Intercalazione e altre storie.4.

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Claudio Della Volpe

Aliso canyon è una valle a nord di Los Angeles, non lontana dai posti mitici della costa ovest degli USA: Santa Monica, Beverly Hills, etc.

Nel 1938 fu scoperto colà un deposito petrolifero che fu sfruttato fino al 1970 quando si esaurì (come forse sapete il petrolio ha questo difettuccio). Dopo un incidente la zona fu venduta ad una compagnia che distribuiva gas che la usò come deposito del proprio gas a partire dal 1972.

La Aliso Canyon natural gas storage facility è costituita da 115 pozzi con un contenuto totale di oltre 86 miliardi di piedi cubici di gas naturale, per la distribuzione a tutti i residenti del bacino di L.A. e costituisce, come dimensioni, il secondo deposito degli USA, detenuto dalla SoCalGas (Southern California Gas Company).

Il 23 ottobre 2015 fu ivi scoperta la più grande fuga di gas da un bacino artificiale di questo tipo nella storia americana; in effetti il fenomeno probabilmente era iniziato qualche giorno prima, segnalato da malori da parte di residenti della zona ed alcuni osservatori si sono riferiti ad esso chiamandolo non “leak” ma “blowout” e dunque considerandolo non un piccola perdita, ma un vero e proprio scoppio, un grande incidente; comunque sia il fenomeno, che trovate illustrato su wikipedia è continuato per un lungo periodo, poichè è stato complicato risolverne la causa, una rottura nel sistema di tubazioni che giaceva migliaia di metri sotto terra e che è stata acuita dalla scarsa ed inopportuna manutenzione della grandi valvole usate per regolare il sistema.

Esiste un video che verosimilmente rappresenta, fa comprendere le dimensioni del fenomeno, registrato con una telecamera IR.

I lavori per risolvere il fenomeno, contro il quale non esistevano piani di risposta adeguati, sono durati a lungo e la fuga di gas è stata eliminata ufficialmente solo il 18 febbraio 2016 (quattro mesi dopo). Nel frattempo si è stimato che sono entrate in atmosfera quasi 100.000 ton di metano, una quantità veramente enorme, pari ad 1/6 delle perdite normalmente stimate per tutto il consumo italiano di un anno. Gli effetti locali hanno obbligato migliaia di famiglie a spostarsi dalla zona e sono costati alla SoCalGas milioni di dollari; inoltre l’inquinamento dovuto alle piccole quantità di benzene e di tiocomposti presenti nel metano si è diffuso su una vasta area, anche esterna alla Aliso Canyon.

Ma la reazione che ci interessa sottolineare qui ha riguardato l’effetto sulla generazione di elettricità.

Il metano è usato fra l’altro dalle molte centrali elettriche che giocano un ruolo di equilibrio complessivo nel funzionamento della rete elettrica. La indisponibilità prolungata della sorgente di metano principale dell’area di L.A. ha obbligato a correre ai ripari con la costruzione di una struttura alternativa e basata sulle batterie al litio e le energie rinnovabili.

Nel numero di febbraio 2017 la rivista Qualenergia ha segnalato l’entrata in funzione di una capacità di accumulo elettrochimico pari al 15% di tutta quella esistente a livello mondiale e basata su batterie al litio, stimolata proprio dall’episodio di Aliso Canyon.

Dice Qualenergia:

Tesla, Greensmith Energy e AES Energy Storage hanno infatti inaugurato tre enormi accumuli agli ioni di litio, due da 20 MW (e 80 MWh) e uno da 30 MW (e 120 MWh), per un totale di 70 MW. Tutto questo nel giro di 6 mesi dall’avvio del progetto, con Tesla che ha completato il suo impianto addirittura in 3 mesi.

Le installazioni assorbiranno l’energia in eccesso nei picchi di offerta – ad esempio la produzione del fotovoltaico durante le ore centrali del giorno – e la restituiranno nei picchi di domanda, ad esempio in quello serale, rimpiazzando in parte il ruolo di impianti flessibili come i cicli combinati a gas.

La stima numerica viene da Bloomberg, un gruppo di informazione finanziaria, ben informato sul tema e a cui si fa spesso riferimento per le statistiche aggiornate del FV. Sappiamo quindi indirettamente che a livello mondiale abbiamo una capacità di accumulo elettrochimico pari a circa 7 volte questa, 1.4GWh, tutto sommato una quantità modesta se la paragoniamo ai consumi di energia elettrica e che dà il senso di quanto rimane da fare in questo settore. Per paragonare i valori rileggetevi alcuni dei dati pubblicati negli articoli precedenti di questa serie (qui, qui e qui).

Il lavoro da fare è enorme e per questo prima si parte e prima si arriva; e ancor più dunque rimangono iniziative sostanzialmente stupide e nocive quelle intraprese dal nostro beneamato governo che insiste ad agire a favore delle energie fossili e degli interessi petroliferi, gasieri e carbonieri in Italia. Contravvenendo alle proprie promesse politiche all’indomani del referendum sulle trivelle il nostro governo ha deciso di favorire ancora una volta le estrazioni entro le 12 miglia marine:

http://www.huffingtonpost.it/2017/04/05/petrolio-dora-in-poi-nuove-trivellazioni-entro-le-12-miglia_a_22026817/

Il testo del decreto testè approvato non lascia dubbi;

“”Nel 2011 il Consiglio di Stato ha stabilito che le concessioni esistenti possono continuare a estrarre entro le 12 miglia fino a esaurimento della capacità del bacino del petrolifero o fino a quando lo considerano produttivo. Ma sempre nel rispetto del progetto originariamente autorizzato”, spiega il costituzionalista Enzo Di Salvatore, autore dei quesiti ‘No Triv’ sottoposti a referendum lo scorso anno e invalidati dal mancato raggiungimento del quorum.

Esempio: “Se hai una concessione con tre piattaforme e 7 pozzi ma finora ne hai realizzati solo 5, ne puoi fare altre due”. Cosa cambia con il nuovo decreto? “Puoi modificare il programma inizialmente autorizzato, in corso d’opera. Dunque se ho bisogno di ulteriori pozzi rispetto alla concessione data, posso farlo. E’ un decreto che contraddice la ratio del divieto stabilito da Monti”.

Stupido è chi lo stupido fa” (Forrest Gump). Speriamo che regioni e associazioni ambientaliste ricorrano contro questo decreto. Come chimici abbiamo già detto cosa pensiamo: le risorse fossili sono inquinanti, climalteranti e finite, occorre cambiare strada nella produzione e nell’uso dell’energia, rivolgendosi alle varie forme di rinnovabile e costruendo una adeguata infrastruttura di supporto e stoccaggio. Altro che trivelle!

Intercalazione e altre storie.2.

In evidenza

Claudio Della Volpe

Nella prima parte di questo post abbiamo introdotto il concetto di intercalazione e discusso di una delle sue applicazioni in elettrochimica, come anche delle ricadute economiche della tecnologia elettrochimica moderna.

Ma perchè parlare di accumulo elettrochimico?

Personalmente ritengo che lo sviluppo del settore accumulo energetico sia fondamentale per la crescita seria delle energie rinnovabili; è pur vero che negli ultimissimi anni quasi il 40% dell’energia elettrica italiana è stata prodotta da rinnovabili, ma di fatto l’energia elettrica è solo una parte dell’energia che consumiamo, circa 300TWh/anno contro quasi 200 Mtoe/anno (oltre 2300TWh equivalenti) di energia primaria; pur considerando che il 60% dell’elettrico è prodotto da fossile, stiamo parlando (se vogliamo abbandonare il paradigma fossile) di almeno altri 1500-1600TWh equivalenti di elettrico da estrarre da qualche altra parte; dunque per passare integralmente alle rinnovabili quanti impianti FV o eolici o idro ci servono? E dato che il loro tempo di funzionamento complessivo annuale è solo del 10-15% (per il solare) e 20-30% (per l’eolico) del totale (tecnicamente si chiama fattore di capacità) quanti impianti nominali dobbiamo avere per usarli quando c’è sole o vento ed accumularne il prodotto per il futuro uso? Risposta approssimata diciamo in media 5 volte in più. Oggi per ogni MW rinnovabile installato occorre usare una guardia equivalente di fossile, questo pochi lo dicono, ma il settore fossile si frega le mani per questo; ma in futuro dovremo farne a meno e come faremo?

La risposta è questa: dovremo avere una quantità di impianti multipla rispetto alla loro potenza nominale e una corrispondente capacità di accumulo.

Il consumo italiano di energia annua primaria totale corrisponde (spalmando banalmente i numeri precedenti in un anno) a circa 200-250GW continui, ossia moltiplicando per il fattore di capacità delle rinnovabili parliamo di circa 1 TW installato e backuppato di energia rinnovabile; avete capito bene 1000GW (oggi sono 120 compreso tutto); e tenete presente che un backup di 1 giorno corrisponderebbe a 5-6TWh. E’ una quantità enorme, che occuperà molto territorio.

Al momento il nostro paese dispone di una ridicola capacità di idroelettrico di pompaggio come segue:Se li usassimo al massimo sono 67GWh, ossia 0.067TWh; ma li sottoutilizziamo perfino come qui mostrato:Quindi 0.067TWh, contro 5-6 al giorno, necessari per il futuro: caspita, ma sono 100 volte di meno del necessario (per ogni giorno di backup)!!!

E allora?

Deve cambiare tutto. Abbiamo molti investimenti da fare, altro che piattaforme petrolifere!

Ovviamente sto trascurando cose fondamentali; parlo del risparmio energetico (risparmio!! non efficienza), parlo di altri metodi di accumulo (si può estendere l’idro? Quanto possono pesare altri metodi fisici o chimici?), parlo per esempio dell’ammodernamento del parco dei principali utilizzatori elettrici, i motori elettrici installati che sono in Italia quasi 100GW totali; pochi aggiornati alle tecnologie moderne: abbiamo già accennato a questo tema che prevede l’uso generalizzato degli inverter e dei motori in grado di usare una frequenza variabile.

La velocità di rotazione del motore è strettamente connessa con la frequenza della tensione con cui lo si alimenta. Nell’inverter la tensione alternata della rete (trifase o monofase) viene raddrizzata in corrente continua e quindi viene riconvertita in corrente alternata trifase a frequenza variabile per alimentare il motore. Una cosa del genere consentirebbe di ridurre i consumi ed esaltare la flessibilità del sistema.

Chiaro che sto approssimando. Ci sarà anche dell’altro (penso all’eolico di alta quota per esempio che teoricamente è immune dal problema discontinuità).

Qualcuno dirà: e l’idrogeno, l’idrogeno dove lo metti? Secondo me l’idrogeno è un metodo molto sopravvalutato; l’efficienza complessiva dell’idrogeno è bassa, molto bassa e dunque la strada dell’drogeno come vettore ed accumulo probabilmente non è così facilmente percorribile; ma non posso parlare di tutto in un solo post, ne riparleremo. A parte che per usare l’idrogeno ci vogliono 9 g di acqua per ogni grammo di idrogeno e non è acqua sporca o di mare. Questo è un costo nascosto e spesso trascurato in un mondo che va incontro ad un enorme cambiamento climatico che sta alterando le precipitazioni.

Tornando all’accumulo elettrochimico; è una strada possibile e ragionevole, ma ci sono da mangiare molte pagnotte; una di queste è capire bene, molto bene l’intercalazione.

L’intercalazione è oggi un argomento di avanguardia nel senso che molte ricerche sulla scienza e la tecnologia delle batterie, nel tentativo di scoprire meccanismi e metodi di accumulo energetico che ci aiutino a risolvere il problema di rendere più affidabili le energie rinnovabili, cercano di usare ed estendere l’intercalazione. Cosa hanno concluso? Continueremo questo discorso in un prossimo post.