Era il 1992, una nave proveniente da Honk Kong affonda in mezzo al Pacifico con il suo carico di 29000 paperelle, tartarughe e rane, tutte galleggianti e di plastica. Da allora hanno insegnato molto ai numerosi oceanografi che continuano a rinvenirle nelle varie coste della Terra, spiegando le complesse e lunghe dinamiche delle correnti oceaniche. Dopo dieci mesi le prime anatre iniziano ad essere rinvenute, Alaska, poi Giappone dopo 2-3 anni. Incredibilmente raggiungono anche le coste atlantiche, impiegando ben otto anni. Nel 2007 il primo rinvenimento in Gran Bretagna. Le loro apparizioni sembrano seguire una frequenza ciclica con periodo di 2-3 anni e molte simulazioni, studi ed articoli scientifici sono state dedicate a questo argomento. Qui sotto una cartina riassuntiva delle traiettorie mentre in cima all’articolo la foto di Curtis Ebbesmeyer, uno degli scienziati che più ha studiato tale fenomeno.

LINK AGGIUNTIVI

1. Beachcombers alert!
2. Un articolo del Dailymail sull’argomento

Condividi

All’inizio del 2010 Nature ha pubblicato un articolo firmato da David Lindley (fisico inglese) sui cinque metodi principali per immagazzinare energia, tradizionali e non, fornendo un riassunto interessante per un problema così attuale.

Bacini idroelettrici

Un concetto tanto semplice quanto efficiente se si hanno montagne (o comunque dislivelli) a sufficienza: quando si ha energia in surplus si pompa l’acqua verso l’alto e la si immagazzina dentro una diga, poi al bisogno la si fa ridiscendere attraverso una turbina producendo energia. Il loro svantaggio è l’impatto ambientale: le dighe spesso devastano i paesaggi montani e i loro ecosistemi. L’Italia ha 541 dighe (dato aggiornato al 2008).

Aria compressa sotterranea

Sistema simile ai bacini idroelettrici ma opposto nella realizzazione: l’aria viene pompata sottoterra dentro delle caverne e quando serve viene lasciata uscire facendola passare all’interno di turbine. Sembra una soluzione alquanto strana ma, per esempio, nella città di Huntorf, vicino Brema, dal 1978 tale sistema viene usato per produrre picchi di 300 MW di potenza. Di certo la soluzione presenta molti problemi (per questo non è così comune): devono esistere delle caverne o dei bacini sotterranei e l’efficienza non è delle migliori in quanto l’aria non si immagazzina bene come l’acqua (anche se alcuni esperti dicono che l’efficienza così come i costi è paragonabile ai bacini idroelettrici). Un esempio di un parco eolico con immagazzinamento sotterraneo lo vedremo (forse) nel 2015 nell’Iowa, nell’Iowa Stored Energy Park, con un importante progetto finanziato quasi totalmente dalle municipalità presenti nell’area.

Batterie

Siamo abituati ad utilizzare le batterie nella vita di tutti i giorni, sebbene non immagazzinino molta energia sappiamo più o meno quale sia il loro funzionamento e gli svantaggi e vantaggi di ogni tipo di batteria (alcalina, ioni di litio, ecc). Le batterie NaS (sodio e zolfo) hanno un’alta densità (energia immagazzinata per ogni metro cubo) e sono utilizzate per fornire energia alla rete elettrica (ad esempio in Giappone hanno disponibile 300 MW di potenza extra), costano meno delle batterie a ioni di litio (quelle dei cellulari per intenderci) anche per motivi di sicurezza: le batterie a ioni di litio sono infiammabili e quindi richiedono particolari precauzioni. Al giorno d’oggi sono in costruzione diverse batterie a ioni di litio nell’ordine dei MW, sebbene nel campo di ci sia un gran fervore a livello scientifico.

Volani

Perché non utilizzare l’energia cinetica per immagazzinare energia? Dei grandi dischi rotanti (flywheels, volani in italiano) vengono accelerati e poi accoppiati ad un generatore per produrre energia elettrica. Ovviamente c’è bisogno di tenerli costantemente accelerati ma hanno il vantaggio di operare a gran velocità, possono immagazzinare e rilasciare elettricità in pochi secondi e proprio per questa capacità sono fondamentali per mantenere stabile la frequenza della rete elettrica. Nello stato di New York, a Stephentown, è stato inaugurato a Luglio 2011 da una compagnia elettrica locale  un impianto di 20 MW con 200 volani in parallelo. L’impianto è costato circa 70 milioni di dollari.

Smart Grids

Delle Smart Grids abbiamo già parlato molto, e come già detto la loro ‘intelligenza’ sarà proprio una gestione efficace dei carichi e dei consumi della rete, localizzata in una piccola area geografica. Per questo motivo esistono numerosi modelli che si basano sull’immagazzinamento dell’energia tramite batterie, volani, auto elettriche e tramite la gestione dei carichi intelligenti, il cui scopo è proprio quello di far tendere l’esigenza di immagazzinamento elettrico a zero, così da ridurre di molto i costi di infrastrutture e, si spera, della bolletta elettrica degli utenti.

Link aggiuntivi

1. L’articolo di Nature di Gennaio 2010
2. Registro italiano delle dighe

Condividi

Negli ultimi anni si è tanto parlato dello sfruttamento da parte dell’uomo delle risorse minerarie ed energetiche, dando stime più o meno decise su quanto ci rimane di carbone, silicio, uranio ecc. In effetti sembra che in pochi decenni ci sia stato uno stravolgimento, si è cominciato a parlare di scarsità di risorse, di un futuro non così remoto senza elementi che davamo per scontati come ad esempio tutto il necessario per l’industria elettronica. Niente catastrofismi, cerchiamo di mettere un po’ in ordine sulle cifre sparate a destra e manca.

Ovviamente l’hot topic come al solito è l’energia, risulta ancora oggi difficile dire quanto uranio/carbone/petrolio sia rimasto, Science in un articolo pubblicato ad Agosto 2010 ci dice che per il carbone ci sono riserve per 250 anni (e disponibili altri 360), per il petrolio 41 anni (e 125 disponibili) e per l’uranio 82 anni (e 300-10000 disponibili).

Vediamo invece dei metalli comuni e molto usati come il rame, che negli ultimi anni ha dimostrato un incremento di prezzo notevole. Nel grafico che segue si vede il prezzo in dollari alla tonnellata scambiato al mercato di Londra (London Metal Exchange), con un incremento del 200% in due anni.

Di certo nessuno sa rispondere su quanto rame sia rimasto, inoltre questo metallo ha la peculiarità di essere totalmente riciclabile, quindi in teoria sarà sempre in disponibile. Oltretutto si stanno aprendo nuove miniere che divengono di nuovo convenienti con l’incremento dei prezzi, quindi per ora non dovremmo preoccuparci. Il ferro similmente ha visto un forte incremento nei prezzi, dal 2006 il prezzo è cresciuto più del 400%.

Se passiamo ai metalli più rari in natura ma assai utilizzati la situazione sembra in alcuni casi critica e le informazioni più rade e imprecise. Il renio, fondamentale per la produzione di carburante per gli aeroplani, è praticamente prodotto in soli due stati (Cile e Kazakhistan), costa 11000 dollari al kg (!) e dal 2006 il prezzo è aumentato di 12 volte.

L’indio, utilizzato ad esempio per gli schermi LCD, è prodotto principalmente dalla Cina (che ne produce più di tutto il resto del mondo) e sembra essercene poco, appena per 11 anni, sebbene la Indium Corporation dica di stare tranquilli prevedendo riserve per almeno 80 anni.

E il platino? Fondamentale per le “batterie” delle auto elettriche è prodotto da sole 3 miniere nel mondo (due in Sud Africa ed una in Russia). Al consumo attuale ce ne avremo ancora per 200 anni ma comunque non basterebbe però per tutte le auto elettriche che si vorrebbero fare nel mondo.

Le terre rare (Lantanoidi, Scandio e Ittrio) sono prodotti al 95% dalla Cina la cui esportazione sta diminuendo (ridotta del 40% a Luglio 2010) per via del consumo interno per ragioni ambientali (ma l’occidente non ci crede). Con l’aumento della domanda il resto del mondo teme di finire le scorte nel 2012. E non si può negare che la domanda crescerà eccome: le terre rare sono usate per i motori elettrici (per costruire una Toyota Prius si usano 11 Kg di Lantanidi), televisori e display, batterie, turbine eoliche e altri dispositivi medici e militari. Comunque tutti i paesi si stanno sbrigando ad aprire nuove miniere e a cercare preziosi giacimenti, quindi direi che se ancora possiamo permetterci un cellulare touch-screen o un auto elettrica la situazione non si è fatta così drammatica. Di certo nei prossimi anni la transizione dall’abbondanza (inconsapevole) alla scarsità potrebbe portare drastici cambiamenti nelle abitudini di noi tutti a meno di (quasi) incredibili innovazioni dal mondo dell’industria.

LINK AGGIUNTIVI

1. Articolo di Science, Agosto 2010: Energy’s Tricky Tradeoffs
2. Enterpreneur, Agosto 2008: Short on reserves: the planet’s metal reserves could be running out sooner than we think. We need to start recycling them urgent
3. Economist, Maggio 2011: Rare-earth metals, The Difference Engine: More precious than gold

Condividi

Se ne parla spesso dei vantaggi e svantaggi delle rinnovabili e del problema della loro intermittenza (il dispatched-by-God problem). Il problema si pone semplicemente: se ho 1 MW di potenza eolica (o solare) installata e quella smette di fornirmi energia (il vento cala o, meno drasticamente, scoppia un temporale e quindi inizia ad esserci troppo vento) devo affidarmi ad una risorsa di emergenza normalmente a combustibile fossile (gas, carbone, petrolio ecc). Quindi finisce che per 1 MW di fabbisogno ne installo il doppio.

Interessante il commento di questo articolo che minimizza il problema dell’intermittenza dell’energia eolica sottolineando che il problema non è il backup ma la flessibilità dell’intero sistema che si può ottenere in quattro modi: 1. previsione 2. trasmissione 3. demand-side management 4. conservazione (storage) dell’elettricità. Interessante articolo che merita ulteriori approfondimenti. Comunque, i dati parlano chiaro: in Nord Europa nel 2020 ci saranno 199 GW di energia rinnovabile intermittente (eolico onshore e offshore, solare) al pari di un 486 GW di potenza installata di energie convenzionali nel 2010. Ovviamente l’Europa continentale ha dei grossi vantaggi rispetto al Regno Unito (e isole comunque), maggiore ampiezza geografica (quindi le condizioni metereologiche sono meno di impatto), grosso potenziale idroelettrico come backup, ma comunque alcune analisi (si veda qui) dipingono un sistema elettrico futuro molto influenzato dal meteo a breve termine con grandi differenze da nazione a nazione.

Comunque già oggi la situazione è assai movimentata, capita in molti paesi (Germania ma anche Texas ad esempio) che in alcuni momenti il costo dell’energia elettrica diventi negativo, per via del surplus di produzione eolica. Le soluzioni non sono semplici, visto che non si possono spegnere e accendere le pale così velocemente e facilmente si deve immagazzinare l’elettricità in eccesso, ma non è così semplice. Si può usare un impianto idroelettrico oppure altre soluzioni più tecnologiche come i volani (se ne parlava proprio questi giorni di un impianti negli Stati Uniti). Al momento si parla di molte soluzioni, anche avveniristiche o comunque promettenti (immagazzinare l’energia solare ad esempio), ma non è facile valutare i pro ed i contro, perché ogni tipo di produzione elettrica ha i suoi costi di 1. costruzione 2. smaltimento 3. manutenzione e mantenimento 4. integrazione con la rete esistente, se non si considera l’intero costo (l’equivalente del Total Cost of Ownership che si usa nel business management) per ogni anno previsto non è possibile fare confronti. E perciò non si decide in maniera razionale e si fa quindi una politica inefficace (e alcune volte sciagurata).

LINK AGGIUNTIVI

1. Un articolo sul costo negativo dell’elettricità in Danimarca nel 2009

2. Idem per il Texas nel 2009

Condividi

Condividi

Condividi

Nell’Unità ENEA dove mi trovo ora c’è chi si occupa di studiare le maree del Mediterraneo e i flussi presso lo stretto di Gibilterra (qui la pagina di ricerca dell’unità). Questi sono dei video messi online da un mio collega sul suo lavoro, sono molto belli, meritano uno sguardo.

www.youtube.com/watch?v=Iyg34_WNIP4

Condividi

Interessante il trend generale, di certo siamo ancora lontani dal 20% medio per tutti i paesi, tutti quelli più popolosi devono ancora modificare il loro mix energetico, la Gran Bretagna sembra essere assai lontana dall’obiettivo. Per riassumere un po’ la distanza che manca ad ogni paese per raggiungere il proprio target: l’Italia deve passare dal 6.6% al 17%, Germania da 8.9% a 18%, Francia da 11% a 23%, UK da 2.2% a 15% [fonte Europe Energy Portal].

Al di fuori dell’Europa, i paesi in via di sviluppo d certo dovranno prima stabilizzare la loro domanda energetica (vedere qui per un trend) e poi concentrarsi sul mix, sperando che il consumo di carbone diminuisca (si vedano le immagini seguenti):

Di certo rimane il dubbio di come si sostituiranno tutte queste centrali a carbone in Cina: la mia impressione è che semplicemente non si sostituiranno, se non in un futuro remoto che difficilmente siamo in grado di immaginarci ora. Il grafico a destra (sempre fonte EIA) invece offre uno sguardo sul mix energetico futuro dove sembra intravedersi tra il 2007 e il 2035 un aumento di diffusione delle rinnovabili, senza comunque cambiare il sostanziale equilibrio tra le varie fonti.

LINK AGGIUNTIVI

1. Reegle – Clean Energy Information Portal

Condividi

Finalmente dopo tre anni arriva il dottorato di ricerca. Tempo fa un professore di Catania disse all’aula della scuola dove ero, una summer school di tutti giovani (aspiranti) ricercatori, che la ricerca è fatta dalle persone, sono proprio i legami personali tra di loro che la portano avanti, più delle idee e più del talento. Nella foto sulla sinistra ci sono io e sulla destra c’è Sandro, che oramai dodici anni fa decise di varcare la soglia della stessa aula dove ero io (e viceversa) e da allora non è più riuscito a seminare me come tanti altri. Oddio ora sembra che a Zaragoza ci stia riuscendo.

Condividi

Un articolo del 2005 pubblicato dall’Organizzazione Mondiale della Sanità (WHO) definisce il particolato (Particulate Matter, PM) secondo il diametro:

1. Il PM10, con diametro più piccolo di 10 micrometri, che può raggiungere i polmoni e le vie respiratorie. Scompare dall’atmosfera al seguito di precipitazioni e comunque nel giro di poche ore
2. Il PM2.5 che può raggiungere le regioni alveolari dei polmoni, per questo più pericoloso. Rimane nell’aria per giorni o settimane.

La WHO continua sottolineando i rischi per la salute dovuti alla presenza del PM nell’aria che respiriamo e riporta i dati provenienti da uno studio del WHO (Meta-analysis of time-series studies and panel studies of Particulate Matter (PM) and Ozone (O3)) arrivando a stimare l’incremento percentuale del rischio di malattie per ogni 10 microgrammi per metro cubo presenti nell’aria. La mortalità generale aumenta dello 0.4-0.8% per ogni 10 microgrammi/m³ mentre quella riferita a malattie respiratorie dello 0.5-2.0%.

L’Unione Europea obbliga i paesi membri (Direttiva 2008/50/Ce) ad avere una concentrazione annua di 40 microgrammi e a non superare per più di 35 volte in un anno la concentrazione di 50 microgrammi. L’Italia è a rischio multa e come avevo già sottolineato qui la situazione nelle grandi città non è allegra, solo 16 tra le 50 città più grandi non superano più di 35 volte il limite di 50 microgrammi. Roma sembra superare in alcuni stazioni la soglia un giorno su tre e Milano sembra aver raggiunto il picco di 200 microgrammi per metro cubo. Ora non mi sembra il caso di preoccuparsi della radioattività nell’aria (una new entry recente nei titoli rossi dei TG), visto che lì siamo al di sotto della norma, mentre il particolato nell’aria arriva a causare quasi 6000 morti l’anno in Italia [studio Nomisma].

LINK AGGIUNTIVI

1. Agenzia stampa sul mancato rispetto delle norme UE per vari paesi (tra cui l’Italia)
2. WHO PM Fact Sheet [pdf]
3. Previsione sulla qualità dell’aria fornita dall’Università dell’Aquila
4. Qualche link sullo studio Nomisma sulle morti dovute alle polveri sottili nell’aria

Condividi