Negli Stati Uniti un nuovo sviluppo tecnologico potrebbe cambiare il futuro dell’energia idroelettrica. Un gruppo di ricercatori ha messo a punto un sistema di turbine stampate in 3D capace di rendere più economici e accessibili gli impianti di piccola taglia, aprendo la strada allo sfruttamento di una quota finora inutilizzata del potenziale idroelettrico nazionale. Il progetto, nato dalla collaborazione tra la startup Cadens e l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL), punta a rendere più semplice l’installazione di impianti su dighe e corsi d’acqua già esistenti, riducendo costi e tempi di realizzazione.
Nuove turbine stampate in 3D per l’idroelettrico
Il cuore dell’innovazione è lo sviluppo di turbine idroelettriche realizzate con stampa 3D di grandi dimensioni, progettate per adattarsi a infrastrutture differenti. Gli ingegneri hanno utilizzato tecniche di produzione additiva per creare componenti personalizzati in grado di funzionare anche in condizioni ambientali difficili e per lunghi periodi.
Per i sistemi di micro-idroelettrico a bassa caduta, il team ha impiegato anche tubi in PVC di grandi dimensioni come canale principale dell’acqua, integrandoli con componenti stampati su misura. Tra gli elementi chiave figura il draft tube, realizzato in due metà con materiale ABS rinforzato con fibra di carbonio al 20%, poi sigillato in un’unica struttura da circa 688 libbre. Anche l’alloggiamento della girante è stato ottenuto tramite stampi stampati in 3D e successivamente rifinito in fibra di vetro.
Vantaggi della produzione additiva per le turbine
L’utilizzo della stampa 3D permette di superare diversi limiti della produzione tradizionale. Secondo i ricercatori, la produzione additiva consente di ridurre drasticamente tempi e costi, eliminando molte lavorazioni complesse e su misura.
La tecnologia Big-Area Additive Manufacturing (BAAM) è stata utilizzata per realizzare componenti strutturali di grandi dimensioni come supporti, raccordi e parti del sistema della turbina Fixed-Kaplan S. Questo approccio consente una maggiore libertà progettuale, migliorando l’efficienza dei flussi d’acqua e aumentando la resa energetica complessiva. Inoltre, l’assemblaggio risulta più rapido e adattabile a siti diversi, un elemento chiave per la diffusione su larga scala.
Il potenziale energetico stimato a 29 GW
Uno degli aspetti più rilevanti riguarda il potenziale energetico inutilizzato negli Stati Uniti. Su circa 90.000 dighe presenti nel Paese, meno del 3% produce elettricità. Eppure, secondo le stime, esistono circa 51.000 siti adatti alla micro-idroelettrica, con una capacità complessiva che potrebbe raggiungere i 29 gigawatt.
Questa quantità di energia sarebbe sufficiente a coprire il fabbisogno di milioni di abitazioni. Le turbine stampate in 3D, progettate per impianti fino a 100 kilowatt, potrebbero quindi trasformare infrastrutture già esistenti in fonti energetiche attive, senza la necessità di costruire grandi dighe o nuovi sistemi invasivi.
Sostenibilità e impatto ambientale della stampa 3D
Oltre all’efficienza economica, il progetto punta anche alla sostenibilità. La stampa 3D consente di ridurre gli sprechi di materiale e di ottimizzare la produzione industriale. Le componenti risultano più leggere ma allo stesso tempo resistenti, migliorando la durata degli impianti.
Un ulteriore vantaggio è la possibilità di produrre parti direttamente vicino ai siti di installazione, riducendo così le emissioni legate al trasporto. L’obiettivo è rendere la produzione energetica più responsabile e meno impattante sull’ambiente, in linea con gli obiettivi di transizione energetica.
Nuove opportunità per il settore idroelettrico
La sperimentazione condotta da Cadens insieme all’ORNL rappresenta un passo importante per il rilancio del settore idroelettrico. Il sistema di prova, operativo da oltre sei anni, ha dimostrato la stabilità delle turbine e la loro resistenza in condizioni reali.
Il prototipo è oggi utilizzato anche per test sui materiali, simulazioni e studi sull’accumulo energetico. Il progetto, sostenuto dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) attraverso l’ufficio AMMTO, mira a migliorare competitività ed efficienza del comparto manifatturiero, aprendo la strada a un’idroelettrico più flessibile, diffuso e facilmente replicabile.
Fonte: Interesting Engineering
