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Riflettendo sulle possibili fonti rinnovabili alternative al petrolio ci si imbatte spesso nei numeri associati agli enormi flussi di energia che arrivano sul nostro pianeta. La Terra infatti è un grande collettore di energia nucleare, generata a distanza di sicurezza (circa 150 milioni di km) e speditaci gentilmente dal Sole., che viene convertita a sua volta in  tre giganti climatici con un quantitativo relativo di energia simile: 1) il riscaldamento diretto della superficie, 2) il vento (con onde e correnti come “figli”) e 3) l’evaporazione .  Questi ultimi due sono fondamentali per l’esistenza della vita terrestre, in quanto purificano, sollevano e spostano quantitativi enormi di acqua portandola dagli oceani fino agli angoli più piovosi della Terra. L’energia determinata dal sollevamento dell’acqua è evidente a tutti osservando una cascata, che sprigiona improvvisamente e in un luogo molto piccolo l’energia potenziale accumulata da qualche parte nel mondo durante l’evaporazione. Meno noto, e meno intuitivo, è la complementare energia chimica contenuta in quest’acqua , che a differenza di quella dei mari, è un’acqua dolce, povera in sali. Il Sole infatti non solo solleva l’acqua, ma la distilla riducendone il contenuto di sali dal 3-4% allo 0% circa (come un’ acqua distillata). Quest’enorme quantità di energia chimica contenuta nelle acque, tuttavia, non viene rilasciata in rumorose cascate, ma piuttosto dissipata al fronte dei delta fluviali dove i grandi fiumi (che contengono ancora acqua pressoché dolce) si mescolano silenziosamente nel mare.

Il processo avviene gradualmente e su una superficie enorme, e quindi sfugge nella sua imponenza, così come, in assenza di un salto fluviale, non si percepisce l’energia di un grande fiume dal suo placido scorrimento. Come in tanti casi, ci accorgiamo del valore di una cosa solo quando questa scarseggia: così succede quando dobbiamo de-salinizzare l’acqua di mare, come viene fatto in alcune isole, in Spagna e buona parte del mondo arabo. In questo caso l’uomo si trova ad avere tanta energia e poca acqua, quindi decide di fare in-loco il lavoro che normalmente il clima farebbe per noi a livello globale.  Visitando uno di questi impianti, l’elemento visivo che salta agli occhi è la presenza di enormi depositi di combustibile, a ricordare il grande costo energetico di questo processo.  Nei moderni impianti di dissalazione la separazione tra sali e acqua può avvenire attraverso mezzi più sofisticati della semplice evaporazione. Una modalità è utilizzare una membrana semipermeabile che faccia passare l’acqua ma non i sali (membrana di dialisi) e applicare una pressione meccanica. Esempi di membrane di questo tipo (se volete fare un esperimento) sono la pellicina bianca esterna dell’uovo sodo. Di fatto non è tecnologicamente difficile fare una membrana semi-permeabile, e un apparecchio di dialisi funziona più o meno con lo stesso principio. Un’altra modalità più sofisticata è utilizzare processi di tipo elettrico (elettrodialisi). In ogni caso il principio è semplice, si applica energia elettrica (o lavoro meccanico) a un sistema che viene alimentato ad acqua di mare e per ogni litro di acqua di mare si ottiene una frazione di litro di acqua dolce (non completamente desalinizzata) e la rimanente frazione di acqua salata. Ora prendiamo la stessa “macchina” e azioniamola al contrario, cioè immettendo  mezzo litro di acqua dolce e mezzo di acqua salata dagli scarichi, per ottenere 1 litro di acqua mezza-salata che esce da quello che era il tubo di ingresso.  Guardando il contatore, senza grosse sorprese (in fondo abbiamo perso la nostra acqua dolce), si può notare che abbiamo ri-ottenuto una parte l’energia elettrica che abbiamo usato precedentemente.

L’idea è vecchia 70 anni e viene dalla termodinamica basilare, [1]^,[2] ma solo recentemente, grazie ai graduali progressi tecnologici ottenuti negli anni, è stato possibile realizzarla con efficienze che possono raggiungere il 50% dell’energia potenziale (rispetto alla teoria). [3] Questo significa che, in un immediato futuro, la cosa si farà interessante. Dal punto di vista teorico lo è già: l’energia potenziale ottenibile dal mescolamento di 1 m³ di acqua di mare  con acqua dolce è  di 2.3 MJ  (1.2 MJ considerando l’attuale efficienza di conversione). L’energia contenuta nell’acqua dolce, poco prima di gettarsi in  mare, è equivalente a quella che sprigionerebbe in un salto idraulico generato da una diga di 120 metri. Facciamo due conti: il fiume Po ha una portata di 1.540 m³/s, corrispondenti  a 3.5 GW di potenza elettrica. Questa è circa la potenza elettrica di una centrale nucleare di terza generazione (EPR) o della centrale a olio combustibile di Porto Tolle. Quindi, se ipotizzassimo di usare il “potenziale chimico” residuo delle acque del Po potremmo soddisfare il 10% del fabbisogno elettrico nazionale (39 GW). Su base mondiale (il che include anche aree ricchissime di acqua dolce non utilizzabile per motivi climatici, come la Siberia o il Canada)  il potenziale è all’incirca di 2.6  TW, un quantitativo superiore all’attuale produzione elettrica mondiale ( ≈2 TW) che potrebbe essere usato per produrre direttamente energia elettrica o idrogeno senza emissioni inquinanti di nessun tipo.[4] A parte la grande disponibilità potenziale, questo tipo di energia presenta numerosi vantaggi: ad esempio non richiede la costruzione di dighe o modifiche importanti del ciclo idrogeologico, è una forma energetica concentrabile e relativamente stoccabile (come l’idroelettrico tradizionale) e il punto ideale di produzione, ovvero le coste, sono solitamente anche i siti di consumo dell’energia (al contrario spesso le dighe sono in alta montagna e richiedono infrastrutture da costruire ex-novo). Non va dimenticato però che le acque da mescolare non sono limpide soluzioni di cloruro di sodio preparate in laboratorio, ma acque reali con altre sostanze disciolte, sedimenti sospesi, nonché pesci che ci nuotano dentro. Anche per questo non è facile determinare l’impatto ambientale di questo tipo di impianti, che dovrebbero essere realizzati e letteralmente “intercettare” (quasi completamente) degli ecosistemi estremamente importanti quali sono i delta e gli estuari fluviali.[5] Per questo, fatto salvo il potenziale teorico, è incerta l’entità finale di energia che sarà possibile ottenere in modo sostenibile.

A questo riguardo, la Statkraft, azienda di stato norvegese dell’energia elettrica forte di 1.1 GW di potenza idroelettrica istallata e di una leadership mondiale nell’idroelettrico convenzionale, si è lanciata sul cosiddetto idroelettrico a osmosi (in particolare la pressure-retarded osmosis abbreviata PRO) e il 24 novembre del 2009 la principessa di Norvegia ha tagliato il nastro del primo impianto pilota.[6] Dalle prime valutazioni, il costo stimato dell’energica prodotta da questa fonte potrebbe essere simile a quello di altre rinnovabili a basso costo (eolico, maree e biomasse) e potrebbe essere abbassato da un auspicabile miglioramento tecnologico (e.g. nanotecnologia) nelle membrane PRO.⁵

Dal punto di vista ambientale, questo tipo di approccio apre  una prospettiva affascinante anche per il futuro delle risorse idriche in un mondo con una notevole disparità di acqua dolce. Immaginiamo…una rete di centrali che producono energia elettrica a partire dai surplus di a acqua dolce, connesse a una rete di de-salinizzatori marini (consumatori di energia elettrica) può funzionare come un “teletrasporto di acqua dolce”, da zone ricche d’acqua verso zone povere d’acqua.  Per la prima volta nella storia della civiltà, le varie regioni potrebbero svincolarsi dal clima (e dai suoi cambiamenti),  generando una sorta di civiltà “elettro-idraulica” globale senza canali e dighe.
Cristian

Tags: acqua dolce, de-salinizzatore, energia rinnovabile, idroelettrico, norvegia, nuove energie, osmosi

This entry was posted on domenica, novembre 20th, 2011 at 11:32 and is filed under economia & società, energia & ambiente. You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.