Rendere gli oceani “verdi” sfruttando l’energia delle onde

Gli oceani coprono gran parte della superficie del pianeta. Gli organismi marini fotosintetici producono circa metà dell’ossigeno generato sulla Terra, anche se la vita marina ne consuma una quantità simile. Questo mostra quanto gli oceani siano importanti per gli ecosistemi e la nostra sopravvivenza. Ma non è tutto.

La ricerca di modi per ridurre il nostro impatto ambientale comprende anche gli oceani. Sfruttare l’energia delle onde potrebbe contribuire a un sistema energetico più sostenibile e a un futuro con minori emissioni.

Le onde oceaniche contengono energia meccanica che può essere convertita in elettricità. È un processo diverso dalla conversione dell’energia termica oceanica, che sfrutta la differenza di temperatura fra le acque superficiali calde e quelle profonde fredde. Le due tecnologie non vanno confuse, né il loro potenziale equivale a una capacità già disponibile per soddisfare tutta la domanda mondiale.

Le onde possono trasportare energia di giorno e di notte, durante tutto l’anno. La risorsa è rinnovabile, ma la produzione non è costante: varia con il sito, il meteo e lo stato del mare.

L’articolo del 2023 riportava una stima dell’U.S. Energy Information Administration secondo cui il potenziale teorico annuo delle onde al largo delle coste statunitensi, pari a circa 2.640 miliardi di kWh, equivaleva a circa il 64% della produzione elettrica statunitense su larga scala del 2021. È un confronto teorico con un anno preciso, non una quantità di elettricità già generata o interamente sfruttabile. Questa prospettiva contribuisce all’interesse internazionale per l’energia del moto ondoso.

Che cos’è l’energia delle onde e come funziona?

Quando si parla di fonti rinnovabili, l’energia solare ed eolica sono molto più note di quella delle onde. Il moto ondoso rappresenta però una risorsa marina significativa. Come viene sfruttato?

L’energia delle onde è una forma di energia rinnovabile che viene sfruttata dalle risorse naturali attraverso il movimento delle onde. 

Il vento, generato dalle differenze di pressione nell’atmosfera, trasferisce energia alla superficie dell’acqua e produce onde. Queste trasportano energia cinetica e potenziale. Il loro movimento può azionare meccanismi di conversione e generatori; alcuni sistemi impiegano turbine, altri soluzioni differenti.

L’energia delle maree sfrutta invece i movimenti dell’acqua legati soprattutto all’attrazione gravitazionale della Luna e del Sole. L’energia del moto ondoso utilizza le onde superficiali generate principalmente dal vento: non si tratta di maremoti né della stessa risorsa delle maree.

Come sole e vento, le onde sono una risorsa rinnovabile e possono offrire un’alternativa alla generazione da combustibili fossili come petrolio e carbone, che sono finiti e la cui combustione emette anidride carbonica. L’impatto ambientale va comunque valutato lungo il ciclo di vita degli impianti.

Le onde possono offrire un’elevata densità energetica e integrare altre fonti, rafforzando la resilienza del sistema. Le previsioni meteorologiche permettono di stimarne la disponibilità con un certo anticipo, senza eliminare l’incertezza. Non è corretto attribuire loro in assoluto la massima densità fra tutte le rinnovabili.

Esistono anche limiti: la produzione dipende dall’altezza e dal periodo delle onde, dalla loro direzione e dallo stato del mare. La variabilità e l’incertezza delle previsioni complicano la progettazione e l’integrazione nella rete.

Nel quadro del 2023, il settore era molto meno maturo dell’eolico e del solare. Molti dispositivi erano ancora dimostratori relativamente piccoli. Le applicazioni su grande scala richiedevano progressi nell’affidabilità, nei costi e nello sviluppo di impianti con più unità.

Per non parlare del fatto che l’intero processo è costoso, dalla costruzione e gestione degli impianti alla manutenzione dell’infrastruttura, comprese turbine, cavi e altro. Tutta questa infrastruttura potrebbe anche potenzialmente danneggiare la vita marina. Inoltre, deve essere in grado di resistere alle forze della natura, aumentando ulteriormente i costi e creando un problema per lo sviluppo del settore.

Ricercatori e imprese studiano metodi per sfruttare questa risorsa. Nel contesto energetico del 2023, il suo potenziale e le preoccupazioni sui combustibili fossili favorivano l’interesse dei governi per politiche di sostegno, investimenti, contratti, finanziamenti, incentivi e formazione.

Sfruttare l’energia delle onde

I convertitori di energia del moto ondoso adottano approcci diversi. Alcuni galleggiano in superficie, altri sono sommersi o ancorati al fondale. Il movimento dell’acqua può essere trasformato in energia tramite sistemi meccanici, idraulici o pneumatici, a seconda della configurazione.

Gli assorbitori puntuali sono dispositivi relativamente piccoli rispetto alla lunghezza d’onda che catturano il movimento del mare. Possono includere boe galleggianti o strutture sommerse, spesso ormeggiate al fondale: una boa galleggiante non è collocata sul fondo oceanico.

Un convertitore a pala oscillante sfrutta il movimento relativo fra una pala e un punto di reazione e può operare in acque poco profonde. Una colonna d’acqua oscillante, invece, racchiude aria sopra l’acqua in una struttura parzialmente sommersa. Le onde fanno salire e scendere l’acqua, spingendo e aspirando aria attraverso una turbina.

Gli attenuatori possono avere sezioni cilindriche unite da giunti flessibili e allineate con la direzione delle onde. Il movimento relativo delle sezioni produce energia. I dispositivi a tracimazione, o overtopping, convogliano invece le onde lungo rampe in un bacino rialzato; l’acqua torna al mare passando attraverso turbine a basso salto.

Nel novembre 2023 l’Università di Cranfield ha presentato ricerche sulla Wave Devouring Propulsion (WDP), una propulsione che sfrutta l’energia delle onde. Ispirandosi alla pinna caudale delle balene, il gruppo ha studiato mediante simulazioni ed esperimenti l’uso di profili alari sommersi oscillanti per generare spinta. Il concetto potrebbe essere impiegato su piccole imbarcazioni senza equipaggio e integrato in sistemi ibridi elettrici, a idrogeno o con combustibili fossili. Era una ricerca promettente, non la dimostrazione di navi commerciali interamente prive di emissioni.

Il settore marittimo utilizza anche l’intelligenza artificiale (IA) per il monitoraggio ambientale e la sicurezza. Sistemi con dati in tempo reale e sorveglianza delle rotte marittime possono aiutare la navigazione e la gestione delle attività offshore; ciò non dimostra che ogni impatto ambientale dei convertitori sia eliminato.

Con ulteriore ricerca, investimenti e sviluppo, sistemi più avanzati potrebbero fornire elettricità alle comunità locali e contribuire a reti più ampie a basse emissioni. La portata di questo contributo dipenderà dai risultati tecnici ed economici.

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Aziende che sviluppano tecnologie per l’energia delle onde

Diverse aziende stanno lavorando allo sviluppo di soluzioni per sfruttare l’energia delle onde dagli oceani. Vediamo quindi alcune delle più importanti e le loro tecnologie:

#1. Ocean Power Technologies, Inc. (OPTT)

Fondata nel 1984 negli Stati Uniti, Ocean Power Technologies è una società quotata specializzata in energia marina, comunicazioni e servizi dati offshore. Fra le sue tecnologie figurano PowerBuoy e il Wave Adaptive Modular Vessel (WAM-V), una piattaforma navale modulare utilizzabile in configurazioni autonome. Le applicazioni comprendono raccolta e trasmissione di dati oceanici.

La fotografia di mercato riportata nell’articolo del 2023 indicava una capitalizzazione di 20,875 milioni di dollari, un prezzo di 0,355 dollari e un calo annuo superiore al 21%. Indicava inoltre ricavi sugli ultimi dodici mesi di 3,28 milioni di dollari, un risultato per azione di −0,49 dollari e un P/E di −0,73. Sono dati storici attribuiti all’articolo, non quotazioni attuali o un esercizio contabile annuale verificato. Un P/E negativo non è un multiplo significativo per valutare una società in perdita. Il grafico incorporato può mostrare dati più recenti.

L’azienda sviluppa proprietà intellettuale per i convertitori e ha collaborato con la direzione scientifica e tecnologica del Dipartimento della Sicurezza Interna statunitense su sensori per la conoscenza della situazione marittima (MDA-S). L’articolo riportava che, in un’intervista del novembre 2023, l’amministratore delegato Philipp Stratmann mirava alla redditività nel 2025 e alla crescita dei ricavi. Si trattava di un obiettivo aziendale dell’epoca, non di un risultato garantito.

#2. AW-Energy

AW-Energy è un’impresa finlandese fondata nel 2002. L’articolo del 2023 riportava finanziamenti complessivi per 28,4 milioni di dollari, una stima storica non equivalente a ricavi certificati. Il sistema brevettato WaveRoller utilizza un pannello sommerso che oscilla con il movimento dell’acqua per produrre elettricità.

L’unità WaveRoller opera nelle zone costiere e rimane principalmente sommersa a seconda delle condizioni di marea. Con una potenza nominale compresa tra 350 kW e 1000 kW per unità, la macchina trasferisce l’energia elettrica generata tramite cavo sottomarino alla rete elettrica.

Nel 2023 AW-Energy ha firmato un memorandum d’intesa con Kaoko Green Energy Solutions per studiare lo sfruttamento delle onde in Namibia, la cui costa si estende per circa 1.300 km. Il progetto pilota prevedeva cinque unità WaveRoller-X, non un impianto già operativo sull’intera costa. Il portafoglio 2023 di EEP Africa riportava un budget totale di 1.315.656 euro e un finanziamento del fondo di 500.000 euro: non un costo inferiore a un milione di dollari. Halliburton aveva annunciato la selezione di AW-Energy per il proprio acceleratore nell’agosto 2022, prima delle notizie riprese nel 2023.

#3. CorPower Ocean

CorPower Ocean, fondata in Svezia nel 2009, sviluppa convertitori dell’energia delle onde. L’articolo del 2023 riportava una raccolta complessiva di 40,7 milioni di dollari, dato storico non presentato qui come bilancio verificato. La tecnologia utilizza una boa e un sistema di conversione del movimento in elettricità. WEC è l’acronimo generico di convertitore di energia delle onde, non il nome esclusivo di un brevetto.

“Con il suo profilo di produzione costante e complementare, l’energia delle onde aiuta a colmare le lacune di vento e sole e porta stabilità a un futuro alimentato interamente da fonti rinnovabili.”

– dice Patrik Möller, CEO di CorPower Ocean

Ha inoltre aggiunto che questa energia può ulteriormente “aiutare a porre fine alla nostra dipendenza dai combustibili fossili”.

Il C4, da 300 kW nominali, era stato dispiegato ad Aguçadoura nell’agosto 2023 e in ottobre esportava energia nella rete portoghese. Secondo CorPower, il 4 novembre resistette a onde fino a 18 metri durante la tempesta Domingos. La modalità di protezione riduce la risposta alle onde estreme, mentre il controllo di fase favorisce la cattura energetica nelle condizioni ordinarie. L’articolo riportava anche un memorandum con AltaSea per esplorare un progetto al porto di Los Angeles. La legge californiana SB 605 del 2023 richiedeva di valutare la fattibilità dell’energia delle onde e delle maree, non autorizzava automaticamente una specifica installazione.

#4. Marine Power Systems

Marine Power Systems, nel Regno Unito, ha sviluppato concetti quali DualSub per vento e onde, WindSub per l’eolico galleggiante e WaveSub per il moto ondoso. Nel 2022 aveva avviato una collaborazione con Simply Blue Group per una proposta nell’ambito del programma scozzese INTOG: sei turbine su piattaforme PelaFlex, in acque profonde 60–100 metri, per 100 MW complessivi. Si trattava di una proposta, non di capacità già installata.

L’articolo del 2023 riportava una collaborazione di MPS con Baker Hughes (BKR ) per l’elettrificazione di impianti offshore e dei sistemi sottomarini di supporto. Nell’aprile 2023 MPS aveva inoltre annunciato un accordo con PLOCAN per un progetto dimostrativo della piattaforma eolica galleggiante PelaFlex al largo della costa sudorientale di Gran Canaria. L’accordo riguardava uno sviluppo previsto, non un impianto già entrato in servizio.

Secondo l’amministratore delegato Gareth Stockman, la piattaforma galleggiante flessibile di MPS è progettata per favorire il coinvolgimento di imprese e fornitori locali attraverso un modello logistico decentralizzato. L’obiettivo è ridurre i costi e aumentare i benefici economici locali, accelerando lo sviluppo di parchi eolici su scala industriale.

#5. Carnegie Clean Energy Limited (CCE)

Carnegie Clean Energy è una società australiana quotata che sviluppa l’energia del moto ondoso e ha operato anche in progetti solari e di accumulo. Utilizza progressi nell’intelligenza artificiale e nelle macchine elettriche per controllare il proprio convertitore e migliorare la cattura di energia.

L’articolo del 2023 riportava per Carnegie un prezzo di 0,05 dollari australiani, un calo annuo del 47%, una capitalizzazione di 16,27 milioni e un valore d’impresa di 14,38 milioni, senza chiarire la valuta di queste ultime due cifre. Sono una fotografia storica, non dati attuali verificati. Il P/E positivo di 10,53 allora indicato non è coerente con la perdita netta di 630.396 dollari australiani nel bilancio chiuso al 30 giugno 2023 e non va usato come multiplo di utili positivi.

CETO è una tecnologia brevettata ad assorbitore puntuale completamente sommerso. Il moto della boa aziona un sistema di conversione dell’energia. Le generazioni precedenti utilizzavano il pompaggio di acqua pressurizzata verso terra; CETO 6 introduceva invece la generazione a bordo. Nel settembre 2023 la controllata CETO Wave Energy Ireland ottenne un contratto EuropeWave di circa 3,75 milioni di euro per dimostrare la tecnologia in Spagna. L’operatività entro il 2025 era la previsione del 2023, non un risultato già conseguito.

#6. Eco Wave Power (WAVE)

Un’altra azienda quotata in borsa è la svedese Eco Wave Power, che sviluppa tecnologie per generare elettricità pulita dalle onde oceaniche. I prodotti dell’azienda di energia rinnovabile sono dotati di un sistema di controllo automatico che risponde all’innalzamento e all’abbassamento dei galleggianti.

Nel rapporto sul terzo trimestre 2023, Eco Wave Power descriveva il collegamento e i test iniziali di EWP EDF One a Jaffa sulla rete israeliana. A Los Angeles stava ancora completando progettazione e autorizzazioni, mentre a Porto aveva ricevuto l’approvazione per avviare i lavori del primo megawatt. Il finanziamento britannico di circa 1,83 milioni di dollari riguardava un consorzio: la quota di progetto di Eco Wave era di 456.500 sterline, con contributo ammissibile di 319.550 sterline, circa 390.905 dollari. Non era un finanziamento di 1,83 milioni interamente assegnato alla società.

Nei primi nove mesi del 2023, l’azienda riportava ricavi per 27.000 dollari e proventi finanziari netti per 802.000 dollari. Le spese operative erano circa 1,9 milioni e la perdita netta 1.052.000 dollari. Al 30 settembre disponeva di 3,7 milioni di dollari di cassa e mezzi equivalenti e 5,1 milioni di depositi bancari a breve termine. La fotografia di mercato dell’articolo indicava un prezzo di 1,62 dollari, un calo del 45,57% e un intervallo a 52 settimane fra 1,43 dollari, a fine giugno 2023, e 4,79 dollari, nel dicembre 2022. Questi dati di prezzo sono storici; il grafico può mostrare quotazioni successive.

#7. Oscilla Power

Oscilla Power è un’azienda statunitense. Ha sviluppato una dimostrazione in scala 1:6 del convertitore Triton da 1 MW per ridurre i rischi tecnici del sistema destinato a impianti su larga scala. Il Triton-C, da 100 kW e pensato per comunità locali, comprende un galleggiante superficiale collegato a una struttura di reazione anulare sommersa. Nell’agosto 2023 l’azienda aveva completato trasferimento e prove preparatorie alle Hawaii in attesa della dimostrazione completa al sito WETS: non aveva annunciato in quel comunicato il completamento positivo di tutti i test operativi connessi alla rete.

Considerazioni finali

Gli oceani offrono un vasto potenziale energetico ancora poco sfruttato. L’interesse per ridurre l’uso dei combustibili fossili spinge lo sviluppo del moto ondoso, ma restano sfide di costo, affidabilità e compatibilità ambientale. Se queste verranno affrontate, le onde potranno contribuire a un sistema energetico più sostenibile insieme ad altre fonti.

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