ENERGIA TALASSOTERMICA DIDATTICA 14

L’energia talassotermica, tesoro da strappare agli oceani

Se l'energia proveniente dagli oceani fosse convertita in energia elettrica, si potrebbe sopperire al fabbisogno del pianeta.

Fonte: Alessandro Bruzzi

Se meno di un decimo dell’1% di tutta l’energia solare intrappolata degli oceani fosse convertita in energia elettrica, si potrebbe sopperire al fabbisogno energetico di 20 volte l’energia totale consumata dagli Stati Uniti ogni giorno. Ma come fare? Quale tecnologia serve per estrarre energia dall’acqua?

Il laboratorio nazionale USA per l’energia rinnovabile stima che l’energia talassotermica (sotto il nome di Ocean Thermal Energy Conversion) potrebbe essere una delle fonti rinnovabili più economiche e estese da sfruttare.

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Il principio dell’energia talassotermica, ad oggi ancora poco conosciuta e diffusa, si basa sulla differenza di temperatura tra l’acqua in superficie e quella in profondità ma è necessaria una differenza di temperature di almeno 20 gradi affinchè il sistema possa funzionare. Il funzionamento si basa su un ciclo di alternanze termiche che permettono di far evaporare un liquido (nel ciclo chiuso spesso viene utilizzata l’ammoniaca mentre in quello aperto l’acqua stessa) e di creare quindi un aumento di pressione permettendo alle turbine di girare e produrre energia. Il vantaggio conseguente all’utilizzo del ciclo aperto deriva dall’evaporazione dell’acqua di mare che scinde il sale e produce acqua utilizzabile per usi domestici, agricoli o commerciali. E l beneficio è garantito 24 ore al giorno, 365 giorni all’anno a differenza delle altre energie rinnovabili come sole o vento.

Il primo prototipo fu creato nel 1881 e da allora sono state condotte numerose ricerche, soprattutto a cavallo tra gli anni 70 e 90, per ottimizzare un l’efficienza di un rendimento molto basso (compreso tra il 1 e il 3%) ma economicamente già interessante grazie alle caratteristiche intrinseche di questa fonte rinnovabile. Nonostante le prime difficoltà, secondo le ultime ricerche si dovrebbe poter arrivare a un’efficienza degli impianti pari al 6-7%.

Tutti gli esperimenti sono stati effettuati finora con impianti di piccola dimensione in quanto il più grande problema sinora riscontrato risiede nelle perdite e nella pressione generata dal tubo che scambia l’acqua calda/fredda fino a 800-1000 metri di profondità. Il potenziamento degli impianti non sarà cosi semplice e dai test degli ingegneri indiani del National Instituite of Ocean Technology le attuali prospettive di produzione non superano al momento i 5-10MW.

Conferma di questo è il nuovo progetto in consegna per il 2011 nell’isola di Diego Garcia, situata nell’oceano indiano, che garantità 8 MW di energia elettrica e 5 milioni di litri di acqua potabile al giorno.

Nell’ingrandimento del modello produttivo è necessario affrontare anche altri problemi come la gestione delle alghe che potrebbero intasare gli scambiatori di calore e la durata dei materiali, sottoposti a grande sforzo dall’acqua salata e oggetto di possibili corrosioni. Ecco perché si stanno sperimentando nuove tecnologie per ottimizzare la resa dei materiali: il dipartimento americano dell’energia (DOE) ha concesso fondi di ricerca per sviluppare nuove tubature in fibra di vetro più resistenti alle grandi difficoltà in ambiente marino: non sono da sottovalutare neanche le tempeste in pieno oceano che potrebbero danneggiare le piattaforme compromettendo gravemente il funzionamento.

Altre applicazioni americane hanno sollevato l’ipotesi di unire le tecnologie OTEC con l’HDD (horizontal directional drilling) e turbine a idrocarbone per aumentare l’efficienza: anche il liquido utilizzato per la generazione di pressione per le turbine potrebbe essere rivisto dando vita a sistemi misti con l’utilizzo del propano R-290, un eccellente fluido alle basse temperature che passa da liguido a gas e viceversa molto semplicemente. Altri brevetti depositati in questa direzione utilizzerebbero la produzione di un impianto solare installabile sulla piattaforma per fornire un boost di acceleratore di stato al gas propano.

La sfida di portare la tecnologia su grande scala è stata raccolta dal fondatore dell’OCEES, Krock, che sta seguendo per una grande società la realizzazione di un impianto OTEC in Indonesia con una potenza prevista di 100MW per generare addirittura idrogeno. Il costo della struttura viene attualmente preventivato in 750-800 milioni di dollari con un tempo di messa in opera di circa 2-4 anni. Il costo, secondo gli ultimi studi, permetterebbe di generare energia ad un costo di 17 centesimi di dollaro per KWh contro i 25 cent attuali applicati alle vendite residenziali da energia prodotta con petrolio.

La dimensione conta ancora di più quando si paragonano i nuovi costi alle precedenti stime di costruzione per impianti di piccole dimensioni che, per produrre 5 Megawatt, necessiterebbero da 80 a 100 milioni di dollari di investimento. E’ di fondamentale importanza quindi riuscire ad arrivare su grande scala per sfruttare le economie che ne derivano: ad esempio i costi di installazione e dei tubi non sono proporzionali al dimensionamento dell’impianto e si otterrebbe un costo decisamente inferiore per la produzione di energia elettrica.

Gli impianti OTEC non producono soltanto energia: le applicazioni di una gestione dei flussi di acqua fredda e calda sono molteplici e i benefici di efficientamento degli impianti ricadrebbero positivamente sull’indotto. Come già emerso è possibile creare, attraverso il processo di generazione di pressione, acqua potabile da poter usare sia per usi domestici che per usi commerciali. Senza contare che la città di Toronto è scesa in campo per utilizzare l’acqua dell’Ontario al fine di raffreddare gli edifici. Pescando dal fondo del lago si potrà beneficiare di una temperatura molto più ridotta che consentirà di risparmiare a regime decine di MW di energia elettrica.

Il principio può essere quindi utilizzato per i sistemi di aria condizionata permettendo un risparmio annuale da 200.000$ a 400.000$ secondo le stime del dipartimento americano dell’energia. Il processo produttivo genera inoltre scarti di plancton e microorganismi che potrebbero essere riutilizzati su impianti di acquacoltura. Ultimo punto ma forse il più importante è che il processo genera energia pulita che può essere utilizzata per l’estrazione dell’idrogeno tramite elettrolisi.

Perché quindi questa tecnologia è rimasta ancora così sconosciuta? E’ conveniente produrre energia dal mare?

Le centrali elettriche più convenienti sono quelle nelle quali viene bruciato combustibile fossile e gas che permette un efficienza intorno al 50%. Chiaramente le centrali a combustibile fossile contribuiscono al riscaldamento glocable del pianeta e le conseguenze (disastrose) sull’ecosistema non sono quantificabili a priori.

L’enegia nucleare è vista come un’energia pulita quando invece ci si dimentica che viene eliminato sottoforma di dispersion o scorie circa il 50% del combustibile utilizzato: la dispersione può avvenire nei fiumi, nei mari o nell’atmostera. Oltre a possibili disastri nucleari infatti bisogna considerare i costi legati al decommissioning, oneri nascosti o volutamente tali che potrerebbero ad un costo effettivo decisamente superiore.

Può sembrare ragionabile confrontare quindi i costi di una energia “pulita” come il nucleare con la tecnologia OTEC, espressa in euro su kilowatt.

Gli attuali costi di una centrale “all’atomo” sono forniti dalla Finlandia dove è in costruzione l’impianto (con notevole ritardo, consegna prevista nel 2009 con l’ultima tecnologia EPR (European Pressurized Reactor).

Areva e Siemens hanno pianificato un impianto da 1600MW ad un costo iniziale di circa 3 miliardi, oggi lievitato fino a 10 miliardi. La previsione iniziale di 2383 euro a KW verrà ampiamente sorpassata, nonostante siano stati introdotti i nuovi reattori Westinghouse AP-1000 derivati dai predecessori AP-600 con un costo di realizzazione di circa 900 euro per kW. Un costo base più prudenziale di 1100 euro a kW può essere preso come standard produttivo teorico: i costi reali della nuova centrale finlandese aprono uno spiraglio molto importante sull’effettiva convenienza a causa di una triplicazione della spesa intercorsa nella realizzazione.

Quanto costa invece un impianto OTEC? Dalle numerose e diverse previsioni di vari esperti americani e indiani, un impianto da 200 MW teorico permetterebbe di generare 240 milioni di litri al giorno, con un beneficio complessivo sul sistema che porta ad un costo/rendimento di 1400 euro a kW.

La prima conclusione è quindi che una piattaforma OTEC può giustificare un budget circa doppio rispetto a una centrare nucleare, includendo lo stesso rendimento per potenza installata (1100 euro/kW) e il valore della desalinizzazione (1400 euro/kW) che porta ad un rendimento totale di circa 2500euro/kW.

Ragionando su un periodo di 25 anni e comprendendo costi di mantenimento e di funzionamento è necessario applicare ad un impianto OTEC un multiplo di 1,75 che porta ad un totale netto di benefici a 2400 euro/kW, oltre il doppio del costo di un impianto nucleare.

I costi sono rilevanti nel ciclo OTEC aperto ma sono parte integrale del funzionamento e della generazione di energia: ciò implica che non vi saranno extra costi significativi. Mantenere un sistema di Osmosi inversa per 25 anni permette di giustificare un budget di 3 volte rispetto al costo del nucleare.

Un’ulteriore conclusione emersa negli studi effettuati dall’associazione OTEC è che se la desalinizzazione dell’acqua può essere raddoppiata si può arrivare fino a un beneficio sostenibile investendo 5 volte il costo di una centrale atomica.

Nonostante non sia una tecnologia testata sul lungo periodo mostra uno spiraglio teorico della propria convenienza. Perché allora non viene effettuato un serio test? Gli ostacoli sono considerevoli anche se non insormontabili: in primis vi è lo status legale delle piattaforme posizionate in aperto oceano. I costi inoltre rimangono incerti su impianti di grandi dimensioni ma alcuni studi americani affermano come sia possibile teoricamente arrivare a costi vicini ai 7 centesimi per kWh con le ultime sperimentazioni.

Qual è allora il vero motivo dei mancati investimenti? Il rischio derivato dall’altissima intensità di capitale e una mancanza di garanzia dell’investimento nell’evolversi del tempo.
Le altre energie rinnovabili, nonostante abbiano ancora numerosi problemi anche a livello di impatto ambientale (ad esempio lo smaltimento dei vecchi pannelli fotovoltaici) richiedono investimenti più ridotti e hanno un tasso di rischio inferiore.
In una situazione di crisi che coinvolge tutto il contesto internazionale si conferma che è necessario mostrare il prima possibile nuovi successi dell’OTEC ai finanziatori o le sperimentazioni attuali presso le Hawaii e nelle altre isole tropicali rimarranno tali.

La ricerca di energia pulita porta il futuro davvero vicino, insieme al grande tramonto della lobby del petrolio e del nucleare.

Ocean thermal energy conversion (OTEC) uses the difference between cooler deep and warmer shallow or surface ocean waters to run a heat engine and produce useful work, usually in the form of electricity.

A heat engine gives greater efficiency and power when run with a large temperature difference. In the oceans the temperature difference between surface and deep water is greatest in the tropics, although still a modest 20oC to 25oC. It is therefore in the tropics that OTEC offers the greatest possibilities. OTEC has the potential to offer global amounts of energy that are 10 to 100 times greater than other ocean energy options such as wave power[citation needed]. OTEC plants can operate continuously providing a base load supply for an electrical power generation system.

Ocean thermal energy conversion (OTEC) pdf from wikipedia

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