L’acqua è una delle fonti energetiche rinnovabili più importanti. Come i fiumi, anche i mari e gli oceani possono essere sfruttati per produrre energia pulita. L’acqua del mare possiede tre proprietà distintive: moto, calore e grado di salinità. Ad esse corrispondono vari tipi di energia marina, ciascuna con diverse peculiarità.
Escludendo le piattaforme eoliche offshore, l’energia dei mari e degli oceani può essere suddivisa in cinque forme.
Energia delle maree (o mareomotrice)
L’energia mareomotrice si basa sul cambiamento del livello del mare dovuto alla presenza delle maree. Sebbene le maree che tutti siamo abituati a vedere non abbiano ampiezze elevate, in alcune parti del mondo il loro dislivello può raggiungere valori ben oltre i dieci metri.
Un meccanismo molto utilizzato per sfruttare l’energia mareomotrice è quello di costruire degli impianti particolari, solitamente delle dighe, con delle turbine al loro interno. Questi sono spesso posti nei pressi degli estuari dei fiumi e le loro turbine lavorano generalmente due volte al giorno. Quando il livello di alta marea diventa considerevole, l’acqua viene incanalata in appositi tunnel in cui, prendendo velocità, aziona delle turbine in grado di convertire l’energia prodotta dal moto dell’acqua in elettricità. In caso di bassa marea, invece, l’acqua può essere trattenuta in un bacino e fatta scorrere attraverso le turbine per poi essere rimessa in mare, con un meccanismo che ricorda quello di una centrale idroelettrica. Per sfruttare al meglio l’energia mareomotrice, l’ampiezza della marea deve essere superiore ai cinque metri, con i suoi valori ottimali che oscillano tra i dieci e i quindici metri. Questo tipo di energia marina è totalmente rinnovabile e gli impianti costruiti per sfruttarla, una volta realizzati, non producono alcuna emissione di gas serra. In determinati periodi, però, la sua produzione risulta inferiore, in quanto non vi è una corrente d’acqua sufficiente per un suo funzionamento a pieno regime. Quando si realizzano tali impianti va anche tenuto conto del loro impatto ambientale. Grazie al progresso tecnologico, l’energia mareomotrice può anche essere sfruttata lontano dalla costa. Alcuni impianti appositi, infatti, prevedono la creazione di “lagune” artificiali, limitando l’impatto ambientale del progetto. Queste lagune particolari sono composte da un bacino che si riempie in fase di alta marea, svuotandosi quando il livello di bassa marea raggiunge il suo picco inferiore. Esperimenti effettuati con questi impianti sono presenti nel Regno Unito e in Cina.
Energia del moto ondoso
La forza delle onde, si sa, è considerevole ed onnipresente. Sebbene non sia la stessa in tutti i Paesi, in alcuni di essi si è iniziato a sviluppare varie tecniche per lo sfruttamento dell’energia da loro prodotta. A livello teorico, la quantità di energia generata da un’onda è di un watt per metro quadro, 200 volte in meno di quella solare. Se però si tiene conto della superficie coperta dagli oceani si può dedurre facilmente come questa tipologia di energia marina possieda un grande potenziale. La forza delle onde è particolarmente elevata soprattutto nelle zone dell’Atlantico Settentrionale, in particolare sulle coste di Regno Unito, Irlanda e Francia. L’efficienza potenziale dell’energia del moto ondoso, quindi, è in realtà maggiore di quella solare; ciononostante, sfruttarla non è poi così semplice e, a volte, ci si trova di fronte ad alcuni ostacoli:
- corrosione dell’attrezzatura sommersa
- problemi relativi al corretto ancoraggio delle attrezzature e all’uso di sistemi meccanici in un ambiente altamente turbolento
- problemi ambientali: gli impianti sulla costa possono essere impattanti a livello ambientale e quelli al largo possono intaccare la biodiversità marina, la navigazione e la pesca
Come accennato brevemente nel punto precedente, esistono diversi tipi di meccanismi per immagazzinare questo tipo di energia marina. Il più conosciuto e utilizzato è quello dei generatori a colonna d’acqua oscillante, che catturano le onde in arrivo sulla costa. L’acqua entra in una camera cilindrica in cui sopra la superficie dell’acqua è presente dell’aria; quest’aria viene compressa dall’innalzamento del livello dell’acqua dovuto all’onda e, sia entrando che uscendo dalla colonna, aziona una turbina. Di solito questi impianti sono composti da turbine Wells, che indipendentemente dal verso del fluido che le aziona si muovono nella stessa direzione.
Energia delle correnti marine
L’energia delle correnti marine presenti negli oceani può essere paragonata a quella del vento in superficie. Il moto di tali correnti oceaniche, parzialmente dovuto alle maree, possiede una forza significativa. Sebbene la loro velocità sia relativamente bassa (dai dieci ai venti chilometri all’ora), il loro flusso e la loro densità sono considerevoli se comparati a quelli dell’aria. Come per le tipologie analizzate in precedenza, Regno Unito e Francia sono tra i Paesi che beneficiano maggiormente di questo potenziale energetico. L’energia delle correnti marine può essere recuperata grazie a turbine particolari poste sott’acqua. Va comunque precisato che la maggior parte dei progetti riguardanti questi impianti sono tuttora in fase sperimentale. Questo particolare tipo di energia rinnovabile è costante ed inesauribile; una volta installate, inoltre, le turbine non emettono gas serra nocivi per la nostra atmosfera. A volte, però, le attrezzature degli impianti sono soggette a corrosione dovuta alla salinità dell’acqua marina e prevedono costi elevati per la loro manutenzione. I pescatori, inoltre, si oppongono a questi impianti poiché spesso situati in zone di pesca.
Energia talassotermica (o energia mareotermica)
Gli oceani sono una grande riserva di calore; usare quest’ultimo per produrre energia non è di certo una novità. Le temperature differenti dell’acqua in superficie (spesso superiore ai 22°C) e dell’acqua in profondità (solitamente dai 2 ai 4 gradi a mille metri di profondità) possono essere sfruttate per trasformare un determinato fluido in vapore che, una volta generato, può azionare una turbina che produrrà elettricità. Per poter giungere a vaporizzazione, un fluido deve avere un punto di ebollizione molto basso, compreso tra la temperatura più calda e quella più fredda dell’acqua. Un’opzione può essere l’ammoniaca (NH3) che, a pressione normale, passa dallo stato liquido a quello gassoso a 15°C. L’impianto che sfrutta l’energia talassotermica contiene quindi questo liquido che, una volta entrato in contatto con l’acqua marina calda, si trasforma in vapore. Il vapore aziona una turbina che produce elettricità e, tramite un processo di condensazione, torna allo stato liquido quando entra in contatto con l’acqua marina a bassa temperatura.
L’energia mareotermica può essere sfruttata solamente nelle regioni tropicali in cui è presente un’escursione termica importante tra acqua in superficie e in profondità. Gli impianti possiedono anche costi di realizzazione elevati.
Energia osmotica (o energia marina a gradiente salino)
Sfruttare il grado di salinità delle acque oceaniche per produrre energia elettrica è un’idea che ha cominciato a circolare nel corso degli anni ‘90. In Norvegia è stato costruito il primo impianto industriale. Tuttavia, questa tecnologia è ancora in fase sperimentale. L’elemento principale attorno a cui ruota il concetto di energia osmotica è una membrana semipermeabile che divide una parte di acqua salata da un’altra di acqua dolce. La membrana lascia passare le molecole di acqua, ma non quelle di sale. L’acqua dolce, infatti, tende a spostarsi verso quella salata per stabilire l’equilibrio salino delle due soluzioni. Le molecole di sale, però, non riescono ad oltrepassare la membrana. Questi due fenomeni creano quella che viene definita “pressione osmotica”. L’acqua che passa da una parte all’altra della membrana aziona una turbina che produce energia elettrica. Il successo di tale tecnologia si fonda interamente su membrane altamente performanti, che devono essere in possesso di un ottimo grado di resistenza e, allo stesso tempo, attrarre molta acqua per azionare la turbina. In aggiunta, un impianto per l’energia osmotica deve essere costruito in punti della costa in cui è possibile mettere facilmente a contatto acqua dolce e acqua marina.
Come abbiamo potuto vedere, l’ energia marina possiede un elevato potenziale energetico. Il suo sfruttamento, però, richiede investimenti cospicui e, a volte, può provocare impatto ambientale. Soprattutto l’installazione degli impianti su scala industriale prevede una determinata quantità di rischio, dovuta principalmente alla potenziale corrosività dell’acqua marina. Con un avanzamento del progresso tecnologico e con un abbassamento dei costi si potrà assistere allo spostamento del focus verso l’ energia marina, creando nuove opportunità nel campo delle energie rinnovabili.