Possiamo cavarcela solo con le energie rinnovabili? Può l'energia del sole, vento e acqua coprono il nostro fabbisogno di elettricità, anche in assenza di vento, giornata nuvolosa in Scandinavia? Forse, ma fa nuove richieste.

I paesi nordici potrebbero soddisfare il loro fabbisogno energetico semplicemente espandendo le energie rinnovabili, secondo uno studio dell'Università di Uppsala. Ma ci sono diverse sfide lungo la strada, secondo Mikael Bergkvist, ricercatore in elettricità.

"Nello studio, siamo stati in grado di dimostrare che non è ovviamente impossibile anche se sarebbe stato difficile nel prossimo futuro".

La difficoltà della produzione di elettricità è che avviene in tempo reale:l'elettricità necessaria in questo momento deve essere prodotta in questo momento. Allo stesso tempo, il nostro consumo di elettricità varia ad ogni ora del giorno durante tutto l'anno. Più dipendiamo da fonti intermittenti, come l'energia eolica, maggiori sono le richieste di potere di regolazione dell'equilibrio flessibile.

"In Svezia, siamo fortunati perché abbiamo molta energia idroelettrica che può essere utilizzata per regolare rapidamente la variazione ma, grazie a grandi bacini idroelettrici, possono anche essere immagazzinati in momenti in cui abbiamo un'elevata produzione di energia eolica e una bassa domanda di elettricità. Ma richiede molta pianificazione. Nel sistema odierno, abbiamo buone possibilità di bilanciare variazioni giornaliere e stagionali, ma è più difficile ad esempio in caso di poche settimane di tempo senza vento, "dice Bergkvist.

In Svezia, otteniamo tanta energia dall'energia nucleare (40-45%) quanta dall'energia idroelettrica. Segue l'energia eolica al 10-14%. Infine, abbiamo combinato centrali termiche ed elettriche, energia a condensazione e turbine a gas che insieme forniscono circa il 10 per cento.

L'energia solare è più rara alle nostre latitudini, ma molta ricerca e sviluppo sono in corso. Un esempio è l'edificio residenziale Frodeparken a Uppsala, dove l'intera facciata in vetro produce elettricità. L'edificio è coperto da celle solari a film sottile che sono state sviluppate dalla ricerca presso l'Università di Uppsala.

Un progetto internazionale dell'UE sulla tecnologia delle celle solari che può essere integrato negli edifici è guidato da Uppsala. Marika Edoff, Professore di Elettronica a Stato Solido, è il coordinatore del progetto. Il focus sono le celle solari a film sottile e come possono essere rese più efficienti ed essere integrate negli edifici.

"L'integrazione degli edifici offre opportunità uniche per le celle solari a film sottile, principalmente per sembrare esteticamente diverso. Con film sottili, è anche possibile realizzare celle solari flessibili e leggere, "dice Edoff.

La tecnologia dominante sul mercato sono le celle solari al silicio. Le celle solari a film sottile si basano su una tecnologia diversa e sono costituite da film microscopicamente sottili montati su vetro, Per esempio. I moduli possono essere trasformati in blocchi da costruzione completamente neri, come la facciata di Frodeparken.

La sfida per i ricercatori è rendere il materiale più sottile senza ridurne l'efficacia o l'efficienza, che attualmente è del 21 per cento. Per riuscire in questo, vengono utilizzate varie tecniche ottiche, come la costruzione di specchi negli strati sottili in modo che venga assorbita il doppio della luce.

"Può sembrare ridicolo rendere gli strati ancora più sottili poiché il loro spessore totale è di circa tre micrometri, che è quello che si ottiene tagliando un capello in 20 fette. Ma vogliamo spingerci oltre, ridurre l'uso di materiale e rendere gli strati che assorbono la luce di mezzo micrometro invece di due, "dice Edoff.

A livello internazionale, l'energia solare ha fatto un grande passo avanti negli ultimi anni e anche se è lenta in Svezia, il mercato cresce, con vari schemi di supporto per l'installazione di celle solari negli edifici.

"Attraverso il progetto Ue, possiamo raccogliere competenze e competenze e sperare di aumentare anche la visibilità delle celle solari e fare pressioni per sviluppare soluzioni a lungo termine in Svezia, "dice Edoff.

È stata coinvolta in prima persona nella fondazione della società di celle solari Solibro e ha lavorato per molti anni sia come ricercatrice che in azienda. Quando ha iniziato con le celle solari a film sottile nel 1990, le celle solari avevano un'efficienza del 10 per cento. Ora, hanno raggiunto il 21 per cento, non lontano dal record mondiale del 22,6 per cento.

Attribuisce il successo alla stretta collaborazione tra le imprese e il mondo accademico.

"Vari progetti dell'UE sono stati cruciali per la tecnologia in arrivo finora, beneficiando della collaborazione tra aziende e gruppi di ricerca. È stato importantissimo".

Un altro progetto dell'UE, il Nuovo Atlante del Vento (NEWA), riguarda l'energia eolica e ha mappato le risorse eoliche in tutta Europa. Stefan Ivanell è il project manager per la parte svedese del progetto.

Dirige la ricerca presso la Sezione Energia Eolica del Campus Gotland, che appartiene al Dipartimento di Scienze della Terra dell'Università di Uppsala. Mentre i loro colleghi ricercatori di Uppsala realizzano modelli meteorologici su larga scala, i ricercatori di Visby lavorano con modelli che mostrano il flusso dettagliato in un parco eolico.

Se questi due tipi di modelli sono collegati tra loro, si possono fare calcoli su larga scala per vedere dove è meglio costruire un parco eolico.

"Quando studiamo l'interazione tra i parchi eolici, i calcoli richiedono diversi giorni o settimane con un super computer, quindi sono calcoli piuttosto pesanti. Per questo dobbiamo integrarli con metodi di calcolo più approssimativi, "dice Ivanell.

All'interno del progetto, studiano ad esempio il flusso del vento nelle foreste e le possibilità di espandere l'energia eolica lì. I ricercatori sono interessati al posizionamento degli impianti eolici e al modo in cui le turbine, così come interi parchi eolici, interagiscono tra loro. Per capire questo, fanno simulazioni che mostrano come il posizionamento influenza il tipo di flusso in cui si trova la turbina e quanto è grande la turbolenza.

"Sviluppiamo modelli per estrarre l'energia in modo più intelligente riducendo i carichi sulle turbine in modo che durino più a lungo, "dice Ivanell.

L'energia eolica è la terza forma di produzione di energia elettrica in Svezia, ma la sua espansione si è fermata.

"Nonostante i bassi prezzi dell'energia in Svezia, l'energia eolica sta attualmente attirando investimenti record. Per chi pensa a nuovi impianti di produzione di energia, l'energia eolica è molto competitiva, "dice Ivanell, che è anche direttore di STandUP per Wind, un centro nazionale per l'energia eolica a cui partecipano diverse università svedesi.

Recentemente è stato avviato un progetto di ricerca presso l'Università di Uppsala in cui i ricercatori lavoreranno per capire come Gotland potrebbe diventare autosufficiente nel campo delle energie rinnovabili, come l'energia solare, energia eolica e biocarburanti. Circa 20 ricercatori sono coinvolti nel progetto presso i dipartimenti di Scienze della Terra, Scienze ingegneristiche e chimica.

Una questione importante è l'accettazione da parte della popolazione locale, perché una società con vento espanso, l'energia idroelettrica e quella solare sarebbero molto diverse.

"Oggi, Il 50% dell'energia a Gotland proviene dall'energia eolica. Per diventare completamente autosufficiente, questo deve essere scalato a terra, in mare e nei parchi di celle solari, "dice Ivanell. "In questo momento, stiamo cercando di modellare scenari immaginabili per il futuro. Se costruiamo in un certo modo, come influirà sull'accettazione? Quali vantaggi e svantaggi ci sono con le diverse soluzioni? Sarebbero necessarie linee aeree e cavi elettrici per la distribuzione, ma come sarebbero percepiti dal pubblico?"

Studiare Gotland come un sistema rinnovabile è appropriato poiché è ben definito, secondo Ivanell. In collaborazione con la Regione, diverse possibilità sono ora allo studio, come il trasporto con veicoli elettrici e come l'energia può essere immagazzinata nelle batterie o sotto forma di gas.

"Si tratta di quali risorse rinnovabili ci sono, ma si tratta anche di bilanciare questo con un collegamento via cavo limitato con la terraferma. Abbiamo bisogno di un sistema in grado di immagazzinare energia e in cui ciò che mettiamo nel sistema corrisponda sempre al consumo".

Tornando allo studio dell'approvvigionamento energetico dell'intera regione nordica, mostra che l'energia idroelettrica gioca un ruolo chiave. Immagazzinando energia idroelettrica, è possibile ottenere una fornitura di energia elettrica uniforme nonostante le variazioni di produzione.

"Alcune persone temono che le energie rinnovabili ci diano una rete elettrica instabile e che non saremo in grado di gestire la situazione, ma in Svezia possiamo. La nostra energia idroelettrica è un'enorme risorsa per immagazzinare energia, rispetto allo stoccaggio della batteria, che non ha nulla di simile alla stessa capacità ed è principalmente una soluzione locale, "dice Mikael Bergkvist.

Un altro problema da risolvere è come fornire energia rinnovabile all'intera regione nordica. Con il sistema di distribuzione di oggi, sarebbe difficile fornire energia ovunque con solo elettricità rinnovabile. In Svezia, Per esempio, abbiamo molta produzione nel nord, ma la maggior parte dei consumi al sud.

"I nostri calcoli non hanno tenuto conto delle limitazioni nella rete elettrica. Lì, è solo una questione di espansione, ma ovviamente costerà molto e il processo di autorizzazione per una nuova linea può richiedere decenni".

Nel loro studio, i ricercatori notano inoltre che è importante trovare il giusto mix di fonti rinnovabili.

"Va meglio se ottimizziamo il mix di potenza delle onde, energia eolica e solare, ma questo è difficile da controllare poiché viviamo in una democrazia con libera impresa, " Osserva Bergkvist.

Quindi continuerà ad esserci una flora di varie soluzioni energetiche che insieme rendono difficile, ma non impossibile, passare alle energie rinnovabili nella regione nordica.