Descrizione progetto

PROGETTO

S.E.WA.T.

(SUSTAINABLE ENERGY BY WAVE TRAP)

OVVERO:

LO SFRUTTAMENTO DELL’ENERGIA DELLE ONDE MARINE DI PICCOLA TAGLIA

PREMESSA:

L’Italia è circondata da un giacimento energetico costituito dall’energia posseduta dalle onde che viene costantemente sprecata producendo erosione della costa.

Le parole chiave di base su cui è improntato il progetto sono quindi:
sfruttamento di una nuova fonte energetica
lotta allo spreco di energia
uso sostenibile delle risorse naturali e del territorio

Con il progetto SEWAT si perseguono quindi una pluralità di ambiziosi obiettivi, tra loro interconnessi e consequenziali viste le peculiarità del progetto tra cui:

Contribuire in modo significativo alla transizione energetica rendendo disponibile energia sostenibile e anche idrogeno verde a basso costo. Il sistema è estremamente semplice ma ha una grande capacità produttiva. Il prelievo di energia dalle onde del mare per renderla disponibile impedisce il naturale processo del suo spreco e della sua dissipazione. Di conseguenza, il suo utilizzo non altera l’equilibrio di altri ecosistemi senza occupare territorio produttivo;
Proteggere efficacemente la costa dall'erosione;
Raccogliere i rifiuti trasportati dal mare contribuendo al marine environment cleaning senza utilizzare energia per la loro cattura;
Catturare in modo non traumatico eventuali specie ittiche protette intrappolate all’interno del dispositivo, per essere avviate a laboratori di biologia marina prima del loro rilascio in mare.

Le caratteristiche del progetto SEWAT sono tali che:
declini a pieno titolo numerosi obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda ONU 2030 (7 – 1 – 9 – 12 - 14 );
lo collochino nell’ambito delle low-carbon technologies, ma low-cost al confronto delle altre tecnologie, per l’assoluta mancanza di produzione di scorie, reflui e CO2;
è assolutamente esente da rischi, anche accidentali, per l'ambiente e per la collettività e prevede l'utilizzo di materiali comuni facilmente reperibili;
il concetto modulare permette di realizzare impianti di qualsiasi potenza, abbinando singoli moduli indipendenti ed autonomamente produttivi;
l’energia ottenuta sia realmente sostenibile nel significato più autentico del termine; e l’idrogeno conseguentemente prodotto sia veramente green contribuendo a dare una impronta cleantech autentica al futuro;
solo in una particolare configurazione l’impatto ambientale è limitato ad una minima percezione visiva che però si può ritenere abbondantemente compensato dai benefici ottenuti in termini ambientali a livello locale.
Il progetto SEWAT è caldeggiato dalle associazioni ambientaliste, in particolare da LEGAMBIENTE e WWF, dagli Istituti Tecnici “GIORGI” e “CARNARO” di Brindisi (in particolar modo dai settori che trattano temi energetici)
INTRODUZIONE:
Gli elevati consumi di energia proveniente da combustibili fossili, necessari per garantire l’attuale livello di qualità di vita dei Paesi sviluppati e per consentire la crescita e l’evoluzione dei Paesi in via di sviluppo, hanno creato uno sbilanciamento dell’equilibrio naturale del Pianeta.
L’uso dei combustibili fossili comporta, oltre all’accumulo di CO2, anche il consumo di ossigeno dell’atmosfera e la “creazione” di acqua (la così detta acqua di “combustione” in modo irreversibile .
Occorre ricercare nuove strategie energetiche, per evitare di giungere alla situazione (purtroppo prossima) in cui lo squilibrio ambientale possa produrre effetti irreversibili e catastrofici.
La sopravvivenza sul pianeta impone che lo sviluppo futuro sia totalmente e realmente sostenibile. Questo implica la progressiva rinuncia, all’energia fossile provvedendo ad un approvvigionamento di energia, in modo sostenibile, solo da fonti rinnovabili.
L’energia posseduta dalle onde marine è una forma di energia pienamente e genuinamente sostenibile che, se opportunamente captata, potrebbe contribuire in modo determinante a soddisfare il fabbisogno energetico del pianeta garantendone la vivibilità.
DESCRIZIONE DEL PROGETTO:
Il progetto totalmente innovativo (brevetto n. BR2010A00004 estensione PCT/IB2011/053091) prevede di catturare l'energia posseduta anche dalle piccole onde del mare, per produrre energia sostenibile. In questo modo viene sottratta energia all'azione erosiva della costa prodotta dalle onde del mare.
Il progetto che si propone prende spunto dall’osservazione dello scenario naturale offerto delle onde frangenti e prevede, essenzialmente, la costruzione di una successione di vasche modulari in calcestruzzo, a sviluppo allungato, poste in mare, parzialmente immerse, in direzione ortogonale alla direzione dominante delle onde.
Possono quindi trovare collocazione o sul lato esterno (esposto ai marosi) delle dighe foranee e delle barriere frangiflutti o in posizione isolata parallelamente alla linea di costa , ad una certa distanza a protezione della costa stessa, surrogando quindi anche la funzione di difesa costiera.
Ogni vasca ha la parete esposta ai marosi, idoneamente attrezzata, in grado di captare l’acqua delle onde che vi si infrangono. Questo è possibile perché la parete captante presenta numerosi varchi muniti di paratoie mobili le quali, sotto l’azione di ogni onda si aprono, consentendo l’ingresso dell’acqua nella vasca che, quindi, viene riempita .
Nella fase di riflusso dell’onda le paratoie si chiudono automaticamente per effetto idrodinamico, impedendo l’uscita dell’acqua dalla vasca, ovvero le paratoie fungono da “valvole di non ritorno”.
L’acqua accumulata nella vasca produce energia elettrica durante il travaso nel mare calmo sul lato riparato dalla vasca stessa, attraversando una pluralità di microturbine idrauliche che azionano generatori elettrici.
Si tratta a tutti gli effetti di un bacino idroelettrico in mare, che, seppur di piccole dimensioni, è alimentato continuamente dalle onde del mare. L’idea innovativa è appunto il sistema di captazione delle onde e il modo di sfruttarne l’energia.
L’energia elettrica prodotta può essere immessa in rete anche se è preferibile utilizzarla per produrre idrogeno in loco da accumulare per costituire un volano energetico per far fronte alle repentine variazioni di energia legata alla variabilità del moto ondoso. In tal modo viene anche risolto il problema dello storage energetico in modo semplice.
La realizzazione del progetto, che può avvenire con moduli indipendenti ed autonomamente funzionanti replicati lungo la costa, renderà possibile la produzione di energia a costi molto competitivi, in quantitativi tali da ridimensionare drasticamente il ruolo delle energie fossili tradizionali che oggi, invece, rivestono un ruolo primario e strategico.
PUNTI DI FORZA:
Finora la fonte energetica presente ovunque nel mare è stata trascurata. L'energia delle onde è sempre stata naturalmente dispersa e dissipata spontaneamente producendo l'erosione costiera. Con il progetto SEWAT si cattura l’energia del moto ondoso, evitando gli sprechi. Contribuisce quindi anche alla lotta contro gli sprechi e all’uso efficiente delle risorse naturali senza occupare territorio produttivo.
La produzione di energia avviene in modo realmente e pienamente sostenibile ad impatto positivo sull’ambiente perché non implica alcuna influenza negativa sull’ambiente a livello globale, mentre a livello locale comporta un miglioramento dell’ecosistema. Infatti:
viene occupato un water-front marginale non altrimenti utilizzabile per altri impieghi, per cui non si sottrae spazio produttivo per altre attività.
l’approvvigionamento delle materie prime è limitato alla sola fase di realizzazione dell’impianto e, in modo limitato, alle fasi di manutenzione.
Viene totalmente azzerata la logistica in input (ovvero legata all’approvvigionamento dei combustibili fossili), l’energia ottenuta proviene totalmente dal moto ondoso. I materiali necessari per la costruzione dell’impianto sono comuni, (essenzialmente calcestruzzo, acciaio ecc…) di facile reperibilità, di uso frequente nella pratica quotidiana, non inquinanti e riciclabili. Le quantità dei materiali impiegati non sono tali da alterare il mercato degli stessi.
non viene impiegato né cloro né qualsivoglia altra sostanza e/o metodo antivegetativo e antincrostante; il “marine fouling” viene rimosso dalle parti funzionali (pannelli captanti, paratoie, turbine ecc.) per essiccazione in aria;
non vi è alcuna produzione di CO2, di scorie, di residui o di reflui da smaltire o da stoccare né nella fase di costruzione degli impianti, né nella fase di gestione, né nella fase di dismissione a fine ciclo produttivo che, peraltro, si stima estremamente lungo, sicuramente maggiore di 50 anni;
la sabbia che si deposita nella vasca può essere usata per il ripascimento delle coste, mentre le alghe e le incrostazioni, rimosse in occasione delle manutenzioni, possono essere usate per la produzione di biocombustibili;
se l’impianto viene realizzato accostato alle dighe foranee o alle barriere frangiflutti non si alterano significativamente le correnti marine, né si altera il paesaggio, per cui la sua realizzazione non comporta impatto visivo;
se l’impianto viene realizzato in posizione isolata può surrogare la funzione di protezione dei litorali svolta dalle difese costiere o la funzione svolta dalle dighe foranee per la realizzazione di porti. In tal caso sarebbe possibile spostare sul nuovo water front costituito dalla successione di vasche le attività che si svolgono sulla linea di costa (diporto, balneazione ecc.) riducendone la pressione antropica e consentendone la rinaturalizzazione;
in esercizio vengono travasati nello specchio di mare calmo, riparato dalla vasca stessa, ingenti quantitativi di acqua proveniente dal mare aperto, pulita ed arieggiata dal moto ondoso, che contribuisce all’ossigenazione e al ricambio dell’acqua dei porti o dei bacini chiusi che, inevitabilmente, si formano con la costruzione di difese costiere o delle dighe foranee. In tal modo si creano le condizioni ottimali per lo sviluppo di una itticoltura di qualità perché, seppur localizzata in tratti di mare al riparo dai marosi, risulta avere le tipiche caratteristiche offshore;
all’interno della vasca si accumulano, trasportati dalle onde, i rifiuti purtroppo sempre presenti nel mare, con la possibilità di poterli rimuovere e smaltire correttamente;
in occasione dei periodi di mare calmo e quindi non produttivi, durante i quali si svolgeranno le operazioni di manutenzione, è possibile catturare in modo non traumatico le specie ittiche protette rimaste imprigionate nella vasca, per essere avviate a laboratori di biologia marina prima del loro rilascio in mare;
l’indice EROEI (Energy Returned On Energy Invested) è estremamente alto, (ovvero il rapporto tra l’energia utilizzabile e i costi energetici per ottenerla) sicuramente superiore alla maggior parte delle fonti energetiche attualmente sfruttabili;
L’energia delle onde se non sfruttata, viene naturalmente dissipata producendo erosioni e danni al sistema costiero. Il sistema proposto invece capta tale energia senza sottrarla ad altri ecosistemi e senza creare squilibri ed alterazioni ambientali.
si impiega una tecnologia semplice che non comporta l’uso di sostanze tossiche e/o nocive, già collaudata ed in uso in altri ambiti della tecnica, totalmente priva di pericoli, rischi e implicazioni per la collettività.
Non vengono usati idrocarburi né altre sostanze che possano, anche incidentalmente, produrre inquinamento ambientale.
I tempi per la messa in esercizio sono relativamente limitati grazie alla costruzione modulare e alla prefabbricazione industrializzata non invasiva. È possibile, infatti, realizzare impianti anche molto estesi come successione di moduli prefabbricati in cantieri galleggianti, con il vantaggio che ogni modulo, la cui realizzazione richiede tempi brevi e risorse relativamente modeste, appena completato, entra immediatamente in produzione.

PUNTI DI DEBOLEZZA:
La produzione di energia elettrica è fortemente variabile sia nel breve che nel lungo periodo essendo legata alle condizioni del moto ondoso.
Tale aspetto negativo viene superato, preferenzialmente, producendo idrogeno che accumulato costituirebbe un volano energetico per far fronte alle variazioni repentine di produzione e nel contempo sarebbe la soluzione al problema dello storage dell’energia per tempi lunghi.
In tal modo, il punto di debolezza del sistema, si tramuta in un ulteriore punto di forza poiché costituisce un potente stimolo allo sviluppo dell’intera filiera dell’idrogeno con le indubbie ricadute positive in termini di consumo intelligente dell’energia.
Solo se l’impianto verrà localizzato in posizione isolata , esso sarà visibile dalla terraferma, ma tale impatto sarà sempre meno percettibile quanto più grande sarà la distanza dalla costa.
In tal caso può essere l’occasione per sviluppare tutta una serie di attività che vanno dal diporto, all’attività turistiche, alla itticoltura, alla cantieristica ecc.. che possono svolgersi a distanza della costa ma al riparo dai marosi o basate sulla vasca stessa.
È ovvio che quest’ultima disposizione d’impianto comporta, seppur in minimi termini, una interazione con il paesaggio e con l’ambiente, ma, a lungo termine, sarà sicuramente meno impattante rispetto alla non installazione e quindi alla rinuncia di captare energia sostenibile necessaria al genere umano.

STIMA QUANTITATIVA:
È sicuramente ardua una stima quantitativa teorica circa le potenze in gioco, perché lo sfruttamento di questa fonte di energia non ha una storicità pregressa, ed essendo l’impianto proposto totalmente innovativo, nella letteratura tecnica non si trovano teorie sviluppate o dati attendibili.
A livello locale e puntuale, l’andamento del moto ondoso, oltre a essere caratterizzato da una fondamentale irregolarità e casualità, è influenzato anche da innumerevoli parametri legati alla morfologia del particolare sito (batimetria, conformazione e profilo del fondale, ecc…), dalla lunghezza del fetch, alla distanza rispetto alla zona di generazione (onde di “mare vivo” oppure di “mare morto o lungo”) ecc….
Inoltre la captazione delle onde è influenzata da numerosi fattori quali la pressione dinamica delle onde frangenti, la direzione dei “venti dominanti” e dei “venti regnanti”, l’effetto di riflessione delle onde incidenti, la direzione e angolo di incidenza della “linea d’onda” ecc.
La situazione puntuale generata dal reale moto ondoso che si infrange contro una barriera è un fenomeno puramente casuale in perenne stato transitorio. I parametri caratteristici variano repentinamente da valori molto alti a valori molto bassi o nulli. È impossibile inquadrare, allo stato attuale delle conoscenze, il fenomeno in un modello matematico rigoroso che ne riproduca il comportamento.
Qualunque simulazione matematica, per quanto spinta ed avanzata, dovendo necessariamente far riferimento a modelli prevedibili e a condizioni al contorno prestabilite, è sicuramente non idonea a stimare in modo attendibile e significativo la potenza captabile e sfruttabile. Eventuali trattazioni numeriche rischiano di configurarsi in sterili accanimenti accademici senza risultati concreti
Dalle considerazioni su esposte nasce il convincimento che una analisi quantitativa realmente affidabile e significativa può scaturire soltanto da una campagna di rilievi e misure, sufficientemente di lunga durata, su un impianto funzionante di scala media provato in condizioni reali, al fine di ridurre al minimo l’influenza dell’”effetto scala” e l’alea di incertezza che scaturisce nell’interpretare i risultati ottenuti secondo la teoria dei modelli.
Bisogna comunque sottolineare che, così come si è verificato nel corso dei test su modello, poiché il prototipo ha necessariamente un limitato sviluppo allungato, i risultati, seppur positivi che si otterranno saranno penalizzati dal fatto che a tergo del prototipo lo specchio acquifero non sarà particolarmente calmo per effetto della rifrazione e diffrazione delle onde
A livello intuitivo è facile immaginare come le potenze in gioco siano estremamente interessanti perché le vasche costituiscono un collettore di raccolta dell’energia che il vento ha conferito all’acqua di mare, formando le onde, su una superfice captante di centinaia di chilometri quadrati.
Volendo necessariamente esprimere una valutazione, seppur sommaria e di larghissima massima, delle potenzialità del sistema, applicando, in maniera semplicistica, gli elementari concetti di idraulica classica semplificando drasticamente il fenomeno si stima che un modulo della lunghezza di 50 metri potrebbe avere una produzione annua di energia pari a circa 5.500.000 kWh/annui equivalente alla produttività di un campo fotovoltaico di circa 8 ettari (installato nella zona di Brindisi)
Questo dato, pur essendo basato su un modello grossolano e sicuramente discutibile, mette in evidenza che, con il sistema proposto, pur alternando periodi di limitata o addirittura nulla produttività, con periodi in cui la potenza prodotta può essere estremamente rilevante, consente una produzione di energia molto interessante in considerazione anche che:
Gli spazi occupati sono limitati (ossia sono impianti il cui ingombro è dell’ordine della decina di metri nel senso della larghezza e che si sviluppano nel senso della lunghezza occupando quindi una superficie comunque limitata) e comunque interessano un water-front esposto ai marosi e non utilizzabile per altri scopi.
Durata del ciclo produttivo estremamente lungo, sicuramente superiore ai 50 anni, pertanto l’ammortamento in termini energetici è sicuramente assicurato e, mediamente, l’indice EROEI (ENERGY RETURNED ON ENERGY INVESTED) è estremamente alto (comprendendo tra l’energia investita non solo l’energia consumata in esercizio e in manutenzione, ma anche l’energia impiegata per la realizzazione dell’impianto, la dismissione e lo smaltimento e la rimessa in pristino del sito). Poiché gli impianti possono assolvere anche ad altre funzioni (per esempio protezione delle coste, protezione di specchi d’acqua ecc.…) nei bilanci andrebbero considerate e portate in detrazione anche le risorse (energetiche, ambientali ecc.) da impiegare per la realizzazione delle opere che si sostituiscono.
L’impianto innovativo proposto, pur essendo di limitata estensione, costituisce in realtà il “collettore” di raccolta dell’energia che la superficie del mare ha ricevuto dal vento nella zona di generazione e maturazione delle onde, che è molto estesa contrariamente a quanto avviene nei sistemi fotovoltaici in cui la superficie captante è limitata alla superficie del pannello stesso e nei sistemi eolici in cui la superficie captante coincide con la superficie descritta dal rotore.
L’energia delle onde se non diversamente sfruttata, è destinata ad essere immediatamente dissipata in perdite producendo l’erosione (con la conseguente perdita di exergia ed aumento di entropia). Il sistema proposto invece capta tale energia, la cui utilizzazione, inserendosi nella fase terminale del ciclo di naturale degradazione dell’energia, non sottrae energia ad altri ecosistemi comunque vitali e non crea squilibri ed alterazioni ambientali.

OPPORTUNITA’:
A livello globale le opportunità offerte dal progetto proposto sono ambiziose e vanno al di là di quelle che si possono individuare con una analisi preventiva non sufficientemente approfondita e coinvolgono implicazioni che modificherebbero radicalmente i modelli di sviluppo e gli equilibri della società.
Sommariamente a livello locale potrebbe costituire l’occasione per lo sviluppo e la crescita del territorio, implementando tutte le attività legate alla costruzione degli impianti, alla loro manutenzione, alla produzione di energia e di idrogeno con lo sviluppo della filiera e della tecnologia connessa che va dallo stoccaggio, alla distribuzione, all’utilizzo a livello domestico, industriale e a servizio della mobilità.
Da non trascurare inoltre le opportunità offerte dalla disponibilità di specchi di mare calmo ma con caratteristiche (riguardo la qualità) tipiche del mare offshore (realizzazione di fish farm, balneazione, diporto ecc…)

CONCLUSIONI
Il progetto proposto, pur caratterizzato da un’alta densità di energia (ovvero un’altra produzione di energia per metro quadrato) , non comporta alcuna interazione negativa con l’ambiente e potrebbe considerarsi la soluzione semplice a problemi molto complessi.
Solo se al progetto viene fatta svolgere anche la funzione di difesa dall’erosione costiera l’impianto potrebbe essere visibile dalla terraferma .
Purtroppo la necessità di protezione della costa, le esigenze antropiche e soprattutto le motivazioni in ordine alla sopravvivenza sul pianeta (connesse alle alterazioni climatiche, le crisi energetiche e le tensioni geopolitiche internazionali ecc..) non possono abdicare all’esigenza di fossilizzare rigidamente il paesaggio nella configurazione attuale.
È evidente lo scontro tra le due esigenze contrapposte, ma il buon senso impone, con le possibili mitigazioni, che una deve cedere il passo al soddisfacimento dei bisogni vitali della collettività

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