibile con questo procedimento si può considerare significativa. Tale metodo rappresenta l'ultima frontiera nell'ambito delle energie rinnovabili e l'Italia, con gli studi sviluppati dal centro Enea di Frascati, è in prima linea. Un suo ricercatore infatti, Doriano Brogioli << ha proposto un nuovo principio fisico per convertire la differenza di salinità in energia elettrica, una tecnica dal nome difficile "espansione del doppio strato capacitivo", ma dal futuro promettente>>. Paesi Nordici e Olanda, che hanno iniziato a costruire piccoli impianti pilota alla foce dei fiumi, utilizzando due tecnologie già testate, l'osmosi e l'elettrodialisi inversa, sono in attesa delle evoluzioni degli studi italiani. La fattibilità dell'idea di Brogli consentirebbe vantaggi davvero enormi.

CORRENTI SOTTOMARINE

Arriviamo infine a parlare delle correnti oceaniche. È bene subito dire che tra tutte le forme di energia reperibili dagli oceani, quella legata allo sfruttamento delle correnti sottomarine presenta le maggiori potenzialità nel medio-lungo termine. Vediamo perché. Cominciamo con lo spiegare che le correnti sottomarine sono simili ad immensi fiumi che scorrono dentro il mare e di cui si può sfruttare l'energia cinetica prodotta. Tecnicamente si tratta di grandi masse di acqua di densità diversa che non si mescolano tra loro, ma scorrono l'una accanto all'altra o sopra e sotto secondo una direzione e una velocità costante. Le correnti marine si distinguono dalle acque circostanti sia per la temperatura che per la salinità, ed a volte anche per il colore e le concentrazioni di materiali sospesi. Ne esistono di vario tipo: costiere, di mare aperto, superficiali e di profondità, stabili o stagionali. 

Quello che ci interessa è il fatto che sono dotate di energia cinetica che si può immagazzinare con generatori ad asse orizzontale, per le correnti definite costanti come quelle presenti nel Mediterraneo o con generatori ad asse verticale, per correnti di marea cioè quelle che cambiano direzione. I generatori poi con un sistema di turbine creano energia elettrica. Questi impianti risultano molto interessanti soprattutto a livello strutturale, grazie all'assenza di sbarramenti e di infrastrutture impattanti e alla parziale o totale immersione in acqua delle turbine, riducendo così al minimo il loro impatto ambientale.

(Schema di impianto con generatore a raccolta orizzontale)

 A Strangford Lough, in Irlanda del Nord, è in funzione la prima centrale elettrica alimentata dall'energia cinetica delle correnti di marea. Attualmente la centrale può soddisfare il fabbisogno di energia di circa 1.000 abitazioni. E l'Italia? Nel nostro paese si trova uno dei siti più interessanti per lo sfruttamento delle correnti sottomarine: lo Stretto di Messina. Secondo alcuni studi, se ben incanalate le correnti sottomarine dello Stretto presentano una potenzialità energetica di 15.000 MW. 

Il fatto che ci siano pochi impianti e tanti studi che si occupano dell'energia prodotta dalle correnti oceaniche, dimostra che ci troviamo davanti ad una delle modalità più interessanti ed inesplorate per la creazione di energia dal mare. Rappresentano, quindi, un'opportunità enorme.

E' chiaro, a questo punto, che l'interesse e l'entusiasmo dei Commissari EU per l'energia blu è ben riposto. Inoltre vedere che il nostro paese è in prima linea nella ricerca e che il lavoro dei nostri studiosi è atteso con trepidazione a livello internazionale, ci rende molto orgogliosi di essere un popolo dalla mente brillante.