Energia rinnovabile

L’energia rinnovabile è l’energia che viene raccolta dalle risorse rinnovabili, che vengono naturalmente reintegrate in una scala temporale umana, come la luce solare, il vento, la pioggia, le maree, le onde e il calore geotermico. L’energia rinnovabile fornisce spesso energia in quattro aree importanti: produzione di energia elettrica, riscaldamento / raffreddamento ad aria e acqua, trasporti e servizi energetici rurali (fuori rete).

Le energie rinnovabili hanno contribuito per il 19,3% al consumo globale di energia degli esseri umani e per il 24,5% alla loro generazione di elettricità nel 2015 e 2016, rispettivamente. Questo consumo di energia è suddiviso come l’8,9% proveniente dalla biomassa tradizionale, il 4,2% come energia termica (moderna biomassa, geotermico e solare), il 3,9% da energia idroelettrica e il 2,2% l’elettricità da vento, solare, geotermico e biomassa. Gli investimenti mondiali nelle tecnologie rinnovabili ammontavano a oltre 286 miliardi di dollari nel 2015, con paesi come la Cina e gli Stati Uniti che investivano pesantemente in energia eolica, idrica, solare e biocarburanti. A livello globale, ci sono circa 7,7 milioni di posti di lavoro associati alle industrie delle energie rinnovabili, con il solare fotovoltaico come il più grande datore di lavoro rinnovabile. A partire dal 2015 in tutto il mondo, oltre la metà di tutta la nuova capacità installata è stata rinnovabile.

Mentre molti progetti di energia rinnovabile sono su larga scala, le tecnologie rinnovabili sono adatte anche alle aree rurali e remote e ai paesi in via di sviluppo, dove l’energia è spesso fondamentale per lo sviluppo umano. L’ex Segretario generale delle Nazioni Unite Ban Ki-moon ha affermato che l’energia rinnovabile ha la capacità di sollevare le nazioni più povere verso nuovi livelli di prosperità. Poiché la maggior parte delle fonti rinnovabili forniscono energia elettrica, l’impiego di energie rinnovabili viene spesso applicato in concomitanza con un’ulteriore elettrificazione, che presenta diversi vantaggi: l’elettricità può essere convertita in calore (dove necessario generando temperature più elevate rispetto ai combustibili fossili), può essere convertita in energia meccanica con alta efficienza ed è pulito al punto di consumo. Oltre a tale elettrificazione con energia rinnovabile è molto più efficiente e quindi porta ad una significativa riduzione del fabbisogno di energia primaria, perché la maggior parte delle rinnovabili non ha un ciclo del vapore con perdite elevate (le centrali elettriche hanno generalmente perdite del 40-65%) .
I sistemi di energia rinnovabile stanno diventando rapidamente più efficienti e più economici. La loro quota del consumo totale di energia è in aumento. La crescita del consumo di carbone e petrolio potrebbe concludersi entro il 2020 a causa dell’aumento dell’utilizzo delle energie rinnovabili e del gas naturale.

Produzione di energia
Entro il 2040, l’energia rinnovabile è destinata alla produzione di elettricità a carbone e gas naturale. Diverse giurisdizioni, tra cui la Danimarca, la Germania, lo stato del South Australia e alcuni stati degli Stati Uniti hanno raggiunto un’elevata integrazione di rinnovabili variabili. Ad esempio, nel 2015 l’energia eolica ha incontrato il 42% della domanda di elettricità in Danimarca, il 23,2% in Portogallo e il 15,5% in Uruguay. Gli interconnettori consentono ai paesi di bilanciare i sistemi elettrici consentendo l’importazione e l’esportazione di energia rinnovabile. Sono emersi sistemi ibridi innovativi tra paesi e regioni.

Riscaldamento
Il riscaldamento solare dell’acqua fornisce un contributo importante al calore rinnovabile in molti paesi, in particolare in Cina, che ora detiene il 70% del totale mondiale (180 GWth). Molti di questi sistemi sono installati su condomini plurifamiliari e soddisfano una parte del fabbisogno di acqua calda di circa 50-60 milioni di famiglie in Cina. In tutto il mondo, i sistemi di riscaldamento solare dell’acqua installati integrano una parte del fabbisogno di riscaldamento dell’acqua di oltre 70 milioni di famiglie. Anche l’uso della biomassa per il riscaldamento continua a crescere. In Svezia, l’uso nazionale di energia da biomassa ha superato quello del petrolio. Anche la geotermia diretta per il riscaldamento sta crescendo rapidamente. La più recente aggiunta al riscaldamento proviene dalle pompe di calore geotermiche che forniscono sia il riscaldamento che il raffreddamento, e inoltre appiattiscono la curva di domanda elettrica e sono quindi una priorità nazionale in aumento (vedi anche Energia termica rinnovabile).

Trasporti
Il bioetanolo è un alcol prodotto dalla fermentazione, principalmente da carboidrati prodotti nelle colture di zucchero o amido come mais, canna da zucchero o sorgo dolce. Anche la biomassa cellulosica, derivata da fonti non alimentari come alberi ed erbe, viene sviluppata come materia prima per la produzione di etanolo. L’etanolo può essere utilizzato come carburante per i veicoli nella sua forma pura, ma viene solitamente utilizzato come additivo per benzina per aumentare il numero di ottano e migliorare le emissioni dei veicoli. Il bioetanolo è ampiamente usato negli Stati Uniti e in Brasile. Il biodiesel può essere utilizzato come carburante per i veicoli nella sua forma pura, ma viene solitamente utilizzato come additivo per diesel per ridurre i livelli di particolato, monossido di carbonio e idrocarburi dai veicoli diesel. Il biodiesel è prodotto da oli o grassi mediante transesterificazione ed è il biocarburante più comune in Europa.

Un veicolo solare è un veicolo elettrico alimentato completamente o significativamente dall’energia solare diretta. Di solito, le celle fotovoltaiche (PV) contenute nei pannelli solari convertono l’energia solare direttamente in energia elettrica. Il termine “veicolo solare” di solito implica che l’energia solare viene utilizzata per alimentare tutto o parte della propulsione di un veicolo. L’energia solare può anche essere utilizzata per fornire energia per comunicazioni o controlli o altre funzioni ausiliarie. I veicoli solari non sono attualmente venduti come dispositivi di trasporto giornalieri, ma sono principalmente veicoli dimostrativi ed esercizi di ingegneria, spesso sponsorizzati da agenzie governative. Tuttavia, i veicoli a carica solare indirettamente sono diffusi e le barche solari sono disponibili commercialmente.

Tecnologie mainstream

Energia eolica
I flussi d’aria possono essere utilizzati per far funzionare le turbine eoliche. Le moderne turbine eoliche su scala industriale variano da circa 600 kW a 5 MW di potenza nominale, sebbene le turbine con potenza nominale di 1,5-3 MW siano diventate le più comuni per uso commerciale. La più grande capacità di generazione di un singolo generatore eolico installato ha raggiunto 7,5 MW nel 2015. La potenza disponibile dal vento è una funzione del cubo della velocità del vento, così come aumenta la velocità del vento, la potenza aumenta fino al massimo particolare turbina. Le aree in cui i venti sono più forti e più costanti, come i siti offshore e di alta quota, sono le posizioni preferite per i parchi eolici. Generalmente le ore di pieno carico delle turbine eoliche variano tra il 16 e il 57 percento all’anno, ma potrebbero essere più elevate nei siti offshore particolarmente favorevoli.

L’elettricità generata dal vento ha soddisfatto quasi il 4% della domanda globale di elettricità nel 2015, con circa 63 GW di nuova capacità eolica installata. L’energia eolica è stata la principale fonte di nuove capacità in Europa, Stati Uniti e Canada e la seconda in Cina. In Danimarca, l’energia eolica ha soddisfatto oltre il 40% della sua domanda di elettricità, mentre l’Irlanda, il Portogallo e la Spagna hanno soddisfatto ciascuno il 20% circa.

Globalmente, si ritiene che il potenziale tecnico a lungo termine dell’energia eolica sia cinque volte l’attuale produzione globale di energia, o 40 volte la domanda corrente di elettricità, supponendo che tutti gli ostacoli pratici necessari siano stati superati. Ciò richiederebbe l’installazione di turbine eoliche su vaste aree, in particolare nelle aree con maggiori risorse eoliche, come al largo. Poiché la velocità del vento in mare costa circa il 90% in più rispetto a quella del terreno, così le risorse offshore possono contribuire sostanzialmente più energia delle turbine a terra. Nel 2014 la produzione globale di energia eolica è stata di 706 terawattora o il 3% dell’elettricità totale del mondo.

L’energia idroelettrica
Nel 2015 l’energia idroelettrica ha generato il 16,6% dell’elettricità totale mondiale e il 70% di tutta l’elettricità rinnovabile. Poiché l’acqua è circa 800 volte più densa dell’aria, anche una corrente d’acqua a flusso lento o un moto ondoso moderato possono produrre notevoli quantità di energia. Esistono molte forme di energia idrica:

Storicamente l’energia idroelettrica proveniva dalla costruzione di grandi dighe idroelettriche e serbatoi, che sono ancora popolari nei paesi del terzo mondo. La più grande delle quali è la Three Gorges Dam (2003) in Cina e la diga di Itaipu (1984) costruita da Brasile e Paraguay.
I piccoli sistemi idroelettrici sono impianti idroelettrici che tipicamente producono fino a 50 MW di potenza. Sono spesso usati su piccoli fiumi o come uno sviluppo a basso impatto su fiumi più grandi. La Cina è il più grande produttore di energia idroelettrica nel mondo e ha più di 45.000 piccole installazioni idroelettriche.

Le centrali idroelettriche ad acqua fluente ricavano energia dai fiumi senza la creazione di un grande serbatoio. L’acqua viene in genere trasportata lungo il lato della valle del fiume (utilizzando canali, tubi e / o gallerie) fino a che non è alta sopra il fondovalle, dopo di che può essere lasciata cadere attraverso una condotta forzata per azionare una turbina. Questo stile di generazione può ancora produrre una grande quantità di elettricità, come il capo Joseph Dam sul fiume Columbia negli Stati Uniti.

L’energia idroelettrica è prodotta in 150 paesi, con la regione Asia-Pacifico che genera il 32% dell’energia idroelettrica mondiale nel 2010. Per i paesi che hanno la maggiore percentuale di energia elettrica da fonti rinnovabili, i primi 50 sono principalmente idroelettrici. La Cina è il più grande produttore di energia idroelettrica, con 721 terawattora di produzione nel 2010, che rappresentano circa il 17% dell’uso di elettricità domestica. Ora ci sono tre centrali idroelettriche più grandi di 10 GW: la diga delle Tre Gole in Cina, la diga di Itaipu attraverso il confine tra Brasile e Paraguay e la diga di Guri in Venezuela.

Il potere delle onde, che cattura l’energia delle onde superficiali dell’oceano e la potenza delle maree, convertendo l’energia delle maree, sono due forme di energia idroelettrica con potenziale futuro; tuttavia, non sono ancora ampiamente utilizzati commercialmente. Un progetto dimostrativo gestito dalla Ocean Renewable Power Company sulla costa del Maine, e collegato alla rete, sfrutta l’energia delle maree dalla baia di Fundy, dove si trova il flusso di marea più alto del mondo. La conversione dell’energia termica degli oceani, che utilizza la differenza di temperatura tra le acque superficiali più fredde e più calde, non ha attualmente alcuna fattibilità economica.

Energia solare
L’energia solare, la luce radiante e il calore del sole vengono sfruttati utilizzando una gamma di tecnologie in continua evoluzione come il riscaldamento solare, il fotovoltaico, l’energia solare concentrata (CSP), il concentratore fotovoltaico (CPV), l’architettura solare e la fotosintesi artificiale. Le tecnologie solari sono generalmente caratterizzate come solari passivi o solari attivi a seconda del modo in cui acquisiscono, convertono e distribuiscono l’energia solare. Le tecniche solari passive includono l’orientamento di un edificio al sole, la selezione di materiali con una massa termica favorevole o proprietà di dispersione della luce e la progettazione di spazi che fanno circolare naturalmente l’aria. Le tecnologie solari attive comprendono l’energia solare termica, utilizzando i collettori solari per il riscaldamento e l’energia solare, convertendo la luce solare in elettricità direttamente utilizzando il fotovoltaico (PV) o indirettamente utilizzando l’energia solare concentrata (CSP).

Un sistema fotovoltaico converte la luce in corrente continua elettrica (CC) sfruttando l’effetto fotoelettrico. Il fotovoltaico solare si è trasformato in un settore multimiliardario in rapida crescita, continua a migliorare la sua efficacia in termini di costi e ha il maggior potenziale di tecnologie rinnovabili insieme al CSP. I sistemi a energia solare concentrata (CSP) utilizzano lenti o specchi e sistemi di tracciamento per focalizzare una vasta area di luce solare in un piccolo raggio. Le centrali solari a concentrazione commerciale sono state sviluppate per la prima volta negli anni ’80. CSP-Stirling ha di gran lunga la massima efficienza tra tutte le tecnologie di energia solare.

Nel 2011, l’Agenzia internazionale per l’energia ha affermato che “lo sviluppo di tecnologie energetiche solari economiche, inesauribili e pulite avrà enormi benefici a lungo termine, aumenterà la sicurezza energetica dei paesi facendo affidamento su risorse indigene, inesauribili e per lo più indipendenti dalle importazioni, migliorare la sostenibilità, ridurre l’inquinamento, abbassare i costi di mitigazione dei cambiamenti climatici e mantenere i prezzi dei combustibili fossili inferiori a quelli altrimenti.Tali vantaggi sono globali, quindi i costi aggiuntivi degli incentivi per lo sviluppo precoce dovrebbero essere considerati investimenti di apprendimento, devono essere saggiamente spesi e devono essere ampiamente condivisi “. L’Italia ha la più grande percentuale di elettricità solare nel mondo, nel 2015 il solare ha fornito il 7,8% della domanda di elettricità in Italia. Nel 2016, dopo un altro anno di rapida crescita, il solare ha generato l’1,3% della potenza mondiale.

Energia geotermica
Alta temperatura L’energia geotermica proviene dall’energia termica generata e immagazzinata nella Terra. L’energia termica è l’energia che determina la temperatura della materia. L’energia geotermica della Terra ha origine dalla formazione originale del pianeta e dal decadimento radioattivo dei minerali (in proporzioni attualmente incerte ma probabilmente approssimativamente uguali). Il gradiente geotermico, che è la differenza di temperatura tra il nucleo del pianeta e la sua superficie, guida una conduzione continua di energia termica sotto forma di calore dal nucleo alla superficie. L’aggettivo geotermico deriva dalle radici greche geo, che significa terra, e thermos, che significa calore.

Il calore che viene utilizzato per l’energia geotermica può provenire dal profondo della Terra, fino al nucleo della Terra – 4.000 miglia (6.400 km) verso il basso. Al centro, le temperature possono superare i 5000 ° F (5.000 ° C). Il calore conduce dal nucleo alla roccia circostante. Temperatura e pressione estremamente elevate causano la fusione di alcune rocce, che è comunemente noto come magma. Il magma convince verso l’alto poiché è più leggero della roccia solida. Questo magma quindi riscalda roccia e acqua nella crosta, a volte fino a 700 ° F (371 ° C).

Dalle sorgenti termali, l’energia geotermica è stata utilizzata per la balneazione dal tempo del Paleolitico e per il riscaldamento degli ambienti sin dall’antichità romana, ma ora è meglio conosciuta per la produzione di elettricità.

Geotermia a bassa temperatura si riferisce all’uso della crosta terrestre esterna come batteria termica per facilitare l’energia termica rinnovabile per riscaldare e raffreddare edifici e altri usi industriali e di refrigerazione. In questa forma di geotermia, una pompa di calore geotermica e uno scambiatore di calore accoppiati a terra sono usati insieme per spostare l’energia termica nella terra (per il raffreddamento) e fuori dalla terra (per il riscaldamento) su una base stagionale variabile. La geotermia a bassa temperatura (generalmente denominata “GHP”) è una tecnologia rinnovabile sempre più importante perché riduce sia i carichi energetici annuali totali associati al riscaldamento e al raffreddamento, ma appiattisce anche la curva della domanda elettrica eliminando il picco estremo estivo e invernale . Pertanto, la geotermia / GHP a bassa temperatura sta diventando una priorità nazionale sempre più ampia con il supporto di molteplici crediti fiscali e focus come parte del movimento in corso verso Net Zero Energy. New York City ha persino appena approvato una legge per richiedere GHP in qualsiasi momento si dimostri che sia economico con un finanziamento di 20 anni compreso il costo socializzato del carbonio.

Bioenergia
La biomassa è materiale biologico derivato da organismi viventi o recentemente viventi. Si riferisce più spesso a piante o materiali derivati ​​da piante che sono specificamente chiamati biomassa lignocellulosica. Come fonte di energia, la biomassa può essere utilizzata direttamente tramite combustione per produrre calore o indirettamente dopo la sua conversione in varie forme di biocarburante. La conversione della biomassa in biocarburante può essere ottenuta con diversi metodi che sono generalmente classificati in: metodi termici, chimici e biochimici. Il legno rimane la più grande fonte di energia da biomassa oggi; esempi includono residui forestali – come alberi morti, rami e ceppi d’albero -, erba tagliata, trucioli di legno e persino rifiuti solidi urbani. Nel secondo senso, la biomassa include materia vegetale o animale che può essere convertita in fibre o altre sostanze chimiche industriali, inclusi i biocarburanti. La biomassa industriale può essere coltivata da numerosi tipi di piante, tra cui miscanto, panico vergine, canapa, mais, pioppo, salice, sorgo, canna da zucchero, bambù e una varietà di specie arboree, che vanno dall’eucalipto alla palma da olio (olio di palma).

L’energia delle piante è prodotta da colture specificamente coltivate per l’uso come combustibile che offre un’elevata produzione di biomassa per ettaro con una bassa energia in ingresso. Alcuni esempi di queste piante sono il grano, che produce in genere 7,5-8 tonnellate di grano per ettaro e la paglia, che tipicamente produce 3,5-5 tonnellate per ettaro nel Regno Unito. Il grano può essere utilizzato per combustibili liquidi per il trasporto, mentre la paglia può essere bruciata per produrre calore o elettricità. La biomassa vegetale può anche essere degradata dalla cellulosa al glucosio attraverso una serie di trattamenti chimici e lo zucchero risultante può quindi essere usato come biocarburante di prima generazione.

La biomassa può essere convertita in altre forme di energia utilizzabili come il gas metano oi carburanti per il trasporto come l’etanolo e il biodiesel. La spazzatura in decomposizione e i rifiuti agricoli e umani rilasciano gas metano, chiamato anche gas di discarica o biogas. Le colture, come mais e canna da zucchero, possono essere fatte fermentare per produrre il carburante per il trasporto, l’etanolo. Il biodiesel, un altro carburante per il trasporto, può essere prodotto da prodotti alimentari rimanenti come oli vegetali e grassi animali. Inoltre, la biomassa ai liquidi (BTL) e l’etanolo cellulosico sono ancora in fase di ricerca. Esiste una grande quantità di ricerche riguardanti il ​​combustibile algale o la biomassa derivata dalle alghe, poiché è una risorsa non alimentare e può essere prodotta a tassi da 5 a 10 volte superiori a quelli di altri tipi di agricoltura terrestre, come il mais e soia. Una volta raccolto, può essere fermentato per produrre biocarburanti come etanolo, butanolo e metano, oltre a biodiesel e idrogeno. La biomassa utilizzata per la produzione di energia elettrica varia in base alla regione. I sottoprodotti forestali, come i residui di legno, sono comuni negli Stati Uniti. I rifiuti agricoli sono comuni a Mauritius (residui di canna da zucchero) e nel sud-est asiatico (lolla di riso). Residui di zootecnia, come i rifiuti di pollame, sono comuni nel Regno Unito.

I biocarburanti comprendono un’ampia gamma di carburanti derivati ​​dalla biomassa. Il termine copre i combustibili solidi, liquidi e gassosi. I biocarburanti liquidi includono bioalcoli, come il bioetanolo e oli come il biodiesel. I biocarburanti gassosi includono biogas, gas di discarica e gas di sintesi. Il bioetanolo è un alcol prodotto dalla fermentazione delle componenti zuccherine dei materiali vegetali ed è prodotto principalmente da colture di zucchero e amido. Questi includono mais, canna da zucchero e, più recentemente, sorgo dolce. Quest’ultima coltura è particolarmente adatta per la coltivazione in condizioni aride, ed è oggetto di indagine da parte dell’Istituto internazionale di ricerca sulle colture per i semi-aridi tropicali per il suo potenziale di fornire combustibile, cibo e mangimi, in parti aride dell’Asia e dell’Africa.

Con la tecnologia avanzata in fase di sviluppo, la biomassa cellulosica, come alberi ed erba, viene anche utilizzata come materia prima per la produzione di etanolo. L’etanolo può essere utilizzato come carburante per i veicoli nella sua forma pura, ma viene solitamente utilizzato come additivo per benzina per aumentare il numero di ottano e migliorare le emissioni dei veicoli. Il bioetanolo è ampiamente usato negli Stati Uniti e in Brasile. I costi energetici per la produzione di bioetanolo sono quasi uguali a quelli del bio-etanolo. Tuttavia, secondo l’Agenzia europea dell’ambiente, i biocarburanti non affrontano i problemi di riscaldamento globale. Il biodiesel è costituito da oli vegetali, grassi animali o grassi riciclati. Può essere utilizzato come carburante per i veicoli nella sua forma pura, o più comunemente come additivo per diesel per ridurre i livelli di particolato, monossido di carbonio e idrocarburi dai veicoli diesel. Il biodiesel è prodotto da oli o grassi mediante transesterificazione ed è il biocarburante più comune in Europa. I biocarburanti hanno fornito il 2,7% del carburante mondiale per il trasporto nel 2010.

La biomassa, il biogas e i biocarburanti vengono bruciati per produrre calore / energia e così facendo danneggiano l’ambiente. Inquinanti come ossidi solforosi (SOx), ossidi nitrosi (NOx) e particolato (PM) sono prodotti dalla combustione della biomassa; l’Organizzazione Mondiale della Sanità stima che 7 milioni di morti premature siano causate ogni anno dall’inquinamento atmosferico. La combustione della biomassa è un importante contributo.

Stoccaggio di energia
L’accumulo di energia è una raccolta di metodi usati per immagazzinare energia elettrica su una rete elettrica o fuori da essa. L’energia elettrica viene immagazzinata nei periodi in cui la produzione (soprattutto da centrali elettriche intermittenti come fonti di energia rinnovabile come energia eolica, energia mareomotrice, energia solare) supera il consumo e ritorna in rete quando la produzione scende al di sotto dei consumi. L’idroelettricità con accumulo di pompaggio viene utilizzata per oltre il 90% di tutti gli accumuli di energia della rete. I costi delle batterie agli ioni di litio stanno diminuendo rapidamente e vengono sempre più utilizzati come fonti di energia di rete ad azione rapida (ad esempio, la riserva operativa) e per lo stoccaggio domestico.

Tecnologie emergenti
Altre tecnologie per le energie rinnovabili sono ancora in fase di sviluppo e comprendono l’etanolo cellulosico, l’energia geotermica hot-dry-rock e l’energia marina. Queste tecnologie non sono ancora ampiamente dimostrate o hanno limitato la commercializzazione. Molti sono all’orizzonte e potrebbero avere un potenziale paragonabile ad altre tecnologie di energia rinnovabile, ma dipendono ancora dall’attrarre sufficienti finanziamenti di ricerca, sviluppo e dimostrazione (RD & D).

Ci sono numerose organizzazioni nei settori accademico, federale e commerciale che conducono ricerche avanzate su larga scala nel campo delle energie rinnovabili. Questa ricerca copre diverse aree di interesse attraverso lo spettro delle energie rinnovabili. La maggior parte della ricerca è mirata a migliorare l’efficienza e aumentare i rendimenti energetici complessivi. Negli ultimi anni diverse organizzazioni di ricerca sostenute a livello federale si sono concentrate sulle energie rinnovabili. Due dei più importanti di questi laboratori sono Sandia National Laboratories e National Renewable Energy Laboratory (NREL), entrambi finanziati dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e supportati da vari partner aziendali. Sandia ha un budget totale di $ 2,4 miliardi mentre NREL ha un budget di $ 375 milioni.

Sistema geotermico migliorato
I sistemi geotermici avanzati (EGS) sono un nuovo tipo di tecnologie geotermiche che non richiedono risorse idrotermali naturali convettive. La stragrande maggioranza dell’energia geotermica all’interno della perforazione è in roccia secca e non porosa. Le tecnologie EGS “migliorano” e / o creano risorse geotermiche in questo “hot dry rock (HDR)” attraverso la stimolazione idraulica. Le tecnologie EGS e HDR, come la geotermia idrotermale, dovrebbero essere risorse baseload che producono energia 24 ore al giorno come una pianta fossile. Distinti da idrotermali, HDR e EGS possono essere fattibili in qualsiasi parte del mondo, a seconda dei limiti economici della profondità di foratura. Le buone posizioni sono sopra il granito profondo coperto da uno spesso strato (3-5 km) di sedimenti isolanti che rallentano la perdita di calore. Esistono attualmente sistemi HDR e EGS sviluppati e testati in Francia, Australia, Giappone, Germania, Stati Uniti e Svizzera. Il più grande progetto EGS al mondo è un impianto dimostrativo da 25 megawatt attualmente in fase di sviluppo nel bacino di Cooper, in Australia. Il Bacino Cooper ha il potenziale per generare 5.000-10.000 MW.

Etanolo cellulosico
Diverse raffinerie che possono trasformare la biomassa e trasformarla in etanolo sono costruite da aziende come Iogen, POET e Abengoa, mentre altre aziende come la Verenium Corporation, Novozymes e Dyadic International producono enzimi che potrebbero consentire la futura commercializzazione. Il passaggio dai mangimi delle colture alimentari ai residui di scarto e alle erbe autoctone offre opportunità significative per una vasta gamma di attori, dagli agricoltori alle imprese di biotecnologia e dagli sviluppatori di progetti agli investitori.

Energia marina
L’energia marina (anche a volte indicata come energia oceanica) si riferisce all’energia trasportata dalle onde oceaniche, dalle maree, dalla salinità e dalle differenze di temperatura dell’oceano. Il movimento dell’acqua negli oceani del mondo crea una vasta riserva di energia cinetica, o energia in movimento. Questa energia può essere sfruttata per generare elettricità per alimentare case, trasporti e industrie. Il termine energia marina comprende sia la potenza delle onde – la potenza delle onde di superficie e la potenza delle maree – ottenuta dall’energia cinetica di grandi corpi di acqua in movimento. L’elettrodialisi inversa (RED) è una tecnologia per generare elettricità miscelando acqua di fiume fresca e acqua salata di mare in grandi celle elettriche progettate per questo scopo; a partire dal 2016 è in fase di test su piccola scala (50 kW). L’energia eolica offshore non è una forma di energia marina, poiché l’energia eolica deriva dal vento, anche se le turbine eoliche sono posizionate sull’acqua. Gli oceani hanno un’enorme quantità di energia e sono vicini a molte popolazioni se non più concentrate. L’energia oceanica ha il potenziale di fornire una notevole quantità di nuove energie rinnovabili in tutto il mondo.

Energia solare sperimentale
I sistemi a fotovoltaico concentrato (CPV) impiegano la luce solare concentrata su superfici fotovoltaiche allo scopo di generare elettricità. I dispositivi termoelettrici o “termici” convertono una differenza di temperatura tra materiali dissimili in corrente elettrica.

Pannelli solari galleggianti
I pannelli solari galleggianti sono sistemi fotovoltaici che galleggiano sulla superficie di serbatoi di acqua potabile, laghi di cava, canali di irrigazione o bacini di bonifica e di sciatura. Un piccolo numero di tali sistemi esiste in Francia, India, Giappone, Corea del Sud, Regno Unito, Singapore e Stati Uniti. Si dice che i sistemi abbiano vantaggi sul fotovoltaico a terra. Il costo del terreno è più costoso e ci sono meno regole e regolamenti per le strutture costruite su corpi idrici non utilizzati per la ricreazione. A differenza della maggior parte delle centrali solari terrestri, gli array galleggianti possono essere discreti perché nascosti alla vista pubblica. Raggiungono una maggiore efficienza rispetto ai pannelli fotovoltaici a terra, perché l’acqua raffredda i pannelli. I pannelli hanno uno speciale rivestimento per prevenire ruggine o corrosione. Nel maggio 2008, la Far Niente Winery di Oakville, in California, ha aperto la strada al primo impianto fotovoltaico al mondo installando 994 moduli fotovoltaici con una capacità totale di 477 kW su 130 pontoni e facendoli galleggiare nello stagno di irrigazione della cantina. Le fattorie fotovoltaiche fluttuanti su scala utility stanno iniziando a essere costruite. Kyocera svilupperà la più grande azienda al mondo, una fattoria da 13,4 MW sul serbatoio sopra la diga Yamakura nella prefettura di Chiba, utilizzando 50.000 pannelli solari. Anche le fattorie galleggianti resistenti all’acqua salata vengono costruite per l’uso sull’oceano. Il più grande progetto floatovolta annunciato finora è una centrale elettrica da 350 MW nella regione amazzonica del Brasile.

Pompa di calore ad energia solare
Una pompa di calore è un dispositivo che fornisce energia termica da una fonte di calore a una destinazione chiamata “dissipatore di calore”. Le pompe di calore sono progettate per spostare l’energia termica opposta alla direzione del flusso di calore spontaneo assorbendo il calore da uno spazio freddo e rilasciandolo a uno più caldo. Una pompa di calore ad energia solare rappresenta l’integrazione di una pompa di calore e pannelli solari termici in un unico sistema integrato. In genere queste due tecnologie vengono utilizzate separatamente (o solo posizionandole in parallelo) per produrre acqua calda. In questo sistema il pannello solare termico svolge la funzione della fonte di calore a bassa temperatura e il calore prodotto viene utilizzato per alimentare l’evaporatore della pompa di calore. L’obiettivo di questo sistema è ottenere un COP elevato e quindi produrre energia in modo più efficiente e meno costoso.

In combinazione con la pompa di calore è possibile utilizzare qualsiasi tipo di pannello solare termico (lamiere e tubi, rotolo-legame, heat pipe, piastre termiche) o ibrido (mono / policristallino, film sottile). L’uso di un pannello ibrido è preferibile perché consente di coprire una parte del fabbisogno di energia elettrica della pompa di calore e ridurre il consumo di energia e di conseguenza i costi variabili del sistema.

Fotosintesi artificiale
La fotosintesi artificiale utilizza tecniche che includono la nanotecnologia per immagazzinare energia elettromagnetica solare in legami chimici, suddividendo l’acqua per produrre idrogeno e quindi usando biossido di carbonio per produrre metanolo. I ricercatori in questo campo si stanno impegnando a progettare i mimici molecolari della fotosintesi che utilizzano una regione più ampia dello spettro solare, impiegano sistemi catalitici fatti da materiali abbondanti e poco costosi che sono robusti, facilmente riparabili, non tossici, stabili in una varietà di condizioni ambientali e eseguire in modo più efficiente consentendo che una maggiore percentuale di energia fotonica finisca nei composti di stoccaggio, cioè i carboidrati (anziché costruire e sostenere le cellule viventi). Tuttavia, una ricerca di spicco affronta ostacoli, Sun Catalytix, uno spin-off del MIT, ha smesso di scalare il prototipo di cella a combustibile nel 2012, perché offre pochi risparmi rispetto ad altri modi per produrre idrogeno dalla luce solare.

Combustibili di alghe
La produzione di combustibili liquidi da varietà di alghe ricche di olio è un tema di ricerca in corso. Vengono testate varie microalghe cresciute in sistemi aperti o chiusi, incluso un sistema che può essere installato nelle aree dismesse e deserte.

Aereo solare
Un aereo elettrico è un aereo che funziona con motori elettrici piuttosto che con motori a combustione interna, con elettricità proveniente da celle a combustibile, celle solari, ultracondensatori, irradiamento di energia o batterie.

Attualmente, gli aerei elettrici con equipaggio volante sono per lo più dimostratori sperimentali, sebbene molti piccoli veicoli aerei senza equipaggio siano alimentati da batterie. Gli aeromodelli ad alimentazione elettrica sono stati trasportati a partire dagli anni ’70, con un rapporto nel 1957. I primi voli a trazione elettrica realizzati dall’uomo furono realizzati nel 1973. Tra il 2015 e il 2016, un aereo a propulsione solare, Solar Impulse 2, completò una circumnavigazione della Terra.

Torre solare ascendente
La torre Solar updraft è una centrale elettrica a energia rinnovabile per la produzione di energia elettrica da calore solare a bassa temperatura. La luce del sole riscalda l’aria sotto una struttura di collettori coperti da una serra molto ampia che circonda la base centrale di una torre molto alta. La convezione risultante provoca un surriscaldamento dell’aria calda nella torre dall’effetto camino. Questo flusso d’aria aziona le turbine eoliche poste nell’aggiornamento del camino o attorno alla base del camino per produrre elettricità. I piani per le versioni potenziate dei modelli dimostrativi consentiranno una significativa produzione di energia e potrebbero consentire lo sviluppo di altre applicazioni, come l’estrazione o la distillazione dell’acqua e l’agricoltura o l’orticoltura. Una versione più avanzata di una tecnologia a tema simile è il motore Vortex che mira a sostituire grandi camini fisici con un vortice d’aria creato da una struttura più corta e meno costosa.

Energia solare spaziale
Per entrambi i sistemi fotovoltaici o termici, un’opzione è quella di loft nello spazio, in particolare l’orbita geosincrona. Per essere competitivi con i sistemi di energia solare basati sulla Terra, la massa specifica (kg / kW) moltiplicata per il costo della massa loft più il costo delle parti deve essere di $ 2400 o meno. Ad esempio, per un costo delle parti più rectenna di $ 1100 / kW, il prodotto di $ / kg e kg / kW deve essere $ 1300 / kW o inferiore. Quindi per 6,5 kg / kW, il costo del trasporto non può superare i $ 200 / kg. Anche se ciò richiederà una riduzione da 100 a 1, SpaceX ha come target una riduzione da dieci a uno, i motori di reazione potrebbero rendere possibile una riduzione da 100 a 1.

Impatto ambientale
La capacità della biomassa e dei biocarburanti di contribuire alla riduzione delle emissioni di CO2 è limitata poiché sia ​​la biomassa che i biocombustibili emettono grandi quantità di inquinamento atmosferico quando vengono bruciati e in alcuni casi competono con l’approvvigionamento di cibo. Inoltre, la biomassa e i biocarburanti consumano grandi quantità di acqua. Altre fonti rinnovabili come l’energia eolica, il fotovoltaico e l’energia idroelettrica hanno il vantaggio di poter conservare l’acqua, ridurre l’inquinamento e ridurre le emissioni di CO2.