Energia pulita dal mix di acqua dolce e salata

a cura di Mariachiara Albicocco

Immaginiamo la foce di un fiume, il punto in cui l'acqua salata del mare si incontra con quella dolce del fiume. Pensiamo ora di sfruttare la differenza di potenziale fra soluzioni che presentano concentrazioni saline diverse per produrre energia pulita e gratuita.
Per fare questo è necessario installare impianti capaci di estrarre e catturare questa quantità di energia. Fino ad ora la realizzazioni di questi impianti era decisamente anti-economico, visto che si trattava di sfruttare il principio di osmosi attraverso membrane molto costose.
Un ricercatore dell'Università Milano Bicocca ha scoperto, casualmente, come ottenere questa energia in maniera efficace e a costi vantaggiosi. Si chiama Doriano Brogioli e ci spiega cosa ha scoperto!

Ascolta l'intervista a Doriano Brogioli

Scarica il file audio in mp3

La ricerca
È già capitato che una scoperta in un determinato campo avvenisse, quasi casualmente, mentre si cercavano soluzioni in ambiti molto diversi. È quello che è successo a Doriano Brogioli, fisico e ricercatore presso il dipartimento di Medicina Sperimentale dell'Università di Milano-Bicocca, impegnato col gruppo di lavoro del professor Francesco Mantegazza a sviluppare farmaci antitumorali e contro l'Alzheimer.
Lavorando con i colleghi del suo team sulla meccanica e l'elettrocinetica del Dna si è imbattuto in un'intuizione sul potenziale energetico che può essere ricavato dal contrasto fra soluzioni con diversi gradi di salinità. In un anno di lavoro è riuscito a mettere a punto una metodologia efficace per la produzione a costi vantaggiosi di energia elettrica estraibile dal mix di acqua dolce e salata, o dal mix di acqua con diversi gradi di salinità.
In effetti, che il miscuglio di acqua dolce e acqua salata rilasciasse una quantità di energia era un fatto già noto al mondo scientifico sin dagli anni Settanta del secolo scorso, ma non si erano ancora fatti passi avanti per la realizzazione di impianti capaci di estrarre e catturare questa energia in modo costante.
Il lavoro con l'idea del nuovo prototipo di supercondensatore è stato pubblicato lo scorso luglio sulla rivista Physical Review Letters e ripreso anche da Nature.

Il funzionamento dei supercondensatori a doppio strato

Immagine 1 - funzionamento del supercondensatore

Le tecniche proposte negli anni Settanta erano antieconomiche perché basate sull'osmosi e richiedevano l'impiego di membrane costose e facili a sporcarsi che permettevano il funzionamento degli impianti solo per poche ore. Negli ultimi anni si è tornati a fare ricerca su questo argomento ma i risultati sono ancora lontanissimi dall'essere praticabili, soprattutto perché i costi di realizzazione degli impianti restano alti. La tecnica è basata sull'elettrocinetica e sulla tecnologia dei supercondensatori a doppio strato, formati da due elettrodi di carbone attivo (vedi foto accanto). Il carbone attivo è un materiale che viene usato nella depurazione dell'acqua ma essendo molto poroso si presta per la realizzazione di elettrodi con grandissima superficie, fino a mille metri quadri per ogni grammo. Grazie a questa enorme superficie, quando i due elettrodi vengono messi nell'acqua salata e vengono caricati assorbono gli ioni e possono contenerne quantità immense. Ora, la tecnica di costruzione di questi condensatori è già nota ma nessuno aveva mai pensato a cosa succede quando, dopo aver caricato il condensatore con acqua salata, si immette acqua dolce. Quello che succede è che gli ioni vengono rimossi dal condensatore sviluppando un potenziale di energia maggiore rispetto a quello iniziale. Il funzionamento a ciclo continuo permette, dunque, di ottenere quantità interessanti di energia pulita e gratuita.

Ma quanta energia si può ottenere con un impianto di questo tipo? Il ciclo continuo, basato su quattro fasi con carico e scarico di acqua salata e dolce (ved. immagine 1), con un flusso di acqua di un litro al secondo permette di estrarre circa 1 kW di energia netta, cioè l'equivalente del consumo giornaliero di una casa in cui si fa grande uso di corrente elettrica. Se, per ipotesi, l'impianto fosse alimentato dall''intera portata d'acqua di un fiume come il Po, l'energia che si potrebbe ottenere è nell'ordine del mezzo GW, cioè pari a quella prodotta da un impianto nucleare di ultima generazione.

Le possibili applicazioni
La localizzazione ideale di impianti questo tipo è lungo la costa nei pressi di foci ed estuari, per soddisfare i bisogni energetici di piccoli centri urbani. Ma la realizzazione potrebbe avvenire anche in zone desertiche dove, canalizzando l'acqua del mare verso una salina, è possibile ottenere acqua con diversi gradi di salinità e impiegare parte dell'energia prodotta anche per dissalare l'acqua e immetterla nelle reti idriche lì dove c'è carenza di acqua dolce.

I costi di produzione dell'energia mediante l'impianto a supercondensatore sono stati stimati intorno ai 10 centesimi di euro per kWh, mente il costo di realizzazione di un impianto di dimensioni "domestiche" si aggira tra i mille e i duemila euro, con costi di gestione intorno ai duecento euro all'anno.
Inoltre, sul piano della sostenibilità ambientale e della produzione di sostanze inquinanti, il sistema ideato da Brogioli presenta molti vantaggi rispetto alle altre fonti di energia pulita attualmente in uso. Ad esempio, oggi la produzione delle celle solari basate sul silicio mono o policristallino consuma molto combustibile e quindi rende gli impianti fotovoltaici domestici, almeno fino a quando la tecnologia non sarà cambiata, poco ecologici in termini di energia consumata/energia prodotta.

Verso la tecnologia sviluppata nei laboratori del dipartimento di Medicina Sperimentale hanno già manifestato interesse alcuni potenziali partner commerciali interessati alla produzione e distribuzione del prodotto. A farsi avanti sono stati il Centro di ricerca olandese Wetsus e la SGL Group, una società internazionale leader nel campo dei prodotti basati sul carbone con sede anche a Milano.