Il mondo è arrivato al punto in cui ha bisogno di più energia che mai, con la rapida crescita della domanda di energia su scala mondiale. Ma il mondo non solo ha bisogno di energia, ma anche di energia ricavata da combustibili rinnovabili ed ecologicamente accettabili che non causano gravi problemi ecologici come il riscaldamento globale e l'inquinamento atmosferico. L'energia oceanica potrebbe essere una di queste nuove fonti energetiche rinnovabili e dovrebbe svolgere un ruolo più significativo nei prossimi anni.
Gli oceani coprono oltre il 70% della superficie terrestre e quindi presentano una fonte energetica interessante che con il tempo può fornirci energia per alimentare le nostre famiglie e le strutture industriali. In questo momento l'energia oceanica è una fonte di energia rinnovabile molto raramente utilizzata, dato che esistono solo poche centrali elettriche oceaniche e la maggior parte di queste sono anche molto piccole, per cui l'energia ricavata dagli oceani è letteralmente trascurabile su scala mondiale.
Ma il futuro dovrà prestare maggiore attenzione a questa fonte di energia rinnovabile e si dovrà aumentare in modo significativo la produzione di energia, in particolare rivolgendo maggiore attenzione al settore delle energie rinnovabili. Ci sono tre tipi di base che ci permettono di utilizzare l'oceano per la sua energia.
Possiamo utilizzare le onde (energia delle onde), la potenza delle maree oceaniche (alte e basse maree), e possiamo anche utilizzare le differenze di temperatura nell'acqua per creare un'energia (Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC).
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Energia del moto ondoso
L'energia delle onde oceaniche è la forma dell'energia cinetica che esiste nelle onde in movimento dell'oceano, poiché le onde sono causate dai venti che soffiano sulla superficie dell'oceano. Questa energia può essere utilizzata per alimentare una turbina e ci sono molte aree del mondo dove il vento soffia con sufficiente consistenza per fornire onde continue. L'energia del moto ondoso produce un'energia enorme che conferisce a questa fonte energetica un potenziale energetico gigantesco.
L'energia delle onde viene catturata direttamente dalle onde superficiali o da differenti fluttuazioni di pressione tra le superfici. Questa energia può quindi essere utilizzata per alimentare una turbina e il principio di funzionamento semplice e maggiormente utilizzato di questa procedura sarebbe il seguente: prima l'onda si solleva in una camera e poi l' acqua che sale forza l'aria fuori dalla camera e l'aria in movimento gira una turbina che poi gira un generatore.
Il problema principale dell'energia delle onde è il fatto che questa fonte di energia non è la stessa in tutte le parti del mondo, poiché varia significativamente da un luogo all'altro. Questo è il motivo per cui l'energia delle onde non può essere sfruttata in tutte le parti del mondo, ma ci sono molte ricerche che lavorano su come risolvere questo problema di variabilità.
Tuttavia, nel mondo esistono ancora molte aree ricche di potenza d'onda come le coste occidentali della Scozia, del Canada settentrionale, dell'Africa meridionale, dell'Australia e delle coste nordoccidentali degli Stati Uniti, tutte con un alto potenziale di sfruttamento della potenza d'onda. Esistono molte tecnologie diverse per catturare l'energia del moto ondoso, ma pochissime di queste tecnologie sono abbastanza commerciali da poter essere pienamente utilizzate. Le tecnologie delle onde sono installate non solo vicino a terra e in mare aperto, ma anche in località lontane offshore e l'enfasi di nuovi progetti di ricerca come "The OCS Alternative Energy Programmatic EIS" è particolarmente in mare aperto e le tecnologie delle onde lontane offshore in cui i sistemi offshore sono situati in acque profonde, su profondità che passano anche 40 metri.
La maggior parte delle tecnologie per l'energia delle onde sono ancora orientate verso impianti situati in prossimità o in prossimità della superficie dell'acqua, e la differenza principale tra queste tecnologie è il loro orientamento verso le onde con cui interagiscono e nel loro principio di funzionamento in cui convertono l'energia delle onde nelle forme di energia desiderate.
Tra le tecnologie più diffuse per l'energia delle onde sono i terminali, gli assorbitori di punti, gli attenuatori e i dispositivi di overtopping.
I dispositivi terminali come la colonna d'acqua oscillante sono tipicamente onshore o near shore e hanno principio di funzionamento che si estendono perpendicolarmente alla direzione di corsa dell'onda e catturano o riflettono la potenza dell'onda e poi la colonna d'acqua catturata si muove su e giù come un pistone, costringendo l'aria attraverso un'apertura collegata ad una turbina.
Gli assorbitori di punti sono diversi tipi di tecnologia delle onde che coinvolge le strutture galleggianti con componenti che si muovono l' uno rispetto all'altro a causa dell'azione delle onde e l' energia viene prodotta mentre questo movimento aziona convertitori di energia elettromeccanici o idraulici.
Gli attenuatori sono anche strutture galleggianti che sono orientate parallelamente alla direzione delle onde e dove diverse altezze d' onda lungo la lunghezza del dispositivo provocano flessione sul luogo in cui i segmenti si collegano, e questa flessione è collegata a pompe idrauliche o altri convertitori per la sua trasformazione in energia.
I dispositivi di sovralimentazione hanno un diverso principio di funzionamento e sono essenzialmente serbatoi riempiti da onde in arrivo a livelli superiori alla media dell'oceano circostante, e dopo che l' acqua viene rilasciata per gravità fa cadere di nuovo verso la superficie dell' oceano e questa energia di acqua in caduta viene poi utilizzata per girare turbine idroelettriche. Anche se l'energia delle onde presenta indubbiamente un elevato potenziale incontestabile, vi sono alcuni aspetti che devono essere presi in considerazione, come i problemi ambientali, in quanto queste tecnologie possono influenzare l'habitat marino, in quanto vi è il rischio potenziale di emissioni tossiche in mare sotto forma di fluidi idraulici, generazione di rumore sopra e sotto la superficie dell' acqua, cambiamenti nel fondale marino, ecc.
ENERGIA MAREOMOTRICE (POTENZA TIDALE)
Un altro tipo di energia oceanica è l'energia delle maree, poiché quando le maree entrano in riva al mare, possono essere intrappolate in bacini artificiali dietro dighe. L'energia delle maree è in realtà una forma di energia idroelettrica che sfrutta il movimento dell' acqua causato dalle correnti di marea o dall'innalzamento e dalla caduta del livello del mare.
L'energia delle maree viene prodotta grazie all'utilizzo di generatori di energia delle maree, grandi turbine subacquee posizionate in aree con forti movimenti di marea, progettate per catturare il moto cinetico del riflusso e dell' impennata delle maree oceaniche al fine di produrre energia elettrica. L'energia delle maree ha un enorme potenziale per la generazione futura di elettricità a causa delle enormi dimensioni degli oceani.
Il potenziale dell' energia delle maree è stato riconosciuto per molto tempo (le piccole dighe sono state costruite lungo gli oceani a partire dall'XI secolo). Tuttavia, rispetto alle dighe fluviali, i progetti di energia delle maree sono molto più costosi, dato che le strutture massicce devono essere costruite in un ambiente marino difficile. Il rapporto costo-efficacia è in realtà una delle ragioni principali per cui l'energia maremotrice non ha ancora trovato posto tra le fonti di energia rinnovabile più utilizzate nonostante il suo enorme potenziale.
La potenza delle maree per funzionare a un livello sufficiente richiede aumenti molto elevati delle maree, di almeno 16 piedi tra la bassa marea e l' alta marea e questo è il motivo principale per cui sulla Terra non ci sono molte aree che soddisfino queste esigenze. Tuttavia una di queste aree è sicuramente La Rance Station in Francia, la più grande centrale elettrica maremotrice del mondo (anche l' unica in Europa) si trova nell'estuario di Rance nel nord della Francia, che fornisce abbastanza energia per soddisfare le richieste di 240.000 case in Francia.
La capacità di questa centrale è pari a circa un quinto di una normale centrale nucleare o a carbone. Il problema principale di tutte le centrali elettriche a marea è il fatto che possono generare solo quando la marea fluisce nella nostra fuoriuscita, che conta solo per 10 ore al giorno. Tuttavia, c'è anche il vantaggio che le maree sono del tutto prevedibili, per cui possiamo pianificare di avere altre centrali elettriche che generano in quei momenti in cui la centrale maremotrice è fuori servizio, cosa che non può essere fatta con alcune altre fonti di energia rinnovabili (energia eolica).
L' energia mareomotrice ha molti vantaggi (è fonte di energia rinnovabile in quanto le maree continueranno a scorrere e riflusso e non produce gas serra o rifiuti, non necessita di combustibile per funzionare, poiché le maree sono totalmente prevedibili può produrre energia elettrica in modo affidabile e una volta costruita non è costosa da mantenere), ma ci sono anche alcuni lati negativi. Il rapporto costo-efficacia è ancora un problema molto serio, dato che la costruzione di una di queste centrali richiede un' area molto videata e questo comporta anche alcuni problemi ambientali, in quanto cambia completamente l' ambiente in questa zona e influenza la vita di molti ecosistemi, soprattutto per gli uccelli che dipendono dalla marea scoprendo le piatte di fango in modo che possano trovare cibo. Vi è inoltre il fatto già menzionato che l' orario di lavoro è limitato a circa 10 ore, quando la marea si sta effettivamente spostando.
CONVERSIONE DI ENERGIA TERMICA OCEANA (OTEC)
Ocean Thermal Energy Conversion è un metodo per generare energia elettrica che utilizza la differenza di temperatura che esiste tra acque profonde e basse, poiché l' acqua si raffredda più a fondo. Se la differenza di temperatura è maggiore, vi è la maggiore efficienza di questo metodo, e la differenza di temperatura minima deve essere di almeno 38 gradi Fahrenheit tra l'acqua superficiale più calda e l'acqua oceanica più fredda e profonda, al fine di rendere efficiente questo metodo.
Questo metodo ha una storia molto lunga che risale all'inizio del XIX secolo e alcuni esperti di energia ritengono che se potesse diventare competitivo sotto il profilo dei costi con le tecnologie energetiche convenzionali, OTEC potrebbe produrre gigawatt di energia elettrica. Ma ancora oggi non è così, dato che la centrale Ocean Thermal Energy Conversion richiede un costoso tubo di aspirazione di grande diametro, che viene sommerso a un chilometro o più nelle profondità dell' oceano per portare in superficie acqua molto fredda, il che è ovviamente molto costoso. I tipi di sistemi OTEC sono i seguenti:
Closed Cycle - I sistemi a ciclo chiuso utilizzano fluidi con basso punto di ebollizione, per lo più ammoniaca, per ruotare una turbina che poi genera elettricità. L' acqua di mare calda di superficie viene pompata attraverso uno scambiatore di calore dove il fluido a basso punto di ebollizione viene vaporizzato e il vapore espandente avvia il turbogeneratore.
L'acqua fredda viene pompata attraverso un secondo scambiatore di calore dove condensa il vapore in un liquido, che viene poi riciclato attraverso il sistema. Nel 1979, il Laboratorio di Energia Naturale, tra cui diversi partner del settore privato, sviluppò il mini esperimento OTEC, che ottenne il primo successo nella produzione di energia elettrica netta a ciclo chiuso OTEC. La mini nave OTEC è stata condotta a 1,5 miglia (2,4 km) dalla costa hawaiana e ha prodotto la quantità necessaria di energia elettrica per illuminare le lampadine della nave e far funzionare i suoi computer e televisori. E nel 1999, il Natural Energy Laboratory ha testato un impianto pilota OTEC a ciclo chiuso da 250 kW, il più grande mai messo in funzione.
Open-Cycle - I sistemi Open-Cycle utilizzano l' acqua di superficie calda degli oceani tropicali per produrre elettricità, poiché quando l' acqua di mare calda viene posta in un contenitore a bassa pressione, bolle. Dopo di che il vapore espandente inizia a pilotare una turbina a bassa pressione collegata ad un generatore elettrico, e alla fine viene condensato in un liquido a causa dell' esposizione a temperature fredde dall'acqua marina profonda.
Nel 1984, l' Istituto di Ricerca sull'Energia Solare (oggi Laboratorio Nazionale per le Energie Rinnovabili) ha sviluppato un cosiddetto "evaporatore a diffusione verticale" per convertire l' acqua di mare calda in vapore a bassa pressione per impianti a ciclo aperto. Il potenziale dei sistemi a ciclo aperto è stato ben riconosciuto dopo che sono state raggiunte efficienze di conversione energetica fino al 97% e nel maggio 1993, un impianto OTEC a ciclo aperto a Keahole Point, Hawaii, ha prodotto 50.000 watt di elettricità durante la procedura di prova.
I sistemi ibridi - I sistemi ibridi sono progettati per combinare le caratteristiche positive sia dei sistemi a ciclo chiuso che di quelli a ciclo aperto. La procedura di lavoro nei sistemi ibridi include l' acqua di mare calda che entra in una camera a vuoto dove viene evaporata in vapore (procedura molto simile al processo di evaporazione a ciclo aperto). E poi vaporizza a vapore un fluido a basso punto di ebollizione (in un ciclo chiuso) che aziona una turbina per produrre elettricità.
La conversione dell' energia termica oceanica ha un grande potenziale nella generazione di energia elettrica, ma ci sono altri grandi vantaggi come la climatizzazione e l' acquacoltura. Il condizionamento dell' aria può essere prodotto come sottoprodotto e l' acqua di mare fredda utilizzata da un impianto OTEC può refrigerare l' acqua fresca in uno scambiatore di calore oppure defluire direttamente in un sistema di raffreddamento.
E c'è anche l' acquacoltura, poiché le specie di pesci d' acqua fredda, come salmone e aragosta, prosperano nell'acqua ricca di sostanze nutritive e di acque profonde del processo OTEC. Tuttavia, vi sono anche alcuni aspetti negativi, soprattutto in termini di rapporto costo-efficacia, dato che le centrali OTEC richiedono grandi investimenti iniziali e vi sono anche alcuni problemi ambientali che devono essere soddisfatti, che possono essere risolti con un' adeguata spaziatura degli impianti OTEC. Un altro fattore che impedisce la commercializzazione di OTEC è il fatto che ci sono solo poche centinaia di siti terrestri nei tropici, dove le acque profonde degli oceani sono abbastanza vicine alla costa da rendere fattibili i progetti di impianti OTEC.
CONCLUSIONE
L'energia oceanica è un settore delle energie rinnovabili che ha sicuramente bisogno di più ricerca per soddisfare la condizione di economicità, che a questo punto è la principale pecca. Dal momento che gli oceani coprono quasi i due terzi della superficie terrestre, essi rappresentano una vera e propria fonte di energia rinnovabile con un potenziale estremo e un valore da esplorare ulteriormente.
Tuttavia, le tecnologie attuali non sono al livello richiesto per catturare questo potenziale, ma dato che il mondo cerca alternative al settore dominante dei combustibili fossili, molte ricerche sono state condotte in diversi settori delle energie rinnovabili, compreso il settore dell' energia oceanica. I problemi legati alle dimensioni di queste centrali e al rapporto costi-efficacia con le dimensioni sono evidenti, ma ci sono anche alcune esigenze ecologiche che devono essere soddisfatte per mantenere il più possibile intatto l'ambiente.
E anche se questo settore delle energie rinnovabili non ha avuto una rapida crescita come alcuni altri settori delle energie rinnovabili (energia eolica), i suoi due progetti, come l' impianto ciclo OTEC a Keahole Point, Hawaii ha mostrato buoni segni del suo grande potenziale, per cui il settore dell' energia oceanica potrebbe avere maggiore importanza negli anni a venire.
Il potenziale c'è, tutto ciò di cui l'energia oceanica ha ora bisogno è una tecnologia in grado di sfruttare questo grande potenziale.
