Mirko Musa ha trascorso la sua infanzia zigzagando in bicicletta lungo il fiume Po. Il Po, il fiume più lungo d’Italia, solca una lussureggiante vallata di campi di cereali e ortaggi, che sembrano un oceano verde e oro che si distende dalle sponde del fiume.
Ma, crescendo, Musa ha notato qualcosa di snervante in questa valle idilliaca.
“Ricordo di essere rimasto scioccato”, ha detto Musa, ricordando il giorno in cui si è fermato davanti a uno stand allestito da attivisti ambientali e ha visto foto satellitari ingrandite del nord Italia. “Si vedeva chiaramente la nuvola di smog grigio intrappolata nella Pianura Padana dove vivevo”.
Oggi, la vita di Musa ruota ancora attorno all’acqua e all’inquinamento – solo che ora non sta solo osservando da bordo campo – o dalle coste. In qualità di membro dello staff associato di ricerca e sviluppo nel gruppo di scienza e ingegneria delle risorse idriche presso l’Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell’Energia, combina il suo fascino infantile per l’acqua con il suo desiderio di far sparire quella nuvola di smog.
Mirko Musa studia come le turbine idrocinetiche, simili alle turbine eoliche sottomarine, potrebbero avere un impatto sulla vegetazione del letto del fiume o sul modo in cui i sedimenti scorrono a valle. Qui è seduto all’interno di un finto canale fluviale sabbioso. Credito: Mirko Musa/ORNL, Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti
“L’energia idrica è una forma di energia rinnovabile che è onnipresente; è ovunque e non si ferma mai”, ha detto Musa. “L’acqua scorre costantemente, i fiumi continuano a scorrere e le maree continuano a cambiare”.
L’energia idrica, che comprende sia l’energia idroelettrica che quella marina, è affidabile e prevedibile. Musa sta lavorando per rendere queste tecnologie più versatili, convenienti e durevoli, in modo che possano essere onnipresenti come l’acqua stessa.
Ad esempio, Musa sta studiando come le correnti fluviali potrebbero alimentare il ripristino del fiume, come l’energia oceanica potrebbe generare idrogeno pulito e se la produzione avanzata – produzione che si basa su tecnologie intelligenti, processi più veloci e più sostenibili e automazione – potrebbe aiutare a mantenere e modernizzare la flotta idroelettrica . Recentemente ha pubblicato un rapporto sulla produzione avanzata per l’energia idroelettrica, con il supporto dell’ufficio per le tecnologie dell’energia idrica del DOE.
Musa ha spiegato perché preferisce lavorare sia nell’energia idroelettrica che marina, in che modo la produzione avanzata potrebbe avvantaggiare l’industria idroelettrica e perché il suo sogno più grande è quello di catturare energia dal possente fiume Mississippi.
In che modo vedere l’inquinamento che aleggiava sulla Pianura Padana in Italia ha influenzato il tuo percorso professionale?
Quando ho scoperto quanto fosse inquinato il nord Italia, ho voluto studiarlo. Quindi, mi sono iscritto a ingegneria ambientale presso l’Università di Trento nelle Alpi italiane, specializzata in ingegneria delle risorse idriche e idraulica fluviale – in pratica, la scienza di come l’acqua si comporta e si muove attraverso l’ambiente e come possiamo gestirla in modo sostenibile.
Mi sono presto reso conto che l’energia rinnovabile era una delle risposte – forse la risposta – per risolvere i problemi ambientali e, più in generale, il cambiamento climatico, che è una delle maggiori sfide per l’umanità in questo momento, secondo me. E se combini l’idraulica con l’energia rinnovabile, ottieni tecnologie per l’energia idrica.
E questo ti ha portato a conseguire un dottorato all’Università del Minnesota, giusto?
SÌ. Durante il mio master in Italia, volevo fare un’esperienza all’estero. C’è stata l’opportunità di lavorare in Minnesota con un professore che stava avviando un progetto sulle turbine idrocinetiche, fondamentalmente turbine eoliche ma in acqua. Stavo esaminando in particolare l’effetto di quelle macchine sulla morfologia del fiume – la parte scientifica della Terra e come possono avere un impatto sulla vegetazione del letto del fiume o sul modo in cui i sedimenti scorrono a valle. Era una combinazione perfetta.
Prima di entrare nel tuo lavoro attuale, cosa c’è di così bello nell’energia idrica? Perché le persone dovrebbero preoccuparsi di questa risorsa di energia rinnovabile?
Se progettiamo tecnologie sostenibili e rispettose dell’ambiente, l’energia idrica giocherà sempre un ruolo cruciale nella transizione complessiva verso le energie rinnovabili. Non solo può integrarsi con le risorse più variabili come l’eolico e il solare, ma l’energia idroelettrica in particolare è molto flessibile e, in questo momento, è anche il modo migliore per immagazzinare energia. Quindi, l’energia idrica sarà una componente chiave nel nostro futuro energetico. E per me l’acqua è l’elemento più cool.
Parlaci della tua ricerca attuale. Stai ancora studiando come le turbine idrocinetiche interagiscono con gli ambienti fluviali?
All’ORNL, a cui sono entrato come borsista post-dottorato, ho dovuto cambiare marcia un po’. Storicamente, il mio gruppo, il Water Resources Science and Engineering Group, ha lavorato maggiormente sul lato convenzionale dell’energia idrica, quindi sull’energia idroelettrica. Ma ho sviluppato una buona comprensione dell’energia idrocinetica durante la scuola di specializzazione e volevo ampliarla. Mi piace il fatto che ora posso essere in entrambi i mondi, abbracciando i programmi di energia idroelettrica e marina del WPTO.
Ora, anche tu sei entrato nel mondo della produzione e dei materiali avanzati, giusto? Come si inserisce nell’energia idrica?
Sono diventato il capofila di questo progetto quando uno dei miei consulenti se n’è andato, il che mi ha dato una grande opportunità di collaborare con una grande divisione di ORNL che promuove modi efficienti dal punto di vista energetico ed economici per realizzare una produzione sostenibile e avanzata. La produzione avanzata è stata una rivoluzione, aiutando il settore energetico per decenni e riportando la produzione negli Stati Uniti. Questo progetto è una grande opportunità per esplorare, per la prima volta, la produzione sostenibile per l’energia idroelettrica.
Questa è davvero la prima volta che questo è stato esplorato? Anche se l’energia idroelettrica ha più di un secolo?
Esattamente. C’era una disconnessione tra queste due grandi realtà e ho avuto l’opportunità di colmare quel divario. Lo scorso agosto abbiamo organizzato un seminario dal vivo e abbiamo coinvolto persone del settore idroelettrico, produttori, proprietari e operatori ed esperti di produzione avanzata. Ci siamo seduti e abbiamo parlato delle attuali sfide di produzione nel settore dell’energia idroelettrica e di come la produzione avanzata potrebbe offrire soluzioni.
Che aspetto hanno queste soluzioni?
L’età media delle centrali idroelettriche statunitensi è di 64 anni, quindi le riparazioni e la manutenzione stanno iniziando ad aumentare. Allo stesso tempo, negli Stati Uniti abbiamo problemi con la catena di approvvigionamento e la mancanza di grandi capacità di fusione e forgiatura di metalli. Ma la produzione ibrida in metallo su larga scala, che combina la stampa 3D e i processi di lavorazione, potrebbe contribuire a ridurre i tempi e i costi per la produzione di componenti essenziali, come le guide delle turbine, e alleviare la nostra dipendenza dai fornitori stranieri.
E la robotica e le tecniche di saldatura avanzate potrebbero consentire la manutenzione in loco, eliminando la necessità di smontare e spedire componenti critici a officine di riparazione esterne, riducendo così al minimo i tempi di inattività di una centrale idroelettrica e le perdite di fatturato.
È enorme. Qualche altro esempio?
Il nuovo idroelettrico sarà piccolo idroelettrico, quindi dighe alte meno di 10 metri. E sappiamo che i piccoli progetti costano di più per kilowatt. Ma questo è il futuro di cui abbiamo bisogno: alimentare piccoli progetti e adeguare dighe non alimentate, o dighe che attualmente non hanno l’infrastruttura per generare energia. E anche in questo caso, la produzione 3D e ibrida potrebbe ridurre i tempi di produzione e i costi di capitale, consentendo l’adozione di design e forme non convenzionali che potrebbero essere stati preclusi finora dai processi di produzione tradizionali. Si spera che questo apra anche la porta a migliori mitigazioni ambientali, come turbine e passaggi per i pesci efficienti e rispettosi dei pesci e operazioni più flessibili.
Cosa ti entusiasma di più del futuro dell’energia idrica?
Sono entusiasta dei potenziali benefici della produzione di energia nell’oceano, come alimentare la produzione di idrogeno utilizzando l’energia marina o, nei fiumi, utilizzando turbine idrocinetiche per progetti di ripristino fluviale, proteggendo la riva di un fiume dall’erosione. Le turbine estraggono energia dal flusso, il che riduce la quantità di forza che il fiume esercita sulle sue sponde e rallenta la velocità con cui le sponde si consumano. Allo stesso tempo, le turbine possono produrre un po’ di energia che può essere utilizzata per la produzione locale di energia. È molto di nicchia, ma è la mia cosa.
In un mondo ideale, cosa spereresti di ottenere?
Il sogno che ho avuto dai tempi della scuola di specializzazione è installare l’energia idrocinetica nel fiume Mississippi. Il laboratorio in cui ho lavorato alla scuola di specializzazione devia letteralmente parte del fiume per scorrere attraverso l’edificio, quindi ho sempre avuto un forte legame con esso. E il basso Mississippi, vicino a New Orleans, per esempio, è un luogo perfetto per l’energia idrocinetica. È profondo e largo con forti correnti.
Che consiglio daresti alle persone che potrebbero voler intraprendere una carriera nell’energia idrica?
Se sei interessato alle energie rinnovabili, unisciti a noi. L’energia idrica e l’energia rinnovabile in generale hanno un disperato bisogno di scienziati e ingegneri di talento. Quindi, se questo è il campo che ti piace, fallo.
UT-Battelle gestisce ORNL per l’Office of Science del DOE, il singolo più grande sostenitore della ricerca di base nelle scienze fisiche negli Stati Uniti. L’Office of Science sta lavorando per affrontare alcune delle sfide più urgenti del nostro tempo. Per ulteriori informazioni, visitare energy.gov/science.
Per gentile concessione di Laboratorio nazionale di Oak Ridge
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