FONTI PULITE
Sfruttando la differenza di temperatura nelle acque tropicali è possibile costruire centrali per produrre elettricità senza inquinamento. Ci sono però ancora alcune limitazioni tecnologiche da superare, ma Stati Uniti e Giappone non si arrendono...
di MASSIMILIANO RAZZANO
Praticamente come costruire un tunnel della metropolitana ed immergerlo verticalmente negli abissi marini per una profondità pari a tre grattacieli come l'Empire State Building. Una sfida tecnologica molto ambiziosa, ma che secondo gli ingegneri della Lockheed Martin potrebbe essere realizzabile in pochi anni.
Come discusso recentemente anche su Popular Science 1, l'azienda americana nota a tutti per la sua attività nel campo aeronautico sta lavorando ad un prototipo di centrale capace di sfruttare il calore degli oceani tropicali e convertirlo in energia elettrica. Il prototipo, che dovrebbe produrre 10 megawatt, dovrebbe essere completata entro quest'anno, e potrebbe rappresentare una svolta nel campo delle energie rinnovabili.
A spese dell'oceano. Esistono diversi metodi per produrre energia a spese delle acque dell'oceano, sfruttando ad esempio le maree o il moto ondoso per mettere in moto turbine e generare elettricità. Ma il metodo studiato dai tecnici della Lockheed Martin si basa su un principio diverso, che non utilizza il movimento delle masse d'acqua.
La centrale sviluppata dagli americani utilizza invece l'energia talassotermica (o mareotermica), cioè sfrutta la differenza di temperatura fra l'acqua in superficie ed in profondità per attivare i generatori elettrici. Le centrali a conversione di energia termica dell'oceano, o OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) in inglese, sono sofisticate macchine termiche nelle quali un fluido scorre in un circuito e scambia calore con l'acqua a diverse temperature.
Nelle centrali a ciclo chiuso, come quella che stanno studiando alla Lockheed Martin, un fluido con punto di ebollizione basso (ad esempio ammoniaca) entra in uno scambiatore di calore dove a contatto con acqua calda evapora. La pressione del vapore fa ruotare le pale di una turbina collegata ad un generatore di corrente elettrica. Successivamente il vapore arriva ad un altro scambiatore di calore, nel quale entra in contatto con l'acqua fredda e condensa in liquido, che viene immesso nuovamente nel ciclo.
Esistono poi sistemi a ciclo aperto, nei quali è l'acqua stessa dell'oceano che viene fatta evaporare in recipienti a bassa pressione, e successivamente fatta condensare dopo che il vapor d'acqua ha attivato le turbine. Un terzo tipo di centrali OTEC è di tipo ibrido, in cui in un primo tempo l'acqua è fatta evaporare ed il vapore è poi utilizzato per far evaporare il fluido. Questo tipo di procedimento può essere applicato con successo negli oceani tropicali, dove la temperatura superficiale può raggiungere i 30 °C mentre nelle zone più profonde può arrivare a 6 °C.
Tra le varie forme di conversione dell'energia marina, quella talassotermica sembra essere una delle più promettenti, sebbene il rendimento teorico sia relativamente basso e possa raggiungere il 7%. Inoltre, ogni giorno i mari tropicali assorbono una quantità di energia solare pari all'energia prodotta da 250 miliardi di barili di petrolio. Infine, oltre a produrre energia pulita senza scorie, questo tipo di centrali hanno anche interessanti impieghi secondari. Per esempio l'acqua fredda può essere utilizzata per alimentare sistemi di aria condizionata, oppure gli impianti possono essere anche impiegati per desalinizzare l'acqua di mare in maniera molto rapida. Ma quando è nata l'idea di questa fonte di energia del tutto naturale?
Un'idea ottocentesca. L'idea di sfruttare il calore dell'oceano per realizzare centrali elettriche non è però così nuova. Fu nel 1881 che il fisico francese Jacques Arsene d'Arsonval propose per primo di sfruttare l'energia termica degli oceani. Grazie a Georges Claude, uno degli studenti di d'Arsonval, venne poi costruita la prima centrale OTEC nel 1930 a Cuba, che poteva generare 22 kilowatt. Nei decenni successivi l'interesse crebbe, e negli anni Settanta anche il Giappone e gli Stati Uniti avviarono specifici programmi per sviluppare questo tipo di risorse energetiche.
La Tokyo Electric Power Company 3 costruì una prima centrale OTEC che divenne operativa nell'isola di Nauru agli inizi degli anni Ottanta, producendo 120 kilowatt. Gli Stati Uniti inaugurarono nel 1974 il Laboratorio per l'Energia Naturale delle Hawaii (Nelha 4), che sviluppò nel 1979 una prima centrale da 50 kilowatt. Presso i laboratori del Nelha vengono tuttora condotti esperimenti e messi alla prova nuovi impianti.
Grazie alle particolari condizioni climatiche ed alla enorme disponibilità di acqua, le isole hawaiane sono il sito ideale per questo genere di tecnologie, ed è proprio laggiù che verrà installata la nuova centrale a cui stanno lavorando i tecnici della Lockheed Martin. Nel 2009 infatti l'azienda ha ricevuto dalla Marina degli Stati Uniti un finanziamento di 12 milioni e mezzo di dollari per sviluppare impianti di nuova generazione, che potranno servire sia le comunità delle isole che le basi militari dislocate in zona.
Un super-tubo sotto il mare. La sfida principale per questo tipo di centrali sottomarine è la competitività rispetto alle fonti energetiche tradizionali. I calcoli hanno mostrato che, a parità di volume d'acqua impiegato, una centrale OTEC che opera su differenze di temperatura di 20 °C produce la stessa energia di una centrale idroelettrica con un dislivello di circa 30 metri. "Per produrre una quantità ragguardevole di energia, gli impianti per la conversione dell'energia termica dell'oceano dovranno muovere fiumi d'acqua" ha commentato Laurie Meyer, capo tecnologo alla Lockeed Martin.
Infatti è necessario portare in superficie l'acqua fredda dalle profondità dell'oceano, e per muoverne una grande quantità, le simulazioni hanno mostrato che servirà un enorme tubo del diametro di dieci metri e profondo un chilometro. Non è pensabile costruire una simile infrastruttura e trasportarla successivamente, ed è per questo motivo che gli ingegneri hanno sviluppato una serie di sistemi per costruire il tubo direttamente in loco. Per farlo, hanno adattato un sistema attualmente usato per costruire gli aerei, basato su uno stampo iniziale di materiale fuso, che viene successivamente lasciato raffreddare.
Anche il materiale del tubo, un composto di resina e fibra di vetro, è stato sviluppato appositamente anche se i dettagli non sono stati rivelati dall'azienda americana per ovvie ragioni di mercato. Nello sviluppo di questo super-tubo, i ricercatori sono stati attenti ad ogni minimo dettaglio, cercando di ottimizzarlo anche in base ad aspetti decisamente curiosi. Ad esempio si è cercato di limitare la velocità con cui l'acqua viene pompata nel tubo, per evitare che l'impianto possa risucchiare pesci ed altre specie marine che abitano nelle profondità dell'oceano.
Si tratta senza dubbio di una sfida tecnologica di tutto rispetto, ma i ricercatori americani sono fiduciosi, soprattutto perché il prototipo da 10 megawatt che verrà completato quest'anno, un tubo del diametro di quattro metri, sarà un ottimo banco di prova per la costruzione di una centrale da 100 megawatt. Sarà sicuramente un ottimo modo per capire la distanza fra le previsioni e la realizzazione concreta di questi impianti. Perché tra il dire e il fare c'è di mezzo il mare. In questo caso, addirittura l'oceano.
(30 aprile 2012)
