Sfruttando la potenza dei forti venti a quote più elevate di quelle raggiunte dalle turbine, l'energia eolica aerotrasportata potrebbe essere un'altra fonte chiave di energia rinnovabile, ma avrà bisogno di una combinazione di design di successo, software più robusto e una buona narrazione per decollare davvero.

Il drone quadrato si muove al vento con le Alpi svizzere sullo sfondo. A prima vista, questo sembra un video delle vacanze di un appassionato di droni, tranne per il fatto che il drone genera energia quando vola. Un cavo lo collega a terra e quando il vento tira su il drone, rilascia il cavo tramite un argano, e si produce energia. Questo è un test di un sistema di energia eolica aerea dalla società Skypull dalla Svizzera, e potrebbe essere una tecnologia chiave per plasmare il futuro delle energie rinnovabili.

Nel tentativo di contrastare il cambiamento climatico, l'energia eolica sarà probabilmente fondamentale. Entro il 2027, l'Agenzia internazionale per l'energia stima che le turbine eoliche saranno la prima fonte di energia nell'UE. Tuttavia, questo comporta anche una serie di aspetti negativi:le turbine sono grandi, costoso e difficile da costruire.

Ecco perché una serie di scienziati e startup stanno ora sperimentando la cosiddetta energia eolica aerea. I disegni differiscono notevolmente, ma generalmente significa usare un dirigibile, aquilone o drone, che è fissato a terra con un cavo, per produrre energia. Le installazioni aerotrasportate come queste possono accedere a venti più forti volando più in alto delle turbine eoliche convenzionali, mentre anche, in teoria, essendo più economico e più facile da installare, compensando alcune delle debolezze del vento da terra.

Distribuzione

"Il vento aereo costerà meno rispetto all'energia eolica tradizionale, " disse Nicola Mona, co-fondatore di Skypull. "C'è un driver economico. Ma c'è anche la dispiegabilità. Le turbine eoliche tradizionali stanno incontrando limiti di spazio, mentre i sistemi di bordo possono funzionare in una più ampia varietà di luoghi."

Il design di Skypull è un ibrido tra un drone multirotore, e un normale aereo ad ala fissa. Il mestiere sembra una scatola, con quattro ali attaccate tra loro in un quadrato e rotori agli angoli. Questo gli permette di decollare in punti difficili ma ad altitudini più elevate vola come un normale aliante, che genera portanza attraverso le sue ali. In questo momento il team sta ancora testando il concetto con progetti più piccoli di circa 1,25 metri di apertura alare, ma alla fine vogliono costruire un drone con un'apertura alare totale di 17 metri.

La startup è decollata quando i tre fondatori - Mona, Marcello Corongiu e Aldo Cattano—met. "Quando ho conosciuto Aldo, mi ha presentato l'idea, Ricordo che la mia prima reazione fu:"Questo è pazzesco, questo non funzionerà mai, "' ha detto Mona, un ingegnere aerospaziale che era stato coinvolto in diverse startup in precedenza. Ancora, col tempo si è convinto sempre di più delle potenzialità. "Ho guardato i documenti e i numeri, e controllato tutto, che mi ha convinto».

Dopo, l'azienda ha partecipato a diversi concorsi di startup, vincendone una sfilza. Attualmente il team sta completando la progettazione della propria imbarcazione. "Abbiamo alcuni prototipi funzionanti, " ha detto Mona. "Non sembrano il prodotto finale, ma sono abbastanza bravi da dimostrare il concetto."

Quale, se funzionerà, potrebbe generare una notevole quantità di energia. Mona nota che attualmente stanno raggiungendo una potenza massima di 3 kilowatt per metro di apertura alare, mentre il loro primo prodotto commerciale previsto per il 2022 raggiungerà i 100 kilowatt per circa 6 metri di apertura alare. Da questa, sarà costruito un sistema più grande che genera 1 megawatt, inferiore a una turbina eolica onshore, che ha una media di circa 2,5-3 megawatt, ma interessante per località remote e operazioni off-grid in tutto il mondo.

Un'altra squadra che scommette sul vento aereo è Ampyx Power dai Paesi Bassi. Impiegano circa 50 persone per far volare il loro design. Proprio come Skypull stanno producendo un'ala fissa, design simile a un drone. Ma l'imbarcazione di Ampyx Power decolla con una catapulta da terra, e sembra più un aereo. Il loro dimostratore pre-commerciale AP3 ha un'apertura alare di 12 metri, con due fusoliere attaccate ad esso, timoni posteriori e uno stabilizzatore. Questo velivolo di prova potrebbe generare 150 kilowatt di potenza.

"Questa è un'intera nuova generazione di tecnologia per l'energia eolica, " ha detto Pim Breukelman, direttore commerciale di Ampyx Power. "Voliamo un'ala aerodinamica collegata a un cavo, che a sua volta è collegato a un generatore a terra. Voliamo ad un'altitudine tra i 200 e i 450 metri, dove troviamo venti costanti e potenti."

I design di Ampyx Power e Skypull potrebbero sembrare molto diversi, ma entrambi funzionano secondo principi simili. Decollano in modo meccanizzato, arrampicate con motori, fino a raggiungere una certa altitudine, generalmente intorno ai 200 metri. Lì usano la capacità di sollevamento delle loro ali per agire più come un aquilone o un aliante, tirati su dal vento. Il cavo che tiene il velivolo è attaccato ad un verricello, che viene tirato fuori quando il vento tira su il drone. Questo genera rotazione, e quindi energia. Quando il verricello è teso al limite, il drone si abbassa automaticamente per ricominciare il processo.

Ampyx Power testerà il suo nono prototipo alla fine dell'anno in Spagna, a cui seguiranno i test in Irlanda. Stanno anche lavorando su un prodotto commerciale da 2 a 3 megawatt, per terra, generazione di energia offshore ed eventualmente galleggiante.

"Questi aerei possono (eventualmente) essere fatti volare da piattaforme galleggianti, e sono adatti per luoghi in mare dove l'attuale tecnologia eolica non è redditizia o tecnicamente fattibile, " ha detto Breukelman. "In pochi anni questo sistema dovrebbe essere operativo."

Complementare

Eppure, per tutti i vantaggi della versione aviotrasportata, Skypull e Ampyx Power non vogliono sostituire la normale energia eolica. "Il nostro sistema inizia dove finiscono le turbine eoliche, " disse Breukelman, notando che i loro aerei volano ad altitudini più elevate di quelle che le turbine possono raggiungere, e sono complementari ad essi. Dice anche che il vento aereo potrebbe essere utile per prolungare la vita delle turbine eoliche in mare, le cui fondamenta potrebbero servire come punto di partenza per i droni del vento in volo.

Nicola Mona è d'accordo. "Avremo sempre bisogno di un mix di fonti energetiche, " ha detto. "Non ci sarà mai un'unica fonte rinnovabile che sostituirà tutto. Abbiamo bisogno di una combinazione di idro, vento tradizionale, vento aereo, solare e geotermico".

Intanto, Anche la tecnologia eolica aerea si sta evolvendo. Fino a qualche anno fa, predominavano i disegni a forma di aquilone, simili alle versioni grandi degli aquiloni volati dai bambini in spiaggia. Ma oggi, i modelli ad ala fissa, che sembrano più droni, sono in aumento.

"Il vento aereo ha iniziato adattando ciò che stava già volando, " disse Mona. "Quindi è logico che gli aquiloni siano venuti prima. Ma alla fine i progetti ad ala fissa offrono una migliore aerodinamica e potenziale energetico".

Sicurezza

La sicurezza è, però, qualcosa con cui le compagnie eoliche aeree stanno ancora lottando. Se il vento aereo vuole generare energia su larga scala, dovrà lasciare che i suoi progetti volino autonomamente nel vento per giorni o addirittura settimane. I sistemi software dovranno controllare questi mezzi durante questi periodi, e farli funzionare in condizioni meteorologiche mutevoli. E tutto questo senza che crollino.

"Il software è la nostra più grande sfida in questo momento, " disse Mona. "Vuoi che questi sistemi siano completamente autonomi, che non è facile".

E poi c'è anche il regolamento. La regolamentazione per i velivoli senza pilota è ancora in ritardo in molti paesi, interessando anche le compagnie eoliche aerotrasportate.

E infine c'è la questione delle PR. "Nel tempo abbiamo visto che alla gente non piacciono le turbine eoliche, " disse Mona, riferendosi a come in paesi come la Germania oi Paesi Bassi le turbine eoliche non vengono costruite a causa dell'opposizione locale.

"Sono grandi, ingombranti e di impatto visivo. E anche il vento aereo corre il rischio di un contraccolpo pubblico, perché volano sopra le teste delle persone. Quindi avremo bisogno di una buona narrazione, e l'accento sulla sicurezza, per evitare la stessa reazione che abbiamo visto contro le turbine eoliche".