ISWEC: l’energia che viene dal mare

Il mare rappresenta una delle principali fonti di energia rinnovabile non valorizzate del Pianeta: ENEA e RSE hanno calcolato che se si riuscisse a sfruttare l’energia fornita dagli oceani (moto ondoso, maree, salinità e gradiente termico) si otterrebbero ben 80 mila TWh, vale a dire circa cinque volte il fabbisogno annuale di energia elettrica del mondo intero. Altre stime pongono questo valore addirittura a 130 mila TWh. La sola componente del moto ondoso, nelle stime più prudenziali, è di circa 2 TW a livello globale, corrispondenti a circa 18 mila TWh all’anno, pari a quasi la domanda annuale di elettricità del pianeta. Il nostro sistema ISWEC (Inertial Sea Wave Energy Converter) fa esattamente questo: converte l’energia delle onde marine in energia elettrica, rendendola immediatamente disponibile per impianti offshore o immettendola nella rete elettrica per dare corrente a comunità costiere e piccole isole. ISWEC è stato sviluppato insieme a Wave for Energy S.r.l., spin-off del Politecnico di Torino. Il sistema è costituito da uno scafo galleggiante sigillato con al suo interno una coppia di sistemi giroscopici collegati ad altrettanti generatori. I giroscopi – grandi volani continuamente in rotazione – tendono a mantenere fisso il proprio asse di rotazione generando una forza perpendicolare all’asse per opporsi a forze esterne che tendono a modificarlo. Questo fenomeno è noto come precessione giroscopica. Le onde provocano il beccheggio dell’unità, ancorata al fondale, ma libera di muoversi e oscillare. Il beccheggio dello scafo viene intercettato dai due sistemi giroscopici: questi sono collegati ad altrettanti generatori che producono energia elettrica. Una soluzione semplice, con un cuore d’alta tecnologia.

ISWEC è perfetto per fornire energia elettrica a isole minori non connesse alla rete elettrica principale, comunità costiere e infrastrutture offshore, come piattaforme Oil&Gas. Il primo impianto pilota è stato installato a Ravenna a marzo 2019, collegato alla nostra piattaforma PC80 e integrato con un impianto fotovoltaico. Al termine della campagna sperimentale, l’impianto è stato poi dismesso a settembre 2022. Questo tipo di applicazioni aumenta l’autosufficienza energetica di strutture situate in ambiente offshore, e magari in contesti geografici in cui l’approvvigionamento elettrico non è scontato.

A febbraio 2023 Eni ha completato l’installazione del primo dispositivo ISWEC nel mar Mediterraneo, a 800 metri dalla costa di Pantelleria.

Oltre che dalle onde, il mare può fornire energia pulita in molti altri modi. Per studiare e utilizzare al meglio il potenziale energetico dei mari e oceani, in collaborazione con il Politecnico di Torino, abbiamo creato MORE – Marine Offshore Renewable Energy Lab: un laboratorio interamente dedicato allo sviluppo di tecnologie per sfruttare il moto ondoso, ma anche le correnti oceaniche, le maree e il gradiente salino, oltre che per migliorare l’eolico e il solare offshore.

Il nostro impegno nello sviluppo del settore delle energie rinnovabili marine è stato rafforzato dall’ingresso, come lead partner, nell’Ocean Energy Europe (OEE), la più grande organizzazione europea per lo sviluppo delle energie oceaniche. Un incarico che ci permette di contribuire alla definizione delle linee strategiche per lo sviluppo e la commercializzazione di soluzioni tecnologiche di produzione di energia rinnovabile in ambiente offshore.

L’energia del moto ondoso è la più costante tra quelle rinnovabili: a differenza del sole e del vento, il mare agisce con continuità. Quest’energia è anche la più “densa” perché concentra quella prodotta dal vento e quella derivante dal riscaldamento dell’atmosfera dovuto al sole.

Gli aspetti principali da risolvere associati a ISWEC erano due: la corrosione a causa della salsedine e l’ottimizzazione del funzionamento del dispositivo al variare dell’intensità delle onde. Entrambi sono stati superati poiché le parti mobili e delicate sono all’interno dello scafo sigillato, completamente isolate dall’acqua salata, mentre il funzionamento dei sistemi giroscopici che alimentano i due generatori è ottimizzato mediante un sistema che risponde alle diverse condizioni meteomarine. ISWEC presenta una componente attiva nel processo di cattura dell’energia, che viene regolata dalla velocità di rotazione del volano e dalla coppia del generatore e consente di adattare l’inerzia dello scafo alla lunghezza d’onda marina che lo investe; questa caratteristica, implementata per la prima volta al mondo da Eni su un prototipo di larga scala, è il vero punto di discontinuità rispetto agli altri sistemi di cattura: infatti, è possibile variare l’inerzia del dispositivo come se ne modificassimo le dimensioni, ottenendo di fatto un sistema a geometria variabile virtuale.

ISWEC è un esempio del lavoro di squadra che genera ogni nostra tecnologia proprietaria. In questo caso, una delle sfide tecnologiche più delicate da risolvere era il dimensionamento del sistema giroscopico per ottimizzarne la risposta alle condizioni locali del mare, passaggio fondamentale per sfruttare quella disponibilità costante che costituisce la caratteristica più interessante del moto ondoso. Si trattava di analizzare e incrociare fra loro grandi quantità di dati da fonti diverse, quelli metereologici e quelli relativi al funzionamento della macchina. L’aiuto è arrivato da HPC4 e HPC5, i nostri supercomputer: grazie alla loro potenza di calcolo utilizziamo modelli matematici avanzati per elaborare formule di risposta adatte a ogni situazione meteomarina. Una ulteriore aggiunta tecnologica ad ISWEC è stata quella dell’installazione di pannelli fotovoltaici sulla coperta dello scafo i quali offrono un’ampia superficie di cattura della risorsa solare. Particolarmente profonda e diversificata, inoltre, è l’integrazione fra le nostre persone e strutture e il MORE Lab. Il laboratorio, infatti, ha sede presso il Politecnico e impiega infrastrutture di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale e si interfaccia con il Marine Virtual Lab nel Green Data Center di Ferrera Erbognone, che utilizza il supercomputer HPC5.

Il MORE Lab, inoltre, fa rete anche con il sito di Pantelleria, dove ISWEC è collegato alla rete elettrica dell’isola. L’ISWEC di Pantelleria contribuisce all’obiettivo di autonomia energetica dell’isola e all’azzeramento dell’impatto paesaggistico potenzialmente causato da eventuali strutture industriali sull’isola. A pieno regime, il MORE Lab impiega circa 50 ricercatori che collaborano con nostre persone, per una rapida crescita del know-how specifico e per la finalizzazione industriale delle tecnologie. Il centro, inoltre, dispone di una vasca di prova navale e di laboratori all’avanguardia. Il Politecnico di Torino, parallelamente, ha attivato una cattedra specifica sulla “Energia dal Mare” per formare ingegneri specializzati nella progettazione, realizzazione e utilizzo delle nuove tecnologie che saranno sviluppate proprio nel laboratorio.

Seppur diversi, tutti gli insediamenti marittimi si assomigliano perché hanno esigenze simili. Una piccola isola abitata non è tanto differente da una piattaforma. Per questo è possibile fornire energia elettrica da fonte rinnovabile a comunità che vivono su piccole isole. Per di più, ISWEC si può integrare perfettamente con altre soluzioni di produzione di energia rinnovabile in ambito offshore, come ad esempio l’eolico, in termini sia di valorizzazione dei sistemi di connessione alla rete elettrica sia di integrazione all’interno di un’area di mare, massimizzando la conversione di energia disponibile. Un ulteriore vantaggio di questa tecnologia è la notevole riduzione dell'impatto paesaggistico in quanto il dispositivo emerge solamente per circa 1 metro sopra il livello dell’acqua.