Nel mondo ci sono più di 10.000 isole abitate da oltre 750 milioni di persone, e molte di esse con una media tra i 1.000 e i 10.000 abitanti (senza contare le aree isolate diverse da quelle insulari, come le zone montane e interne poco collegate alle principali vie di comunicazione e alle infrastrutture). Sostenendo una spesa consistente per l’importazione di combustibili fossili, questi territori si affidano ai gruppi elettrogeni diesel per garantire energia a case, scuole, istituzioni e imprese, contribuendo però pesantemente sull’impatto ambientale.
Per contrastare queste conseguenze è necessario definire un percorso di produzione energetica che riduca drasticamente l’impronta ambientale determinata dall’uso di combustibili fossili. Lo sfruttamento dell’energia rinnovabile disponibile, o RES (Renewable Energy Sources), è un fattore chiave di innovazione per quei territori che non dispongono del collegamento alla rete elettrica, soprattutto in chiave ambientale. Tuttavia, le RES presentano problemi di intermittenza che rendono difficile conciliare la domanda di energia con la continuità di servizio.

Questa criticità può però essere superata grazie allo sviluppo tecnologico di soluzioni di energy storage efficienti, ad alta densità energetica, economiche e affidabili poiché capaci di garantire la continuità del servizio. A tal fine è nato REMOTE (Remote area Energy supply with Multiple Options for integrated hydrogen-based TEchnologies), un progetto coordinato dal Politecnico di Torino in collaborazione con 10 partner europei.
REMOTE ha l’obiettivo di dimostrare la sostenibilità economica e tecnica di sistemi di energy storage, vere e proprie batterie ad accumulo, basate sulla tecnologia a idrogeno combinata con un elettrolizzatore che converte l’energia in eccesso prodotta da sistemi di energia rinnovabili (pale eoliche, pannelli fotovoltaici,…) in idrogeno. Il sistema di accumulo a idrogeno e celle a combustibile (fuel cell), poi, riconverte quando necessario l’idrogeno stesso in elettricità, superando così il problema dell’intermittenza, tipico delle fonti rinnovabili come quella eolica e solare.

Nell’ambito di REMOTE, sono in corso di allestimento 4 stazioni dimostrative (in Italia, Grecia e Norvegia) alimentate con elettricità generata da fonti rinnovabili, collocate in altrettante aree isolate, legate ad un approvvigionamento energetico sia da microreti (microgrids), sia totalmente staccate dalla rete elettrica.
Le località coinvolte sono: in Italia, Ambornetti alle pendici del Monviso e Ginostra sull’Isola di Stromboli; in Grecia, Agkistro nella regione di Serres; in Norvegia, l’isola di Froan nel Mar di Norvegia. Queste località, collocate in contesti ambientali e d’uso molto diversi, sono state individuate per il mix di energie rinnovabili utilizzabili nei test: si passa infatti dal caldo, soleggiato, ventoso Mediterraneo alla fredda e tempestosa Scandinavia, fino al particolare clima delle Alpi occidentali italiane.

Image credit: REMOTE project (premere sull’immagine per ingrandirla)

Fonti rinnovabili integrate con sistemi di accumulo power to power, basati sull’idrogeno, sono in grado di fornire un approvvigionamento di energia affidabile, costante, economica, e, soprattutto, ecologica poiché costituiscono una concreta alternativa all’uso dei gruppi elettrogeni diesel, un aspetto particolare importante nelle aree ad elevato valore ambientale, proprio come quelle del progetto.
Fornire energia pulita ed un servizio affidabile alle popolazioni che vivono in queste aree è una sfida tecnologica sotto il profilo sociale ed economico, poiché l’accesso a fonti di energia pulita a costi contenuti, è un elemento essenziale per lo sviluppo demografico, turistico ed imprenditoriale di questi territori. Quelli interessati da REMOTE vedranno una pressoché completa sostituzione dei combustibili fossili con energia rinnovabile, arrivando ad un’autonomia energetica che in alcuni casi raggiungerà il 100% del fabbisogno. L’esperienza acquisita con questo progetto in aree isolate e off-grid, aprirà la strada all’implementazione di soluzioni di energy storage basate sull’idrogeno per scale di produzione sempre maggiori.

Testo redatto su fonte Politecnico di Torino del 22 ottobre 2018
Per approfondimenti sul progetto REMOTE: www.remote-euproject.eu
Image credit: Argonne National Laboratory/U.S. Department of Energy

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I servizi di supercalcolo sono essenziali alla ricerca sulla fusione nucleare per arrivare alla produzione di energia elettrica da questa fonte entro la metà del secolo. Un ruolo cruciale in questo ambito è coperto dalla modellistica computazionale del plasma e dei materiali, come validazione dei risultati sperimentali prodotti dalla macchina ITER e come base per la progettazione della macchina di nuova generazione DEMO. I progressi compiuti in questo settore negli ultimi anni sono stati particolarmente rilevanti e hanno portato EUROfusion (il consorzio europeo per la ricerca sulla fusione nucleare) ad investire per il rinnovo delle infrastrutture di calcolo ed il finanziamento delle relative attività di supporto.

Image credit: Data Analysis & Visualization Group/Lawrence Berkeley National Laboratory

ENEA e CINECA hanno vinto una gara internazionale per realizzare in Italia un supercomputer di ultima generazione per la ricerca europea sulla fusione nucleare, in grado di eseguire 8 milioni di miliardi di operazioni al secondo (8 Pflops) e dotato di processori di ultima generazione. A partire dal 2019 e per cinque anni, i due enti italiani forniranno servizi di calcolo ad alte prestazioni o HPC (High Performance Computing) e storage di dati per EUROfusion, il consorzio europeo per lo sviluppo dell’energia da fusione e gestiranno il supercalcolatore installato presso il centro di calcolo del CINECA per la simulazione numerica della fisica dei plasmi termonucleari e l’analisi strutturale dei materiali avanzati per applicazioni energetiche.

Image credit: CINECA/Flickr

ENEA, referente del progetto e membro di EUROfusion, provvederà alla gestione dei servizi HPC e di supporto applicativo agli utenti del consorzio, mentre CINECA metterà a disposizione il supercalcolatore, una partizione del principale computer di ricerca italiano MARCONI, con una potenza di picco di 16 Pflops. Con una potenza di calcolo quasi raddoppiata rispetto alla precedente versione, il supercomputer offrirà servizi essenziali per la ricerca sulla fusione, oltre che per la modellistica computazionale del plasma e dei materiali, anche per la validazione dei risultati sperimentali di ITER, il grande progetto internazionale che dovrà dimostrare la fattibilità dello sfruttamento dell’energia da fusione, e come base per la progettazione di DEMO, il reattore che dopo il 2050 dovrà immettere energia elettrica da fusione in rete.

Il progetto, finanziato da EUROfusion, sarà di supporto anche a DTT (Divertor Tokamak Test), il polo di eccellenza internazionale per la ricerca sulla fusione nucleare che sorgerà all’interno del Centro ENEA di Frascati per fornire risposte scientifiche, tecniche e tecnologiche cruciali nel settore e ricadute di grande rilievo. Ideato dall’ENEA in collaborazione con Consorzio RFX, CNR, INFN, CREATE e molti tra i più prestigiosi atenei italiani, DTT vedrà coinvolte oltre 1.500 persone.

Testo redatto su fonte ENEA del 20 settembre 2018
Per approfondimenti su MARCONI: www.cineca.it/it/content/marconi
Image credit: U.S. Department of Energy

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L’ENAC (Ente Nazionale per l’Aviazione Civile) è finanziatore e coordinatore del progetto “Produzione di biofuel destinato all’aviazione civile tramite l’utilizzo di alghe microcellulari e messa in opera di un impianto dimostrativo”, il cui obiettivo è quello di contribuire in maniera proattiva a limitare le conseguenze derivanti dal trasporto aereo sull’ambiente, utilizzando carburanti alternativi rispetto a quelli ricavati da fonti non rinnovabili come il petrolio.
Il progetto mira ad assicurare, nel bilancio totale riguardante il ciclo di produzione e utilizzo finale, dei livelli di emissione di CO2 inferiori, rispondendo a criteri di sostenibilità stabiliti a livello internazionale.

Poiché l’ENAC può concedere contributi per l’attuazione di progetti di ricerca scientifica finalizzati a promuovere lo sviluppo dell’Aviazione Civile, nel 2017 l’Ente ha pubblicato un avviso di manifestazione di interesse rivolto alle Università e agli Enti di ricerca per individuare un progetto di ricerca, studio e sviluppo per la produzione e l’impiego di carburanti alternativi, derivanti dalla trasformazione di alghe microcellulari al fine di valutarne gli aspetti tecnici, la sostenibilità economica e i benefici conseguibili sul piano ambientale, per utilizzo al posto di un carburante di tipo fossile.

Il beneficiario del finanziamento ENAC è risultato il Dipartimento di Biologia e Biotecnologie “Charles Darwin” dell’Università La Sapienza di Roma. Partecipano al progetto anche il Dipartimento di Biotecnologie dell’Università degli Studi di Verona e il Centro Ricerca Energie Alternative e Rinnovabili dell’Università degli Studi di Firenze.
Il team coinvolto possiede competenze che coprono tutte le aree e le fasi di sviluppo del progetto, dall’individuazione del ceppo di alghe con miglior rendimento per la produzione di olio, alla possibile messa in opera di un impianto dimostrativo per la produzione di biofuel, tenendo ovviamente conto degli aspetti di certificazione e safety (impiego in condizioni di sicurezza) legati all’utilizzo del biocarburante in questione nelle operazioni degli aeromobili civili.

Il progetto è rivolto principalmente alla produzione di biocherosene che potrà essere utilizzato in aviazione civile dagli operatori aerei che impiegano aeromobili civili da trasporto equipaggiati con motore a turbina, ma non è escluso, in una successiva fase di sviluppo, che possa portare a un prodotto eventualmente utilizzabile anche per la produzione di biodiesel fruibile per altri tipi di trasporto.
Il progetto attualmente è in fase di sviluppo ed è suddiviso in due fasi:
– una prima fase (da concludersi entro il 2018) di identificazione di microrganismi ottimizzati per le diverse fasi del processo e la produzione di una piccola quantità di olio;
– una seconda fase (della durata di 3-4 anni) dedicata alla realizzazione di un impianto pilota.

Coniugare la ricerca e lo sviluppo di nuove tecnologie a favore della crescita del settore con l’impegno attivo per contribuire ad una mobilità sostenibile, è un tema che rappresenta oggi una delle sfide più significative che il settore del trasporto aereo deve affrontare e vincere per dare risposta alla crescente domanda che viene dai cittadini, dall’economia, dal turismo e, più in generale, da tutti i settori produttivi di beni e servizi.

Testo redatto su fonte ENAC del 23 maggio 2018
Image credit: Pascal MAILLOT/AIRLINERS.NET

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The ARC pilot plant conceptual design study has been extended beyond its initial scope [B. N. Sorbom et al., FED 100 (2015) 378] to explore options for managing ∼525 MW of fusion power generated in a compact, high field (B0 = 9.2 T) tokamak that is approximately the size of JET (R0 = 3.3 m). Taking advantage of ARC’s novel design – demountable high temperature superconductor toroidal field (TF) magnets, poloidal magnetic field coils located inside the TF, and vacuum vessel (VV) immersed in molten salt FLiBe blanket – this follow-on study has identified innovative and potentially robust power exhaust management solutions. The superconducting poloidal field coil set has been reconfigured to produce double-null plasma equilibria with a long-leg X-point target divertor geometry. This design choice is motivated by recent modeling which indicates that such configurations enhance power handling and may attain a passively-stable detachment front that stays in the divertor leg over a wide power exhaust window. A modified VV accommodates the divertor legs while retaining the original core plasma volume and TF magnet size. The molten salt FLiBe blanket adequately shields all superconductors, functions as an efficient tritium breeder, and, with augmented forced flow loops, serves as an effective single-phase, low-pressure coolant for the divertor, VV, and breeding blanket. Advanced neutron transport calculations (MCNP) indicate a tritium breeding ratio of ∼1.08. The neutron damage rate (DPA/year) of the remote divertor targets is ∼3–30 times lower than that of the first wall. The entire VV (including divertor and first wall) can tolerate high damage rates since the demountable TF magnets allow the VV to be replaced every 1–2 years as a single unit, employing a vertical maintenance scheme. A tungsten swirl tube FLiBe coolant channel design, similar in geometry to that used by ITER, is considered for the divertor heat removal and shown capable of exhausting divertor heat flux levels of up to 12 MW/m2. Several novel, neutron tolerant diagnostics are explored for sensing power exhaust and for providing feedback control of divertor conditions over long time scales. These include measurement of Cherenkov radiation emitted in FLiBe to infer DT fusion reaction rate, measurement of divertor detachment front locations in the divertor legs with microwave interferometry, and monitoring “hotspots” on the divertor chamber walls via IR imaging through the FLiBe blanket.

Challenges posed by the intermittency of solar energy source necessitate the integration of solar energy conversion with scalable energy storage systems. The monolithic integration of photoelectrochemical solar energy conversion and electrochemical energy storage offers an efficient and compact approach toward practical solar energy utilization. Here, we present the design principles for and the demonstration of a highly efficient integrated solar flow battery (SFB) device with a record solar-to-output electricity efficiency of 14.1%. Such SFB devices can be configured to perform all the requisite functions from solar energy harvest to electricity redelivery without external bias. Capitalizing on high-efficiency and high-photovoltage tandem III-V photoelectrodes that are properly matched with high-cell-voltage redox flow batteries and carefully designed flow field architecture, we reveal the general design principles for efficient SFBs. These results will enable a highly efficient approach for practical off-grid solar utilization and electrification.

Hybrid renewable energy systems have become a promising alternative for supplying power to remote locations because of the various negative environmental impacts caused by the conventional generating units. The reliability of power supply from such hybrid energy system is of prime concern owing to the stochastic power output from renewable energy sources. Unlike conventional generating units, the reliability aspects of a hybrid energy system are to be treated differently. System reliability depends on various factors such as the wind speed, solar radiation, load demand, wind turbine generator force outage rate (FOR) and hardware status of photovoltaic panels. In this context, a realistic simulation models for the reliability assessment of a remote hybrid energy system with battery storage is presented. The reliability analysis is conducted through Monte Carlo simulation to evaluate the loss of load expected (LOLE) reliability index. Finally, the proposed models are tested in a remote case study area.