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Oltre le zero emissioni: divenire carbon negative è fattibile e conveniente

Una nuova analisi del NREL fornisce un progetto dettagliato su come raggiungere e superare la neutralità carbonica negli Stati Uniti

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Il NREL stila le 8 azioni necessarie per raggiungere le zero emissioni

(Rinnovabili.it) – Raggiungere le zero emissioni nette entro metà del secolo non è solo fattibile ma anche conveniente. A stabilirlo è un gruppo di ricercatori, che ha provato a progettare il percorso statunitense verso la completa decarbonizzazione del settore energetico e industriale. Secondo gli scienziati, provenienti dal Berkeley Lab, dall’Università di San Francisco e dalla società di consulenza Evolved Energy Research, la neutralità carbonica può essere ottenuto ricostruendo le infrastrutture energetiche per funzionare principalmente con le rinnovabili, a un costo netto di circa 1 dollaro a persona al giorno. 

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Il team ha studiato molteplici percorsi tecnologici fattibili. Ognuno di questi differisce ampiamente nell’uso dei combustibili fossili, del suolo, dell’energia nucleare, dei biocarburanti. Ma nel contempo, condivide una serie di strategie chiave. “Aumentando metodicamente l’efficienza energetica, passando al vettore elettrico, utilizzando energia pulita (in particolare energia eolica e fotovoltaico) e implementando una piccola quantità di tecnologia di cattura del carbonio, gli Stati Uniti possono raggiungere zero emissioni“, scrivono i ricercatori.

“La decarbonizzazione del sistema energetico statunitense è fondamentalmente una trasformazione delle infrastrutture”, ha affermato Margaret Torn, scienziata senior del Berkeley Lab e una delle autrici principali dello studio “Carbon Neutral Pathways for the United States. “Significa che, entro il 2050, dobbiamo costruire molti gigawatt eolici e solari, nuove linee di trasmissione, una flotta di veicoli elettrici, milioni di pompe di calore per sostituire forni e caldaie convenzionali, ed edifici più efficienti dal punto di vista energetico. Il tutto continuando a innovare e ricercare nuove tecnologie”.

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In questa transizione, pochissime infrastrutture avrebbero bisogno di un “pensionamento anticipato” o di una sostituzione prima della fine della loro vita economica. “Nessuno sta chiedendo ai consumatori di cambiare la loro auto nuova di zecca per un veicolo elettrico”, ha detto Torn. “Il punto è che è necessario utilizzare tecnologie efficienti a basse emissioni di carbonio quando arriva il momento di sostituire l’attrezzatura attuale”.

I percorsi studiati hanno costi netti che vanno dallo 0,2% all’1,2% del PIL, con costi maggiori derivanti da alcuni compromessi, come la limitazione della quantità di terreno data agli impianti rinnovabili. Nei percorsi per raggiungere le zero emissioni con la minor spesa, circa il 90% della generazione elettrica proviene da vento e sole. Uno scenario, ha, addirittura, mostrato che gli Stati Uniti possono soddisfare tutte le loro esigenze energetiche con il 100% di rinnovabili (comprese le agroenergie), ma costerebbe di più e richiederebbe un maggiore utilizzo del suolo.

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Un altro importante risultato dello studio – pubblicato sulla rivista AGU Advances – è l’aver fornito per la prima volta una tabella di marcia dettagliata verso le emissioni negative (carbon negative). Questa espressione indica un sistema in grado di rimuovere dall’atmosfera un quantitativo di anidride carbonica maggiore di quello prodotto.

Secondo gli scienziati, con livelli più elevati di cattura del carbonio, biocarburanti e combustibili elettrici, il sistema energetico e industriale degli Stati Uniti potrebbe raggiungere “emissioni negative nette” per un totale di 500 tonnellate di CO2 rimosse dall’atmosfera ogni anno. Gli autori hanno calcolato che il costo di questo percorso è dello 0,6% del PIL, solo leggermente superiore al costo del percorso principale per raggiungere le zero emissioni nette (0,4% PIL). 

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


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Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
via depositphotos

Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

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Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

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