Energia mareomotrice: un’onda di innovazione nel panorama energetico globale

Indice degli argomenti:

• La storia dell’energia marina
• Quali sono i vantaggi e gli svantaggi?
• Gli impianti di energia mareomotrice: lo scenario in Italia e nel mondo
• Energia marina: i piani dell’Europa per sviluppare una delle fonti rinnovabili offshore

L’oceano, vasto e inesplorato, nasconde non solo segreti affascinanti, ma anche un potenziale energetico enorme che potrebbe modificare radicalmente il modo in cui soddisfiamo il nostro fabbisogno di energia. In questo scenario, l’energia mareomotrice è un’ulteriore risorsa da esplorare in quanto offre una fonte di energia green che potrebbe aiutare a mitigare i crescenti impatti ambientali legati alla produzione energetica tradizionale.

L’energia marina è prodotta sfruttando l’innalzamento e l’abbassamento delle maree, un fenomeno naturale causato principalmente dall’attrazione gravitazionale della Luna e, in misura minore, del Sole. Questa energia, insieme all’energia delle onde, delle correnti e dei gradienti termici e salini presenti nell’oceano, rappresenta una fonte preziosa e inesauribile di potenza.

Secondo il Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), solo le correnti fluviali e l’energia delle onde, delle correnti e delle maree dell’oceano potrebbero generare da 1.250 a 1.850 terawattora di elettricità. Il dato raccolto dal PNNL sottolinea il potenziale inesplorato che risiede nelle profondità marine, pronte a essere incanalate per alimentare le nostre comunità e le nostre industrie.

L’energia dell’oceano può essere sfruttata in vari modi, tra cui l’uso delle correnti di marea. Queste si verificano quando l’acqua passa attraverso una costrizione, accelerando la sua velocità. Attraverso generatori appositamente progettati e posizionati strategicamente in luoghi idonei, l’energia delle maree può essere convertita in elettricità, fornendo una fonte affidabile di energia pulita per la rete elettrica.

Inoltre, l’energia dell’oceano può essere utilizzata per altre applicazioni, come la propulsione di veicoli oceanici e la generazione di energia dalle onde e dalle correnti oceaniche persistenti. Tale diversificazione delle fonti energetiche marine offre un’ampia flessibilità nel soddisfare le esigenze energetiche di diverse comunità e siti industriali.

Ma quali sono i luoghi adatti per catturare questa preziosa risorsa energetica? Le aree con ampie differenze nell’intervallo di marea, ossia la differenza tra alta marea e bassa marea, sono particolarmente favorevoli. In questi luoghi, i canali e i corsi d’acqua di marea si restringono, aumentando la velocità delle correnti di marea e, di conseguenza, il potenziale energetico disponibile per la raccolta.

Con la crescente domanda mondiale di elettricità pulita e sostenibile, è fondamentale esplorare e sviluppare fonti energetiche alternative come l’energia mareomotrice. Questa risorsa non solo riduce la nostra dipendenza dai combustibili fossili, ma contribuisce anche alla riduzione delle emissioni di gas serra e all’adozione di pratiche energetiche più sostenibili e responsabili.

La storia dell’energia marina

L’uomo ha sempre trovato modi ingegnosi per servirsi delle risorse naturali a sua disposizione, e le maree non sono state un’eccezione. L’energia mareomotrice, ottenuta dall’energia cinetica delle maree, ha una storia antica che risale a secoli fa, quando le comunità costiere iniziarono a utilizzare le maree per azionare i loro mulini.

I mulini a marea, precursori delle moderne centrali elettriche mareomotrici, somigliavano molto alle tradizionali ruote idrauliche. Tuttavia, la principale differenza risiedeva nel fatto che l’acqua doveva essere raccolta durante l’alta marea e poi rilasciata per far girare la ruota idraulica. Questo processo era fondamentale per attività come la macinazione del grano e la produzione di farina.

Il mulino a marea più antico di cui si ha notizia risale all’anno 619 e fu scoperto nell’isola di Mahee, nell’Irlanda del Nord. Questi mulini divennero sempre più comuni durante il Medioevo, e nel XVIII secolo Londra da sola ospitava ben 76 mulini a marea. Lungo le coste dell’Oceano Atlantico, c’erano circa 750 mulini a marea in funzione.

Facendo un salto temporale, è nel XIX secolo che si inizia a esplorare il potenziale dell’energia mareomotrice per la generazione di elettricità. Nel 1924, la Federal Power Commission degli Stati Uniti condusse il primo studio su larga scala sulle centrali elettriche mareomotrici, proponendo la costruzione di impianti lungo la baia di Fundy e la baia di Passamaquoddy.

La svolta vera e propria arrivò nel 1966, quando Électricité de France aprì la centrale elettrica delle maree di Rance in Bretagna. Questa fu la prima centrale mareomotrice al mondo, con 24 turbine in grado di raggiungere una potenza di picco di 240 megawatt (MW). Per decenni, la centrale di Rance è stata la più grande del suo genere, dimostrando il potenziale dell’energia mareomotrice su scala industriale.

Negli ultimi due decenni, l’industria si è concentrata sulla generazione di energia mareomotrice in-stream, posizionando dispositivi direttamente nel flusso delle maree. In questo contesto, il Centro europeo per l’energia marina, istituito nel 2003, ha svolto un ruolo fondamentale nel testare e dimostrare tecnologie innovative per sfruttare al meglio l’energia delle onde e delle maree.

Quali sono i vantaggi e gli svantaggi?

L’energia mareomotrice è una fonte di energia rinnovabile che ha suscitato un crescente interesse per i suoi molteplici vantaggi e le sfide associate al suo utilizzo. Da un lato, offre numerosi benefici, tra cui la sua completa rinnovabilità, la produzione costante e prevedibile, l’alta densità di generazione e i bassi costi di manutenzione. Al contempo, ci sono anche diverse limitazioni da considerare. Il costo iniziale elevato, la difficoltà di trovare siti adatti, i potenziali problemi di sedimentazione e inquinamento, e l’impatto sull’ecosistema marino sollevano questioni importanti che devono essere affrontate per sfruttare appieno il potenziale di questa fonte energetica.

Possiamo riassumere in questo modo i vantaggi e gli svantaggi derivanti dall’impiego di energia mareomotrice:

Vantaggi

• Energia rinnovabile: L’energia mareomotrice si distingue per la sua natura completamente rinnovabile. Sfruttando il costante movimento delle maree, questa fonte energetica non esaurisce le risorse naturali, garantendo una fornitura energetica continua nel tempo.

• Produzione costante di energia: A differenza di molte altre fonti energetiche rinnovabili come il solare e l’eolico, l’energia mareomotrice offre una produzione stabile e prevedibile. I cicli delle maree sono noti con precisione, consentendo una pianificazione efficace della produzione energetica.

• Alta densità di generazione: Le installazioni per l’energia mareomotrice possono generare una quantità considerevole di energia su piccole aree. Questo è possibile grazie alla loro elevata densità di generazione, che supera quella di molte altre fonti energetiche.

• Lunga durata: Le strutture per l’energia mareomotrice hanno una durata di vita stimata molto lunga. Questo si traduce in costi operativi annuali ridotti.

Limitazioni

• Costo iniziale elevato: Il principale ostacolo all’adozione su larga scala dell’energia mareomotrice è rappresentato dal suo elevato costo iniziale di installazione. Questo può essere una barriera significativa per molti paesi o aziende che considerano questa fonte energetica.

• Difficoltà di collocazione: Trovare siti adatti per l’installazione di impianti mareomotrici può essere complesso e richiedere studi dettagliati. Si necessitano ampiezze di marea specifiche e una topografia favorevole, il che limita le possibili ubicazioni per questi impianti.

• Sedimentazione e inquinamento: Le strutture mareomotrici possono causare problemi di sedimentazione all’interno dei bacini, soprattutto se collocate vicino alle foce dei fiumi. Questo può portare a potenziali problemi di inquinamento, con effetti negativi sull’ecosistema circostante.

• Impatto sull’ecosistema: L’installazione e il funzionamento delle strutture mareomotrici possono disturbare l’equilibrio dell’ecosistema marino, influenzando la fauna ittica e altri organismi marini. Questo aspetto solleva serie preoccupazioni riguardo alla conservazione della biodiversità e alla salute complessiva dell’ecosistema marino.

Seppure prospettici, i progetti di produzione energetica riguardanti l’energia marina sono tuttora in una fase non sufficientemente avanzata. Tanto che gli stessi obiettivi della Commissione UE sono stati giudicati così dalla Corte dei conti europea: “ambiziosi e potrebbero essere difficili da realizzare”, in un’analisi pubblicata a settembre 2023. La stessa ricorda che all’inizio del 2023, in Europa, c’erano 13 MW di capacità operativa di energia oceanica, su un totale di 43 MW di capacità dimostrativa cumulativa installata dal 2010.

La stessa Corte dei conti scrive a riguardo che “non si prevede un’ampia diffusione commerciale dell’energia oceanica prima del 2030 e il suo contributo al raggiungimento degli obiettivi di energia rinnovabile del 2030 sarà molto probabilmente marginale”.

Gli impianti di energia mareomotrice: lo scenario in Italia e nel mondo

L’energia mareomotrice sta emergendo come una fonte di energia pulita e affidabile in molti Paesi del mondo, compresa l’Italia. In diverse località, impianti all’avanguardia stanno dimostrando il potenziale di questa tecnologia per la produzione di elettricità.

In Italia, a Civitavecchia, si trovano due importanti impianti: il REWEC e il WAVESAX. Entrambi sfruttano l’aria compressa generata dal movimento delle acque per produrre energia elettrica, offrendo un esempio tangibile dell’innovazione nel settore dell’energia mareomotrice nel paese. Nel frattempo, a Messina, nella frazione di Ganzirri, è operativa la turbina di Kobold, ancorata al fondale marino e connessa alla rete nazionale con una potenza di circa 25 kW, dimostrando l’impegno italiano verso fonti energetiche sostenibili.

Nel panorama globale, ci sono progetti ancora più ambiziosi e consolidati. Uno degli esempi più significativi è rappresentato dalla centrale mareomotrice di Rance, in Francia, costruita tra il 1960 e il 1966, con una capacità installata di 240 MW. Altrettanto impressionante è la centrale elettrica delle maree del lago Sihwa in Corea del Sud, attualmente il più grande impianto di energia mareomotrice attiva al mondo, con una capacità di 254 MW. Costruita sul lago Sihwa, a circa 4 km dalla città di Siheung, questa centrale è un esempio di successo nella produzione di energia pulita attraverso le maree.

Altri esempi significativi includono la centrale elettrica Jiangxia Tidal in Cina, operativa dal 1985, e la Annapolis Royal Generating Station in Canada, attiva dal 1984. Entrambe queste centrali dimostrano il potenziale dell’energia mareomotrice per contribuire in modo significativo alla produzione energetica globale.

Un altro progetto di rilievo è il MeyGen, situato nel nord della Scozia, che utilizza turbine sommerse sul fondo del mare per generare energia dalle maree. Con una potenziale capacità di installazione fino a 400 MW, il MeyGen è un esempio di come le correnti marine ad alta velocità possano essere sfruttate efficacemente per la produzione di energia.

16/01/2024

Energia marina: i piani dell’Europa per sviluppare una delle fonti rinnovabili offshore

L’Unione Europea intende arrivare a contare su 40 GW di energia dal mare entro il 2050. I piani della Commissione UE per raggiungerli, i progetti avviati, le prospettive e i limiti attuali

L’energia marina potrebbe provvedere al 10% dei fabbisogni di energia elettrica dell’Unione Europea entro il 2050. L’UE crede nelle potenzialità delle fonti rinnovabili offshore e, in particolare, nella possibilità di generare energia mareomotrice da onde, maree, correnti marine. Per questo ha obiettivi ambiziosi riguardanti il loro contributo al mix energetico futuro.

La Commissione europea ha pubblicato una comunicazione rivolta al Parlamento, al Consiglio, al comitato economico e sociale europeo e al comitato delle regioni dedicate “ambizioni UE in materia di energie rinnovabili offshore”. In essa, oltre a evidenziare l’importante ruolo che l’eolico offshore dovrà – e potrà – svolgere, pone attenzione anche sull’energia oceanica.

In tale documento, oltre ad alzare l’asticella dei propositi di produzione, riporta che diversi progetti pilota incentrati sull’energia delle maree e del moto ondoso sono a buon punto, anche grazie al sostegno di Horizon Europe e di Innovation Fund. Secondo la Commissione Europea, sarà possibile raggiungere 100 MW di capacità entro il 2027 e 1 GW entro la fine del decennio o l’inizio degli anni 2030, raggiungendo nel 2050 40 GW di capacità di energia oceanica.

Le diverse opportunità offerte dall’energia marina

Quando si parla di energia marina, o energia mareomotrice, si sottintendono diverse forme di produzione energetica da mari e oceani. Tra le opportunità allo studio c’è la possibilità di generare energia dalle onde e dalle correnti di marea, dalla conversione di calore in energia meccanica (ocean thermal energy conversion, OTEC), dalla generazione di energia a gradiente di salinità. A queste va aggiunta anche la tecnologia SWAC (Seawater Air Conditioning), sistema di energia alternativa che utilizza l’acqua fredda proveniente dalle profondità dell’oceano per raffreddare gli edifici. In alcune zone è possibile ridurre drasticamente la potenza consumata dai sistemi di climatizzazione.

La Commissione Europea, trattando di rinnovabili offshore e, in particolare di energia oceanica, ha ricordato che le energie rinnovabili offshore forniranno un contributo “fondamentale” al conseguimento degli ambiziosi obiettivi energetici e climatici dell’UE per il 2030 e il 2050 e ridurranno la dipendenza dalle importazioni di combustibili fossili.

A questo proposito ha scritto:

“Questo tipo di energia è destinato a diventare una parte indispensabile del mix energetico che sarà necessario alla decarbonizzazione e a raggiungere la neutralità climatica: se ne trova riscontro nell’ambizione degli Stati membri di installare 111 GW di capacità di produzione di energie rinnovabili offshore entro il 2030, quasi il doppio rispetto al livello fissato dalla Commissione europea nella strategia per le energie rinnovabili offshore pubblicata a novembre 2020”.

Ricerca e innovazione: spazio e fondi all’energia oceanica

L’Unione Europea da tempo sta incoraggiando lo sviluppo dell’energia marina, attraverso investimenti su ricerca e innovazione. La stessa comunicazione della Commissione Europea ricorda che l’UE, dalla introduzione della propria strategia offshore, ha compiuto progressi sul fronte dell’energia oceanica, sebbene ci sia ancora da fare.

“La direttiva riveduta sulle energie rinnovabili prevede l’obiettivo indicativo di far sì che entro il 2030 almeno il 5% di tutti i nuovi impianti sfrutti fonti rinnovabili innovative, come le tecnologie per l’energia oceanica”.

Anche il Fondo europeo di sviluppo regionale sostiene una serie di progetti utili alle energie rinnovabili offshore, tra cui la realizzazione di progetti pilota nel settore dell’energia marina.

L’Innovation Fund si è adoperato per includere progetti all’avanguardia, come le tecnologie connesse all’energia oceanica, e ha recentemente selezionato due progetti di energia marina da sovvenzionare nell’ambito del tema “progetti pilota di medie dimensioni”. Uno di questi integra diverse fonti di energia, tra cui l’energia del moto ondoso.

Ricorda ancora la stessa Commissione UE che nei prossimi anni proseguiranno e saranno intensificate le azioni di ricerca e innovazione individuate nella strategia, principalmente tramite Horizon Europe e i relativi programmi di lavoro, se del caso con specifici inviti a presentare proposte.

In particolare, la Commissione intende:

“collaborare con gli Stati membri e le regioni, comprese le isole, per utilizzare in modo coordinato i fondi disponibili per le tecnologie del settore dell’energia oceanica, affinché si raggiunga una capacità totale in tutta l’UE di 100 MW entro il 2027 e di circa 1 GW entro il 2030. È stata annunciata una serie di temi, tra cui i parchi di energia delle maree e del moto ondoso”.

Va ricordato che Horizon Europe e i precedenti programmi, Horizon 2020 e il 7° Programma Quadro hanno svolto un ruolo chiave nel portare avanti lo sviluppo dell’energia oceanica. Dal 2007, nell’ambito di questi programmi, sono stati stanziati oltre 400 milioni di euro a progetti sull’energia oceanica.

Cosa si sta muovendo a livello istituzionale e industriale

Le prove di un rinnovato interesse sull’energia marina provengono sia a livello politico sia a livello industriale e privato. Come riporta l’associazione professionale di riferimento Ocean Energy Europe, la Francia attraverso il proprio presidente Emmanuel Macron avrebbe annunciato gare commerciali per le correnti di marea come parte dei Programmi energetici pluriennali (PPE). Ciò fa seguito al recente annuncio da parte del Ministro della transizione energetica transalpino di almeno 65 milioni di euro di finanziamenti, oltre a un sostegno alle entrate dedicato, per il pionieristico progetto pilota di energia delle maree FloWatt.

Anche il Regno Unito intende puntare allo sviluppo di progetti sull’energia marina. A questo proposito va ricordato l’annuncio di aderire a Horizon Europe. In tal senso, la società Orbital, insieme ai partner, è stata selezionata per realizzare il progetto di energia mareomotrice multi-turbina, EURO-TIDES. La finalità è realizzare un complesso di turbine mareomotrici da 9,6 MW che sarà connesso per la prima volta al mondo.

La soluzione di combinare più turbine è oggetto anche del progetto SEASTAR del consorzio paneuropeo Nova, anch’esso vincitore di un finanziamento UE da 20 milioni di euro per installare 16 turbine del progetto nelle isole Orcadi, in Scozia. Il progetto di parco di energia mareomotrice da 4 MW è stato presentato alla COP28 e intende avviare la produzione di massa di turbine mareomotrici nel settore delle maree.

Oltre ai progetti finanziati a livello comunitario ci sono anche iniziative di finanziamento a livello privato. Tra queste va segnalato il programma Energy Catalyst di Innovate UK, che ha assegnato circa 88 milioni di dollari in sovvenzioni a una serie di progetti che mirano a sfruttare l’energia pulita, compresi progetti di energia solare galleggiante e del moto ondoso.

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