Energy Innovation collabora con l’organizzazione no-profit indipendente Istituto per il cambiamento globale di Aspen (AGCI) per fornire aggiornamenti sulla ricerca sul clima e sull’energia. La sinossi della ricerca riportata di seguito proviene da Tanya Petach di AGCI. Un elenco completo degli aggiornamenti di AGCI è disponibile online.
Vista aerea di pannelli fotovoltaici galleggianti su un lago. Credito immagine: Solar AquaGrid
Nei bacini fluviali aridi di tutto il mondo, una sostanziale riserva d’acqua viene persa a causa dell’evaporazione. Una recente stima delle perdite per evaporazione dei serbatoi globali ha rilevato che la perdita annuale di volume d’acqua è stata equivalente al 70% di tutti i prelievi idrici municipali globali nel 2010. Quasi un terzo di tutte le perdite per evaporazione dei serbatoi nel mondo si verificano in Canada e negli Stati Uniti. I tassi di evaporazione negli Stati Uniti sono particolarmente elevati, in parte a causa del fatto che i due più grandi bacini idrici statunitensi (Lago Powell e Lago Mead) si trovano nei deserti caldi e secchi del sud-ovest. E l’evaporazione non ha solo un impatto sui bacini idrici, ma secca anche i canali di irrigazione, i fossati e gli stagni di contenimento.
Il lago Powell e il lago Mead, entrambi sul fiume Colorado, hanno sperimentato tendenze di prosciugamento a lungo termine dall’inizio del millennio. A causa di una combinazione di siccità prolungata, uso eccessivo dell’acqua e riscaldamento delle temperature, questi serbatoi hanno perso il 61% del loro volume totale di stoccaggio dal gennaio 2000 all’aprile 2023. Mentre l’imponente manto nevoso delle Montagne Rocciose di quest’anno ha contribuito ad alleviare gli impatti degli ultimi 23 anni di siccità. , un anno con buone nevicate non è sufficiente per salvare il fiume Colorado dalla siccità a lungo termine.
Elevazione dell’acqua del Lago Mead dal 1970 ad oggi. La linea rossa verticale rappresenta l’inizio della siccità del Millennio nel 2000. Il lago Mead ha raggiunto la capacità massima nel 1983; nell’agosto 2023, il lago Mead era pieno al 33% a 1.061 piedi. Fonte dei dati: Bureau of Reclamation.
Poiché la disponibilità di acqua diminuisce nel bacino del fiume Colorado, l’uso dell’acqua è sempre più attentamente controllato. Oltre agli utenti municipali, agricoli e industriali, l’evaporazione è un consumatore di acqua invisibile. La Southern Nevada Water Authority ha recentemente stimato che circa il 12% del flusso annuale totale del fiume Colorado viene perso a causa dell’evaporazione e di altri elementi del sistema (ad esempio, infiltrazione negli argini dei fossati). In un bacino sottoposto a stress idrico, dove il governo federale paga miliardi di dollari per un modesto risparmio idrico, una perdita del 12% equivale a una quantità enorme di acqua. Attualmente, queste perdite non sono ben contabilizzate nel fiume Colorado inferiore, ma alcuni esperti stanno esortando i politici a fare proprio questo.
Mentre l’evaporazione dei serbatoi contribuisce alla scarsità d’acqua nel fiume Colorado e in altri bacini fluviali aridi, i gestori delle risorse idriche stanno iniziando a concentrarsi sulla mitigazione delle perdite per evaporazione. Un approccio per attenuare questa perdita è quello di coprire i bacini idrici e i canali di irrigazione con materiali ombreggianti come le 96 milioni di “sfere ombreggianti” che sono state dispiegate nel 2015 per ombreggiare il bacino idrico di Los Angeles in California. Negli ultimi anni, l’attenzione si è spostata sull’ombreggiamento dei bacini idrici e delle infrastrutture di irrigazione in materiali a duplice scopo come il fotovoltaico o il fotovoltaico. L’abbinamento del fotovoltaico con le infrastrutture idriche si è incentrato su due tecniche: il fotovoltaico galleggiante e i canali di irrigazione coperti da fotovoltaico.
Il fotovoltaico galleggiante prevede l’installazione di pannelli solari sopra schiuma, boe e altre strutture che galleggiano sulla superficie di bacini idrici, laghi e stagni. Questi sistemi tendono a produrre energia in modo più efficiente rispetto al fotovoltaico terrestre, in gran parte a causa delle temperature più fresche del fotovoltaico sui corpi idrici rispetto alla terraferma. Di conseguenza, l’abbinamento del fotovoltaico con le infrastrutture idriche ha guadagnato slancio negli ultimi decenni come tecnica per ridurre l’evaporazione dei serbatoi e aumentare la produzione di energia rinnovabile.
Il fotovoltaico galleggiante sta prosperando in Asia, che ospita il 97% del fotovoltaico galleggiante installato a livello globale, principalmente in Cina, Giappone e Corea. Questa tecnologia vantaggiosa per tutti è allettante per gli operatori dei giacimenti, le società elettriche e i comuni. Le località del progetto includono Alicante, in Spagna, dove il 7% di un piccolo bacino idrico per l’irrigazione è stato coperto da fotovoltaico galleggiante per compensare il fabbisogno di energia agricola; il Regno Unito, dove il 6% del bacino idrico della Queen Elizabeth II era coperto da fotovoltaico galleggiante per la produzione di energia municipale; e il Colorado, dove la città di Walden sta utilizzando il fotovoltaico galleggiante per compensare il fabbisogno energetico per il trattamento delle acque.
Questi impianti sono relativamente nuovi, quindi la resa energetica e il risparmio idrico sono molto al di sotto del loro pieno potenziale globale. Teoricamente, secondo uno studio, coprire il 30% dei 100.000 bacini idrici di tutto il mondo con il fotovoltaico galleggiante ha il potenziale di produrre 9.434 terawattora all’anno. Sostenibilità della natura articolo di Yubin Jin e colleghi pubblicato all’inizio di quest’anno: l’equivalente di circa il 40% del consumo globale di elettricità nel 2021. Poiché i bacini idrici sono spesso situati vicino a comunità e aree metropolitane, il fotovoltaico galleggiante ha il potenziale per produrre grandi quantità di energia vicino ai consumatori di energia. . Questa strategia di co-ubicazione può ridurre le perdite di trasporto e di linea, aumentando l’efficienza complessiva del sistema. Jin e colleghi stimano che oltre 150 aree metropolitane potrebbero diventare autosufficienti con impianti fotovoltaici galleggianti locali. A livello globale, la produzione di energia con il fotovoltaico galleggiante su serbatoi potrebbe potenzialmente far risparmiare 106 chilometri cubi di acqua dalle perdite per evaporazione ogni anno, un volume equivalente a quasi il 25% del consumo idrico annuale delle famiglie negli Stati Uniti.
I due principali bacini idrici del fiume Colorado inferiore rimangono parte di questo rendimento futuro teorico. Né il lago Powell né il lago Mead hanno ancora sfruttato il fotovoltaico galleggiante per frenare l’evaporazione dei bacini, anche se gli studi suggeriscono che una copertura del 10% del lago Mead potrebbe garantire un risparmio idrico e una produzione di energia sufficienti per Las Vegas e Reno messe insieme.
Mentre il soleggiato sud-ovest è lento nell’adottare il fotovoltaico galleggiante sui bacini idrici, c’è un sano appetito per i canali di irrigazione coperti da fotovoltaico. Ispirato da uno studio dell’Università della California, Merced, condotto da Brandi McKuin e colleghi che ha evidenziato il potenziale risparmio idrico e la produzione di energia dai canali di irrigazione coperti da pannelli fotovoltaici nella regione, il distretto irriguo di Turlock nella Central Valley della California è pronto ad avviare un progetto di implementazione del fotovoltaico sui suoi canali di irrigazione questo autunno. Il progetto Turlock Irrigation è una partnership tra il distretto di irrigazione, una società solare privata (Solar AquaGrid), il Dipartimento delle risorse idriche della California e un gruppo di ricerca dell’Università della California, Merced. Allo stesso modo, la comunità indiana del fiume Gila nell’Arizona centrale ha ricevuto quest’anno finanziamenti dal Bureau of Reclamation per infrastrutture di conservazione dell’acqua, compresi fossati e canali coperti da pannelli fotovoltaici. E l’appetito per le infrastrutture di irrigazione coperte da pannelli fotovoltaici è tutt’altro che soddisfatto. Una lettera al Segretario degli Interni nel luglio 2023, da parte di una serie di organizzazioni di difesa, richiedeva un’azione urgente per implementare più fotovoltaico sui canali di irrigazione.
Rendering del futuro canale coperto da fotovoltaico nel Turlock Irrigation District, California. (Fonte immagine: Solar AquaGrid)
Sebbene il potenziale del fotovoltaico galleggiante su bacini artificiali e canali coperti da fotovoltaico sia enorme, la tecnologia rimane relativamente non dimostrata. Le preoccupazioni ambientali includono la lisciviazione dei metalli, il deterioramento dell’ecosistema e la diminuzione dell’intensità della luce negli ecosistemi acquatici sotto le installazioni. I risultati di uno studio pilota sul lago Oostvoornse nei Paesi Bassi mostrano che il fotovoltaico galleggiante riduce l’intensità della luce dal 70 al 100% sotto le installazioni, con potenziali impatti a cascata sugli ecosistemi lacustri. Tuttavia i ricercatori notano che anche gli impianti fotovoltaici tradizionali causano notevoli impatti ambientali e i confronti diretti sono complessi. Oltre ai rischi ambientali, il fotovoltaico galleggiante ha costi di installazione più elevati e solleva maggiori problemi di manutenzione rispetto al solare terrestre.
Nonostante queste sfide, l’abbinamento del fotovoltaico e delle infrastrutture idriche ha un enorme potenziale per aiutare a ristabilire le riserve idriche nel fiume Colorado e in altre regioni colpite dalla siccità in tutto il pianeta. Nell’arido sud-ovest, l’intensificazione del controllo sulle perdite per evaporazione, le richieste di un maggiore interesse federale per i sistemi fotovoltaici accoppiati infrastrutture idriche e progetti esemplari come i sistemi di canali coperti da fotovoltaico nel distretto di irrigazione di Turlock e nella comunità indiana del fiume Gila stanno inaugurando un nuovo approccio alla gestione dell’acqua, con un enorme potenziale di espansione. Poiché l’evaporazione dei serbatoi continua a sprecare grandi quantità di acqua nelle regioni aride di tutto il mondo, è tempo di mantenere lo slancio verso soluzioni sostenibili di prossima generazione nel nesso acqua-energia.