Oceani di potere

C'era una volta che gli Stati Uniti soffrivano di una vera crisi energetica, il presidente dichiarò l'indipendenza energetica nazionale l'equivalente morale della guerra, i federali iniziarono a spendere soldi veri per fonti energetiche insolite e la più insolita era la conversione dell'energia termica oceanica (OTEC).

L'idea di base, proposta un secolo prima, era semplice: vaste distese di mari tropicali e subtropicali mostrano una differenza di circa 20 °C tra acque superficiali calde e acque quasi gelide un chilometro o due sotto. Quella differenza di temperatura potrebbe azionare enormi turbine, producendo energia elettrica 24 ore su 24 con un degrado ambientale minimo.

Vent'anni fa il Dipartimento dell'Energia gettò più di 200 milioni di dollari per l'idea. I ricercatori hanno immaginato una flotta di navi-pianta OTEC al pascolo, ognuna delle quali produce costantemente fino a 500 megawatt di potenza. Ma il programma federale è scaduto con pochi risultati visibili a parte pile di rapporti di ingegneria.

I devoti negli Stati Uniti e all'estero hanno continuato a spingere in avanti l'idea, tuttavia, concentrandosi principalmente su piccole varianti basate sull'isola. L'anno prossimo, se tutto va bene, inizierà la costruzione del primo impianto termico commerciale oceanico, un'operazione da un megawatt presso il Natural Energy Laboratory dell'Autorità delle Hawaii sull'isola di Hawaii.

Potenza elettrica Plus

A differenza del lavoro precedente, i progetti termici oceanici di oggi non si fermano all'energia elettrica, ma si concentrano su un mix di prodotti appropriati per un determinato sito, afferma Hans Krock, professore di ingegneria oceanica presso l'Università delle Hawaii-Manoa. Questi potrebbero includere:

• acqua dolce (spesso molto richiesta)
• uso di acque profonde ricche di nutrienti per l'acquacoltura (compreso l'allevamento di pesci d'acqua fredda)
• raffreddamento costiero (l'acqua fredda che scorre attraverso gli scambiatori di calore per azionare i condizionatori d'aria può rivelarsi conveniente contro l'elettricità costosa dell'isola)

Un esempio calzante è il sito del Natural Energy Laboratory a Keahole Point nelle Hawaii, sede di un pionieristico lavoro termico oceanico. Il laboratorio ha chiuso il suo ultimo prototipo OTEC due anni fa. Ma continua a pompare acqua di mare profondo per le operazioni di acquacoltura commerciale e il raffreddamento delle coste.

Il laboratorio sta anche aggiungendo un altro tubo per acque profonde, grande e abbastanza profondo da gestire il nuovo sistema termico oceanico che genererà da 1 a 1,4 megawatt di potenza. Il tubo largo 140 centimetri viene realizzato in un unico pezzo lungo quasi tre chilometri, afferma Tom Daniel, direttore scientifico e tecnico di NELHA. Il completamento del progetto da 11,2 milioni di dollari è previsto per la prossima estate.

Tuttavia, rimorchiare il tubo fino al sito e affondarlo con cura è un'operazione ad altissimo rischio, commenta Daniel. (Un progetto del governo indiano per costruire una centrale termica oceanica galleggiante da un megawatt apparentemente è caduto e ha perso il tubo, dice.)

Ciclismo avanti

Poiché gli impianti termici oceanici funzionano con una differenza di temperatura relativamente piccola rispetto agli impianti convenzionali a vapore, gli ingegneri hanno escogitato molti progetti ingegnosi per ottenere la massima efficienza, in particolare per gli scambiatori di calore cruciali e le turbine a bassa pressione.

L'impianto delle Hawaii funzionerà secondo il ciclo Kalina, con il suo fluido di lavoro una miscela sigillata di ammoniaca e acqua. L'acqua di mare calda vaporizza la miscela, che aziona una turbina. La miscela viene separata in flussi ricchi e poveri di ammoniaca, condensata da acqua fredda e profonda e quindi combinata per un altro giro.

La tecnologia Kalina è molto diffusa nelle nuove centrali elettriche convenzionali. Exergy di Hayward, CA, lo ha commercializzato in altri tipi di impianti con differenze di temperatura relativamente piccole, inclusi impianti geotermici e acciaierie. Ogni pezzo della tecnologia è pronto per l'uso e funziona, afferma Krock.

Come il fluido di lavoro aggira un sistema (semplificato) di conversione dell'energia termica oceanica a ciclo chiuso.

Un approccio alternativo viene da Sea Solar Power, una controversa azienda di energia termica oceanica con sede a Baltimora, MD. Il suo design dello scambiatore di calore utilizza il propilene come fluido di lavoro e un processo a flusso turbolento ispirato alle tecniche di refrigerazione, afferma il presidente Robert Nicholson.

Sea Solar è circa a metà di un progetto biennale da 20 milioni di dollari per ottimizzare lo scambiatore di calore e altri componenti, con il finanziamento della Abell Foundation di Baltimora, afferma Nicholson. Tuttavia, gli estranei vedono l'azienda con un misto di rispetto per l'abilità ingegneristica dei suoi fondatori, esasperazione per il suo rifiuto di dettagliare la sua tecnologia e cautela, poiché nessuno dei suoi progetti commerciali è ancora stato realizzato.

Acqua ovunque e un po' da bere

Una terza opzione, progetti a ciclo aperto che utilizzano l'acqua di mare come fluido di lavoro, è stata studiata principalmente per la sua capacità di produrre acqua dolce. Krock afferma che sono stati superati due problemi principali: la condensazione dei gas rilasciati dal processo di vaporizzazione e la necessità di turbine specializzate.

Lui ei suoi studenti hanno proposto un impianto per Oahu, dove le risorse di acqua dolce stanno per essere esaurite, dice. Ad un costo di circa 80 milioni di dollari, l'impianto produrrebbe cinque milioni di galloni di acqua dolce al giorno, da 8 a 10 megawatt di potenza e 20 megawatt di raffreddamento costiero.

Isole nel torrente (acqua fredda)

Sea Solar Power ha firmato un memorandum d'intesa con Guam per creare un impianto termico oceanico e sta negoziando con altri potenziali acquirenti, afferma Nicholson. Sostiene che sono disponibili finanziamenti per costruire un primo impianto da 10 megawatt, che stima tra i 45 ei 50 milioni di dollari.

Il gruppo di Krock ha anche sfornato proposte per altri sistemi termici oceanici basati su isole. Uno per la base della Marina a Diego Garcia nell'Oceano Indiano, ad esempio, potrebbe risparmiare il 30 percento del costo di generazione di energia elettrica e acqua dolce, secondo le sue stime.

Il Golfo del Messico è un luogo perfetto per fare OTEC, aggiunge Krock, date le nuove piattaforme petrolifere in acque profonde. Ironia della sorte, gli operatori petroliferi sono inevitabilmente gli eredi di questa tecnologia.

Sogni di pipa ad acqua salata?

Eppure i sogni delle navi-pianta al pascolo permangono ancora, sebbene visti con scetticismo da molti ingegneri oceanici veterani.

Nicholson di Sea Solar Power afferma che potrebbe assemblare più unità di alimentazione OTEC in una nave da 100 megawatt che è un ottavo delle dimensioni e del costo dei colossi previsti dalla ricerca federale. Ora siamo pronti per costruire impianti da 100 megawatt, dichiara.

Altri esperti non comprano tali affermazioni. È ridicolo, dice Daniel di NELHA. Devi prima scalare.

Più lontano all'orizzonte, Krock suggerisce che le navi-impianto OTEC potrebbero produrre idrogeno mentre l'economia mondiale inizia a spostarsi verso quel carburante. L'uso dell'acqua fredda come dissipatore di calore potrebbe aiutare il processo di liquefazione dell'idrogeno, sottolinea.

Robert Cohen, un consulente di Boulder, CO, che è stato responsabile del programma per il programma sull'energia oceanica del Dipartimento dell'Energia, conserva il suo entusiasmo per l'energia termica oceanica. OTEC potrebbe alla fine fornire una frazione significativa del fabbisogno energetico globale, afferma Cohen, sia generando elettricità sia creando combustibili ad alta intensità energetica come l'idrogeno.

Cohen nota, tuttavia, che la tecnologia ha sofferto di una storia di grandi obiettivi e affermazioni. L'OTEC sembra tirare fuori opinioni estremamente soggettive da due gruppi, che io chiamo gli scettici e gli zeloti, dice Cohen, mentre la verità tende a nascondersi da qualche parte tra gli estremi.

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