Queste innovazioni energetiche potrebbero trasformare il modo in cui attenuiamo i cambiamenti climatici, risparmiando nel frattempo – 5 letture essenziali

Per la maggior parte delle persone, un parco solare o un impianto geotermico rappresentano un’importante fonte di energia pulita. Gli scienziati e gli ingegneri vedono questo e molto altro potenziale.

Si immagina che le turbine eoliche offshore catturino e immagazzinino il carbonio sotto il mare e che gli impianti geotermici producano metalli essenziali per l’alimentazione dei veicoli elettrici. Anche le batterie dei veicoli elettrici possono essere trasformate per alimentare le case, facendo risparmiare i proprietari e riducendo le emissioni dei mezzi di trasporto.

Con gli scienziati di tutto il mondo che lanciano l’allarme sui crescenti pericoli e costi del cambiamento climatico, esploriamo alcune idee all’avanguardia che potrebbero trasformare il modo in cui le tecnologie odierne riducono gli effetti del riscaldamento globale, tratte da cinque recenti articoli di The Conversation.

Canali solari: Energia + protezione dell’acqua

E se i pannelli solari facessero il doppio lavoro, proteggendo le riserve idriche e producendo al contempo più energia?

La California sta sviluppando i primi canali solari degli Stati Uniti, con pannelli solari costruiti in cima ad alcuni canali di distribuzione dell’acqua dello Stato. Questi canali si snodano per migliaia di chilometri attraverso ambienti aridi, dove l’aria secca aumenta l’evaporazione in uno Stato spesso afflitto da carenze idriche.

“In uno studio del 2021, abbiamo dimostrato che coprire tutti i 4.000 chilometri di canali californiani con pannelli solari farebbe risparmiare più di 65 miliardi di galloni d’acqua all’anno riducendo l’evaporazione. È abbastanza per irrigare 50.000 acri di terreno agricolo o per soddisfare il fabbisogno idrico residenziale di oltre 2 milioni di persone”, scrive il professore di ingegneria Roger Bales dell’Università della California, Merced. Inoltre, espanderebbero l’energia rinnovabile senza occupare terreni coltivabili.

Anche altri Paesi, tra cui la Cina e l’India, stanno testando le fattorie solari sull’acqua. Solar Aquagrid LLC , CC BY-ND

Le ricerche dimostrano che le attività umane, in particolare l’uso di combustibili fossili per l’energia e i trasporti, stanno inequivocabilmente riscaldando il pianeta e aumentando i fenomeni meteorologici estremi. L’aumento dell’energia rinnovabile, che attualmente rappresenta circa il 20% della produzione di elettricità negli Stati Uniti, può ridurre la domanda di combustibili fossili.

Anche la collocazione dei pannelli solari su acqua ombreggiata può migliorare la loro produzione di energia. L’acqua più fredda abbassa la temperatura dei pannelli di circa 10 gradi Fahrenheit (5,5 Celsius), aumentandone l’efficienza, scrive Bales.

L’energia geotermica potrebbe incrementare le forniture di batterie

Affinché l’energia rinnovabile riduca le emissioni globali di gas serra, gli edifici e i veicoli devono essere in grado di utilizzarla. Le batterie sono essenziali, ma l’industria ha un problema di catena di approvvigionamento.

La maggior parte delle batterie utilizzate nei veicoli elettrici e nello stoccaggio di energia su scala pubblica sono agli ioni di litio e la maggior parte del litio utilizzato negli Stati Uniti proviene da Argentina, Cile, Cina e Russia. La Cina è leader nella lavorazione del litio.

Geologi e ingegneri stanno lavorando a un metodo innovativo che potrebbe incrementare le forniture di litio degli Stati Uniti estraendo il litio dalle salamoie geotermiche nella regione del Salton Sea in California.

Le salamoie sono il liquido che rimane in un impianto geotermico dopo che il calore e il vapore sono stati utilizzati per produrre energia. Questo liquido contiene litio e altri metalli come manganese, zinco e boro. Normalmente viene pompato nel sottosuolo, ma i metalli possono anche essere filtrati.

Come viene estratto il litio durante la produzione di energia geotermica. Per gentile concessione di Controlled Thermal Resources.

“Se i progetti di prova attualmente in corso dimostreranno che il litio per batterie può essere estratto da queste salamoie in modo economicamente vantaggioso, 11 impianti geotermici esistenti lungo il Salton Sea potrebbero, da soli, produrre una quantità di litio metallico sufficiente a soddisfare circa 10 volte l’attuale domanda degli Stati Uniti”, scrivono il geologo Michael McKibben dell’Università della California, Riverside, e lo studioso di politica energetica Bryant Jones della Boise State University.

Il 31 marzo 2022 il presidente Joe Biden ha invocato il Defense Production Act per incentivare le aziende statunitensi a estrarre e lavorare più minerali critici per le batterie.

Idrogeno verde e altre idee di stoccaggio

Gli scienziati stanno lavorando anche su altri modi per incrementare la catena di approvvigionamento minerale delle batterie, tra cui il riciclo del litio e del cobalto dalle vecchie batterie. Stanno anche sviluppando progetti con altri materiali, ha spiegato Kerry Rippy, ricercatore del National Renewable Energy Lab.

L’energia solare concentrata, ad esempio, immagazzina l’energia del sole riscaldando il sale fuso e usandolo per produrre vapore per azionare i generatori elettrici, in modo simile a come una centrale elettrica a carbone genera elettricità. Ma è costoso e i sali attualmente utilizzati non sono stabili alle alte temperature, scrive Rippy. Il Dipartimento dell’Energia sta finanziando un progetto simile che sperimenta la sabbia riscaldata.

I combustibili rinnovabili, come l’idrogeno verde e l’ammoniaca, offrono un altro tipo di stoccaggio. Poiché immagazzinano l’energia in forma liquida, possono essere trasportati e utilizzati per le spedizioni o come carburante per i razzi.

L’idrogeno è oggetto di grande attenzione, ma non tutto l’idrogeno è verde. La maggior parte dell’idrogeno utilizzato oggi è prodotto con il gas naturale, un combustibile fossile. L’idrogeno verde, invece, potrebbe essere prodotto utilizzando energia rinnovabile per alimentare l’elettrolisi, che scinde le molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno, ma anche in questo caso è costoso.

“La sfida principale è ottimizzare il processo per renderlo efficiente ed economico”, scrive Rippy. “Il potenziale guadagno è enorme: energia inesauribile e completamente rinnovabile”.

Usare l’EV per alimentare la casa

Le batterie potrebbero presto trasformare il vostro veicolo elettrico in una gigantesca batteria mobile in grado di alimentare la vostra casa.

Attualmente solo pochi veicoli sono progettati per la ricarica da veicolo a casa, o V2H, ma la situazione sta cambiando, scrive l’economista energetico Seth Blumsack della Penn State University. Ford, ad esempio, afferma che il suo nuovo pick-up F-150 Lightning sarà in grado di alimentare una casa media per tre giorni con una sola carica.

Blumsack esplora le sfide tecniche della crescita del V2H e il suo potenziale di cambiare il modo in cui le persone gestiscono l’uso dell’energia e il modo in cui i servizi pubblici immagazzinano l’energia.

Ad esempio, scrive, “alcuni proprietari di casa potrebbero sperare di utilizzare il loro veicolo per quello che i pianificatori di servizi pubblici chiamano ‘peak shaving’ (risparmio di picchi) – attingendo l’energia domestica dal loro EV durante il giorno invece di affidarsi alla rete, riducendo così l’acquisto di elettricità durante le ore di picco della domanda”.

Catturare il carbonio dall’aria e bloccarlo

Un’altra tecnologia emergente è più controversa.

Negli ultimi due secoli l’uomo ha immesso nell’atmosfera una quantità tale di anidride carbonica che non basterà fermare l’uso dei combustibili fossili per stabilizzare rapidamente il clima. La maggior parte degli scenari, compresi i recenti rapporti dell’Intergovernmental Panel on Climate Change, indicano che il mondo dovrà anche rimuovere l’anidride carbonica dall’atmosfera.

La tecnologia per catturare l’anidride carbonica dall’aria esiste – si chiama cattura diretta dell’aria – ma è costosa.

Ingegneri e geofisici come David Goldberg della Columbia University stanno esplorando modi per ridurre questi costi combinando la tecnologia di cattura diretta dell’aria con la produzione di energia rinnovabile e lo stoccaggio del carbonio, come le turbine eoliche offshore costruite sopra formazioni rocciose sottomarine dove il carbonio catturato potrebbe essere rinchiuso.

Nel 2021 gli Stati Uniti disponevano di sette turbine eoliche offshore operative con una capacità di 42 megawatt. L’obiettivo dell’amministrazione Biden è di 30.000 megawatt entro il 2030. Foto AP/Michael Dwyer

Il più grande impianto di cattura diretta dell’aria al mondo, lanciato nel 2021 in Islanda, utilizza l’energia geotermica per alimentare le sue apparecchiature. L’anidride carbonica catturata viene mescolata con acqua e pompata in formazioni di basalto vulcanico nel sottosuolo. Le reazioni chimiche con il basalto lo trasformano in un carbonato duro.

Goldberg, che ha contribuito a sviluppare il processo di mineralizzazione utilizzato in Islanda, vede un potenziale simile per i futuri parchi eolici offshore statunitensi. Le turbine eoliche spesso producono più energia di quella di cui i clienti hanno bisogno in un determinato momento, rendendo disponibile l’energia in eccesso.

“Insieme, queste tecnologie potrebbero ridurre i costi energetici della cattura del carbonio e minimizzare la necessità di condotte a terra, riducendo l’impatto sull’ambiente”, scrive Goldberg.