Global system value of tidal stream energy for cost-effective decarbonisation

Il mondo sta correndo verso un futuro in cui l'elettricità proverrà quasi interamente dal sole e dal vento. Questo cambiamento è essenziale per fermare il cambiamento climatico, ma porta con sé un problema complicato: il sole non splende sempre e il vento non soffia sempre. Quando il tempo è calmo, le reti elettriche possono restare scoperte, costringendo gli ingegneri a costruire enormi quantità di batterie di accumulo per conservare l'energia per un secondo momento. Queste batterie sono costose e richiedono enormi quantità di materiali rari per essere costruite. Gli scienziati sanno da tempo che le maree offrono un tipo diverso di energia. A differenza del vento e del sole, l'innalzamento e l'abbassamento dell'oceano sono guidati dall'attrazione gravitazionale della luna e del sole, rendendoli perfettamente prevedibili e completamente indipendenti dal meteo. La grande domanda è sempre stata se questa energia affidabile valga l'alto prezzo di costruzione delle turbine sottomarine, o se sia solo una curiosità di nicchia.

Un nuovo studio condotto da ricercatori dell'Università di Oxford e dell'Università di Plymouth ha finalmente risposto a questa domanda guardando all'intero sistema elettrico, piuttosto che al solo costo di una singola centrale elettrica. Hanno utilizzato un sofisticato modello informatico per simulare come funzionerebbero le reti elettriche in venti diverse località del mondo, dalle coste ventose della Scozia alle isole soleggiate dell'Indonesia. In queste simulazioni, hanno testato come l'aggiunta dell'energia delle correnti di marea — l'energia generata da turbine sottomarine che ruotano con la corrente — cambiasse il costo totale e la progettazione di un sistema elettrico a zero emissioni nette. I risultati mostrano che l'energia delle maree è molto più preziosa di quanto precedentemente pensato, non perché sia economica da costruire, ma perché agisce come un partner perfetto per il vento e il sole, permettendo all'intero sistema di funzionare con molta meno capacità di accumulo in batterie e meno risorse totali.

I ricercatori hanno scoperto che il valore dell'energia delle maree dipende fortemente da quali altre fonti di energia sono già disponibili in una regione. Nei luoghi in cui il vento è la principale fonte di energia rinnovabile, l'aggiunta dell'energia delle maree crea una combinazione potente. Poiché il vento può essere imprevedibile per giorni interi, le reti di solito necessitano di costruire enormi quantità di turbine eoliche extra e batterie per garantire che ci sia sempre energia sufficiente. Tuttavia, le maree seguono un programma rigoroso e prevedibile, con due alti e bassi al giorno intervallati da brevi pause. Quando questo ritmo prevedibile viene aggiunto a un sistema dominato dal vento, colma i vuoti lasciati dal vento stesso. Lo studio mostra che in queste regioni ad alta presenza di vento, l'aggiunta dell'energia delle maree può ridurre il costo totale del sistema elettrico di oltre il 20 percento. Ciò avviene riducendo drasticamente la necessità di batterie di accumulo, che sono spesso la parte più costosa di una rete verde. Infatti, la quantità di capacità delle batterie è diminuita tra il 20 e il 55 percento in queste simulazioni.

Nelle regioni in cui l'energia solare è la fonte rinnovabile dominante, la storia è leggermente diversa ma comunque positiva. I pannelli solari producono energia durante il giorno e si fermano di notte, un modello che è molto regolare. L'aggiunta dell'energia delle maree aiuta anche qui, ma i risparmi sono più modesti, riducendo generalmente i costi del sistema di meno del 15 percento. Questo perché il solare e le batterie sono già piuttosto bravi a gestire il ciclo quotidiano di giorno e notte. Tuttavia, anche in queste regioni soleggiate, l'energia delle maree ha comunque svolto un ruolo cruciale. Ha ridotto la necessità di batterie di circa il 15 percento e ha aiutato a regolarizzare l'offerta di elettricità, dimostrando che ha un posto in quasi ogni mix di energia rinnovabile. Lo studio suggerisce che la tempistica unica delle maree fornisce un tipo di stabilità differente che il vento e il sole non possono offrire da soli.

Uno dei risultati più sorprendenti è stato quanto l'energia delle maree potesse ridurre l'impronta fisica della transizione energetica. Costruire un mondo a zero emissioni nette richiede vaste aree di terreno per i parchi solari e quelli eolici, così come enormi quantità di materiali critici come il litio per le batterie. Le simulazioni hanno mostrato che, includendo l'energia delle maree, l'area totale necessaria per lo sviluppo potrebbe essere ridotta di oltre il 30 percento in molte località dominate dal vento. Allo stesso modo, la domanda di litio, necessario per produrre le batterie, è diminuita significativamente. In alcuni casi, il bisogno di capacità delle batterie è sceso fino all'80 percento. Ciò significa che l'energia delle maree potrebbe aiutare a risolvere il problema di dove costruire tutti questi nuovi impianti e dove reperire i materiali per costruirli, alleviando la pressione sull'ambiente e sulle catene di approvvigionamento globali.

I ricercatori hanno anche esaminato come il valore dell'energia delle maree cambi man mano che il mondo si avvicina alle zero emissioni di carbonio. Nei sistemi dominati dal vento, il valore dell'energia delle maree cresce effettivamente man mano che i limiti di carbonio diventano più severi. Man mano che la rete diventa più pulita e dipende meno dai combustibili fossili, la necessità di quell'energia prevedibile e indipendente dal meteo diventa più critica. Al contrario, nei sistemi dominati dal solare, il valore rimane costante ma non cresce in modo così marcato. Lo studio ha identificato che il rapporto tra le risorse eoliche e solari in una regione è un buon predittore di quanto l'energia delle maree aiuterà. Se una località ha molto vento e meno sole, l'energia delle maree sarà probabilmente un grande risparmiatore di costi. Se una località è molto soleggiata, l'energia delle maree aiuterà comunque, ma sarà un pezzo più piccolo del puzzle.

Questo lavoro sfida il vecchio modo di pensare alle nuove tecnologie energetiche. Per molto tempo, gli esperti hanno giudicato tecnologie come quella delle maree esclusivamente sul loro costo unitario di produzione dell'elettricità. Poiché le turbine sottomarine sono attualmente costose da costruire e mantenere, sono state spesso considerate troppo costose per competere con i pannelli solari economici. Questa nuova ricerca sostiene che tale visione è troppo limitata. Suggerisce che il vero valore di una tecnologia risiede nel modo in cui si inserisce nell'intero sistema. Anche se le turbine sottomarine costano di più da costruire rispetto ai pannelli solari, esse fanno risparmiare denaro al sistema riducendo la necessità di altri componenti costosi come batterie e turbine eoliche supplementari. Lo studio conclude che l'energia delle correnti di marea non è solo una curiosità locale per alcune coste specifiche, ma uno strumento di importanza globale per costruire un futuro a zero emissioni nette più economico, efficiente e resiliente.

I ricercatori sono stati attenti a testare le loro scoperte contro diversi scenari, inclusi i cambiamenti nei futuri costi tecnologici e diversi modelli di domanda di elettricità. Anche quando hanno ipotizzato che il costo delle batterie o delle turbine eoliche potesse aumentare o diminuire significamente, il beneficio dell'aggiunta dell'energia delle maree è rimasto costante. Le simulazioni hanno mostato che l'energia delle maree rende l'intero sistema più robusto, il che significa che è meno probabile che venga sbilanciato da cambiamenti imprevisti nei costi di altre tecnologie. Questa resilienza è una parte chiave del suo valore. Lo studio ha inoltre osservato che, sebbene le migliori risorse mareali si trovino in alcune località specifiche, come il Pentland Firth in Scozia e lo Stretto di Cook in Nuova Zelanda, i benefici non sono limitati a questi grandi siti. Anche siti più piccoli in tutto il mondo, compresi quelli in Giappone e Indonesia, hanno mostrato significativi benefici a livello di sistema.

In definitiva, il documento dipinge l'immagine di un futuro sistema energetico in cui l'oceano gioca un ruolo centrale. Sfruttando il ritmo prevedibile delle maree, possiamo costruire reti elettriche che siano non solo più pulite, ma anche più economiche e meno esigenti per le risorse del pianeta. La ricerca fornisce una tabella di marcia chiara su dove e quando l'energia delle maree debba essere implementata, suggerendo che sia un tassello mancante fondamentale nel puzzle della decarbonizzazione globale. È un promemoria del fatto che risolvere la crisi climatica richiederà un mix diversificato di tecnologie, ognuna delle quali giochi ai propri punti di forza unici, piuttosto che affidarsi a una singola soluzione. Le maree, con il loro ritmo antico e immutabile, offrono una mano ferma per guidare la transizione verso un mondo sostenibile.