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Mulini a vento volanti
In una torre di controllo in cemento di una base aerea navale dismessa appena fuori Oakland, in California, un team di ingegneri sta costruendo quello che potrebbe essere meglio definito un ibrido tra un velivolo senza pilota e una turbina eolica.
Il velivolo da 120 libbre ha rotori sulle ali per sollevarlo nel cielo in stile elicottero; un cavo sottile lo collega a una piattaforma. Una volta in aria, il velivolo inizia a planare come un aquilone, i suoi 26 piedi di apertura alare tracciano cerchi a 250 piedi sopra di loro. Ora le eliche diventano generatori, che girano liberamente e generano elettricità che scorre lungo il cavo teso e, un giorno, nella rete locale.
Questa imbarcazione, sviluppata da Makani Power, è un tentativo a lungo termine per affrontare uno dei problemi più difficili del mondo: ottenere energia pulita ed economica. Attualmente, l'energia eolica costa da cinque a dieci centesimi per kilowattora, ma il prezzo dell'elettricità prodotta dalla combustione del carbone può scendere sotto i quattro centesimi per kilowattora. Makini Power, invece, punta a far scendere il prezzo dell'energia eolica a tre centesimi per chilowattora.
Con l'energia eolica, la maggior parte del costo della generazione di energia è legata alla costruzione e alla manutenzione di enormi pale e turbine. Makani ritiene che la costruzione del suo veicolo costerà meno rispetto alle turbine convenzionali e raccoglierà l'energia eolica in modo più efficace, perché il suo modello di volo gli consente di generare energia in condizioni di vento più elevate. La magia sta nel volare con il vento al traverso, afferma il CEO Corwin Hardham, riferendosi a come il veicolo si muove perpendicolarmente al vento come un aquilone. Usiamo l'aerodinamica per muovere i rotori molte volte più velocemente della velocità effettiva del vento.
La compagnia ha effettuato una serie di voli di prova, tra cui un volo questo autunno durante il quale il prototipo in fibra di carbonio con un'apertura alare di 26 piedi ha generato cinque kilowatt di potenza. Entro due anni l'azienda spera di avere un'ala di 88 piedi che generi 600 kilowatt, circa un terzo di quello che può generare una grande turbina eolica convenzionale. Un'ala gigantesca per generare cinque megawatt è sul tavolo da disegno.
Il progetto dell'azienda ha suscitato un certo interesse da parte dei finanziatori. Google ha investito 15 milioni di dollari nella società e nel settembre 2010 Makani ha vinto una sovvenzione di 3 milioni di dollari dal programma ARPA-E del Dipartimento dell'Energia, che finanzia idee ad alto rischio che potrebbero portare a quelle che l'agenzia chiama tecnologie energetiche trasformative e dirompenti.
Hardham è un appassionato di kitesurf e a metà del 2006 stava lavorando per la società di ingegneria Squid Labs quando ha avuto l'idea di utilizzare un'aerodinamica simile per generare energia. (Nel kitesurf, il pilota è in piedi su una tavola ed è trainato da un grande paracadute di nylon.) Oggi, l'azienda di 20 persone occupa strutture militari spartane con un'officina nella parte posteriore e un'area di assemblaggio nella parte anteriore. I compositi vengono cotti in un container all'aperto; il nido della vecchia torre di controllo funge da sala da pranzo e bar occasionale. Hardham descrive la situazione dell'azienda come umile e perfetta. Dice: C'è un ovvio vantaggio nell'essere più agili delle grandi aziende.
La tecnologia di Makani è progettata per sfruttare i venti relativamente costanti che soffiano ben al di sopra del suolo. Le turbine eoliche convenzionali si estendono a circa 300 piedi, con punte delle pale che raggiungono i 500 piedi, oltre le quali diventa proibitivo costruire strutture stabili. Ricercando il potenziale dell'energia eolica, Hardham si è imbattuto un giornale del 1980 di Miles Loyd proponendo un'ala legata che potrebbe elevare l'estremità commerciale di un mulino a vento a qualsiasi altezza.
Volo di prova: Una foto in time-lapse mostra la traiettoria di volo di una turbina eolica in volo. Il veicolo è legato a un'autopompa dei pompieri convertita (in basso a sinistra) durante un test in un'area remota dell'isola di Sherman, in California.
La turbina eolica Makani Airborne è composta da diverse turbine attaccate a un'ala, che è ancorata al suolo. In volo, il veicolo segue essenzialmente lo stesso percorso della punta della pala di una turbina eolica, seguendo un cerchio perpendicolare alla direzione del vento. Grazie all'aerodinamica del vento trasversale, che produce i rapidi movimenti circolari familiari a chiunque abbia fatto volare un aquilone in una giornata rafficata, la velocità apparente del vento che colpisce i rotori può essere fino a 10 volte la velocità effettiva del vento.
Poiché l'ala fa un uso più efficiente del vento rispetto a una turbina fissa, afferma Hardham, ed è realizzata con meno materiali più leggeri, dovrebbe produrre energia a basso costo. La manutenzione può avvenire a terra piuttosto che in cima alla torre di una turbina eolica.
La raccolta del vento ad alta quota deve ancora affrontare gli scettici. È un'idea davvero interessante con vantaggi potenzialmente significativi, ma siamo all'inizio del processo per stabilire se funzionerà, afferma Fort Felker, direttore del National Wind Technology Center presso il National Renewable Energy Laboratory, a Golden, in Colorado. Tuttavia, dice, affidabilità, sicurezza ed economia sono tutte preoccupazioni. I veicoli aerei progettati per raccogliere l'energia eolica devono volare per la maggior parte del tempo e c'è sempre il rischio che possano atterrare su uno scuolabus, afferma Felker.
Makani sta lavorando per affrontare le questioni di sicurezza. Per far atterrare un velivolo, l'energia della batteria viene inviata ai rotori, permettendogli di passare a una posizione in bilico prima di essere riportato sulla Terra. I sensori che rilevano fattori come l'orientamento e la posizione del veicolo e la velocità e la direzione del vento dovrebbero consentire al veicolo di atterrare autonomamente, anche se fuoriesce dalla sua catena. In alternativa, un operatore di un parco eolico potrebbe far atterrare un intero campo di turbine volanti con il semplice tocco di un pulsante.
Poiché le turbine aviotrasportate possono sorvolare un'ampia varietà di topografie, è molto probabile che vengano dispiegate prima in aree ventose dove le turbine convenzionali sono difficili da installare, ad esempio, potrebbero sorvolare l'oceano. Le turbine eoliche offshore richiedono fondamenta pesanti e costose e non possono essere troppo lontane dalla costa. I generatori volanti di Makani potrebbero essere legati a boe ancorate con cavi al fondo del mare. Potrebbero essere posizionati a molte miglia dalla costa, dice Hardham, dove sarebbero fuori dalla vista, fuori dalla mente.
Hardham afferma che Makani è in trattativa con potenziali partner per le installazioni al largo del Regno Unito e spera che i suoi clienti iniziali saranno grandi sviluppatori di parchi eolici come BP e Shell, che possono permettersi un approccio più esplorativo.