L’energia marina rappresenta una delle frontiere più promettenti nel panorama delle energie rinnovabili, offrendo un potenziale energetico praticamente illimitato grazie al movimento incessante di oceani e mari.
Questa fonte energetica, ancora in fase di sviluppo tecnologico, sfrutta la forza delle onde, delle maree e delle correnti marine per generare elettricità pulita.
Con oltre il 70% della superficie terrestre coperta da acqua, l’energia marina potrebbe giocare un ruolo cruciale nella transizione energetica globale, contribuendo significativamente alla riduzione delle emissioni GHG e alla diversificazione del mix energetico rinnovabile.
Cos’è l’energia marina
L’energia marina, anche conosciuta come energia oceanica o blu, è una forma di energia rinnovabile che sfrutta il movimento naturale delle masse d’acqua marine per produrre elettricità. Questa risorsa energetica si basa sui fenomeni fisici che caratterizzano gli oceani e i mari: le maree causate dall’attrazione gravitazionale di luna e sole, le onde generate dal vento, le correnti marine e i gradienti termici e salini.
A differenza di altre fonti rinnovabili come l’energia solare e l’energia eolica, l’energia marina presenta caratteristiche uniche di prevedibilità e costanza. Le maree seguono cicli regolari e predicibili, mentre le onde e le correnti marine offrono una disponibilità energetica più stabile rispetto al vento. Questa prevedibilità rende l’energia marina particolarmente attraente per la pianificazione energetica a lungo termine.
L’energia marina si distingue in diverse tipologie principali:
- energia mareomotrice, che sfrutta il movimento delle maree;
- energia del moto ondoso, che cattura l’energia delle onde;
- energia talassotermica, che utilizza le differenze di temperatura tra strati d’acqua
- energia osmotica, che sfrutta i gradienti salini
- energia delle correnti marine, che cattura l’energia cinetica dei flussi d’acqua oceanici.
Il potenziale energetico globale dell’energia marina è stimato in diverse migliaia di terawattora all’anno, una quantità superiore al consumo elettrico mondiale attuale. Tuttavia, non tutto questo potenziale è tecnicamente ed economicamente sfruttabile con le tecnologie attuali, e la ricerca continua per sviluppare soluzioni sempre più efficienti ed economicamente competitive.
Come funziona
Il funzionamento dell’energia marina varia significativamente a seconda della tecnologia utilizzata, ma il principio base rimane la conversione del movimento dell’acqua in energia elettrica attraverso diversi meccanismi fisici.
Energia Mareomotrice
L’energia mareomotrice sfrutta il movimento periodico delle maree attraverso due approcci principali: le centrali a sbarramento e i generatori di corrente di marea.
Le centrali a sbarramento funzionano come dighe che catturano l’acqua durante l’alta marea in un bacino artificiale. Quando la marea si abbassa, l’acqua viene rilasciata attraverso turbine che generano elettricità, simili a quelle utilizzate nelle centrali idroelettriche.
I generatori di corrente di marea, invece, funzionano come turbine eoliche subacquee, posizionate sui fondali marini dove le correnti di marea sono più intense. Queste turbine ruotano grazie al flusso bidirezionale delle correnti mareali, generando elettricità continua durante tutto il ciclo mareale.
Energia del moto ondoso
L’energia del moto ondoso utilizza il movimento oscillatorio delle onde attraverso diverse tecnologie innovative. I dispositivi oscillanti sfruttano il movimento verticale delle onde per azionare generatori elettrici. Alcuni sistemi utilizzano boe galleggianti che si muovono con le onde, convertendo il movimento meccanico in elettricità attraverso generatori lineari o rotativi.
I convertitori a colonna d’acqua oscillante utilizzano camere d’aria parzialmente sommerse dove le onde comprimono e decomprimono l’aria, creando un flusso d’aria che aziona turbine pneumatiche.
I sistemi di traboccamento catturano l’acqua delle onde in serbatoi elevati, che poi rilasciano l’acqua attraverso turbine convenzionali.
Energia talassotermica
L’energia talassotermica, o OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion), sfrutta la differenza di temperatura tra le acque superficiali calde e quelle profonde fredde degli oceani tropicali. Questa tecnologia utilizza un ciclo termodinamico chiuso con un fluido di lavoro a basso punto di ebollizione che evapora con il calore dell’acqua superficiale e si condensa con il freddo dell’acqua profonda, azionando turbine nel processo.
Energia delle correnti marine
Le turbine per correnti marine funzionano similmente alle turbine eoliche, ma sono progettate per operare sott’acqua. Vengono installate in aree con correnti marine costanti e intense, come stretti o canali naturali, dove il flusso d’acqua fa ruotare le pale della turbina, generando elettricità attraverso un generatore collegato.
Come si ricava l’energia marina
Il processo di ricavo dell’energia marina richiede tecnologie specifiche e complesse, adattate all’ambiente marino sfidante e alle diverse caratteristiche delle fonti energetiche oceaniche.
Installazione e posizionamento
Il ricavo dell’energia marina inizia con l’identificazione di siti ottimali che presentano condizioni favorevoli per la specifica tecnologia scelta. Per l’energia mareomotrice, sono necessarie aree con escursioni mareali significative, tipicamente superiori ai 5 metri, e conformazioni geografiche che amplificano l’effetto delle maree.
Per l’energia del moto ondoso, i siti ideali presentano onde consistenti con altezze e frequenze adeguate. Le installazioni possono essere costiere, nearshore o offshore, a seconda della tecnologia utilizzata. I dispositivi costieri sono più facili da installare e mantenere, ma hanno accesso a risorse energetiche generalmente inferiori rispetto a quelli offshore.
Conversione energetica
Il processo di conversione varia per ogni tecnologia. Nelle centrali mareomotrici a sbarramento, l’energia potenziale dell’acqua trattenuta viene convertita in energia cinetica attraverso il rilascio controllato, che aziona turbine idrauliche accoppiate a generatori elettrici. La progettazione delle turbine deve considerare la bidirezionalità del flusso mareale.
Per i dispositivi del moto ondoso, la conversione spesso prevede stadi intermedi: prima il movimento ondoso viene convertito in movimento meccanico (rotatorio o lineare), poi questo movimento aziona generatori elettrici. Alcuni sistemi utilizzano sistemi idraulici per amplificare e regolarizzare il movimento prima della generazione elettrica.
Trasmissione e integrazione
L’energia prodotta dalle installazioni marine deve essere trasmessa a terra attraverso cavi sottomarini, progettati per resistere all’ambiente marino corrosivo e ai movimenti del fondale. La trasmissione richiede sistemi di conversione di potenza che adattino l’elettricità prodotta alle caratteristiche della rete elettrica terrestre.
L’integrazione nella rete elettrica presenta sfide specifiche legate alla variabilità e prevedibilità delle fonti marine. Sistemi di controllo avanzati e tecnologie di accumulo energetico possono essere necessari per gestire le fluttuazioni di produzione e garantire la stabilità della rete.
Vantaggi dell’energia marina
L’energia marina offre numerosi vantaggi che la rendono una fonte energetica particolarmente attraente nel contesto della transizione verso la sostenibilità.
Risorsa rinnovabile e abbondante
Il principale vantaggio dell’energia marina è la sua natura rinnovabile e praticamente inesauribile. Gli oceani coprono oltre il 70% della superficie terrestre e il loro movimento è alimentato da fenomeni naturali costanti: l’attrazione gravitazionale per le maree, l’energia solare per le onde e i venti, e i gradienti termici per le correnti profonde.
Prevedibilità e costanza
A differenza dell’energia solare ed eolica, molte forme di energia marina sono altamente prevedibili. Le maree seguono cicli astronomici precisi, permettendo una pianificazione energetica accurata. Anche le onde presentano una maggiore costanza rispetto al vento, con periodi di calma molto più brevi e rari.
Alta densità energetica
L’acqua ha una densità circa 800 volte superiore all’aria, rendendo l’energia marina molto più concentrata rispetto a quella eolica. Una turbina marina può essere significativamente più piccola di una eolica equivalente, richiedendo meno materiali e spazio per la stessa produzione energetica.
Impatto ambientale ridotto
Le installazioni marine ben progettate hanno un impatto ambientale relativamente basso. Non producono emissioni dirette, inquinamento acustico limitato (principalmente durante l’installazione), e possono essere progettate per minimizzare l’interferenza con la vita marina. Alcune installazioni possono addirittura creare nuovi habitat artificiali.
Complementarità con altre rinnovabili
L’energia marina è spesso complementare ad altre fonti rinnovabili. Le maree raggiungono il picco in momenti diversi dal sole e dal vento, contribuendo a un mix energetico più equilibrato. Questa complementarità può ridurre la necessità di sistemi di accumulo energetico costosi.
Potenziale di sviluppo economico
Lo sviluppo dell’energia marina può stimolare economie locali, particolarmente nelle regioni costiere. Crea opportunità di lavoro specializzato, stimola l’innovazione tecnologica e può contribuire allo sviluppo di cluster industriali dedicati alle tecnologie marine.
Svantaggi
Nonostante i vantaggi significativi, l’energia marina presenta anche sfide e limitazioni importanti che ne rallentano lo sviluppo commerciale.
Costi elevati
Il principale svantaggio dell’energia marina sono i costi elevati, sia di investimento iniziale che operativi. Le tecnologie marine richiedono materiali resistenti alla corrosione salina, sistemi di fondazione complessi per i fondali marini, e cavi sottomarini costosi. I costi di installazione e manutenzione in ambiente marino sono significativamente superiori a quelli terrestri.
Sfide tecnologiche
L’ambiente marino presenta condizioni estremamente sfidanti per le tecnologie energetiche. La corrosione salina, la biofouling (accumulo di organismi marini), le tempeste, e l’accesso limitato per la manutenzione richiedono soluzioni tecnologiche avanzate e costose. Molte tecnologie sono ancora in fase di dimostrazione e non hanno raggiunto la maturità commerciale.
Impatti ambientali potenziali
Sebbene generalmente limitati, gli impatti ambientali dell’energia marina possono includere interferenze con la vita marina, modifiche ai pattern di sedimentazione, rumore subacqueo durante l’installazione e operazione, e potenziali effetti sui pattern di migrazione di pesci e mammiferi marini.
Limitazioni geografiche
L’energia marina è limitata a specifiche condizioni geografiche. L’energia mareomotrice richiede escursioni mareali elevate, disponibili solo in certe località. L’energia del moto ondoso è più efficace in aree con mari agitati, mentre l’energia talassotermica funziona solo in acque tropicali con gradienti termici sufficienti.
Sfide normative e di pianificazione
Lo sviluppo di progetti di energia marina deve navigare complesse questioni normative che coinvolgono acque territoriali, diritti di pesca, protezione ambientale e sicurezza marittima. La pianificazione spaziale marina e i processi di autorizzazione possono essere lunghi e complessi.
Intermittenza residua
Nonostante la maggiore prevedibilità rispetto ad altre rinnovabili, alcune forme di energia marina mantengono elementi di intermittenza. Le onde possono variare stagionalmente, e anche le maree hanno periodi di acqua morta con minore produzione energetica.
Dove si trovano le centrali mareomotrici in Italia?
L’Italia, nonostante sia circondata da mari su tre lati, non dispone attualmente di centrali mareomotrici operative su scala commerciale. Questa situazione è principalmente dovuta alle caratteristiche del Mar Mediterraneo, che presenta escursioni mareali relativamente modeste rispetto agli standard richiesti per l’energia mareomotrice convenzionale.
Condizioni del mediterraneo
Il Mar Mediterraneo è caratterizzato da maree di ampiezza limitata, generalmente inferiori a 1 metro, significativamente più basse rispetto alle escursioni di 5-10 metri tipicamente necessarie per centrali mareomotrici economicamente viabili. Le escursioni maggiori si registrano nell’Alto Adriatico, dove possono raggiungere 1-2 metri, ancora insufficienti per tecnologie tradizionali.
Progetti sperimentali e di ricerca
Diverse istituzioni di ricerca italiane stanno studiando il potenziale dell’energia marina nelle acque italiane, concentrandosi principalmente sull’energia del moto ondoso piuttosto che su quella mareomotrice. Il Politecnico di Torino, l’Università di Genova e l’ENEA hanno condotto studi sulla fattibilità di sistemi di energia marina lungo le coste italiane.
Alcuni progetti pilota di piccola scala sono stati proposti o testati, particolarmente per tecnologie del moto ondoso lungo le coste liguri e tirreniche, dove l’energia delle onde è più consistente. Tuttavia, questi rimangono principalmente in fase di ricerca e sviluppo.
Potenziale futuro
Nonostante le limitazioni attuali, l’Italia sta esplorando opportunità nel settore dell’energia marina attraverso lo sviluppo di tecnologie innovative che potrebbero funzionare anche con escursioni mareali ridotte. Tecnologie emergenti come i generatori di corrente di marea potrebbero essere applicabili in stretti e canali dove le correnti sono più intense.
Il paese sta anche investendo nella ricerca su tecnologie del moto ondoso e correnti marine, che potrebbero essere più adatte alle condizioni del Mediterraneo. Inoltre, l’industria italiana sta partecipando allo sviluppo di progetti di energia marina in altri paesi europei, acquisendo competenze e tecnologie trasferibili.
Quali centrali mareomotrici sono attive?
A livello mondiale, le centrali mareomotrici operative sono relativamente poche, riflettendo sia le sfide tecnologiche che le specifiche condizioni geografiche richieste per questa tecnologia.
La Rance, Francia
La centrale mareomotrice de La Rance, operativa dal 1966, rimane la più grande centrale mareomotrice al mondo con una capacità di 240 MW. Situata nell’estuario del fiume Rance in Bretagna, sfrutta un’escursione mareale di oltre 8 metri. La centrale utilizza 24 turbine bidirezionali che generano energia sia durante il flusso che il riflusso delle maree.
Sihwa Lake, Corea del Sud
La centrale di Sihwa Lake, completata nel 2011, ha una capacità di 254 MW ed è tecnicamente la più grande per capacità installata. Tuttavia, utilizza un approccio unidirezionale che genera energia solo durante il riflusso della marea, risultando in una produzione energetica annuale inferiore rispetto a La Rance.
Annapolis Royal, Canada
La centrale di Annapolis Royal in Nuova Scozia, operativa dal 1984, ha una capacità di 20 MW. Questa centrale ha servito come importante progetto dimostrativo per le tecnologie mareomotrici moderne e continua a operare fornendo energia alla rete elettrica locale.
Progetti emergenti
Diversi progetti di nuova generazione sono in sviluppo o recentemente completati. Il progetto MeyGen in Scozia rappresenta il più grande array di turbine di corrente di marea al mondo, con piani per espandere fino a 398 MW. La centrale utilizza turbine subacquee simili a turbine eoliche ma progettate per l’ambiente marino.
In Francia, il progetto Paimpol-Bréhat ha testato turbine di corrente di marea, mentre diversi progetti sono in sviluppo in Regno Unito, Canada e Cina. Questi progetti rappresentano l’evoluzione verso tecnologie più avanzate e meno invasive rispetto alle centrali a sbarramento tradizionali.
Una nuova frontiera
L’energia marina rappresenta una frontiera promettente nel panorama delle energie rinnovabili, offrendo un potenziale energetico significativo e caratteristiche uniche di prevedibilità e costanza. Tuttavia, lo sviluppo di questa tecnologia affronta sfide considerevoli legate ai costi, alla complessità tecnologica e alle limitazioni geografiche.
Mentre paesi come Francia e Corea del Sud hanno dimostrato la fattibilità commerciale dell’energia mareomotrice, la maggior parte delle tecnologie marine rimane in fase di sviluppo. L’evoluzione verso sistemi meno invasivi come le turbine di corrente di marea potrebbe aprire nuove opportunità anche in contesti geografici precedentemente considerati inadatti.
Per l’Italia e il Mediterraneo, il futuro dell’energia marina probabilmente risiede nello sviluppo di tecnologie innovative adatte alle condizioni locali, particolarmente nel settore dell’energia del moto ondoso e delle correnti marine. Con il continuo avanzamento tecnologico e la riduzione dei costi, l’energia marina potrebbe giocare un ruolo crescente nella transizione energetica globale verso la sostenibilità, contribuendo agli obiettivi di sviluppo sostenibile e supportando l’European Green Deal nella diversificazione del mix energetico rinnovabile.