Tra le rinnovabili è forse la meno conosciuta. Ma secondo le stime, potrebbe raggiungere i 71 GW di installato nel 2050. Ecco tutto quel che c'è da sapere sull'energia marina
(Rinnovabili.it) – I mari e gli oceani rappresentano un’importante risorsa per le energie rinnovabili. Le principali fonti di energia marina da cui è possibile estrarre energia sono: le onde, le correnti, le maree, il gradiente di salinità ed il gradiente di temperatura.
Tra queste, le tecnologie più mature sono quelle legate alle maree ed il moto ondoso. L’Italia, con quasi 8.000 km di coste, potrebbe essere uno dei paesi leader per la ricerca, lo sviluppo e l’implementazione di nuove tecnologie marine. Ad eccezione delle potenzialità di sfruttamento eolico, il Mar Mediterraneo presenta limiti naturali in quanto il dislivello mareale è di lieve entità ed il potenziale energetico da moto ondoso, se confrontato ad esempio con le aree oceaniche, è di un ordine di grandezza inferiore. Tuttavia, l’assidua attività di ricerca sta contribuendo a rendere possibile lo sfruttamento energetico da fonti marine in Mediterraneo grazie allo sviluppo di nuove tecnologie mirate, in grado di utilizzare le risorse disponibili nei nostri mari.
1. L’energia marina in Italia e all’estero
Cronologicamente la prima stazione per lo sfruttamento di energia da marea è stata costruita nel 1966 a La Rance, in Francia, con una capacità di 240 MW. Dagli anni ’80 ad oggi, circa 12 impianti sono stati realizzati in tutto il mondo. La più grande installazione è un impianto da 254 MW completato nel 2011 presso Sihwa Lake, in Corea del Sud. Attualmente sono in fase di realizzazione 30 turbine tidali (dall’inglese tide, marea) con una capacità di 1.05 MW, che saranno installate dalla Verdant Power nell’East River di New York. Inoltre, procede la costruzione di un impianto da 240 MW a Swansea, nel Regno Unito.
Il primo brevetto mirato allo sfruttamento di energia dalle onde risale al 1799, ed è stato presentato a Parigi. La prima applicazione è stata un dispositivo costruito intorno al 1910 da Bochaux Praceique per dare elettricità alla sua casa a Royan, vicino a Bordeaux. Dal 1855 al 1973 sono stati depositati 340 brevetti solo in UK.
In tutto il mondo, il Regno Unito è uno dei Paesi più all’avanguardia per lo sfruttamento di energia dal mare. Il primo impianto di test del mondo è stato istituito proprio qui nel 2003, per dare il via allo sviluppo dell’industria di convertitori da onda e maree. La sede è nelle Isole Orcadi, in Scozia, dove l’European Marine Energy Centre (EMEC) ha supportato lo sviluppo e la dislocazione del maggior numero di convertitori.
In Italia attualmente stiamo passando dal prototipo alla fase applicativa di alcuni dispositivi, collocati soprattutto in ambito portuale. Il porto di Civitavecchia ha predisposto l’installazione di due dispositivi concepiti con filosofie diverse: il REWEC ed il WAVESAX. Entrambi i dispositivi sono “Oscillating water column” ma il primo è un dispositivo concepito per essere integrato in strutture di difesa portuale con una turbina ad aria, il secondo è un dispositivo modulare con una turbina idraulica.
2. Ruolo e potenzialità nell’ambito della green economy
Le energie rinnovabili marine (onde, vento e maree) hanno un elevato potenziale, ma nel 2008 queste tecnologie rappresentavano solo l’1% di tutta la produzione di energie rinnovabili. È improbabile che la capacità d’installazione possa divenire significativa nel 2020, in quanto, eccetto per l’eolico offshore, la maggior parte sono ancora in una fase concettuale e dimostrativa poiché un’importante barriera per la fase realizzativa è rappresentata dai costi tecnici. Tuttavia, le energie rinnovabili marine hanno un elevato potenziale e l’effettiva opportunità varierà da paese a paese in relazione al contesto nazionale e la risorsa energetica. Per sfruttare il potenziale delle energie rinnovabili marine nel guidare la green economy è importante che gli stati adottino una politica coerente e lungimirante con obiettivi specifici per queste tecnologie, e un sostegno finanziario mirato, da parte dei governi, per superare le barriere tecniche. I governi, inoltre potrebbero incentivare lo sviluppo cercando di ridurre i potenziali conflitti ambientali, legali e sociali e promuovere sinergie con le altre attività marine.
In tale contesto l’Unione Europea ha inserito le energie rinnovabili marine nei programmi di politica comunitaria ad esempio istituendo fondi su progetti applicativi che incentivano l’utilizzo di tecnologie per lo sfruttamento di energia marina per la mobilità e i trasporti.
3. Come si ricava energia dal mare
L’energia da correnti di marea è creata dai cicli locali regolari diurni o semi-diurni. L’energia cinetica può essere sfruttata normalmente in aree costiere e in particolare dove ci sono stretti, isole e passaggi.
La conversione di energia termica (OTEC) usa le differenze di temperatura tra la superficie e l’acqua profonda, in un ciclo di calore per produrre energia elettrica. In particolare, le aree tropicali sono più favorevoli per lo sfruttamento di tale risorsa in quanto il gradiente di temperatura è maggiore.
Lo sfruttamento del potenziale osmotico deriva dalla differenza di salinità tra acqua di mare e acque dolci in aree continentali. Tale sfruttamento è possibile laddove i flussi di acqua dolce in mare sono molto abbondanti, e a tal proposito i paesi nordici risultano i più promettenti. Queste ultime due risorse sono ancora ad uno stadio di progettazione teorica.
L’estrazione di energia dalle onde avviene sfruttando la differenza di energia potenziale gravitazionale tra cavo e cresta. Le tecnologie di convertitori da moto ondoso fino ad ora esistenti a livello internazionale, si dividono in varie categorie sulla base della posizione rispetto alla costa (linea di riva, area costiera, largo) e sul principio di funzionamento.
Dal principio generale sono stati ideati diverse tipologie di dispositivi di seguito elencati:
1. Oscillating Water Column (OWC): si sfrutta l’oscillazione del fluido all’interno di una camera che spinge l’aria attraverso una turbina.
2. Overtopping: si sfrutta la risalita dell’onda su di una rampa in cui a varie altezze si aprono fenditure per l’ingresso dell’acqua, la quale viene fatta poi fluire da diverse altezze attraverso delle turbine idrauliche.
3. Oscillating Wave Surge Converter (OWSC): sfrutta l’oscillazione di piastre galleggianti collegate a delle pompe idrauliche, a loro volta connesse ad una turbina: le onde che colpiscono la barriera sollevano le piastre galleggianti che comprimono, nel loro movimento, le pompe idrauliche, le quali trasferiscono l’energia immagazzinata nel fluido interno al rotore della turbina.
4. Submerged Pressure Differential: si sfrutta l’oscillazione di una serie di boe immerse nel mezzo acquatico e ancorate al fondo, il cui continuo movimento oscillatorio opera come pistone per pressurizzare l’acqua marina.
5. Point Absorver: Sfrutta il sollevamento e l’abbassamento di un oggetto in galleggiamento durante il passaggio dell’onda per azionare una pompa idraulica.
6. Attenuator: dispositivo che agisce in maniera simile al sistema precedente, con più segmenti galleggianti collegati fra loro e ortogonali rispetto alle onde in arrivo.
4. Il futuro delle tecnologie per l’energia marina
La maggior parte delle tecnologie energetiche per onde e maree sono ancora in fase di progettazione e dimostrazione. Per quanto riguarda il moto ondoso la capacità globale cumulativa stimata per il 2020 è di 21 MW, mentre per le maree ammonta a 148 MW. Queste stime risultano essere circa il 20% in meno rispetto alle previsioni del 2013.
Recenti analisi hanno stimato una capacità installata per l’onda e per l’energia delle maree combinata di 15 GW entro il 2030 e 71 GW entro il 2050 in base al successo dello sviluppo delle tecnologie.
Più dispositivi saranno installati con successo più ci si può aspettare una riduzione dei costi e, a lungo termine, un’evoluzione di un mercato annuale multi-GW.
È importante sottolineare come queste stime siano supportate da un effettivo interessamento della politica comunitaria, che considera l’energia marina uno dei pilastri della Blue Growth Strategy. Il programma Blue Energy, infatti, copre tutte le tecnologie che hanno lo scopo di estrarre energie rinnovabili marine e oceaniche diverse dal vento. L’importanza dell’energia marina è sottolineata nella comunicazione su Energy Technologies and Innovation e Atlantic Action Plan che incoraggiano la cooperazione transfrontaliera.
Sulla base della Blue Energy Communication, le risorse energetiche marine rinnovabili giocano un ruolo chiave nel portafoglio energetico dell’Europa. La comunicazione Blue Energy conferma che più di 600 milioni di euro sono stati investiti dal settore privato negli ultimi 7 anni, e che questi finanziamenti potrebbero essere ulteriormente aumentati in condizioni normative e legali favorevoli.
Attualmente la Comunità Europea ha predisposto una serie di iniziative (Energy Research Alliance (EERA) Joint Programme, the Ocean Energy ERA-NET, Horizon 2020), che avranno un ruolo centrale nel sia nel promuovere la cooperazione che nell’abbattere le barriere tecniche.
Inoltre, la Commissione ha recentemente pubblicato una guida sulle migliori pratiche per i regimi di sostegno delle energie rinnovabili sulla base di costo-efficacia, ma anche sulla necessità di innovazione tecnologica.
5. Normativa di riferimento
L’articolo 194 del Trattato sul funzionamento dell’Unione Europea recita: la politica energetica dell’UE mira a promuovere lo sviluppo di energie nuove e rinnovabili.
La nuova direttiva Energie rinnovabili, adottata mediante co-decisione il 23 aprile 2009 (direttiva 2009/28/CE recante abrogazione delle direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE), ha stabilito che una quota obbligatoria del 20% del consumo energetico dell’UE deve provenire da fonti rinnovabili entro il 2020, obbiettivo ripartito in sotto-obbiettivi vincolanti a livello azionale, tenendo conto delle diverse situazioni di partenza dei paesi. Inoltre, tutti gli Stati membri sono tenuti a derivare il 10% dei loro carburanti utilizzati per i trasporti da fonti rinnovabili entro il 2020. La direttiva ha altresì stabilito i requisiti relativi ai diversi meccanismi che gli Stati membri possono applicare per raggiungere i propri obiettivi (regimi di sostegno, garanzie di origine, progetti comuni, cooperazione tra Stati membri e paesi terzi), nonché criteri di sostenibilità per i biocarburanti.
Nell’ambito della seconda revisione strategica della politica energetica, condotta nel novembre 2008, la Commissione ha pubblicato, il 13 novembre 2008, una comunicazione intitolata «Energia eolica offshore: Interventi necessari per il conseguimento degli obiettivi della politica energetica per il 2020 e oltre», con l’obiettivo di promuovere lo sviluppo dell’energia eolica marina e offshore nell’UE.
Il 20 gennaio 2014, la Commissione ha presentato un piano d’azione per sostenere lo sviluppo dell’energia oceanica, compresa l’energia generata dal moto ondoso, dalle maree, dalla conversione dell’energia talassotermica e l’energia a gradiente salino nella sua comunicazione dal titolo «Blue Energy: realizzare il potenziale dell’energia oceanica dei mari e degli oceani europei entro il 2020 e oltre».
6. Casi studio
Anche se diversi progetti sono arrivati all’installazione di dispositivi in scala reale, collegati alla rete elettrica e attualmente attivi, quasi tutte le tecnologie devono essere considerate in fase precommerciale, perché i dispositivi devono ancora dimostrare stabilità di produzione di energia e, soprattutto, resistenza alle condizioni meteomarine più intense. Fanno eccezione due progetti europei: al largo di Agucadoura, Portogallo, è stata realizzata la prima centrale al mondo ad energia delle onde, tramite l’installazione, nel 2008, di tre convertitori Pelamis (attenuator), per una potenza nominale complessiva di 2,25 MW ; nel 2010 invece il nuovo frangiflutti del porto di Mutriku nei Paesi Baschi, è stato dotato, per la prima volta al mondo a livello commerciale, di una serie di 16 camere Oscillating Water Column per una potenza complessiva di 300 kW. I progetti di sviluppo in fase più avanzata sono presentati nella seguente tabella (Tabella 1).
In Italia nel 2001, a Messina, è stato varato l’impianto Enermar, basato sulla turbina Koboild, primo in scala reale per lo sfruttamento delle correnti marine. L’impianto è stato il risultato di una lunga serie di studi teorici e sperimentali fatti con la collaborazione dell’Università di Napoli Federico II. La turbina Kobold è una turbina idraulica ad asse verticale con pale liberamente oscillanti, brevettata dalla società Ponte di Archimede, per lo sfruttamento energetico delle correnti marine. Sviluppata con la collaborazione dell’Università di Napoli Federico II, Dipartimento di Progettazione Aeronautica, è operativa dal 2001 nello Stretto di Messina.
Per quanto riguarda i dispositivi per lo sfruttamento di energia del moto ondoso, la messa in funzione di non è ancora avvenuta ma è stata predisposta l’installazione di due sistemi precedentemente nominati (REWEC e WAVESAX) presso il Porto di Civitavecchia dove si segue una politica volta ad incentivare lo sviluppo e la ricerca da fonti energetiche rinnovabili. Il WAVE SAX progettato da RSE (Ricerca Sistema Energetico) si presenta come un dispositivo concettualmente rivoluzionario in quanto tenta di racchiudere un’ottimizzazione del rendimento ad un minor costo d’installazione e una maggiore accessibilità.
7. Prospettive di sviluppo
Le risorse energetiche da marea sono stimate in 1.200 Twh/anno. Il potenziale da moto ondoso è stimato in 29.500 TWh/anno. Ocean Energy Europe (2013) ha stimato un potenziale di creazione di 20.000 posti di lavoro che si otterrebbero dallo sviluppo del settore delle energie marine entro il 2030. C’è la necessità di unire il distacco esistente tra le aspettative degli investitori e quelle dello sviluppo tecnologico. Le aspettative devono essere allineate con percorsi realistici di distribuzione alla portata dello sviluppo tecnologico e con finanziamenti adeguati sia pubblici che privati.
Inoltre è necessaria una maggiore flessibilità giuridica ambientale mirata a regolamentare i potenziali conflitti per l’uso dello spazio costiero con altre attività marittime (navigazione e pesca).
Lo sviluppo è legato essenzialmente ai traguardi che verranno raggiunti dalla ricerca, alla loro successiva implementazione e industrializzazione che, insieme ad una sinergica politica comunitaria e nazionale, permetteranno di rendere fruibili e accessibili commercialmente questi dispositivi che nell’ottica del riscaldamento globale e dello sviluppo sostenibile potranno fornire una valida alternativa alle fonti energetiche tradizionali.
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