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Se il termine “energia rinnovabile” vi fa venire in mente un mare di pannelli solari o torreggianti turbine eoliche, non siete i soli. Sta diventando sempre più comune catturare l’energia dal sole e dal vento. Questo perché queste fonti di energia “pulita” generano elettricità senza inquinare la nostra aria. Altrettanto importante è che non rilasciano anidride carbonica nell’atmosfera. Questo gas serra intrappola il calore del sole e contribuisce al cambiamento del nostro clima.

Ma l’energia solare ed eolica hanno un grande difetto: Non sono sempre disponibili. Il sole splende solo durante il giorno. Il vento va e viene. Ci sono pochissimi posti dove il vento è abbastanza costante da generare elettricità tutto il tempo. E per quanto possa sembrare facile, immagazzinare l’energia per un uso successivo si è dimostrata una grande sfida.

Ma le onde dell’oceano? Come può dirvi chiunque sia stato vicino a una spiaggia, le onde si infrangono sulla riva mattina, mezzogiorno e sera. E questo le rende ideali per generare energia 24 ore su 24. Ora gli scienziati stanno scoprendo quanta energia potrebbero offrire le onde.

Quando il vento soffia sulla superficie dell’acqua, crea delle onde. Se avete mai visto le calotte bianche su un oceano o un lago in una giornata di vento, avete visto questo in azione. Il vento fa sì che l’acqua in superficie si muova su e giù. Anche se sembra che l’acqua stia viaggiando da un posto all’altro, in realtà non va molto lontano. Piuttosto, si muove in cerchio – su, su, su fino alla cima dell’onda, poi giù, giù, giù dall’altra parte.

Questo è vero, almeno, quando l’acqua è molto profonda, come nell’oceano. Quelle onde che oscillano dolcemente sono chiamate “mareggiate”. Ma le onde cambiano quando si avvicinano alla riva.

Quando l’acqua diventa meno profonda, non può più viaggiare in cerchio. Il terreno si mette in mezzo. L’acqua sbatte contro il fondo dell’oceano, schiacciando il cerchio in un ovale. Proprio come una persona che inciampa su qualcosa, l’acqua “inciampa” sul terreno. La parte superiore supera il fondo. L’onda si “rompe”, schiantandosi più vicino alla spiaggia.

I sistemi di energia delle onde usano il movimento dell’acqua per produrre elettricità. Alcuni tipi di questi dispositivi sfruttano la potenza delle onde che si infrangono. Altri sfruttano le mareggiate. Altri ancora usano la pressione delle onde vicino al fondo dell’oceano. Ma tutti hanno lo stesso obiettivo: convertire l’energia delle onde in energia elettrica. Quell’elettricità può essere usata per alimentare la rete elettrica. Questa è la rete di cavi che trasmette l’elettricità alle case e agli edifici in modo da poterla utilizzare.

L’energia delle onde è limitata alle aree vicine all’oceano. Dopo tutto, i cavi che trasportano l’elettricità non possono essere così lunghi. Ma il 40% della popolazione mondiale vive entro 100 chilometri (60 miglia) dall’oceano. Questo significa che un sacco di luci, televisori e tablet potrebbero essere alimentati dalle onde.

Con tutta questa promessa per l’energia delle onde, i ricercatori stanno testando quanto bene diversi tipi di generatori convertono l’energia dell’oceano in elettricità. Lungo la strada, stanno cercando di assicurarsi che la vita marina non venga danneggiata nel processo.

Potenza dove serve

Il primo passo per creare energia dalle onde? Trovare il posto migliore per mettere quei convertitori di energia.

Non tutte le aree costiere funzionano per generare energia dalle onde. La forma della terra sotto il mare cambia la dimensione e la forma delle onde. I convertitori di energia dalle onde sono anche costosi. I punti migliori dovrebbero avere un sacco di azione delle onde, ma non così tanto che i convertitori potrebbero essere danneggiati in una tempesta.

Per capire i siti migliori, gli scienziati si rivolgono a modelli informatici. Joao Morim Nascimento e Nick Cartwright sono ingegneri ambientali in Australia. Entrambi lavorano alla Griffith University di Southport, nel Queensland. Un ingegnere ambientale lavora per ridurre l’inquinamento e i rifiuti. La coppia voleva trovare buoni posti per i convertitori di energia delle onde lungo la costa sud-est del loro paese. È la sede di diverse grandi città australiane. Poiché così tante persone vivono vicino alla costa, questa zona potrebbe essere ottima per l’energia delle onde.

I ricercatori hanno iniziato con un modello informatico esistente chiamato SWAN. (SWAN è stato sviluppato da ricercatori dell’Università di Delft nei Paesi Bassi. Prevede la forza e la posizione dell’energia delle onde oceaniche. Per farlo, tiene conto di cose come il vento, le caratteristiche del fondo dell’oceano e le interazioni tra più onde.

Morim Nascimento e Cartwright hanno adattato SWAN per applicarlo al sud-est dell’Australia. Hanno aggiunto dettagli sulla profondità dell’acqua fino a 50 chilometri (31 miglia) dalla riva. Hanno anche inserito dati sui venti e le onde della regione. Poi hanno testato il modello usando i dati delle boe nell’oceano. Gli ingegneri hanno modificato il modello fino a quando non ha previsto da vicino la quantità di energia delle onde registrata dalle boe.

Il modello ha aiutato il team a trovare “hotspot” – luoghi con ciò che Cartwright descrive come “abbondanza di energia delle onde”. Ogni sito è entro 5 chilometri (3 miglia) dalla riva in acqua non più di 22 metri (72 piedi) di profondità. Questi sono ideali, spiega, perché è più facile ed economico ottenere l’energia a terra da questi siti che da più lontano.

“C’è più che abbastanza energia naturale nell’oceano”, dice. “La sfida è quella di imbrigliare e convertire abbastanza di essa in energia” che le persone possono utilizzare. Parte di questa sfida è l’oceano stesso. Le onde battono costantemente sull’attrezzatura. L’hardware può anche sperimentare un tempo estremo. Onde di tempesta molto grandi possono danneggiare i convertitori, dice Cartwright. E, aggiunge, l’acqua di mare salata corrode, o rompe, qualsiasi parte metallica.

Sea carpet

Scienziati e ingegneri stanno cercando molti modi diversi per superare queste sfide. Le loro idee hanno portato a molti tipi di design. Alcuni convertitori galleggiano sulla superficie, legati a generatori di onde sul fondo dell’oceano. Altri hanno un’estremità ancorata al fondo del mare con l’altra libera di girare da un lato all’altro quando le onde ci passano sopra. Altri ancora usano la pressione dell’aria o dell’acqua per generare elettricità.

Uno dei sistemi più recenti assomiglia un po’ a un tappeto piatto. Mohammad-Reza Alam e il suo team dell’Università della California, Berkeley hanno progettato il convertitore per imitare un fondo marino fangoso. I luoghi con molto fango sono buoni per assorbire le onde in arrivo, spiega Alam. I pescatori in mari poco profondi spesso si dirigono verso zone fangose quando il tempo è brutto. Le barche appese là fuori sono protette dalle grandi onde mentre cavalcano una tempesta.

Se il fango può assorbire così tanta energia, Alam ha ragionato, allora un convertitore di energia che agisce come il fango dovrebbe fare lo stesso. Questo lo renderebbe estremamente efficiente nel raccogliere l’energia delle onde.

La parte “tappeto” del suo convertitore è fatta da un foglio liscio di gomma. Si appoggia vicino al fondo del mare, dove può piegarsi e flettersi insieme alle onde. Mentre si muove su e giù, spinge i posti dentro e fuori una pompa a pistone. La pompa converte il movimento del pistone in elettricità, che poi viaggia lungo un cavo alla rete elettrica.

Il tappeto è in grado di rimuovere quasi tutta l’energia dalle onde, dice Alam. E sarebbe in grado di alimentare molte case. Ogni ora, dice, “ogni metro quadrato del tappeto può ottenere circa 2,5 kilowatt dall’acqua vicino alla costa della California”. Questo è il doppio dell’elettricità usata ogni ora da una tipica casa americana

“Se vogliamo ottenere la stessa potenza dal solare,” dice Alam, “abbiamo bisogno di 14 metri quadrati di pannelli solari.” Cioè 14 volte tanto! Dice che un tappeto d’onda a grandezza naturale sarebbe probabilmente circa 10 metri (33 piedi) di larghezza per 20 metri (66 piedi) di lunghezza. Quindi dovrebbe essere in grado di generare 500 kilowatt di elettricità all’ora – abbastanza per alimentare più di 400 case – tutto il giorno.

Altri luoghi, come il nord Europa, hanno onde più energetiche. Quindi un tappeto d’onda lì potrebbe generare più elettricità, nota Alam. D’altra parte, le onde più deboli in luoghi come il Golfo del Messico non potrebbero pompare tanta elettricità nella rete elettrica.

Ancorato al fondo del mare, l’intera struttura si trova appena sopra il fondo del mare. Quindi è completamente fuori dalla vista. Questo è importante per molte persone che passano il tempo in spiaggia. A loro non piace vedere grandi strutture che generano energia (come le turbine eoliche) quando sono fuori a nuotare o a navigare. Infatti, molti parchi eolici sono situati lontano dalla riva, in modo che le persone che si godono la spiaggia non li vedano. Il tappeto di onde, tuttavia, può essere vicino alla riva. Questo significa che i cavi che portano l’elettricità alla rete possono essere molto più corti. E l’elettricità generata dal tappeto dovrebbe quindi costare meno.

Bene per l’ambiente?

Non c’è dubbio che trovare nuove fonti di energia rinnovabile faccia bene all’ambiente. Meno inquinamento e meno gas serra fanno bene alle persone, alle piante e agli animali. Ma le fonti di energia pulita possono ancora causare problemi.

Le turbine eoliche possono ostacolare la migrazione di uccelli e pipistrelli, per esempio. (Alcune stime dicono che centinaia di migliaia di questi animali possono morire ogni anno a causa di collisioni con le enormi pale rotanti). L’altezza inferiore dei convertitori di energia delle onde significa che probabilmente non interferirebbero con gli animali che migrano. Ma “dobbiamo considerare attentamente la loro interazione con l’ambiente marino”, dice Deborah Greaves. Lei è un ingegnere oceanico presso l’Università di Plymouth in Inghilterra.

Una preoccupazione riguarda gli eventuali impatti ecologici dell’assorbimento di tutta quell’energia dalle onde in arrivo. (Dopo tutto, è così che si genera elettricità – convertendo l’energia delle onde in energia elettrica). L’energia estratta dalle onde ridurrà la quantità di energia che rimarrà quando le onde continueranno verso la riva. Saranno più piccole, almeno per una certa distanza. Onde più piccole potrebbero portare a una minore miscelazione di nutrienti all’interno della colonna d’acqua (che è l’acqua tra un particolare pezzo di fondo dell’oceano e la superficie sopra di esso). E questo potrebbe avere un impatto con le specie che vivono lì, dice Greaves. “Ma può anche essere un beneficio”, aggiunge. Dopo tutto, “i convertitori di energia delle onde possono contribuire a fornire una certa protezione costiera” riducendo l’erosione.

I generatori elettrici potrebbero anche influire su come la fauna selvatica interagisce. Molti uccelli e mammiferi marini cacciano il pesce in aree che potrebbero essere siti ideali per i convertitori di onde. È possibile che i convertitori possano anche attrarre i pesci se le piccole creature che mangiano cercano rifugio lì. Questo potrebbe, a sua volta, attrarre predatori affamati. Questo potrebbe aiutare ad aumentare la vita marina nella zona. Ma pesci, foche e altri animali potrebbero anche rimanere impigliati nei lunghi cavi che ancorano i convertitori di energia galleggianti in superficie. Quindi i ricercatori devono studiare dove vogliono installare questi convertitori per assicurarsi che non danneggino gli ecosistemi locali.

Un’altra preoccupazione: I convertitori faranno rumore. Questo può essere un problema per pesci, delfini e altri animali che si affidano al suono per trovare cibo o per comunicare. Il rombo profondo di una barca e il forte ping del sonar causano tutti i tipi di problemi agli animali dell’oceano. Queste creature possono lottare per trovare il cibo o disorientarsi. Tuttavia, dice Greaves, è improbabile che i convertitori di onde creino alti livelli di rumore. La parte più rumorosa accadrebbe quando i convertitori sono inizialmente installati in qualche sito. Una volta che iniziano a funzionare, dovrebbero essere abbastanza tranquilli.

Sul lato positivo, i convertitori potrebbero diventare la base per una barriera artificiale se alghe, cozze, cirripedi o coralli si impossessano della struttura e iniziano a crescere. Tali scogliere forniscono protezione ai pesci e ad altre forme di vita marina. Questo potrebbe aumentare la diversità della vita marina nella zona. Potrebbero essere utili, purché queste creature non interferiscano con il movimento del convertitore di onde.

“Dalle vaste risorse dell’oceano, l’energia delle onde ha il potenziale per dare un enorme contributo ai nostri bisogni di energia pulita del futuro”, dice Greaves. Ma, avverte, “deve essere fatto in modo sostenibile, in armonia con l’ambiente marino.”