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Gli aquiloni che producono energia

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Alza lo sguardo dalle spiagge di sabbia bianca di Mauritius e potresti vedere dei giganteschi aquiloni. Sono molto simile al tipo usato dai parapendisti o dai kite surfisti, ma hanno le dimensioni di un appartamento con tre camere da letto. Non si tratta di attrazioni turistiche: stanno creando elettricità per la rete elettrica di questa nazione insulare al largo della costa orientale dell’Africa.

Lanciata nel dicembre 2021 dalla società tedesca SkySails Power, l’enorme ala è il primo sistema commerciale di “energia eolica aerotrasportata” completamente autonomo al mondo. Negli ultimi due mesi, afferma la società, ha fornito un po’ meno del suo obiettivo di 100 kilowatt, in genere sufficienti per alimentare fino a 50 case. Questa è solo una piccola parte della domanda di elettricità dell’isola, ma, spera SkySails, è un segno delle cose a venire.

Mentre il mondo si dirige verso emissioni nette zero, praticamente ogni percorso per la futura produzione di elettricità prevede un ruolo importante per l’eolico. L’International Energy Association prevede che l’energia eolica aumenterà di 11 volte entro il 2050, con vento e fotovoltaico che insieme rappresenteranno il 70% della domanda di elettricità del pianeta. Grazie al numero crescente di turbine eoliche che punteggiano i campi e adornano le creste in tutto il mondo, il costo dell’energia eolica è crollato di circa il 40% negli ultimi dieci anni.

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Il limite teorico globale dell’energia eolica raccolta dagli aquiloni in alta quota è stato stimato essere circa 4,5 volte maggiore di quello che potrebbe essere raccolto a livello del suolo

Ma alcuni esperti affermano che quelle enormi turbine non sono sempre la soluzione migliore: possono essere costose o talvolta logisticamente impossibili da installare in luoghi remoti o in alto mare, e semplicemente non possono raggiungere le altezze dove il vento soffia più forte. Per raccogliere questa energia, la chiave potrebbe essere quella di far volare un aquilone. Decine di aziende e una manciata di istituzioni accademiche stanno ora studiando una pletora di opzioni aviotrasportate. Questi vanno da ali morbide a complesse imbarcazioni rigide che trasportano turbine e generatori a bordo che inviano l’elettricità lungo un cavo.

Gli aquiloni ground-tethered hanno il potenziale per raggiungere livelli superiori rispetto alle turbine convenzionali, per accedere a venti forti e affidabili (Credit: SkySails Group)

Gli aquiloni ground-tethered hanno il potenziale per raggiungere livelli superiori rispetto alle turbine convenzionali, per accedere a venti forti e affidabili (Credit: SkySails Group)

I sistemi aerotrasportati presentano alcuni vantaggi chiave, afferma Lorenzo Fagiano, ingegnere del Politecnico di Milano che fa parte del consiglio di amministrazione dell’associazione di settore Airborne Wind Europe, fondata nel 2019. In alcuni paesi, i terreni adatti per i parchi eolici stanno diventando pochi: i parchi eolici in genere necessitano di ben 29 ettari per generare un megawatt, rispetto ai 5 ettari di un impianto di combustibili fossili, e le posizioni ideali alla fine si esauriranno. “I primi impianti sono nei posti migliori e i posti migliori sono limitati“, afferma Cristina Archer, direttrice del Center for Research in Wind presso l’Università del Delaware.

Inoltre, in generale, più in alto si va, più veloce è il vento. “Un aumento del doppio della velocità del vento, rende otto volte più energia“, afferma Fagiano. Un sistema aereo può raggiungere 800 m di altezza, molto al di sopra dei 200 o 300 m delle turbine eoliche più alte. Si stima che il limite globale teorico dell’energia eolica in alta quota sia circa 4,5 volte maggiore di quello che potrebbe essere raccolto a livello del suolo.

È relativamente economico e facile portare un’ala da kite in una posizione remota, aggiunge Fagiano. Questi sistemi vengono forniti in un container e possono essere lasciati ovunque ci sia una strada o un molo. Possono anche essere legati a una chiatta ancorata in acque profonde, dove una tradizionale turbina eolica non può resistere. La loro altezza è adattabile, quindi possono essere spostati verso l’alto o verso il basso ovunque il vento soffia più forte, seguendo le stagioni. “È una buona idea“, concorda Archer. “L’attrazione è la sua semplicità in termini di materiali e costi“.

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Ma gli aquiloni non sostituiranno l’energia eolica convenzionale, aggiunge Archer. I sostenitori immaginano che i parchi eolici ospitino centinaia di aquiloni che galleggiano su chiatte in acque profonde molto al largo, mentre ali singole – o array più piccoli – potrebbero spiegarsi per aiutare ad alimentare isole remote, installazioni militari temporanee o operazioni minerarie in montagna.

Queste idee esistono da decenni, ma il percorso per utilizzare aquiloni, ali o droni per catturare l’energia eolica è stato accidentato. Nel 2020, ad esempio, una società di energia eolica aviotrasportata acquisita da Google ha interrotto le operazioni a causa di problemi con la commercializzazione della tecnologia. Ma altri che perseguono versioni più leggere e più semplici della tecnologia, come SkySails, ora stanno diventando commerciali. Un rapporto del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti del 2021 al Congresso ha concluso che l’energia eolica aerotrasportata ha molto potenziale, con tali sistemi probabilmente in grado di raccogliere lo stesso ordine di grandezza di energia dei sistemi eolici a terra negli Stati Uniti. Ma, aggiunge il rapporto, la tecnologia ha ancora molta strada da fare prima che possa diventare una parte importante della soluzione energetica della nazione.

L'industria marittima sta mostrando interesse nell'uso degli aquiloni per ridurre il consumo di carburante sulle grandi navi (Credit: Alamy)

L’industria marittima sta mostrando interesse nell’uso degli aquiloni per ridurre il consumo di carburante sulle grandi navi (Credit: Alamy)

SkySails ha effettivamente iniziato nel 2001 con uno scopo diverso: costruire morbide ali di aquiloni per trascinare le navi in ​​mare. L’industria marittima ha tradizionalmente fatto affidamento su un combustibile fossile grezzo e inquinante chiamato carburante bunker e l’idea era che un’ala potesse, come le vele del passato, aiutare a ridurre drasticamente il fabbisogno di carburante di una nave.

Ora, con requisiti più severi da parte dell’Organizzazione marittima internazionale delle Nazioni Unite che obbligano le navi aridurre le emissioni, altre società, incluso uno spin-off di Airbus, stanno costruendo ali per aiutare a rimorchiare enormi navi. Ma nel 2015 SkySails ha spostato l’attenzione sulla produzione di elettricità con SkySails Power.

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Il sistema di SkySails, come molti altri in fase di sviluppo, si basa su un’ala simile a un paracadute di circa 150 metri quadrati che cavalca il vento. Non ci sono turbine nell’aria e il cavo non è un filo elettrico. Invece, l’energia viene generata a terra, dal rimorchiatore sulla linea. “Il freno dell’argano genera l’elettricità“, dice Fagiano. Il software fa volare l’aquilone in modo autonomo in uno schema a forma di otto per ottenere la trazione più forte possibile per produrre energia. Il sistema cambia quindi il modello di volo dell’ala in modo che possa essere tirata dentro con una resistenza minima, spendendo un po’ di energia per riavvolgerla. Questo schema si ripete, creando molta più energia di quanta ne consumi.

Sembra semplice e il sistema di generazione di energia è piuttosto standard. Ma Stephan Brabeck, Chief Technology Officer di SkySails, afferma che il team ha impiegato circa sette anni per perfezionare il software di volo, in particolare in modo che l’ala possa atterrare e decollare in sicurezza in modo autonomo. Ora hanno prodotto e venduto cinque unità, dice Brabeck, con quella a Mauritius che è la prima in funzione. Credono che l’ala dovrà atterrare circa 14 volte l’anno a causa di forti piogge, venti inadatti o temporali.

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Le vele sono meno invadenti sull’orizzonte rispetto alle turbine tradizionali e anche più silenziose, afferma Brabeck. E hanno un senso economico, dice, per chiunque attualmente paghi più di $ 0,30 per kilowattora da generatori diesel. Ma ci sono sfide. Le turbine eoliche possono uccidere o ferire gli uccelli migratori e il modo in cui gli uccelli reagiscono a questi aquiloni “non è stato ancora studiato molto bene“, afferma Fagiano. SkySails ha degli studi in corso. Il collegamento su qualsiasi sistema del genere, osserva Archer, potrebbe teoricamente far inciampare droni o anche piccoli aerei. E se un cavo si rompe o un sistema di guida si guasta, il sistema può schiantarsi al suolo.

Potrebbe non essere un grosso problema per una vela morbida, ma altre compagnie stanno perseguendo vele rigide più simili a un deltaplano che a un parapendio. Questi possono essere più efficienti e avere un controllo migliore, ma gli arresti anomali possono essere un problema più grande, rendendoli una scommessa migliore per l’uso offshore. “In sostanza, sono aerei“, dice Fagiano. “Dovranno raggiungere un livello di affidabilità vicino a quello degli aerei civili“.

Anche i sistemi aerei ad ali dure potrebbero generare energia, ma comportano rischi maggiori se cadono (Credit: Alamy)

Anche i sistemi aerei ad ali dure potrebbero generare energia, ma comportano rischi maggiori se cadono (Credit: Alamy)

Una terza opzione, più ambiziosa, è quella di realizzare un drone dalle ali dure che abbia a bordo pesanti turbine eoliche e generatori e mandi l’elettricità giù per il cavo. Questa opzione produrrebbe energia più consistente (senza la necessità di alternare tra produzione di energia e dispendio energetico), ma è difficile da sviluppare.

Stiamo parlando di una tecnologia completamente nuova per molti aspetti“, afferma Fagiano. “Nuove turbine. Nuovo tutto“. Google ha raccolto uno di questi progetti, guidato da Makani Technologies, nel 2013. Hanno effettuato alcuni test di successo, ma i conti economici non stavano tornando e nel 2020 il progetto Makani è fallito. Google ha rilasciato un filmato su YouTube sull’esperienza e ha reso disponibili gratuitamente tutti i brevetti e la ricerca e sviluppo di Makani .

Molte altre aziende sono ora in corsa per riprendere da dove Google si è interrotto o per trovare una soluzione migliore. Ciò include Kitepower con sede nei Paesi Bassi, che ha un progetto nei Caraibi, e Kitemill con sede in Norvegia, che mira a realizzare sistemi su scala megawatt. Altri stanno persino progettando sistemi simili che funzionano secondo lo stesso principio, ma sott’acqua invece che in aria, usando le correnti oceaniche invece del vento per guidare un aliante sottomarino in una figura a otto. SkySails prevede di testare il concetto di un parco eolico aereo nel Midwest degli Stati Uniti prima che il sistema si sposti in mare aperto. “C’è bisogno di molto spazio“, dice Brabeck.

Con l’aumento dell’attività commerciale, afferma Fagiano, uno dei maggiori ostacoli è la regolamentazione: le regole dello spazio aereo non sono progettate per accogliere queste ali. “Finché non ci sono tecnologie, non fanno regolamenti. Senza regolamenti, è difficile per le aziende raccogliere fondi“.

Con i primi prodotti pilota commerciali ora disponibili, “in località remote, i costi sono già piuttosto competitivi“, afferma Fagiano. Se i sistemi eolici in volo iniziano a essere prodotti in serie, crede che non ci siano dubbi sul fatto che produrranno energia a prezzi accessibili. “La domanda“, dice, “è se raggiungeremo mai la produzione di massa“.

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