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Raccogliere energia dall'oceano
Ricercatori da SRI Internazionale , con sede a Menlo Park, in California, ha recentemente completato i primi test oceanici di un sistema che utilizza un cosiddetto muscolo artificiale per generare energia dal movimento di una boa che sale e scende sulle onde. Sebbene il prototipo produca pochissima elettricità, i ricercatori affermano che i parchi ondosi basati sulla tecnologia potrebbero alla fine rivaleggiare con le turbine eoliche in termini di potenza, fornendo una fonte significativa di energia pulita.
Potenza dell'onda: Una boa che genera elettricità dal movimento delle onde. Il cilindro trasparente al centro della boa (vedi immagine in basso) contiene un rotolo di materiale gommoso che si allunga e si contrae mentre la boa si muove su e giù, separando e unendo gli elettrodi.
La tecnologia per sfruttare l'energia dell'oceano esiste già, ma non è stata ampiamente adottata, soprattutto perché ha difficoltà a resistere al martellamento delle onde. Il nuovo sistema potrebbe rivelarsi sia più economico che più affidabile, affermano i ricercatori.
I sistemi precedenti utilizzavano dispositivi elettromagnetici più convenzionali, come dinamo con trasmissioni complesse, pistoni idraulici e turbine. Gli ingranaggi di una trasmissione, in particolare, sono vulnerabili all'usura dovuta al movimento irregolare delle onde oceaniche.
Al contrario, il sistema SRI non è molto più di un foglio di gomma attaccato a un peso. Ha la complessità meccanica di un elastico, afferma il ricercatore senior dell'SRI Roy Kornbluh. Di conseguenza, è in grado di assorbire meglio lo shock delle onde, afferma Yoseph Bar-Cohen , ricercatore senior presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA, a Pasadena, in California. Inoltre, aggiunge Bar-Cohen, i materiali con cui è realizzato il sistema sono economici, il che potrebbe aiutarlo a competere nel prezzo con altre fonti di elettricità.
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Il sistema a base di polimeri al centro del nuovo generatore è una variazione su un muscolo artificiale, un dispositivo sviluppato come alternativa ai motori elettrici in applicazioni come i robot. Un muscolo artificiale si espanderà o si contrarrà quando gli viene applicata una tensione, ma lo stesso processo può funzionare al contrario: se il muscolo viene allungato da una forza esterna, può generare elettricità. Alcuni anni fa, SRI ha sviluppato un piccolo dispositivo che, incorporato nel tallone di una scarpa, permetteva a chi lo indossava di caricare un cellulare semplicemente camminando. Il sistema di raccolta delle onde è fondamentalmente una versione più grande della stessa tecnologia.
I ricercatori dell'SRI hanno costruito il loro generatore inserendo un materiale gommoso disponibile in commercio tra due elettrodi, che sono fatti di un polimero grasso contenente materiali conduttivi. Il foglio di gomma e gli elettrodi vengono quindi arrotolati, come una chiocciola, per formare un tubo cavo. Quando il tubo viene tirato da una forza esterna, lo strato di gomma viene allungato sottile, restringendo lo spazio tra gli elettrodi. Inizialmente, una piccola batteria applica una tensione ai capi degli elettrodi; quando la gomma ritorna nella sua forma originale, allontana gli elettrodi, aumentando la tensione tra di loro. Questa energia in eccesso può essere sottratta per generare una corrente. Parte di quella corrente ritorna nel sistema, quindi la batteria viene utilizzata solo per il primo ciclo.
I ricercatori hanno recentemente testato il sistema al largo della costa della Florida. Un paio di metri quadrati di gomma arrotolata a forma di tubo cavo sono stati attaccati a un peso e montati al centro di una boa. Quando la boa oscilla nell'acqua, fa salire e scendere il peso, allungando ripetutamente la gomma e permettendole di rimbalzare, generando elettricità.
Finora, questo prototipo produce solo circa cinque watt di potenza, sufficienti per una piccola lampadina. Ma poiché la gomma è sottile, circa 0,1 millimetri di spessore, è possibile arrotolarne molto di più e inserirla comunque nella stessa boa. Un fascio di gomma lungo circa un metro e spesso mezzo, con un'elettronica ottimizzata e un design migliorato della boa, potrebbe generare un kilowatt di elettricità, afferma Kornbluh. Una serie di boe o strutture galleggianti più grandi potrebbero quindi generare quantità apprezzabili di elettricità. (Un migliaio di boe potrebbe alimentare circa 750 case.) Un progetto alternativo potrebbe coinvolgere fogli di gomma sommersi che generano energia poiché la forza delle correnti o delle maree li fa sbattere avanti e indietro. Un tale sistema potrebbe rivelarsi più resistente delle turbine recentemente utilizzate nell'East River a New York: le loro parti meccaniche si sono rivelate incapaci di resistere alle forze di marea.
Il sistema SRI produce alte tensioni, nell'ordine di un kilovolt. Questo era un problema per il generatore di scarpe, che richiedeva un trasformatore per ridurre la tensione abbastanza da non friggere telefoni cellulari e altri dispositivi, ma doveva comunque adattarsi a una scarpa. Ma per l'applicazione della boa, l'alta tensione è un vantaggio, poiché rende più efficiente la trasmissione dell'elettricità a terra lungo i cavi sottomarini. La sfida principale per il futuro, affermano i ricercatori, è sviluppare un processo di produzione affidabile. I loro recenti test del sistema hanno anche sottolineato l'importanza di progettare nuove boe che rispondano alle onde nel modo migliore per generare energia. E dovranno progettare un'elettronica che, variando la tensione attraverso il polimero, possa modificare la rigidità del sistema per adattarsi alle diverse condizioni meteorologiche.
Le prime applicazioni commerciali del sistema saranno probabilmente nei sistemi per alimentare la navigazione, le comunicazioni e le boe dei sensori, e queste potrebbero arrivare entro due anni, stima Kornbluh. Ma potrebbero volerci dai cinque ai dieci anni prima che il sistema possa essere potenziato per la generazione di elettricità su larga scala.
È molto eccitante, dice Ray Baughman , professore di chimica all'Università del Texas a Dallas. È una direzione promettente per la raccolta di energia, non solo per i dispositivi remoti nell'oceano, ma forse anche per la raccolta di energia su larga scala.