L’energia pulita? Sta sotto il mare. E qualcuno è già andato a prenderla. Uno scrittore-tecnologo ci racconta un futuro sostenibile
Il vento può calare, il sole può essere coperto dalle nuvole. Ma il moto delle onde non si ferma mai. Il matematico Michele Grassi ha lasciato il "posto fisso" alla Normale di Pisa per lanciare la startup H24. Il progetto prevede cassoni da adagiare sul fondo del mare che si muovono con la pressione delle onde. Invisibili dalla costa e non inquinanti. Con venti miliardi di investimenti l'Italia potrebbe coprire il 20% dei suoi bisogni energetici in modo del tutto sostenibile e a zero emissioni
Energia. Bella parola. Viene dal greco, en ergon, letteralmente “in azione, al lavoro”; qualsiasi cosa si muova, in greco, è en ergon. Purtroppo, da un punto di vista scientifico, la parola ha un significato un po’ diverso: è una quantità che si conserva, che non può essere né creata né distrutta, ma solo trasformata. Questo significa che la quantità di energia che abbiamo a disposizione, nell’universo, è quella: cambia solo la forma che assume e – ben più importante – quanta di quella energia può essere utilizzata per compiere un lavoro. La parola “lavoro”, da un punto di vista scientifico, significa “spostare un oggetto di massa non nulla da un posto a un altro”. È una forma di energia coerente, di cui conosciamo la direzione; al contrario del calore, che è una forma di energia incoerente, in cui gli atomi del materiale si muovono a casaccio.
Ripassiamo bene questi due concetti, prima di addentrarci nella discussione: uno, l’energia non può essere creata, ma solo trasformata. Due, se siamo in grado di muovere un oggetto siamo in grado di compiere lavoro, e quel lavoro può a sua volta essere convertito in energia. È un ciclo: l’energia ci permette di fare lavoro, il lavoro può ridiventare a sua volta energia, ma una parte di esso viene disperso in calore. La conversione più efficiente si ha trasformando il moto dell’acqua in energia elettrica (circa il 50%), mentre qualsiasi conversione di energia termica al massimo può raggiungere il 33%, e la vostra automobile a benzina ha un rendimento di circa il 25%. Sempre meglio del pannello solare, che di media non va oltre il 18%.
Perdonatemi questa digressione, ma il modo in cui pensiamo è fortemente dipendente dagli strumenti che abbiamo a disposizione per pensare: conoscere, o sapere esprimere chiaramente in forma funzionale certi concetti rende possibile pensare senza errori, e in modo più veloce. Se non ne siete convinti, provate a moltiplicare XIX per CVII e fatemi sapere quanto ci mettete, rispetto a fare 19X107. Trovare parole chiave, e sapere come usarle, è fondamentale per pensare: specialmente nel campo dell’energia, dove l’ideologia e la politica sono sempre in agguato e molti di noi parlano in modo assertivo e iattante di cose che ignorano.
Le parole chiave, quindi, sono “movimento”, “movimento coerente”: ogni qual volta c’è un movimento coerente, c’è la possibilità di convertire quel movimento e di accumularlo in una forma di energia stabile e durevole – pile, per esempio.
La danza, ad esempio, è movimento coerente. Ma non si può, direte forse voi, trasformare la danza in energia elettrica. Se ne siete convinti, vi farebbe bene una chiacchierata con Andrew Charalambrous, proprietario del Club Surya, a Londra, il cui locale ricava il 60% dell’energia elettrica di cui ha bisogno dai salti dei clienti. Il pavimento, infatti, è fatto di elementi piezoelettrici, in grado di trasformare – ripetete con me: non creare, trasformare – l’energia cinetica dei balzi dei propri baldanzosi clienti in energia potenziale, sotto forma di Watt accumulati in tante belle batterie che immettono direttamente negli amplificatori del locale.
Anche la pioggia è un movimento coerente: l’acqua cade dall’alto verso il basso. Una volta, per gioco, ho provato a calcolare quanta energia si poteva accumulare sfruttando l’acqua che si accumula sul tetto quando piove, e per avere la quale non dobbiamo compiere lavoro: è la natura che ce la mette lì sul tetto, a spese sue. Avevo letto che la forma di energia più efficiente da convertire è quella idrica: certo, necessita di grandi altezze (l’energia va come il quadrato dell’altezza da cui casca l’acqua), ma in molti casi si riesce a convertire in elettricità circa metà della potenza del moto. Se vi ricordate il ragionamento fatto prima sull’efficienza, dovete ammettere che è un bel punto di partenza.
Per cui, per distrarmi, provo a calcolare quanta energia riuscirei a estrarre dalla pioggia, se fossi in grado di raccoglierla sul tetto e la facessi scorrere dalle grondaie da un’altezza di 10 metri. Il risultato non fu troppo confortante: con un tetto da 100 metri quadri, posto a un’altezza di 10 metri, supponendo una pioggia da 30 mm all’ora (cioè, un nubifragio) ottenevo in un giorno più o meno l’energia necessaria per caricare il cellulare…
Perché pensare alla pioggia, invece di installare un bel pannello solare? In realtà, i pannelli solari ce li ho: raggiungono i 3 kW di potenza a mezzogiorno, se non piove. Purtroppo, siccome abito a Pisa, piove un giorno su tre.
Allo stesso modo, perché pensare all’acqua, come vettore di energia, e non al solare o all’eolico? Il motivo è lo stesso che trovate sopra: abitiamo in Italia. Siamo una penisola, il che significa che abbiamo tanto mare. E tanto mare significa tanta, tanta acqua che si muove in modo coerente, sotto forma di onde.
L’estensione del nostro Paese non è così grande, anzi, è piuttosto contenuta: poco più di 300 mila chilometri quadrati (la metà della Francia). Abbiamo, però tante coste: circa 7600 km lineari. Il rapporto tra coste e superficie è molto alto, superiore al 25%.
Perché questo rapporto è così importante? Possiamo fare una analogia con la qualità della vendemmia. Negli anni in cui piove poco, il vino è più buono, perché l’acino si gonfia poco e resta piccolo: la buccia (la parte che dà tannini, antiociani e aromi) cresce come il quadrato dell’acino, mentre il volume dell’acino va come il cubo – un acino che abbia diametro doppio ha quattro volte più buccia, ma otto volte più volume, e quindi gli aromi della buccia risultano diluiti.
Allo stesso modo, la quantità di energia che una nazione richiede aumenta con l’aumentare della sua estensione: se una nazione è piccola e sul mare – le isole o le penisole – conviene sfruttare la possibilità di convertire in energia il moto delle maree, per esempio, o delle onde, che non progettare impianti eolici o solari su larga scala.
La stessa cosa è venuta in mente, circa dieci anni fa, a Michele Grassi, matematico proveniente dalla Scuola Normale Superiore di Pisa, osservando il rollio di una barca al largo. È un peccato che tutta quell’energia, l’energia delle onde, vada sprecata. Ci deve essere un modo per sfruttarla, e Grassi lo individua.
Un’onda, a livello sottomarino, si traduce in una differenza di pressione: detto in parole povere, un’onda è più alta del livello del mare davanti e dietro a sé, e quindi contiene più acqua. La colonna d’acqua sotto l’onda ha un peso maggiore, e questo causa una pressione sottomarina.
Sfruttando l’effetto di questa pressione su un meccanismo mobile, si può pensare di convertire l’energia meccanica in energia elettrica. Niente di difficile, e non c’è nemmeno da cercare troppo lontano: il principio della dinamo è stato inventato proprio qui, da Antonio Pacinotti, un secolo e spiccioli fa.
Quello che succede dopo, in Italia, ha dell’incredibile. Grassi rinuncia al caro vecchio posto fisso (all’Università di Pisa, non in fonderia) e si butta cervello e corpo nell’impresa. Fonda una società, fabbrica prototipi, cerca collaborazioni. Nasce così H24, un modulo fatto da una sorta di vela che l’onda di pressione sottomarina fa scorrere su un binario: all’interno del modulo, dei meccanismi appositi trasformano l’energia cinetica (il moto della vela) in energia elettrica. Tutto questo fornisce 50 kW di potenza a sei metri di profondità, il che significa a poca distanza dalla costa. E come si diceva, l’Italia ha più di settemila chilometri di coste.
Supponendo di posare uno di questi oggetti ogni trentacinque metri (il modulo descritto è lungo ventiquattro) questi produrrebbero l’ammontare di circa 10 GigaWatt di energia. Dieci centrali nucleari di medio cabotaggio, più o meno.
Appurate le possibilità, passiamo al costo: un aspetto che quando si parla di energia non va troppo sottovalutato. La potenza nominale di questo impianto è di 50 MW, e il suo costo al momento è di circa 200.000 Euro (installato, chiavi in mano: ma è una tecnologia scalabile, si possono costruire anche aggeggi parecchio più piccoli), il che significa che ogni Watt di potenza ha un costo di installazione di circa 4 euro/Watt. Un po’ meno dell’eolico domestico (6 E/W) ma parecchio di più rispetto al grande eolico a terra (i grandi parchi eolici producono al costo di 1.5 E/W) e al solare. Tutto questo, in condizioni di funzionamento ideale: vento forza nove tutto il giorno, il che capita di rado, e sole tutti i giorni, e pare che non sempre sia così. Se si va a parlare dell’efficienza media, quindi, le cose cambiano parecchio. Si calcola che l’efficienza media del dispositivo sia circa del 30%, e so ho capito bene è una stima prudenziale.
Paragonando i costi di installazione in euro per Watt medio, un Watt H24 verrebbe prodotto al costo di installazione di 12 Euro, mentre quello di un grande eolico ne costa 6 e quello di un solare 8. Per non parlare dell’eolico domestico, che ne costerebbe 24. Facendo un calcolo a spanne, un investimento pubblico da 20 miliardi di euro consentirebbe di coprire il 20% dei nostri bisogni energetici a emissioni zero, piazzando questi impianti lungo 1000 chilometri di coste. Considerando un costo dell’energia di 6 centesimi al Kwh, l’investimento rientrerebbe in meno di sei anni. E le rinnovabili, che oggi coprono circa il 30% delle nostre necessità, supererebbero la soglia del 50%.
Alcune domande, che potrebbero sorgere spontanee.
Di quanta manutenzione hanno bisogno questi oggetti?
Non molta, credo. Il problema della corrosione si ha in realtà quando un oggetto viene continuamente immerso in acqua e tirato fuori – tipicamente, un oggetto di metallo. L’azione elettrolitica dell’acqua e quella chimica dell’ossigeno, combinate, possono fare danni. Il modulo è fatto di fibra di vetro, che non conduce e non arrugginisce, e sulla quale gli organismi marini sono in grado di allignare e crescere.
Sì, ma da un punto di vista ambientale un essere umano, un sub, o un povero delfino, una di quelle tenere creature del cui destino ci preoccupiamo mentre trangugiamo un bel filetto di tonno, potrebbero forse rimanerci impigliate o incastrate, e lasciarci le penne?
Anche qui, pare di no. L’analisi dei rischi posti dal modulo ha ricevuto la certificazione Rina (Registro Italiano Navale), un ente noto per la sua particolare severità. Qui, da chimico, mi tocca fidarmi. Sapendo un pochino di fisica, so che muoversi contro la volontà dell’acqua è difficile: avvicinarsi a un oggetto e incunearsi volontariamente dentro di esso non è facilissimo.
Sì, potrebbe dire qualcuno, ma in Portogallo pochi anni fa hanno costruito un oggetto simile, il Pelamis Energy Wave Converter. Un mostro in grado di generare 750 kW. Sono falliti in pochi anni.
E te credo. Pelamis era un mostro che solo di installazione costava 5,6 milioni di dollari. Questo modulo costa venti volte meno. È una spesa affrontabile da una piccola comunità.
Piccola comunità? Sì, la scommessa ulteriore è questa.
Il coronamento ideale del progetto di Grassi, che propone la possibilità di formare una “smart community”, in cui una piccola realtà (come un paese di provincia, per esempio: pare che in Italia abbondino) si fornisca di una serie di elementi per produrre da sola la propria energia esclusivamente da fonti rinnovabili, coinvolgendo gli abitanti, i turisti, gli utenti del porto tramite il crowdfunding. Un modo per sfruttare la coerenza di un altro ente naturale in grado di compiere lavoro: noi.
Se volete la mia opinione, questo è un vero progetto. Un progetto basato su solide innovazioni tecnologiche, non la solita aria fritta in cui si mescolano le due o tre cose che sappiamo fare con quelle che sa fare il tizio che ci siamo trovati accanto a cena due sere prima, e speriamo che funzioni. È solo la mia opinione. Se volete sapere quanto ne sono convinto, be’, sappiate che al momento in cui scrivo sono sul punto di comprarmi un H24 per farlo installare, una volta ottenuti i vari permessi, sulla costa di un’isola toscana. Fate voi.