Diventare verdi: il prossimo passo verso l’energia sostenibile e rinnovabile

Mentre assistiamo ai rapidi progressi negli sviluppi tecnologici nell’ultimo decennio, sempre più idee e tentativi iniziano ad emergere per combattere gli effetti del cambiamento climatico. Il mondo accademico e l’industria, ad esempio, sono diventati sempre più consapevoli del fatto che i combustibili fossili stanno diventando meno sostenibili e hanno quindi cercato di trovare varie soluzioni energetiche alternative che siano allo stesso tempo più sostenibili e rinnovabili. Un simile sforzo – come potresti pensare – non sarebbe mai stato un processo facile, ma alla fine ne è valsa la pena. Due diversi gruppi hanno creato con successo un'invenzione potenzialmente in grado di cambiare la vita per quanto riguarda la creazione di energia, che puoi leggere in dettaglio di seguito.

Come nota a margine, prima di procedere, è importante tenere presente che le idee di energia sostenibile e rinnovabile – pur condividendo alcune somiglianze – sono in realtà distinte l’una dall’altra. L’energia sostenibile è qualsiasi forma di energia che può essere creata e utilizzata senza incidere negativamente sulle generazioni future. D'altra parte, l'energia rinnovabile è energia che non si esaurisce quando viene utilizzata o può essere facilmente rigenerata dopo l'utilizzo. Entrambi i tipi sono rispettosi dell’ambiente, ma l’energia sostenibile può essere completamente esaurita se non viene conservata o monitorata adeguatamente.

Il parco eolico alimentato da Kite di Google

Dal creatore del motore di ricerca più famoso al mondo arriva una nuova fonte di energia sostenibile. Dall’acquisto di Makani Power – una start-up dedicata alla ricerca sull’energia eolica – nel 2013, Google X ha lavorato al suo ultimo progetto, giustamente chiamato Progetto Makani. Project Makani è un grande aquilone energetico lungo 7.3 metri in grado di generare più energia di una comune turbina eolica. Astro Teller, capo di Google X, ritiene che "[se] funziona come previsto, accelererebbe significativamente il passaggio globale alle energie rinnovabili".

Ci sono quattro componenti principali del Progetto Makani. Il primo è l'aquilone, che ha l'aspetto di un aereo e ospita 8 rotori. Questi rotori aiutano a sollevare il kite da terra e a portarlo alla sua altitudine operativa ottimale. All'altezza corretta, i rotori si spegneranno e la resistenza creata dai venti che si muovono attraverso i rotori inizierà a generare energia rotazionale. Questa energia viene poi convertita in elettricità. L'aquilone vola in modo concentrico grazie al cavo che lo mantiene collegato alla stazione di terra.

Il componente successivo è il cavo stesso. Oltre a tenere semplicemente l'aquilone a terra, il cavo trasferisce anche l'elettricità generata alla stazione di terra, trasmettendo allo stesso tempo le informazioni di comunicazione all'aquilone. Il cavo è costituito da un filo di alluminio conduttivo avvolto in fibra di carbonio, che lo rende flessibile ma resistente.

Poi arriva la stazione di terra. Funziona sia come punto di attacco durante il volo del kite che come luogo di riposo quando il kite non è in uso. Questo componente inoltre occupa meno spazio di una turbina eolica convenzionale pur essendo portatile, quindi può spostarsi da un luogo all'altro dove i venti sono più forti.

L'ultimo pezzo del Progetto Makani è il sistema informatico. Questo è costituito da GPS e altri sensori che mantengono l'aquilone lungo il suo percorso. Questi sensori assicurano che il kite si trovi in ​​aree con venti forti e costanti.

Le condizioni ottimali per l'aquilone Makani di Google X sono ad altitudini comprese tra circa 140 m (459.3 piedi) e 310 m (1017.1 piedi) sopra il livello del suolo e con una velocità del vento di circa 11.5 m/s (37.7 piedi/s) (sebbene possa effettivamente iniziare a generare potenza quando la velocità del vento è almeno 4 m/s (13.1 piedi/s)). Quando il kite è in queste condizioni ottimali, ha un raggio di rotazione di 145 m (475.7 piedi).

Il progetto Makani è suggerito in sostituzione delle turbine eoliche convenzionali perché è più pratico e può raggiungere anche venti più forti, generalmente più forti e più costanti di quelli più vicini al livello del suolo. Anche se sfortunatamente a differenza delle turbine eoliche convenzionali, non possono essere posizionati in aree vicine a strade pubbliche o linee elettriche, e devono essere posizionati più distanti tra loro per evitare collisioni tra gli aquiloni.

Il progetto Makani è stato testato per la prima volta a Pescadero, in California, un'area caratterizzata da venti molto imprevedibili e incredibilmente forti. Google X è arrivato molto preparato e ha addirittura "voluto" che almeno cinque aquiloni si schiantassero durante i test. Ma in oltre 100 ore di volo registrate, non sono riusciti a far schiantare un solo aquilone, cosa che secondo Google non è esattamente una buona cosa. Teller, ad esempio, ha ammesso di essere piuttosto “in conflitto” con il risultato, “Non volevamo vederlo crollare, ma sentiamo anche di aver fallito in qualche modo. C’è magia nel fatto che tutti credano che avremmo potuto fallire perché non abbiamo fallito”. Questa osservazione potrebbe avere più senso se consideriamo che le persone, incluso Google, possono effettivamente imparare di più dai fallimenti e dagli errori.

Batteri che convertono l'energia solare

La seconda invenzione nasce da una collaborazione tra la Facoltà di Arti e Scienze dell’Università di Harvard, la Harvard Medical School e il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, che ha portato a quello che viene chiamato "foglia bionica". Questa nuova invenzione utilizza tecnologie e idee scoperte in precedenza, insieme a un paio di nuove modifiche. Lo scopo principale della foglia bionica è trasformare l'idrogeno e l'anidride carbonica in isopropanolo con l'aiuto dell'energia solare e di un batterio chiamato Ralstonia eutropha – un risultato desiderato poiché l’isopropanolo può essere utilizzato come combustibile liquido in modo molto simile all’etanolo.

Inizialmente, l’invenzione derivava dal successo di Daniel Nocera dell’Università di Harvard nello sviluppo di un catalizzatore di fosfato di cobalto che utilizza l’elettricità per dividere l’acqua in idrogeno e ossigeno. Ma poiché l’idrogeno non ha ancora preso piede come combustibile alternativo, Nocera ha deciso di collaborare con Pamela Silver e Joseph Torella della Harvard Medical School per trovare un nuovo approccio.

Alla fine, il team ha avuto l'idea di utilizzare una versione geneticamente modificata di Ralstonia eutropha che può trasformare idrogeno e anidride carbonica in isopropanolo. Durante la ricerca, si è anche scoperto che diversi tipi di batteri potrebbero essere utilizzati anche per creare altre varietà di prodotti, compresi i prodotti farmaceutici.

Successivamente Nocera e Silver sono riusciti a costruire un bioreattore completo del nuovo catalizzatore, dei batteri e delle celle solari per produrre il combustibile liquido. Il catalizzatore può scindere qualsiasi acqua, anche se altamente inquinata; i batteri possono utilizzare i rifiuti derivanti dal consumo di combustibili fossili; e le celle solari ricevono un flusso costante di energia finché c'è il sole. Nel complesso, il risultato è una forma di carburante più ecologica che produce pochi gas serra.

Così, come funziona questa invenzione in realtà è piuttosto semplice. Innanzitutto, gli scienziati devono garantire che l’ambiente nel bioreattore sia privo di nutrienti che i batteri possono consumare per produrre prodotti indesiderati. Una volta stabilita questa condizione, le celle solari e il catalizzatore possono iniziare a dividere l’acqua in idrogeno e ossigeno. Successivamente, il barattolo viene agitato per eccitare i batteri dal loro normale stadio di crescita. Ciò induce i batteri a nutrirsi dell'idrogeno appena prodotto e infine l'isopropanolo viene emesso come rifiuto dai batteri.

Torella ha detto questo sul loro progetto e su altri tipi di risorse sostenibili: “Il petrolio e il gas non sono fonti sostenibili di carburante, plastica, fertilizzanti o della miriade di altre sostanze chimiche prodotte con essi. La risposta migliore, dopo il petrolio e il gas, è la biologia, che in numeri globali produce, attraverso la fotosintesi, 100 volte più carbonio all’anno di quello che gli esseri umani consumano dal petrolio”.