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ENERGIA DAGLI OCEANI. Energia dagli oceani L'oceano racchiude grandi quantità di energia. I surfisti testimoniano la potenza delle onde, e i marinai più.

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1 ENERGIA DAGLI OCEANI

2 Energia dagli oceani L'oceano racchiude grandi quantità di energia. I surfisti testimoniano la potenza delle onde, e i marinai più temprati rispettano l'immensa forza delle correnti e delle maree. Gran parte di questa energia proviene, tutto sommato, dai corpi celesti, il sole e la luna. I raggi del sole riscaldano l'oceano e danno origine ai venti che sollevano le onde. L'energia delle onde Le onde forniscono a molti sportivi un bel po' di divertimento ed emozioni, ma in alto mare la loro forza terribile può sbalzare via un'imbarcazione o capovolgerla. Onde alte decine di metri, con lunghezze d'onda di più di cento metri sono comuni nell'Oceano Atlantico come nel Pacifico. L'attrazione della luna interagisce con quella della terra producendo cicli di maree regolari e prevedibili. L'attrazione gravitazionale del sole ha un piccolo effetto sulle maree, ma l'azione combinata dei due corpi celesti può portare a maree davvero grosse

3 Da dove vengono le onde? Le onde sono create quando il vento soffia sull'acqua. Puoi accorgertene quando soffi sulla superficie di una tazza o di una bacinella piena d'acqua. Più forte soffi, più grosse diventano le onde. Nell'oceano il vento è molto più potente e agisce su centinaia di chilometri di acqua. Questo significa che molta energia è trasferita dall'aria all'acqua. Puoi accorgertene quando soffi sulla superficie di una tazza o di una bacinella piena d'acqua. Più forte soffi, più grosse diventano le onde. Nell'oceano il vento è molto più potente e agisce su centinaia di chilometri di acqua. Questo significa che molta energia è trasferita dall'aria all'acqua. La velocità delle onde dipende dalla loro lunghezza d'onda, che a sua volta dipende dalla velocità del vento e dalla profondità dell'acqua. I venti sono creati dalle correnti convettive provocate dal differente riscaldamento della terra e dell'acqua da parte del sole. Questa energia esisterà finché ci saranno sulla Terra grandi distese d'acqua e potrebbe essere un'immensa risorsa, ma non ci sono ancora progetti commerciali su vasta scalea per il suo utilizzo.

4 Quanta energia si può ottenere dalle onde? In teoria, il potenziale di estrazione di energia dalle onde su tutto il pianeta è enorme. Se tutti i luoghi adatti nel mondo (cioè quelli in cui le onde, nel corso dell'anno, conducono più energia) fossero attrezzati a sfruttare questa energia, tutta la domanda del pianeta potrebbe essere soddisfatta. Questo dipende dal fatto che l'acqua ricopre circa i due terzi della superficie del pianeta. Un problema è che, se si rimuove tutta l'energia dalla onde in un luogo, tutte le località adiacenti avranno onde molto più piccole. Bisogna perciò stare molto attenti alla localizzazione degli impianti e al calcolo dell'energia totale disponibile. Come estrarre energia dalle onde? L'energia delle onde è difficilmente utilizzabile nel suo stato naturale. Perciò delle macchine devono convertirla in una forma più utilizzabile, di solito in energia meccanica o pressione, e poi trasformarla in elettricità. Il tutto non è semplice, poiché in un punto un singolo ciclo di un'onda può durare vari secondi, mentre un tipico generatore ha bisogno di muoversi volte più veloce, al ritmo di cicli al secondo. Qui sotto mostriamo qualcuno dei dispositivi utilizzabili:

5 Dispositivi a ondata Questi dispositivi sono basati sul fatto che l'onda sposta fisicamente una massa d'acqua.Citiamo solo due esempi di dispositivi che sfruttano l'impeto dell'acqua per creare energia elettrica. La sacca flessibile Qui l'impeto dell'onda colpisce l'aria racchiusa in una sacca flessibile attaccata a un qualche supporto. Questo spinge l'aria fuori dalla sacca e attraverso una turbina, che produce elettricità azionando un generatore. Quando l'onda si allontana, la sacca (che è elasticizzata) si gonfia di nuovo risucchiando l'aria attraverso la turbina. Un buon progetto della turbina può far sì che questa ruoti sempre nella stessa direzione, sia quando l'aria entra che quando esce. Questo semplifica anche il progetto del generatore.

6 Il canale ristretto Se hai mai guardato le onde che si infrangono su di una costa rocciosa, ti sarai accorto che le onde sono più grosse e più violente quando sono costrette nello spazio tra due rocce. Questo accade perché l'onda è concentrata, o meglio focalizzata. Questo effetto è alla base del progetto di un canale ristretto che concentra le onde, rendendole più grandi e sollevando maggiormente l'acqua. Se al termine di un canale del genere una delle pareti è più bassa della sommità dell'onda, allora l'acqua ne uscirà e potrà essere utilizzata per riempire un serbatoio a quota superiore rispetto al livello del mare. Questa differenza di quota significa che, se pratichiamo un foro nella parete del serbatoio, l'acqua ne uscirà per tornare in mare. E se in questo foro mettiamo una turbina il flusso dell'acqua la terrà in rotazione, producendo energia elettrica. Si possono anche coinvogliare le onde in uno spazio sempre più stretto al termine del quale esse possano salire su una rampa e, ricadendo, produrre energia facendo girare delle turbine, come nel dispositivo sperimentale qui a lato.

7 Colonne d'acqua oscillanti Se una colonna d'acqua è contenuta in un tubo, le onde che passano intorno ad esso cambiano la pressione alla base del tubo. Questo accade poiché le onde sono più alte del livello medio dell'acqua e la pressione cresce con la profondità (se vuoi, trovi qui una spiegazione). Questo cambiamento nella pressione fa alzare e abbassare il livello dell'acqua nel tubo con il passare delle onde e questo moto può essere usato per generare elettricità in vari modi usando differenti dispositivi, tra cui : Macchine che usano l'acqua come fluido idraulico Se il tubo, o il contenitore, in cui oscilla la colonna d'acqua è tappato, l'acqua si muoverà su e giù al suo interno. Se nella parte superiore del contenitore è realizzata una camera d'aria, il moto dell'acqua tenderà a comprimerla e a espanderla. Se si fora questa camera, l'aria verrà spinta all'esterno e risucchiata all'interno man mano che l'onda passa e la colonna d'acqua si muove. Una turbina situata in questo foro può allora essere usata per produrre elettricità. In questa foto è mostrato un dispositivo a colonna oscillante per produrre energia dalle onde.

8 Macchine che usano galleggianti nella colonna d'acqua oscillante Alcune macchine hanno semplicemente un galleggiante sulla superficie della colonna d'acqua oscillante. Un'asta può essere collegata a questo galleggiante e il suo moto in su e in giù può essere utilizzato per azionare un generatore, anche se sono necessari meccanismi piuttosto complessi perché questo lento moto possa azionare un generatore da 3000 cicli al minuto. Uso dei galleggianti Credo che tu sia stato in barca con il mare un po' mosso. Altrimenti, prova a immaginare una barca che galleggia sull'acqua salendo e scendendo dalle onde, mentre i suoi passeggeri lentamente diventano verdi. Questo moto di salita e discesa, anche se poco piacevole per i passeggeri dei traghetti, è molto utile per creare energia da utilizzare.

9 Se un galleggiante è ancorato sul fondo del mare con una molla, quando si muove su e giù sulle onde, esso tenderà e rilascerà la molla. Questo è ovviamente uno spreco di tempo e di energia, ma se la molla è sostituita da un sistema di ingranaggi connessi a un generatore, questo moto potrà produrre elettricità. Talvolta il mare è troppo profondo perchè il galleggiante possa essere ancorato rigidamente al suolo; quando questo accade, si sostituisce l'ancora con una grossa piastra. Poiché è molto difficile muoverla, a causa della sua grossa area, la piastra funziona come un punto di ancoraggio. In alcuni dispositivi i galleggianti vanno su e giù con le onde che li sospingono, ma se sono grossi abbastanza si inclinano anche, mentre sono sulla pendenza di un'onda. Questo è quanto accade alle navi in mare se le onde sono grandi: le navi vanno su e giù e contemporaneamente oscillano in orizzontale mentre salgono sulle onde e poi scivolano su di esse. La combinazione di questi due moti può produrre elettricità.

10 Dispositivi a Flapping Se i dispositivi sono posti in acqua con dei cardini che blocchino la loro posizione, le onde li faranno sbattere (cioè ruotare avanti e indietro); anche questo moto può azionare un generatore (guarda lo schema qui sotto). Dispositivi oscillanti Alcuni dispositivi assorbono energia dalle onde beccheggiando (cioè ruotando su e giù nell'acqua). E' tecnicamente piuttosto difficile tradurre questo lento movimento in un moto di velocità tale da far funzionare un generatore in modo efficace.

11 Energia termica dagli oceani E' ovvio per tutti che, se gli oceani ricevono luce solare per quindici ore al giorno, essi vengono riscaldati da questo processo. In un certo senso, questo calore è realmente energia solare. L'oceano è un eccellente trappola per questa energia. Uno tra i vantaggi principali è che l'oceano si raffredda lentamente e quindi l'energia può essere estratta anche durante la notte. Questo non è ovviamente possibile con le tecnologie solari tradizionali. Per funzionare in modo efficiente, la conversione di energia da un fluido (acqua, nel nostro caso) richiede una risorsa di acqua calda e fredda. Nelle regioni tropicali e subtropicali c'è una grande differenza di temperatura tra la superficie dell'oceano e le acque più profonde. Questo rende queste regioni molto interessanti per la collocazione di attività di estrazione di energia termica dall'oceano.

12 Come si converte questa energia? Fondamentalmente, vengono pompate nell'impianto l'acqua calda proveniente dalla superficie dell'oceano e l'acqua fredda dalle profondità oceaniche. Questa sorgente di acqua calda e fredda aziona una macchina termica (una macchina cioè che è azionata dal flusso di energia da un corpo caldo a uno freddo). Impianti a ciclo aperto : Questo ciclo è molto simile a quello usato per l'acqua calda in un impianto di energia geotermica. L'acqua calda è inviata a un flashboiler (una caldaia) che produce vapore acqueo. Il vapore aziona una turbina che fa girare un generatore. La cosa interessante è che quando l'acqua bolle nella caldaia lascia sul fondo il sale. Quando il vapore si è condensato (dopo essere stato raffreddato per mezzo dell'acqua fredda), otteniamo così acqua dolce. Questo significa che, come sottoprodotti di questo processo, abbiamo sale e acqua dolce.

13 Impianti a ciclo chiuso : In termini reali questo significa che un impianto oceanico ad energia termica funziona in modo simile a un impianto geotermico che usi acqua sporca. Qui l'acqua calda è utilizzata per far evaporare una sostanza che bolle facilmente (ad esempio l'ammoniaca). Il gas prodotto aziona una turbina che a sua volta fa muovere un generatore. L'acqua fredda è utilizzata per raffreddare l'ammoniaca finché ritorni liquida (cioè condensi). Questo restituisce ammoniaca alla fase iniziale del ciclo e spinge il vapore attraverso la turbina (quando l'ammoniaca condensa si crea un vuoto) rendendo il ciclo più efficiente. Qual è il futuro? L'oceano assorbe un quarto dell'energia solare che raggiunge la Terra; questa quantità rappresenta una risorsa energetica molto superiore all'attuale domanda. La cartina a lato ci mostra, colorandole di rosso e giallo, le zone in cui questo assorbimento è maggiore.

14 Ci sono tuttavia alcuni problemi: La bassa temperatura della risorsa fa sì che l'efficienza del ciclo sia molto bassa (intorno al 3%). La quantità di acqua richiesta è enorme, dell'ordine di 500 tonnellate di acqua calda e fredda per una centrale da 100 megawatt. Gli impianti sono quindi molto grossi e molto costosi. L'effetto sull'ambiente del flusso di simili masse d'acqua non è noto. Questo significa che questi impianti vanno utilizzati solo quando il ricorso ad altre fonti di energia è impraticabile o quando sono richiesti i sottoprodotti.


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