Kitegen: Eolico d'alta quota

Un lungo stelo alto 25 metri e sotto una strana cupola trasparente spunteranno dalla campagna il prossimo settembre a Berzano S. Pietro, in provincia di Asti. Lo stelo, o stem, sorreggerà un grande aquilone a forma allungata, analogo a un parapendio, ma di alcune decine di metri quadrati. Due potenti ventilatori lo innalzeranno in cielo, fino a 200 metri. «Ma ne basteranno 80 perché l'aquilone cominci a galleggiare nel vento per poi salire fino a 800 metri. E intanto lo stelo ne governerà le funi, facendogli compiere un volo calibrato. Con una portanza, in salita, che farà girare alternatori anche da tre megawatt. Poi, raggiunti gli 800 metri, basterà tirare una sola fune per mettere l'aquilone in scivolata d'ala (come se fosse una bandiera), quindi ritirare velocemente le funi quasi senza dispendio di energia, tornare a 400 metri, rimetterlo in portanza e ripetere la risalita oscillante, con connessa produzione di energia elettrica dai venti di alta quota. Il tutto per 5mila ore medie annue stimate, ben di più di una torre eolica normale». Una sorta di yo-yo energetico, un saliscendi continuo, ma altamente controllato.

Questa è la descrizione che Massimo Ippolito, fondatore della Sequoia Automation di Chieri, fa della sua prima creatura, il Kitegen-stem. È il primo prototipo al mondo di centrale elettrica da energia eolica di alta quota, oggi in fase di produzione e che dovrebbe cominciare a operare in autunno nel «laboratorio a cielo aperto», di Berzano, con l'aiuto del comune astigiano, «fino a farne un centro dimostrativo, di ricerca e di formazione su questa grande risorsa naturale che è il vento di alta quota».

Per Ippolito e il suo team è un passo avanti fondamentale, dopo oltre cinque anni di ricerche, sperimentazioni sul campo, errori e correzioni insieme a università, in primis il Politecnico di Torino. «Oggi abbiamo il progetto completo in produzione, ma quanti aquiloni abbiamo esplosi negli anni scorsi!». Eppure l'idea base del Kitegen si è dimostrata valida. «Siamo partiti dai nostri sensori, accelerometri tridimensionali, montati su aerei ultraleggeri. Li produciamo da una decina d'anni, e riusciamo a controllarne il volo, a più di mille metri d'altezza, con pochi metri di errore. E allora ci chiedemmo: perché non provare con l'ala di un aquilone, capace di sfruttare, almeno in teoria, i 3.600 terawatt del sistema eolico terrestre? Una risorsa naturale di due ordini di grandezza superiore ai 15 terawatt che oggi l'umanità produce».

Il vento di alta quota è però una brutta bestia. «A mille e più metri di quota tutto può muoversi a potenze quadratiche. Una raffica significa avere a disposizione non più di 20-30 millisecondi per reagire con il controllo computerizzato del l'aquilone. E non li avevamo, con i sistemi tradizionali. Per questo spaccavamo i kite».

La soluzione è lo stelo, una gigantesca canna da pesca flessibile «in alluminio con interno a nido d'ape, in polimeri speciali o in vetroresina riempita - ne proveremo tre tipi». Lo stelo, come la canna, forma un leggero angolo con le funi tese «e ci garantisce quei pochi metri angolari di margine elastico in grado di assorbire l'inizio delle raffiche, per poi consentire al sistema di reagire e rielaborare il profilo di volo». Come prendere all'amo un tonno, la canna si flette e dà il tempo per dare o tirare la lenza.

Il Kitegen è un sistema robotico sofisticato. «I sensori montati sul l'aquilone comunicano al computer di controllo i dati reali in quota. Il sistema parte con un modello grossolano basato sui dati meteorologici, ma in una decina di minuti si aggiusta e si ottimizza». E il braccio governa le traiettorie ottimali, e la salita e discesa dello yo-yo energetico.

«Vogliamo dimostrare che il kitegen-stem, con 5mila ore di volo annue per 20 anni, ripaga 70 volte se stesso in termini di energia e lavoro necessario a produrlo». Ovvero 20 volte una torre eolica tradizionale, o quanto frutta in termini energetici un giacimento petrolifero affiorante, di quelli dei tempi d'oro della corsa all'oro nero. E che oggi, quasi, non esistono più.

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CHIERI (Torino) - Se avete mai usato un aquilone, avete sentito quanto il vento tira sulle mani. Più è grande, più tira. Come vi spiegherà qualsiasi amante di kite surfing, possono far volare anche gli uomini. "Anzi - dice Massimo Ippolito, kite surfer per hobby - li costruiscono inefficienti apposta, altrimenti ti porterebbero via". Più in alto arrivano, più forte tirano.

A questo punto non è più un gioco per bambini e neanche uno sport. E' un'occasione: le forze, in natura, non si sprecano. Soprattutto, se si possono usare per generare elettricità. Forse ci voleva l'incontro fra un kite surfer come Ippolito e un appassionato di vela, come Mario Milanese, docente al Politecnico di Torino, perché scattasse l'idea di rivoluzionare dalle fondamenta il modo di produrre energia eolica.

Il fatto che il primo abbia un'azienda di sistemi automatizzati e il secondo insegni Controlli automatici all'università ha solo fornito gli strumenti per dare la scalata ad un obiettivo, a prima vista, impossibile: produrre tanta energia elettrica quanto una centrale nucleare, solo grazie al vento. Partendo non dalle gigantesche eliche delle turbine che ormai si costruiscono un po' dappertutto, ma dagli aquiloni dei bambini.

KiteGen, come si chiama il progetto a cui lavorano Milanese ed Ippolito, non è l'unico nel mondo a puntare in questa direzione, ma è anche uno dei rarissimi casi in cui l'Italia, che le energie rinnovabili, normalmente, si limita a comprarle, è alla frontiera della ricerca. All'idea del vento dagli aquiloni lavorano anche, infatti, almeno altri due gruppi, in Olanda e in California.

E' una guerra di brevetti. Perché, se gli esperimenti confermeranno le prime verifiche e i primi risultati dei prototipi, è come mettere le mani su una sorta di pietra filosofale, capace di scavalcare le debolezze più vistose dell'energia eolica e, in generale, delle energie alternative: costose, si dice, ingombranti, incostanti, troppo poco potenti. Dalla parte degli aquilonisti, c'è, anzitutto, il vento. Quanto forte soffia, per cominciare.

A 80 metri di altitudine (l'altezza normale di una turbina) il vento spira, in media, nel mondo, a 4,6 metri al secondo, un po' più di 16 chilometri l'ora. E' un primo problema. Sotto i 4 metri al secondo, infatti, le turbine, normalmente, vengono spente, perché diventano antieconomiche. Il Texas occidentale - dove l'Enel ha appena varato una centrale eolica con 21 turbine - è un'area ricercatissima, perché il vento soffia in media a 7-8 metri al secondo (un po' meno di 30 chilometri l'ora), che viene definita una velocità ottimale. Ora, a 800 metri di altitudine, il vento soffia, in media, nel mondo, a 7,2 metri al secondo. La velocità ottimale. E un parametro cruciale, perché, spiegano i manuali di fisica, l'energia che si può ottenere dal vento aumenta in modo esponenziale con la sua velocità. "A mille metri di altezza - dice Milanese - l'energia che puoi ottenere è otto volte quella disponibile a livello del suolo".

Il secondo problema del vento è che, in molti posti, non c'è sempre o, semplicemente non ce n'è. A De Bilt, in Olanda, che è un posto ventoso, le turbine funzionano 3 mila ore l'anno, in pratica un giorno su tre. A Linate, nessuno installa turbine, perché il vento è zero. Ma chi l'ha detto che la pianura padana è senza vento? Basta andare a 800 metri d'altezza: c'è vento per 3 mila ore l'anno, quanto a De Bilt per le turbine. E, nel cielo sopra De Bilt, si arriva a 6.500 ore, più di due giorni su tre. A Cagliari, si passa da 2.800 a 5 mila ore. Di vento, insomma, ce n'è molto di più di quanto si possa pensare sulla base dell'industria eolica attuale. Ma come catturarlo? "Con lo yo-yo" rispondono Milanese e Ippolito: un aquilone che sale e scende nel cielo.

In un capannone di Chieri, alle porte di Torino, l'aquilone elettrico dispiegato non è altro che un normale kite per il surfing. Assicurato a due leggeri cavi, da 3 millimetri di diametro, lunghi 800 metri, l'aquilone si libra in volo, sostenuto dal vento. Srotolandosi, i cavi fanno girare due cilindri ed è questa movimento che genera energia, come si carica una dinamo. Ma questa è la parte più facile. Da buon velista, Milanese spiega che una barca con il vento in poppa va meno veloce di una barca che lo prenda ad angolo acuto.

In termini scientifici, la potenza generabile dall'aquilone aumenta in funzione della velocità con cui si muove rispetto al vento. La parte importante del KiteGen è, infatti, il sistema di navigazione. Dei piccoli sensori, con rilevatori Gps, sono fissati sull'aquilone e collegati con un computer a terra che gestisce la navigazione dell'aquilone: un software manovra piccole trazioni sui cavi per assicurare che il kite proceda tracciando vorticosi 8 nel cielo. Grazie a queste scivolate d'ala, l'aquilone aumenta il suo differenziale di velocità rispetto al vento e, dunque, la potenza elettrica generabile. In pratica, l'aquilone si comporta come la striscia più esterna dell'elica di una turbina, senza dover far girare complicati ingranaggi: "Di fatto - dice Milanese - prendiamo la parte migliore di una turbina a vento e la mettiamo dove il vento è più forte".

Quando il cavo è tirato al massimo, l'aquilone non genera più elettricità. Uno dei due cavi viene mollato, l'aquilone si impenna, non offre più resistenza al vento e viene riabbassato: "Per recuperarlo, consumiamo il 15% dell'energia generata in ascesa". Il passo successivo è immaginare una serie di questi yo-yo che funzionano insieme. "Basterebbe tenerli distanti 70-80 metri l'uno dall'altro - dice Milanese - mentre le turbine devono essere separate da più di 300 metri". Questo significa che, invece di avere decine e decine di torri eoliche ad ingombrare il paesaggio, per generare la stessa quantità di energia basterebbero alti e invisibili aquiloni che, a terra, non occuperebbero più spazio di una normale centrale elettrica.

Tutto questo, comunque, per ora è sulla carta. KiteGen, finora, ha solo fatto volare il prototipo, generando, in tutto 2,5 kilowatt. "Ma - assicura Milanese - il prototipo ha rispettato le simulazioni del computer e questo ci rende fiduciosi sul fatto che anche le altre simulazioni siano realistiche". E questo spinge Milanese a pensare in grande. Ad esempio, ad un altro attrezzo per bambini: una giostra. Se si montassero 200 aquiloni su un anello, che la forza del vento fa ruotare, questo movimento potrebbe generare energia con una potenza di 1.000 megawatt, quanto una media centrale nucleare. Occupando, sul terreno, non più di un cerchio del diametro di 1.500 metri. Al costo, calcola Milanese, di 5-600 milioni di euro, un sesto di quanto costi, oggi, una centrale atomica. L'energia prodotta dalla giostra KiteGen sarebbe, infatti, più intermittente di quella nucleare, ma anche assai meno cara. Se la scala fosse davvero di mille megawatt, un kilowattora, secondo i calcoli di Milanese, costerebbe solo un centesimo di euro, un terzo di quanto costa, oggi, l'energia più economica, il carbone. Tutto così semplice? Con le energie alternative, sognare sulla carta è facile. Il responso finale, poi, come direbbe il vecchio Dylan, "soffia nel vento".