L'incessante forza del vento

L’origine dello sfruttamento del vento da parte dell’uomo risale a tantissimi anni fa: basti pensare che è la prima forma di energia rinnovabile che è stata scoperta, insieme a quella idraulica, dopo l’energia del fuoco. Ma qual è la definizione di energia eolica? Si tratta del processo mediante il quale il vento viene sfruttato per generare energia meccanica o elettricità. Attualmente l’energia viene convertita attraverso centrali eoliche, mentre in origine veniva utilizzata immediatamente come energia motrice, per esempio nei mulini a vento. Sono tanti i fattori che stanno favorendo, in Europa e non solo, la diffusione dell’energia del vento. A contribuire allo sviluppo è, oltre a una tecnologia sempre più efficiente, il costo per la costruzione e il mantenimento di un impianto, che risulta notevolmente inferiore e più veloce rispetto, ad esempio, a quello di pannelli fotovoltaici.

Secondo il rapporto Renewables 2021 Analysis and forecast to 2026 dell’International Energy Agency (IEA), durante il 2019, l'Italia ha lanciato un nuovo programma di aste sulle Fonti di Energia Rinnovabile (FER) con l'obiettivo di appaltare circa 5 GW di nuova capacità solare fotovoltaica ed eolica onshore, in sette lotti, entro il 2021. Tuttavia, nelle prime sei aste tenutesi dal lancio del programma, sono stati aggiudicati solo circa 2 GW dei 4 GW previsti. Nonostante la pubblicazione, nel 2021, di un decreto di semplificazione, la complessità e la lunghezza dell’iter autorizzativo, assieme alle limitazioni ed ai vincoli di natura urbanistica e paesaggistica, rimangono gli ostacoli principali ad una più rapida diffusione delle rinnovabili in Italia, come ben evidenziato dal fatto che più di 100 GW di capacità rinnovabile sono attualmente bloccati in varie fasi del processo amministrativo. La rapidità della crescita del paese nel settore delle FER e l’effettivo raggiungimento, e superamento, degli attuali obiettivi al 2030 per il solare fotovoltaico e l'eolico sono quindi strettamente dipendenti dalla semplificazione dei processi autorizzativi, oltre che dal miglioramento delle reti di trasmissione e distribuzione e dall’incremento del tasso di aggiudicazione delle aste in tale settore.

Un parco eolico può essere onshore o offshore: nel primo caso l’installazione delle turbine avviene sulla terra ferma mentre nel secondo in mare. Secondo l’IEA la nuova capacità che verrà installata onshore entro il 2026 è in aumento di quasi il 25% in più rispetto al periodo 2015-2020, mentre la capacità installata annua, dovrebbe aggirarsi attorno ad una media di 75 GW tra il 2021-2026. I mercati che insieme rappresentano l’80% dell’espansione globale dell’onshore nel periodo 2021-2026 sono la Cina, l’Europa e gli Stati Uniti. Secondo le previsioni dell’IEA, la capacità eolica offshore totale sarà invece più che triplicata entro il 2026 e per allora, l’offshore dovrebbe arrivare a rappresentare un quinto del mercato globale dell'eolico. Entro il 2026 si dovrebbe arrivare a 21 GW di capacità installata, soprattutto grazie ai nuovi mercati in espansione al di fuori dell'Europa e della Cina, inclusi i progetti su larga scala che dovrebbero essere commissionati negli Stati Uniti, a Taiwan, nella Corea, nel Vietnam e nel Giappone.

Per continuare a consolidare la sua radicata impronta nel mix energetico globale, la ricerca e l’innovazione si stanno concentrando su turbine di maggiore altezza e dimensioni, dotate di pale proporzionate. Ed è proprio sulle dimensioni che si concentra naturalmente la competizione tra produttori. Vestas, azienda leader al mondo nel settore, ha progettato e realizzato una mega struttura alta più di due terzi della Torre Eiffel, e pesante come 10 aeroplani superjumbo Airbus 380 a pieno carico. Le sue pale rotanti di 80m invece spazzano un’area equivalente a tre campi da calcio. La grandezza è così rilevante poiché, a parità di altri fattori, una turbina a vento più grande produce più energia. La V164 può macinare fino a 8-9 MW di potenza, in grado di fornire energia a 7500 case, secondo la società che l’ha costruita, la MHI Vestas Offshore Wind.

Un altro portento dell’eolico si chiama Haliade-X, un progetto della General Electric. Un titano offshore alto 260 m e con un rotore di 220 m, la pala da sola misura 107 m. Questo generatore da record può garantire una capacità che oscilla dai 12 ai 14 MW per un totale di 74 GWh lordi ogni anno; con un risparmio di 52,000t di CO₂. Queste caratteristiche rendono Haliade-X meno sensibile alle variazioni di velocità del vento, aumentandone l’affidabilità e la capacità di generare più energia quando il vento è meno forte. Il risultato è una produzione annua di energia maggiore di qualsiasi altra turbina offshore prodotta finora, soprattutto a condizioni sfavorevoli.

Nell’ultimo decennio numerose aziende sono entrate nel business degli Airborne Wind Energy Systems, brevettando idee e soluzioni tecniche per la loro implementazione. Oltre alla convenienza economica, queste alternative garantiscono all’energia eolica la scalabilità che manca alle turbine impiegate per scopi residenziali e commerciali —il tutto a vantaggio dei pannelli solari fotovoltaici. Una pionieristica e premiata start-up italiana che ha progettato un prototipo di AWES, KITEnrg, è riuscita a sviluppare un sistema di generazione dell’energia ad alta quota basato su un aquilone già nel 2010.

L’obiettivo di KITEnrg era evitare i costi associati alle strutture eoliche: “Nelle torri eoliche, l’80% dell’energia generata è riconducibile al 30% della superficie delle pale, quella più esterna”. I creatori di KITEnrg hanno intravisto un’opportunità per sviluppare un’ala leggera collegata a delle funi, in modo da ottenere un generatore eolico decisamente più leggero ed economico. L’aria fredda è più densa di quella calda e quindi, in teoria, più adatta ad alimentare le turbine. Tuttavia, la maggior parte delle attuali turbine è progettata per lavorare al meglio a temperature fino a circa -20°C. Ma quando si scende sotto questa soglia per lunghi intervalli di tempo, l’accumulo di ghiaccio sulle pale delle turbine può limitarne le performance, portando a perdite di potenza comprese fra il 3 e il 16% all’anno.

È qui che interviene il progresso tecnologico. Ad esempio, Siemens ha avviato di recente la produzione di turbine eoliche che integrano elementi riscaldanti elettrici, mentre Enercon ha sviluppato una turbina che utilizza aria calda all’interno delle pale. Entrambe queste tecnologie possono diminuire o eliminare le perdite di produzione dovute alla formazione del ghiaccio.

Quella delle pale eoliche è una tecnologia in costante evoluzione, servono nuove idee per introdurre il concetto di sostenibilità anche nella fase realizzativa dei vari componenti. A Göteborg, in Svezia, la società di design industriale Modvion ha concepito e realizzato la prima pala eolica quasi interamente in legno. La società svedese ha installato una torre alta 30 m, costruita a strati con moduli di legno lamellare che s’incastrano fra di loro (la turbina, giocoforza, resta d’acciaio).

Il punto forte di questo nuovo metodo di costruzione è la possibilità di assemblare la torre eolica in loco invece di trasportarla intera, come si fa generalmente con le torri d’acciaio. Il legno, oltre a essere un materiale rinnovabile e sostenibile, è molto più leggero dell’acciaio e può essere trasportato in moduli, abbattendo così le spese di trasporto. Ma non solo. Gli alberi da cui proverrebbe il materiale usato per le torri durante il loro ciclo vitale, assorbono CO₂, compensando così l’anidride carbonica emessa durante la costruzione e trasporto finale.

Il risultato ottenuto è una torre eolica carbon neutral. La Modvion sta anche valutando l’ipotesi di adoperare legno riciclato, portando a un livello ulteriore la circolarità di questo ipotetico sistema di produzione e riciclo di energia e materiali. Un ulteriore vantaggio è dato dalla loro struttura che, essendo modulare, può facilmente raggiungere altezze superiori alle loro corrispettive in acciaio, ciò permetterebbe di aprire la strada a ulteriori nuove sperimentazioni.

Mentre la tecnologia va avanti e si evolve, cosa si può fare per gestire gli impianti a fine vita? Ogni pala eolica è realizzata con numerosi componenti come legno di balsa, resina, plastica, fibra di vetro e di carbonio ecc. Materiali che garantiscono resistenza e prestazioni di alto livello ma, purtroppo, sono anche molto difficili da smaltire. Con il costante aumento di parchi eolici in tutto il mondo, il numero di pale da smaltire sta aumentando in modo considerevole. Per questo motivo, in Germania è stata introdotta una nuova tecnica volta a recuperare il legno di balsa contenuto all’interno delle pale.

Per separare i vari componenti si è scelto di utilizzare una lancia a getto d’acqua e un mulino centrifugo a impatto, scagliando i materiali in rotazione contro del metallo ad alta velocità: in questo modo il materiale composito si rompe perché il legno è viscoplastico, mentre la fibra di vetro e la resina sono molto dure. Il legno ricavato da questa tecnica viene poi lavorato per realizzare dei pannelli isolanti ultraleggeri per l’edilizia. Praticamente unici sul mercato, questi pannelli offrono un isolamento con prestazioni alla pari dei materiali a base di polistirolo comunemente utilizzati in questo campo.