Energia

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Affondare le sfere di cemento gigante fino al fondo dell’oceano potrebbe immagazzinare enormi quantità di energia rinnovabile

Queste batterie subacquee potrebbero potenzialmente immagazzinare centinaia di migliaia di gigawattora.
A circa 2.000 piedi sotto la superficie dell’oceano, nella quiete oscura al largo della costa della California, una sfera di cemento delle dimensioni di una piccola casa avrà presto il suo momento. Le sue pareti devono resistere alle pressioni 77 volte superiori a quelle che sentiamo a livello del mare. Eppure non ha abitanti viventi. Il suo carico non è petrolio o gas. È elettricità (una specie di).
Questa è StEnSea – energia immagazzinata nel mare – una nuova audace avventura che cerca di risolvere una delle più grandi sfide dell’era dell’energia pulita: come immagazzinare energia rinnovabile quando il vento smette di soffiare e il sole scompare.

Una batteria gigante fatta di calcestruzzo e acqua

Il concetto è disarmantemente semplice. Immagina una sfera di cemento vuoto sul fondo del mare. Quando l’eccesso di energia è disponibile – ad esempio, da un vicino parco eolico offshore – viene utilizzata per pompare l’acqua di mare fuori dalla sfera, creando una condizione simile al vuoto all’interno. Quindi, quando è necessaria energia, si apre una valvola. L’acqua di mare torna indietro, guidata dalla pressione schiacciante dell’oceano. Mentre rientra, gira una turbina, che genera elettricità. Il processo è reversibile e può essere ripetuto centinaia di volte all’anno.

Schema del principio di funzionamento. Attestazione: Fraunhofer.

Nel 2017, il Fraunhofer Institute for Energy Economics and Energy Systems Technology (IEE) ha testato questo sistema con una sfera di 10 piedi di diametro nel lago di Costanza tedesca. Quella piccola prova d’acqua dolce ha funzionato. Ora, il team si sta preparando a testare una versione più grande e molto più ambiziosa nelle profonde acque del Pacifico al largo di Long Beach, in California.
Il nuovo prototipo – circa 29,5 piedi di diametro e 400 tonnellate – sarà ancorato tra 500 e 600 metri sott’acqua (circa 2.000 piedi). Si prevede che inizierà a funzionare entro la fine del 2026, immagazzinando fino a 0,4 megawattora di elettricità, abbastanza per alimentare una casa tipica per due o tre settimane.

Prova sul campo con una sfera di tre metri nel Lago di Costanza. Attestazione: Fraunhofer IEE

“La corsa al test è un grande passo verso la scalabilità della tecnologia”, ha detto il dott. Bernhard Ernst, Senior Project Manager di Fraunhofer IEE. “Con la transizione energetica globale, la domanda di stoccaggio aumenterà enormemente nei prossimi anni”.
La visione finale è ambiziosa: immaginate campi di sfere di 98 piedi che ricoprono il fondale marino, ognuno in grado di immagazzinare molta più energia. Fraunhofer IEE stima un potenziale di stoccaggio globale di 817.000 gigawattora, sufficiente per alimentare circa 75 milioni di case all’anno.

Trasformare il fondo dell’oceano in una banca dell’energia

Rendering illustrando la produzione delle sfere di 30m per un parco StEnSea. Attribuzione: Sperra.

Al suo interno, StEnSea è una variante di un concetto secolare: l’idroelettrico di stoccaggio pompato. Le versioni tradizionali prevedono il pompaggio dell’acqua in salita in un serbatoio, quindi rilasciandolo in discesa per generare elettricità quando necessario dalla sua enorme energia potenziale. Ma questi richiedono due corpi idrici a diverse altitudini e grandi quantità di terra.

StEnSea scambia abilmente i pendii montuosi per le profondità oceaniche.
“Stiamo trasferendo il loro principio funzionale al fondo del mare – le restrizioni naturali ed ecologiche sono molto più basse lì”, ha spiegato Ernst. “Inoltre, l’accettazione dei cittadini è probabilmente significativamente più alta”.
C’è anche un vantaggio pratico per l’idea. Le località offshore sono spesso vicine alla provenienza delle energie rinnovabili, come i parchi eolici. Le sfere subacquee possono essere dispiegate nelle vicinanze senza consumare terreni o attirare l’opposizione pubblica. L’oceano profondo diventa il serbatoio superiore e la sfera è quella inferiore.
La costruzione del prototipo riflette questa miscela di ingegneria e innovazione. Sperra, una startup statunitense specializzata nella stampa in calcestruzzo 3D, sta costruendo il massiccio globo a Long Beach. Pleuger Industries, con sede a Miami ma con radici tedesche, fornisce le pompe a motore subacquee fondamentali per il sistema. Una valvola nella parte superiore della sfera lascia che l’acqua di mare si precipiti o venga pompata fuori. L’eleganza della tecnologia risiede nella sua semplicità meccanica e nell’immensa pressione che l’oceano stesso offre.

Attribuzione: Sperra.

“Le centrali elettriche a accumulo a fulminamento sono particolarmente adatte per lo stoccaggio dell’elettricità per diverse ore o pochi giorni”, ha affermato Ernst. “Tuttavia, il loro potenziale di espansione è gravemente limitato in tutto il mondo”.
Le analisi GIS condotte da Fraunhofer IEE suggeriscono il contrario – per lo stoccaggio oceanico, cioè. Dai fiordi della Norvegia alle coste del Giappone, dagli Stati Uniti Dalla costa orientale allo scaffale portoghese, il team ha mappato numerosi siti ideali: posizioni tra 600 e 800 metri di profondità, dove la pressione, la resistenza al calcestruzzo e i progetti di pompe esistenti colpiscono un equilibrio economico.
L’efficienza del sistema – circa il 75-80% – è leggermente inferiore rispetto allo stoccaggio di pompaggio tradizionale. Ma la durata della vita delle sfere di cemento è stimata a 50-60 anni, con le turbine e i generatori che necessitano di sostituzione solo ogni due decenni.

La profondità della rete elettrica di domani
Ogni singola sfera nel design attuale immagazzina una modesta quantità di energia. Ma la tecnologia si riempie bene. Un parco di sei grandi sfere, ad esempio, potrebbe fornire una capacità di 120 megawattora e 30 megawatt di potenza, in bicicletta 520 volte all’anno. Queste installazioni potrebbero svolgere un ruolo chiave nell’arbitraggio energetico – acquistare elettricità quando è a buon mercato e immagazzinarla per vendere quando i prezzi aumentano – o nel fornire servizi ausiliari per stabilizzare una rete sempre più complessa.
Il caso economico è competitivo. Fraunhofer IEE punta il costo di 4,6 centesimi di euro per chilowattora immagazzinato, con spese di capitale stimate a 1.354 euro per chilowatt di potenza e 105 euro per chilowattora di capacità di stoccaggio. Questo è più economico di molte tecnologie di batterie sul mercato oggi, e potenzialmente meno dirompenti rispetto alle dighe idroelettriche su larga scala.
Ma forse il più grande vantaggio di StEnSea è la sua scala potenziale. Rispetto ai 40 gigawattora di stoccaggio pompato disponibile in tutta la Germania, anche una frazione del potenziale globale da 817.000 gigawattora potrebbe rimodellare il modo in cui gestiamo le energie rinnovabili.
Questo tipo di capacità potrebbe sembrare futuristica. Ma è iniziato con un’idea nel 2011, inventata dal fisico Prof. – Il dottor. Horst Schmidt-Bàcking e il dott. Gerhard Lutero. Oggi, sta prendendo forma concreta – letteralmente.
“Abbiamo sviluppato una tecnologia economicamente vantaggiosa che è particolarmente adatta per lo stoccaggio a breve e medio termine”, ha affermato Ernst. “Con la corsa di prova al largo della costa degli Stati Uniti, stiamo facendo un grande passo verso la scalabilità e la commercializzazione di questo concetto di stoccaggio”.
Mentre le nazioni corrono per decarbonizzare, la sfida non è più solo come generare energia pulita, ma come conservarlo. Forse la soluzione non si trova sulla terra, o nel litio, o nelle nubi di idrogeno. Forse sta aspettando sul fondo dell’oceano.

(Vedi anche Progetto StEnSea)