By Giovanni Tula
English Version
Giovanni Tula started his speech by introducing the focus of his presentation: circular projects linked to the energy world.
The goal is to understand the status of renewable energies and their dissemination at the global level, by considering the 4 macro areas: storage, efficiency,
The starting point is the comparison of the estimates regarding the dissemination of the renewable energies developed by the World Energy Agency in 2008 and 2017.
As you can see from the image above, the estimates have more than doubled, the reason is that in 2017, with circa 13 years to spare, the estimate of the 2030 has already been reached, now the expectancy is to reach 4.718 GW installed in 2030.
Actually, the estimates recently made could be underestimated because the renewable energies are becoming highly competitive thank to a strong reduction of the cost of production.
For example, in the solar energy field, there has been a
The storage
Among the enabling elements of this revolution there is the “storage theme”. The batteries are essential to this evolution per 3 functions:
- Stabilization of the electricity grid
- Reduction of the imbalances on the generation side
- Offer of the energy in time of need on the consumer side
The evolution of the lithium batteries in the last years has been important such that it has gone from some MW of power and storage of some minutes to a power of hundreds MW that can last for hours.
The one that is impossible to do through batteries is the energy shifting, namely, to move big quantities of energy for months or moments capable of covering a peak of demand.
Additional interesting technologies for energy storage are flow batteries, batteries that decouple the power of the battery from its ability to storage, or the storage at liquid air, or other forms of storage that exploit the potential energy and the force of gravity, by raising blocs of materials on a tower when excess energy is produced and by dropping those materials at the time when there is the necessity to generate electric energy.
Another option for the storage of energy that allows at the same time to use the existing resources is the one that uses electric cars as batteries. If we consider the displacement that is occurring towards the electric cars, in few years we will have thousands of electric cars that when they are not used to move people and items, they could be used to provide stability at the network by acquiring and providing energy.
As regards the second area, the efficiency, it is important to point out the improvement of efficiency of the photovoltaic panels production.
This improvement has been driven by the industrial sector, in contrast to the ‘70s, where the evolutions was driven only by the research world. The evolution is so strong that in few years we can reach an efficiency equal to 30%.
The increase of the efficiency is important because one of the most critical elements for the solar energy is the usage of the soil. The solar energy need space that is not always available, for this reason we need to think at synergic uses of the soil, where photovoltaic panels coexist with agricultural crops or with the floating photovoltaic (solar panels installed on water such as artificial lakes or dams).
However, the research on materials would be fundamental to get over the silicon and theorical maximum efficiency, also thanks to the different possibilities from the new synthetic materials, such as the perovskites.
Automation and digitalization
The other areas of interests in the renewable field are automation and digitalization. The first example is a mean that is automatically driven during the construction phase, it makes more efficient the movement of soil thanks to the calculation algorithm, in this way the mean can do the same actions by using from 30% to 50% less resources.
Another element is the all IoT technology e drones, they can be used to verify the status of the panels through thermal imagers, and if necessary, in the future, they could require the intervention of robots that could replace the damaged panels.
Another important energetic resource is the wind power. Both the wind and solar energy wre developed in last years in specific sectors, but in the future the high-altitude wind power could become important. Between 500 and 1.000 meters altitude, it is possible to find a predictable wind, technologies that can exploit this energy are being developed.
As regards the wind, the activity that will be relevant in the next year is the replacement of the existing implants when they are not efficient anymore. The replacement may cover the whole implant or only the blades.
An important issue for the circularity is the composition of the blades, they, often, are made of fiberglass. It is possible to think about blades constructible directly on the site with innovative fabrics or 3D prints, by eliminating the transport issues.
As regard the repowering, it could exist the possibility to disassemble the blade on the site and re-enter it in a extruder robot, this robot will mix the materials together with polymers and it will produce a new blade, bigger and more efficient.
Marine energy
The marine energy is the last point. Nowadays there is not a dominant technology yet in this field, but there are more than hundreds of technologies that are trying to exploit this kind of energy. The marine energy is interesting because is predictable, and it is present in all the latitudes and it could have a complementary role to the other renewable energies. A promising technology is the usage of electro-active polymer (EAP) to produce energy from the sea. It’s about a cpipe made of polymers that expands and compress thank to the waves, by generating new electric energy.
L’Energia dell’Economia Circolare
Giovanni Tula ha iniziato il suo intervento introducendo il focus della sua presentazione: progetti circolari legati al mondo dell’energia.
L’obiettivo è quello di comprendere lo stato delle energie rinnovabili e la loro diffusione a livello globale, considerando le 4 macro aree: lo stoccaggio, l’efficienza, l’automazione e la digitalizzazione.
Il punto di partenza è il confronto delle stime relative alla diffusione delle energie rinnovabili sviluppate dall’Agenzia Mondiale dell’Energia nel 2008 e nel 2017. Le stime sono più che raddoppiate, il motivo è che nel 2017, con circa 13 anni di anticipo, la stima del 2030 è già stata raggiunta, ora l’aspettativa è di raggiungere 4.718 GW installati nel 2030.
In realtà, le stime recentemente fatte potrebbero essere sottovalutate perché le energie rinnovabili stanno diventando altamente competitive grazie ad una forte riduzione dei costi di produzione. Ad esempio, nel campo dell’energia solare, si è registrata una riduzione dell’83% dei costi dei pannelli fotovoltaici a partire dal 2010 fino ad oggi. Si evidenzia, inoltre, l’evoluzione delle fonti energetiche rinnovabili rispetto al combustibile fossile, dove si stima che le rinnovabili potrebbero raggiungere il 64% delle risorse energetiche complessive.
Lo stoccaggio
Tra gli elementi abilitanti di questa rivoluzione c’è il “tema dello stoccaggio”. Le batterie sono essenziali in questa evoluzione per 3 funzioni:
- Stabilizzazione della rete elettrica
- Riduzione degli squilibri sul lato della generazione
- Offerta dell’energia nel momento del bisogno dal lato del consumatore
L’evoluzione delle batterie al litio negli ultimi anni è stata importante, tanto che si è passati da alcuni MW di potenza e stoccaggio di alcuni minuti ad una potenza di centinaia di MW che può durare per ore. Quello che è impossibile fare attraverso le batterie, però, è lo spostamento di energia, cioè spostare grandi quantità di energia per mesi o momenti in grado di coprire un picco di domanda.
Altre tecnologie interessanti per l’immagazzinamento dell’energia sono le batterie a flusso, batterie che disaccoppiano la potenza della batteria dalla sua capacità di immagazzinamento, o l’immagazzinamento ad aria liquida, o altre forme di immagazzinamento che sfruttano l’energia potenziale e la forza di gravità, sollevando blocchi di materiali su una torre quando viene prodotta energia in eccesso e facendo cadere quei materiali nel momento in cui c’è la necessità di generare energia elettrica.
Un’altra opzione per l’immagazzinamento dell’energia che permette di utilizzare allo stesso tempo le risorse esistenti è quella che utilizza le auto elettriche come batterie. Se consideriamo lo spostamento che si sta verificando verso le auto elettriche, tra qualche anno avremo migliaia di auto elettriche che, quando non vengono utilizzate per spostare persone e oggetti, potrebbero essere utilizzate per fornire stabilità alla rete acquisendo e fornendo energia.
Per quanto riguarda il secondo ambito, quello dell’efficienza, è importante sottolineare il miglioramento dell’efficienza della produzione di pannelli fotovoltaici. Questo miglioramento è stato trainato dal settore industriale, a differenza degli anni ’70, dove l’evoluzione è stata guidata solo dal mondo della ricerca. L’evoluzione è talmente forte che in pochi anni possiamo raggiungere un’efficienza pari al 30%. L’aumento dell’efficienza è importante perché uno degli elementi più critici per l’energia solare è l’utilizzo del suolo. L’energia solare ha bisogno di spazio che non sempre è disponibile, per questo motivo dobbiamo pensare ad utilizzi sinergici del suolo, dove i pannelli fotovoltaici coesistono con le colture agricole o con il fotovoltaico galleggiante (pannelli solari installati sull’acqua come laghi artificiali o dighe).
Tuttavia, la ricerca sui materiali sarebbe fondamentale per superare il silicio e la teorica massima efficienza, anche grazie alle diverse possibilità offerte dai nuovi materiali sintetici, come i perovskites.
Automazione e digitalizzazione
Le altre aree di interesse nel campo delle rinnovabili sono l’automazione e la digitalizzazione. Il primo esempio è un mezzo che viene pilotato automaticamente durante la fase di costruzione, rende più efficiente il movimento del terreno grazie all’algoritmo di calcolo, in questo modo il mezzo può fare le stesse azioni utilizzando dal 30% al 50% di risorse in meno.
Un altro elemento è costituito dai droni e dalla tecnologia dell’internet degli oggetti, che possono essere utilizzati per verificare lo stato dei pannelli tramite termocamere e, se necessario, in futuro potrebbero richiedere l’intervento di robot che potrebbero sostituire i pannelli danneggiati.
Un’altra importante risorsa energetica è l’energia eolica. Sia l’energia eolica che quella solare sono state sviluppate negli ultimi anni in settori specifici, ma in futuro l’energia eolica ad alta quota potrebbe diventare importante. Tra i 500 e i 1.000 metri di altitudine, è possibile trovare un vento prevedibile, si stanno sviluppando tecnologie in grado di sfruttare questa energia. Per quanto riguarda il vento, l’attività che sarà rilevante nel prossimo anno è la sostituzione degli impianti esistenti quando non saranno più efficienti. La sostituzione può riguardare l’intero impianto o solo le pale. Una questione importante per la circolarità è la composizione delle pale, spesso sono in fibra di vetro. È possibile pensare a lame realizzabili direttamente in cantiere con tessuti innovativi o stampe 3D, eliminando i problemi di trasporto.
Per quanto riguarda il repowering, potrebbe esistere la possibilità di smontare la lama in cantiere e reinserirla in un robot estrusore, questo robot mescolerà i materiali insieme ai polimeri e produrrà una nuova lama, più grande e più efficiente.
Energia marina
L’energia marina è l’ultimo punto. Oggi non esiste ancora una tecnologia dominante in questo campo, ma ci sono più di centinaia di tecnologie che cercano di sfruttare questo tipo di energia. L’energia marina è interessante perché è prevedibile, è presente a tutte le latitudini e potrebbe avere un ruolo complementare alle altre energie rinnovabili. Una tecnologia promettente è l’uso di polimeri elettroattivi (EAP) per produrre energia dal mare. Si tratta di un cpipe fatto di polimeri che si espande e si comprime grazie alle onde, generando nuova energia elettrica.