mercoledì, febbraio 20, 2008

ABRANEW: la ricerca dell'efficienza energetica



La blogosfera è continuamente impestata di gente che propone miracoli tecnologici. Dal tubo di Tucker alle varie polverine salvamotori, è tutto un ribollire del concetto che esistono soluzioni semplici a problemi complessi e che tutto si potrebbe risolvere se soltanto non ci fosse questo complotto delle multinazionali, degli Gnomi di Zurigo, della CIA, o di chi altro, che impedisce che queste meraviglie tecnologiche si diffondano.

In realtà, al di là del blogorizzonte; esiste una ricerca seria, difficile e costosa che si muove un passo dopo l'altro a migliorare la tecnologia energetica. E' una ricerca che non promette miracoli, ma che produce cose che funzionano. Qui, vi vorrei raccontare di un progetto di ricerca, ABRANEW, che si è concluso recentemente e che ha portato a dei risultati molto interessanti. Ve lo racconto dall'esperienza diretta di averci partecipato e anche di aver scritto il "proposal" quattro anni fa. Il mio lavoro; quello che impegna la mia giornata, è quello di gestire un gruppo di ricerca di una decina di persone, impegnate soprattuto sui materiali ad alta temperatura. (sul blog, scrivo di notte, quando posso).

Allora, per spiegarvi l'idea del progetto ABRANEW vi devo raccontare di come funziona una turbina a gas. Forse lo sapete già, ma nel caso non siate del tutto familiari con l'idea, considerate che in una turbina a gas si comprime l'aria atmosferica, la si miscela con il carburante, si fa espandere la miscela con la combustione e si recupera energia meccanica. Tutto questo viene ottenuto mediante una serie di rotori (o "giranti") che portano un certo numero di palette che comprimono il gas per effetto aerodinamico. Le turbine a gas sono un elemento importante del sistema moderno di produzione di energia elettrica e, in particolare, sono la parte del sistema che è in grado di adattarsi meglio alle variazioni dell'assorbimento della rete.

Una turbina è una macchina termica e, pertanto, ha un'efficienza tanto maggiore quanto più alta è la temperatura del gas nella camera di combustione. Per questa ragione una delle linee principali di ricerca nel campo sono i materiali in grado di resistere a temperature del gas sempre più alte; attualmente si arriva intorno ai 1200 gradi C. Un altro elemento che influisce sulla resa energetica della turbina è l'efficienza di compressione che dipende, fra le altre cose, dalla precisione dell'accoppiamento fra il rotore e lo statore. Una piccola quantità di gas passa sempre dallo spazio che rimane fra rotore e statore e riduce la compressione con una certa perdita di efficienza. Per ridurre questo effetto al massimo possibile negli ultimi anni sono state sviluppate delle "guarnizioni abradibili". In pratica, alla partenza della macchina, il rotore si fa strada nello statore scavandosi un piccolo solco e questo riduce o annulla il flusso all'indietro dei gas. E' una specie di "grippaggio controllato."

Fare una guarnizione abradibile nelle zone a bassa temperatura della turbina non è particolarmente difficile. Il problema è se lo si vuol fare nella zona ad alta temperatura. Un materiale che sia allo stesso tempo morbido (ovvero abradibile) e resistente alle alte temperature è molto difficile a trovarsi; le due proprietà sono entro certi limiti in contraddizione l'una con l'altra. Si può ovviare in parte al problema indurendo la cima della paletta in modo che si scavi la strada anche in un materiale relativamente duro. Questo non basta, ci sono vari problemi di adesione delle guarnizioni, formazione dei trucioli e altre cose. In pratica è un bel problema di ricerca applicata che richiede un robusto impegno umano e finanziario.

Su questo problema è nato il progetto ABRANEW, cofinanziato dalla Commissione Europea. E' stato uno sforzo di 4 anni che ha coinvolto un gruppo di istituti di ricerca e industrie di tutta Europa e che è stato coordinato dalla Nuovo Pignone - General Electric di Firenze. Vi posso dire che è stato un lavoro molto duro e difficile e che il numero di guarnizioni create e poi distrutte nei test ad alta temperatura è stato di parecchie centinaia. Abbiamo impiegato diversi anni uomo di lavoro, nonchè svariati milioni di euro. Comunque, alla fine i risultati sono stati positivi: ci siamo riusciti. Le nuove guarnizioni abradibili ad alta temperatura sono sul mercato e le prime turbine equipaggiate con queste guarnizioni dovrebbero entrare in produzione nel 2008.

Che cosa abbiamo ottenuto dopo tanto lavoro? Un aumento dell'efficienza globale del sistema dello 0.3%-0.5%. Non vi sembra gran che? Indubbiamente non è una cosa spettacolare, ma considerate i seguenti punti:

1. E' un aumento di efficienza reale, certificato con procedure rigorose (niente a che vedere con i vari tubi tucker, polverine, magnetizzazioni del carburante e cose del genere)

2. Su una turbina da 50 MW, il miglioramento di efficienza consente di risparmiare un buon migliaio di tonnellate di gas all'anno, con un vantaggio economico di circa 200 mila euro ai prezzi correnti

3. Il trattamento costa poco (qualche migliaio di euro); dura almeno tre anni e si può fare sulle turbine esistenti

4. Il miglioramento è ottenuto per mezzo di sole poche decine di grammi di materiale ceramico messo nei posti giusti. In termini di ritorno energetico (EROEI), un calcolo approssimato che ho fatto mi da un valore di 30.000 (trentamila) (!!). E' di gran lunga la cosa più efficiente che conosco.


Ora, non mi accusate di fare pubblicità a qualcuno; credo comunque che siano pochi i lettori di questo blog che vendono o comprano turbine da qualche decina di megawatt. Quello che volevo raccontarvi è come la tecnologia possa fare cose interessanti con molto lavoro e impegno. Ma non ci dobbiamo aspettare miracoli e bisogna fare molta attenzione a evitare di farsi imbrogliare dai vari complottisti che proclamano di avere la soluzione miracolosa in tasca e che la tirerebbero fuori se solo non fossero stati sabotati dalla cabala delle multinazionali.

L'altra cosa che vi volevo dire è che, anche se la tecnologia ci può aiutare a fare meglio, bisogna anche vedere che uso si fa dei miglioramenti tecnologici. Questo 0.5% di efficienza in più è sicuramente una cosa buona, ma dipende da come lo utilizziamo. E' sempre in agguato quello che si chiama "effetto Jevons" che dice, più o meno, che se si abbassa il prezzo di una risorsa, la conseguenza e che si tende a sprecarla di più. Questo 0.5% in più, in effetti, potrebbe non avere nessun effetto nel ritardare l'esaurimento delle risorse non rinnovabili.

D'altra parte, se utilizzassimo questa energia in più per fare delle cose buone, tipo costruire un'infrastruttura di energia rinnovabile, allora anche questo piccolo incremento avrebbe una sua utilità. Ma questo non lo potete chiedere alla tecnologia: è una scelta che dobbiamo fare noi.

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Il sito web del progetto ABRANEW si trova a:

http://www.abranew.net/

Ringrazio Massimo Giannozzi (NP-GE), coordinatore e ideatore del progetto, e vi presento il team di ABRANEW.


NP-GE(I)IND
BIAS(D)REC
Comoti(Ro)IND
Cranfield University(GB)HES
Imperial College(GB)HES
INSTM/Università di Firenze (I)HES
ONERA(F)REC
Sulzer Metco(Ch)IND
Teer coatings(GB)SME
Turbocoating(I)SME


2 commenti:

Anonimo ha detto...

Ho lavorato alla valutazione ambientale di una centrale a ciclo combinato e mi sono letto con interesse il bref document sulle migliori tecnologie(alla ricerca di punti a favore per il committente, da buon mercenario), ho imparato così che 0,5% di rendimento non è cosa da poco.
Ho anche avuto modo di vedere i consulenti delle parti sociali pontificare sulle soluzioni più o meno efficienti. Credo che ci vorrebbe un po’ di analisi e un po’ di umiltà da parte ambientalista (la nostra cioè), nel capire che certi sviluppi tecnologici sono il frutto dell’impegno di quelle stesse parti industriali (e dei ricercatori ovviamente) che stanno sui banchi degli imputati, perché con la loro ricerca vogliono anche guadagnare senza troppo preoccuparsi del destino dl mondo. A rifletterci dietro c’è un problema più grande di quello che sembra.
Franco noce

Anonimo ha detto...

Scusate sarò un pò off topic ma la cosa che mi fa più inca..are di questo sistema è che nei giornali si parla del petrolio a cento dollari al barile come se fosse colpa dei governi di destra o di sinistra.

Che informazione SCHIFOSA

meno male che c'è ASPO purtroppo però queste cose in televisione non filtrano.

Prof. Bardi, quanti secoli dovranno passare prima che a qualcuno venga in mente di invitarla a Porta a Porta o a Anno Zero?