Quali sono le fonti di energia marina?

Condividi su facebook
Facebook
Condividi su linkedin
LinkedIn
Condividi su whatsapp
WhatsApp
Condividi su email
Email
fonti di energia marina
fonti di energia marina

Tra le fonti di energia marina troviamo quelle totalmente prevedibili. Eppure sono poco utilizzate, e forse proprio per questo sono ancora molto costose.

Nel precedente articolo abbiamo parlato dell’importante passo avanti delle fonti rinnovabili rispetto a quelle fossili, e abbiamo analizzato le diverse variabili che hanno portato sempre di più a scegliere una soluzione energetica green e permesso lo sviluppo di un circolo virtuoso con benefici economici e sociali.

In questo articolo vogliamo approfondire ciò che riguarda le tecnologie per produrre energia verde dalle acque marine.

Si hanno testimonianze dello sfruttamento dell’energia contenuta nell’acqua in movimento già nel 900 A.C., e i primi esempi di mulino per la macinatura del grano sfruttavano dighe artificiali per intrappolare l’acqua di marea.

Poi tutta questa tecnologia e queste conoscenze si sono perse nel tempo.

E adesso, quando pensiamo alle fonti di energia rinnovabile, alla maggior parte di noi vengono in mente il fotovoltaico e l’eolico. Non c’è nulla di male in questo, in fondo ci capita di vedere spesso sui tetti di case e palazzi i pannelli fotovoltaici o le enormi pale eoliche piantate nel paesaggio rurale.

Più raro invece è pensare al potenziale del mare, eppure sono numerosi i progetti che vedono l’energia marina al centro di studi molto incoraggianti.

Risulta infatti tra le più promettenti fonti rinnovabili con un’importante crescita emersa dal rapporto Ocean Energy Systems che mostra come la produzione di energia dal moto ondoso sia aumentata del 1000% in 10 anni, passando da 5 GWh nel 2009 a 50 GWh nel 2019.

Secondo alcune stime, non recentissime, dall’oceano si potrebbero ricavare 3 TW di energia, di cui 1 TW dalle acque di superficie.

Cos’è l’energia marina?

Con energia marina si intende la produzione energetica proveniente da tecnologie che utilizzano l’acqua di mare come forza motrice o attraverso tecnologie che sfruttano il suo potenziale chimico o termico.

Parliamo quindi dell’energia trasmessa dal moto ondoso, di marea o di correnti oceaniche, ma anche quella chimica e termica.

L’Europa ha molta fiducia su questo tipo di rinnovabile, tanto da contare di ricavarne un 10% del proprio fabbisogno energetico entro il 2050. L’Italia rappresenta il primo paese nel Mediterraneo a investire su questo tipo di progetto.

Le aree costiere occidentali della Sardegna e il Canale di Sicilia sono quelle con il più alto potenziale.

Ma esattamente quali sono le possibilità di sfruttamento? Sono più di quelle che potreste immaginare.

Vediamo innanzitutto quali sono e in che modo producono energia.

Fonti di energia rinnovabile in mare

L’energia può essere generata sfruttando una di queste 6 fonti:

  1. le maree
  2. le correnti di marea
  3. le correnti marine
  4. il moto ondoso
  5. i gradienti di temperatura
  6. il gradiente di salinità

Il potenziale teorico è enorme e se riuscissimo a sfruttare appieno le risorse disponibili nel mare, potremmo far fronte alla richiesta energetica mondiale senza bisogno di altro. Analizziamo nel dettaglio alcune fonti e vediamo in che modo possono essere sfruttate per la produzione di energia rinnovabile.

Energia dalle maree

Le maree oceaniche sono il risultato dell’attrazione gravitazionale del Sole e della Luna sulle enormi masse d’acqua presenti sul nostro pianeta, ma anche della forza centrifuga risultante dalla rotazione intorno al proprio centro di massa del sistema Terra-Luna.

Alcune maree possono essere biperiodiche:

  • quelle indotte dall’attrazione del Sole avvengono ogni 24 ore;
  • quelle indotte dalla Luna avvengono circa ogni 12 ore e 25 minuti.

Le maree più grandi si hanno quando l’attrazione di entrambi gli astri agisce nella stessa direzione, ogni 15 giorni.

In alcune zone sono del tutto assenti, mentre in altre danno sfoggio dell’enorme forza che sono in grado di trasmettere.

Sono estremamente puntuali e regolari, unica fonte nel suo genere ad essere totalmente prevedibile anche se possono essere influenzate dalla pressione atmosferica locale e dalla direzione e intensità del vento.

Uno svantaggio è la ridotta potenzialità di sfruttamento, dato che sono poche le zone nel mondo il cui si può generare energia in maniera fruttuosa.

schema mareale
Schema Mareale
[fonte: NASA: Goddard Space Flight Center - Jet Propulsion Laboratory - Scientific Visualization Studio]

Un esempio di marea molto famoso è quello di Mont-Saint-Michel, un piccolo isolotto della Normandia nel nord-ovest della Francia. Le sue maree creano fino a 14 metri di dislivello ma non sono le più grandi del mondo: nella Baia di Fundy, in Canada, le maree raggiungono i 18 metri di dislivello e spostano circa 115 miliardi di tonnellate d’acqua.

Per poter sfruttare l’energia potenziale di queste grandi masse d’acqua vengono utilizzate le cosiddette centrali mareomotrici.

Nella loro forma più semplice, viene creata una diga artificiale provvista di saracinesche e turbine a bulbo collegate ad un alternatore.

La marea montante riempie naturalmente il bacino creato dalla diga e quando la marea si ritira, l’acqua viene fatta defluire attraverso le turbine fino a quando il livello del bacino arriva ad un metro al di sopra del livello della marea calante.

A questo punto viene interrotta la generazione di energia. Quando il livello della marea montante supera di un metro il livello dell’acqua nella diga artificiale, il processo viene ripreso, ma in direzione opposta.

Questo processo avviene 4 volte al giorno: in 6 ore si ha il picco della marea montante, che spinge l’acqua verso la costa (e quindi all’interno del bacino artificiale) mentre nelle successive 6 ore si allontana dalla costa.

Per ricavare energia in entrambi i sensi, le turbine a bulbo lavorano in entrambe le direzioni senza bisogno di dover essere invertite.

Energia dalle correnti di marea

Le correnti di marea vengono generate dallo spostamento di grandi masse d’acqua marina durante le maree e con loro trasportano grandi quantità di energia cinetica.

Le correnti più forti in Europa si trovano vicino al Regno Unito e all’Irlanda, nello Stretto di Messina e tra alcune isole della Grecia nel Mar Egeo.

Anche con le correnti di marea l’energia cinetica della massa d’acqua viene sfruttata per il movimento di turbine a bulbo bidirezionali, ma in questo caso non si creano bacini artificiali di raccolta.

Energia dalle correnti marine

Le correnti marine sono masse d’acqua in movimento rispetto all’acqua che le circonda. Possiamo paragonare le correnti marine a fiumi d’acqua che scorrono all’interno del mare (o oceano) da cui però differiscono per temperatura o salinità.

La genesi di questi movimenti è diversa da corrente a corrente e tra queste possiamo trovare correnti superficiali o profonde, calde o fredde oppure orizzontali o verticali.

Per sfruttare l’energia cinetica contenuta nelle correnti marine si sfruttano gli stessi principi dell’eolico, ma con strutture adatte al fluido nel quale sono immerse.

In Italia, un possibile sito per lo sfruttamento delle correnti marine potrebbe essere lo Stretto di Messina, le cui correnti raggiungono 1,5 m/s (5,4 km/h).

Per ognuna di queste tecnologie ci sono diversi problemi da risolvere.

I metodi trattati finora possono arrecare danno agli organismi marini, non sono esattamente “fish friendly”, ma sono stati trovati molti modi per dissuadere pesci e grossi mammiferi marini dall’avvicinarsi alle turbine, ad esempio usando campi elettrici.

Un altro problema da risolvere è la forza delle maree e delle correnti durante tempeste e uragani, che ultimamente si sono intensificati a causa dell’emergenza climatica globale.

Per non parlare degli tzunami.

Energia dal moto ondoso

L’energia delle onde si ricava sfruttando l’energia cinetica che il moto ondoso è in grado di trasmettere.

Nonostante l’alto potenziale energetico (che potrebbe contribuire al soddisfacimento di buona parte fabbisogno energetico mondiale) per ora parliamo di esperimenti.

Facciamo qualche calcolo: un metro cubo di acqua pesa 1 tonnellata circa. Se questo metro cubo d’acqua si muovesse con una velocità di 1 metro al secondo (3,6 km/h) sarebbe in grado di trasmettere circa un 1 kJ di energia cinetica che può essere in parte trasformata in energia elettrica.

Provate ad immaginare quanta forza ci vorrebbe per sollevare di un metro una tonnellata d’acqua, in un solo secondo di tempo. Ad occhio tantissima, e l’effetto di questa energia lo vediamo nelle onde che si infrangono sulle scogliere.

Esistono almeno 2 sistemi in grado di produrre energia dalle onde:

  • Sistemi a colonna d’acqua oscillante (OWCCAT)
  • Sistemi galleggianti

Il vantaggio del sistema a colonna d’acqua oscillante è il fatto che le parti in movimento non sono a diretto contatto con l’acqua marina, mentre il vantaggio dei sistemi galleggianti è che possono essere usati in modo combinato per produrre energia e acqua potabile.

I sistemi a colonna d’acqua oscillante

Il sistema OWCCAT è adatto alle linee costiere con basse maree ed è costituito da tre convertitori: una camera cava (primario), una turbina ad aria (secondario) ed un generatore elettrico (terziario).

La camera cava è in parte sommersa, con due aperture per l’interazione con il moto ondoso e l’aria che attraversa la turbina.

Quando l’onda si frange sul sistema comprime l’aria contenuta nella camera cava. L’energia dell’onda viene in parte trasferita all’aria che muove la turbina e genera energia.

I sistemi galleggianti

Un altro modo per mietere energia dalle onde è quello di sfruttare il principio di Archimede per sollevare una boa collegata ad un alternatore attraverso un sistema meccanico, oppure utilizzare l’energia che le onde sono in grado di trasmettere per pompare acqua ad una pressione tale da permettere il movimento di una turbina.

Il progetto W2EW

Tra i sistemi galleggianti con collettori di energia, quello che sfrutta il pompaggio dell’acqua verso una turbina permette anche un altro tipo di lavoro: produrre acqua desalinizzata.

Enermed è partner del progetto W2EW (Wave to Energy and Water) supportato dal programma dell’Unione Europea “Fast Track to Innovation” (Horizon 2020).

Nel consorzio di imprese di cui fanno parte anche Vryhof Anchors (Ormeggio), Wavepiston (Energia dalle onde), Fiellberg (Idraulica e Desalinizzazione), Enermed si occupa della parte relativa alla grid, monitoraggio e controllo.

W2EW Project scheme
Schema progetto W2EW
[fonte: sito web del progetto W2EW]

Insieme abbiamo sviluppato un sistema composto da una parte offshore che sfrutta il moto ondoso per pompare acqua marina verso un gruppo onshore formato dalla coppia turbina-alternatore per generare energia elettrica. L’acqua in uscita dalla turbina viene indirizzata verso un gruppo di desalinizzazione e infine alla riserva.

Questa soluzione è molto economica e facile da manutenere, e potrebbe rendere indipendenti piccole isole e piattaforme marine, soprattutto quelle che non hanno accesso alla griglia energetica per motivi geografici.

Energia dai gradienti di temperatura

La differenza di temperatura tra le acque superficiali e le acque profonde (parecchie centinaia di metri) sono alla base di questo sistema, denominato OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion).

Per poter essere sfruttato appieno è dunque necessario che la differenza di temperatura sia grande, come ad esempio ai tropici.

Il processo alla base di questo sistema è simile a quello di una centrale termoelettrica a vapore: l’acqua superficiale calda viene pompata in un sistema chiuso che contiene un fluido di lavoro capace di raggiungere l’ebollizione a temperatura ambiente, come l’ammoniaca.

Non si mescolano mai, semplicemente il calore dell’acqua viene trasmesso al fluido di lavoro che evapora e la sua pressione aumenta tanto da permettere al gruppo turbina-alternatore di generare energia elettrica.

Per far condensare nuovamente il fluido di lavoro si utilizzano le acque di profondità che a loro volta si scaldano ma vengono reimmesse nell’oceano mediamente alla stessa altezza a cui si trovano naturalmente le acque con la stessa temperatura.

Energia dal gradiente di salinità

Alla base di questo metodo c’è la differenza nella concentrazione di sali disciolti fra l’acqua di mare e l’acqua dolce della foce dei fiumi.

Si sfrutta il principio chiamato osmosi, in cui due masse d’acqua (con diversa concentrazione di sali) messe in contatto producono la migrazione del fluido dalla zona di minore concentrazione a quella con maggiore concentrazione che tenderà ad equilibrarsi.

Se le due masse d’acqua si separano con un apposito filtro che permette solo il passaggio dell’acqua (ma non dei sali), il fluido migrerà comunque verso la zona a più alta concentrazione provocando un aumento di pressione che può essere sfruttato per far muovere una turbina e quindi generare energia elettrica.

L’unico prodotto di scarto di questo processo è acqua più salata di quella di fiume ma meno salata di quella del mare.

Condividi su facebook
Facebook
Condividi su linkedin
LinkedIn
Condividi su whatsapp
WhatsApp
Condividi su email
Email

Altro dal nostro blog

Diga di Casteldoria (foto: Gianni Careddu, via Wikimedia Commons)

Le Centrali Idroelettriche in Sardegna

Le centrali idroelettriche in Sardegna svolgono un ruolo importante nel panorama delle rinnovabili isolane. Nel solo 2019 hanno prodotto (al netto dei

Lascia un commento