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Con le tecnologie innovative un nuovo modello di società
Intervento di Marco Bianucci - CNR
I recenti progressi delle tecnologie per l'utilizzo delle fonti rinnovabili sono sotto gli occhi di tutti. La diffusione dell'eolico e del fotovoltaico sta crescendo a ritmi impressionanti, non pensabili fino a pochi anni fa. Piano piano si sta così facendo strada l'idea di un possibile modello di società dove sia possibile l'autarchia energetica sostenibile, senza rinunciare alle comodità e ai servizi a cui siamo ormai abituati.

Infatti una barca, che sia a vela o a motore, quando è in navigazione, soprattutto lontano dalla costa, è di fatto un piccolo mondo isolato. La barca può essere vista così come una metafora del mondo, dove l’equipaggio è costretto a confrontarsi realmente col fatto che le risorse imbarcate, alimentari ed energetiche, sono destinate ad esaurirsi se non vengono “rinnovate” ed utilizzate con criterio.

La barca a vela è poi, per sua stessa concezione, un esempio virtuoso di sfruttamento di risorse energetiche rinnovabili: la potenza per la propulsione di una barca a vela viene dal vento. In una barca a vela di 12 metri, come l’ESTE 40, le vele sviluppano, grazie al vento, decine di kilowatt, una potenza davvero notevole, ineguagliabile da qualsiasi altro dispositivo, fotovoltaico, eolico o marino, installato a bordo, per la generazione di energia alternativa.

Infatti i recenti progressi dei dispositivi fotovoltaici e dei generatori eolici consentono senz’altro all'equipaggio di fare completamente a meno dei combustibili fossili per il funzionamento di tutti i servizi e dispositivi di bordo che rendono sicura e piacevole la navigazione, ma solo la vela sviluppa la potenza necessaria anche per la navigazione. Considerando che non è sempre possibile andare a vela, ad esempio nei porti, nelle manovre in spazi ristretti o in caso di mancanza di vento, in questi casi, comunque marginali rispetto alla navigazione a vela, è ipotizzabile utilizzare per la propulsione l’energia ricavata da fonti energetiche alternative: eolico, fotovoltaico e, soprattutto, le turbine marine, affiancate da un un efficiente motore elettrico. In questo modo è quindi possibile arrivare alla totale autosufficienza energetica, purché, ripetiamo, le richieste siano limitate al muoversi in porto o comunque ad un utilizzo del motore limitato nel tempo, rispetto a quello di navigazione a vela, ovvero purché l’approccio all’uso della barca e delle risorse a bordo sia conforme a quello spirito “marinaresco” che dovrebbe appartenere a chiunque si cimenti nell’andar per mare, soprattutto a vela.

E' istruttivo a questo proposito rendersi conto del fatto che quando si studia il dimensionamento dei sistemi di generazione di energia rinnovabile per un ambiente virtualmente "isolato", come una barca a vela, risulta subito evidente che solo un comportamento attento ad evitare gli sprechi può consentire il raggiungimento dell'obiettivo di equilibrio tra energia disponibile e quella consumata, mentre non c'è dimensionamento che possa sostenere un consumo non consapevole e non attento.

Da qualche tempo io e il mio gruppo del CNR ci occupiamo di risorse rinnovabili, con un focus particolare nel fotovoltaico. Alcuni dei nostri progetti recenti riguardano prevalentemente il mondo della nautica che, come evidenziato precedentemente, costituisce un ambito davvero interessante di applicazione e sperimentazione di queste tecnologie.

La nautica però, al di là della metafora citata, rappresenta una sfida particolarmente dura, quasi estrema, per la ricerca e l’innovazione tecnologica: come nella mobilità sostenibile in generale, ma con maggiore enfasi in questo caso specifico, la resa reale dei dispositivi fotovoltaici risulta spesso fortemente compromessa dall’ombreggiamento dei moduli, non prevedibile a priori e continuamente variabile nel tempo e nello spazio; inoltre sono parametri, particolarmente importanti e rigidi, gli spazi limitati, la necessità di contenere al massimo i pesi delle strutture e anche gli aspetti economici (molto più di quanto generalmente si pensi). Tutto ciò ci obbliga, come detto, a spingere al massimo la ricerca e l’evoluzione scientifica e tecnologica di questi dispositivi.

Uno dei risultati più importanti che abbiamo recentemente raggiunto è stata la realizzazione di un sistema fotovoltaico costituito da un’elettronica ottimizzata per minimizzare l’effetto negativo delle ombre continuamente variabili nel tempo e nello spazio, caso tipico nella mobilità sostenibile, e moduli che finalmente riescono a coniugare l’alta efficienza tipica dei moduli standard in silicio monocristallino con la flessibilità e la leggerezza tipica dei dispositivi a film sottile. Questi sistemi fotovoltaici sono oggi installati in alcune importanti barche da competizione, italiane, come il Telecom Italia di Giovanni Soldini, e francesi, e anche alcune barche prestigiose e tecnologicamente avanzati com l’Ourson Rapide, un Open ’60 tutto in carbonio recentemente varato dal prestigioso cantiere Multiplast di Vannes.

Ma ovviamente il fotovoltaico costituisce solo un tassello nel complicato Puzzle della barca eco-sostenibile.

Vi sono da esplorare ed ottimizzare altri sistemi di “approvvigionamento” di energia rinnovabile, come i sistemi eolici e, soprattutto, i sistemi “marini” (pale, o turbine, in acqua). Ma vi è da sviluppare anche una motorizzazione efficiente e, in primis, un sistema di accumulo dell’energia, efficiente ed economicamente sostenibile.

L’eolico, nelle andature non portanti, ha la potenzialità di fornire una grande quantità di energia, infatti in tali andature il vento apparente, ovvero quello percepito a bordo, è maggiore dello stesso vento reale. Di fatto nelle andature di bolina parte della potenza sviluppata dalle vele viene utilizzata per fare funzionare il generatore eolico. Nelle andature portanti invece le pale del sistema eolico non fanno da freno all’imbarcazione, anzi, seppur in modo poco rilevante, contribuiscono a spingere la barca, ma in questi casi, il vento apparente è minore di quello reale, e nelle moderne barche plananti (come i “Class 40’) sparisce quasi del tutto, rendendo inefficace il dispositivo.

Le turbine o le pale marine potrebbero contribuire in modo davvero notevole alla generazione di energia elettrica nella nautica a vela. Questi strumenti entrano in azione non appena la barca si

muove, e di fatto utilizzano parte della potenza sviluppata dalle vele, sottraendola a quella utilizzata per muovere l’imbarcazione. Come abbiamo già detto, le vele di una barca come l’ESTE 40

sviluppano decine di kilowatt, quindi convertendo anche solo il 10% di questa potenza si ottiene una quantità di energia per unità di tempo davvero notevole, che possiamo accumulare durante la navigazione. Oggi queste pale o turbine marine sono poco utilizzate nella nautica, e comunque quello che si trova sul mercato è ancora poco ottimizzato ed efficiente. Ricerca e sviluppo in questo settore promettono senz’altro risultati interessanti.

Non parlerò della motorizzazione, elettrica, ibrida in serie o ibrida in parallelo o altro, per cui le soluzioni possibili sono già oggi molteplici e realisticamente attuabili, e dirò solo poche parole sul dispositivo di accumulo di energia, vero nodo cruciale da svolgere, perché si possa effettivamente passare ad un modello di sviluppo effettivamente basato sulla diffusione su larga scala delle fonti rinnovabili.

Tipico delle fonti rinnovabili è infatti l’intermittenza delle stesse, ovvero il fatto che a volte ci forniscono più energia di quanto ce ne serva in quel momento, altre volte ce ne danno in quantità insufficiente, o addirittura nulla, quando invece ne avremmo bisogno di molta. Nella mobilità sostenibile in genere questo fatto è ancora più rilevante: l’auto o la barca viene utilizzata solo per una frazione di tempo piccola, rispetto a quella in cui sta ferma in parcheggio o in porto. In barca a vela, poi, quando c’è vento si naviga e si produce anche energia in eccesso, con eolico o pale marine, mentre se il vento non c’è, barca, generatore eolico e marino si fermano, mentre per continuare ad andare avremmo bisogno di una grande quantità di energia per alimentare il motore.

La vera sfida tecnologica scientifica per l’utilizzo delle rinnovabili sta quindi nell’accumulo dell’energia. Recentemente i grandi e continui progressi nel settore delle batterie stanno portando la maggior parte delle industrie che si occupano di mobilità a cercare di integrare queste tecnologie nei propri mezzi, offrendole già oggi al comune cittadino a prezzi interessanti.

Per concludere le considerazioni sulla possibilità di sviluppare una nautica ambientalmente sostenibile, bisogna senz’altro sottolineare anche l’importanza di considerare questo obiettivo fin dalla progettazione iniziale della barca: si dovrà pensare di sviluppare le superfici dello scafo anche in funzione della possibilità di integrarvi moduli fotovoltaici, del posizionamento dell’aerogeneratore, e, soprattutto, della definizione delle linee d’acqua ottimali affinché l’opera viva possa alloggiare nel modo più efficiente ed integrato possibile le pale e le turbine marine.

Si dovrà prevedere una distribuzione dei pesi dell’imbarcazione che tenga conto dell’alloggiamento di un importante sistema di batterie di accumulo energetico, e d’altra parte ci si gioverà del minor peso e minore ingombro dato dai sistemi di propulsione elettrica rispetto a quelli a combustione.

Con questa panoramica a spot spero di avere contribuito ad accrescere la consapevolezza del fatto che la tecnologia per utilizzare le fonti rinnovabili, anche e soprattutto nella nautica, oggi esiste: si

tratta di ottimizzare e sviluppare al meglio quanto già possiamo trovare sul mercato o nei laboratori di ricerca. Ma d'altra parte deve essere chiaro che la ricerca scientifica e tecnologica in questo settore è in grandissimo sviluppo, e probabilmente solo quei paesi che riusciranno a partecipare attivamente a questa vera e propria rivoluzione in corso, saranno quelli che giocheranno il ruolo principale nella determinazione degli equilibri economico-sociali del futuro pianeta Terra.

Il settore nautico, storicamente, soprattutto in Italia, è sinonimo di lusso, dello spreco e dell’effimero, mentre, come spero risulti chiaro da quanto esposto sopra, può rappresentare idealmente il laboratorio naturale per la sperimentazione e l’applicazione delle innovative tecnologie di utilizzo delle risorse rinnovabili, e la dimostrazione dell’effettiva realizzabilità di un sistema globale di sviluppo e crescita ecologicamente sostenibile. Una strategia complessiva e istituzionale, impostata su incentivi alle caratteristiche ecologiche possedute dalle imbarcazioni, potrebbe favorire un circolo virtuoso, già realizzato col sistema di incentivo in “conto-energia” per il fotovoltaico stanziale, indirizzando la filiera a monte del prodotto verso soluzioni più attente e rispettose dell’ambiente.

Matteo Miceli, 2009
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