Biomimetica: i nuovi impianti a concentrazione che si ispirano ai girasoli
Oltre a essere la terra del flamenco e di una rinomata tradizione culinaria, l’Andalusia è da sempre un territorio all’avanguardia nelle sperimentazioni con le energie rinnovabili. Dopo i grandi investimenti nei Parques Eólicos nella zona di Cadice, questa regione del sud della Spagna – con le sue oltre 3.000 ore di sole all’anno – non ha fatto altro che seguire la sua vocazione naturale di località particolarmente promettente nel campo della ricerca sull’energia fotovoltaica.
Ubicata in prossimità di Siviglia, la Planta Solar 10 fa parte della generazione di quegli impianti termo-solari concentrati – Concentrated Solar Power (CSP) plants – da qualche anno nella rosa dei possibili candidati per l’approvigionamento della popolazione di energia pulita.
La PS10 – come è chiamata più famigliarmente – ha però un impatto ambientale notevole: formata da una torre alta oltre un centinaio di metri situata al centro di una pianura coperta da 624 eliostati (specchi) con una superficie di ben 120 metri quadri, ricorda un idolo totemico attorno al quale si sono raccolti i fedeli in adorazione. Dal punto di vista tecnico-scientifico, le centrali termo-solari a concentrazione producono elettricità convertendo l’energia del sole in calore tramite un gran numero di eliostati, che inseguono la luce solare nell’arco della giornata e la riflettono verso un punto di fuoco posto sulla sommità della torre. Il calore ad alta temperatura prodotto dalla concentrazione dei raggi solari riscalda le tubature presenti nella torre trasformando l’acqua in vapore, il quale viene poi trattato come in un normale generatore; l’elettricità generata è sufficiente per approvvigionare oltre 6.000 nuclei abitativi.
Come in tutti gli altri casi di centrale CSP, gli specchi sono disposti lungo cerchi concentrici, un po’ come i sedili di un anfiteatro a pianta circolare. Questo schema, tuttavia, non è perfettamente efficiente, dal momento che nel corso della giornata gli eliostati si schermano tra loro e provocano ombre che riducono la quantità di luce riflessa in direzione della torre.
E chissà se è proprio riflettendo sulla danza che gli specchi compiono durante le ore di luce che al gruppo di ricerca del Massachussetts Institute of Technology guidato da Alexander Mitsos è venuto in mente il girasole. L’Heliantus annuus, infatti, oltre a essere noto per il fenomeno dell’eliotropismo (il fatto di rivolgersi sempre verso il sole, che già ha ispirato gli impianti “a inseguimento”), è da sempre oggetto della fascinazione di matematici e appassionati per il suo legame con i numeri di Fibonacci e con la sezione aurea.
Nel girasole, infatti, quello che è solitamente indicato come fiore è in realtà un’infiorescenza: i fiori del girasole sono di due tipi, quelli esterni (i fiori dei petali, di colore giallo intenso) e quelli interni (i fiori del disco, di colore giallo scuro). Questi ultimi sono disposti lungo spirali, in cui il numero di quelle orarie e antiorarie sono successivi numeri della “serie di Fibonacci” (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 e così via, dove ogni numero è dato dalla somma dei due numeri che lo precedono); di solito ci sono 34 spirali in un senso e 55 nell’altro, ma in girasoli molto grandi i numeri crescono a 89 e 144, rispettivamente. Questa disposizione, che è la più efficiente possibile per massimizzare il numero di fiori interni nella superficie data, fa sì che ogni fiore sia disposto a un angolo di circa 137° rispetto a quello adiacente: il cosiddetto angolo aureo (quanti fossero interessati ad approfondire il tema possono trovare un ottimo punto di partenza nel volume La sezione aurea di Mario Livio, edito da Rizzoli).
Il Dr. Mitsos e il suo gruppo di lavoro, in collaborazione con RWTH dell’Università di Aquisgrana, in Germania, sono partiti dall’attuale disposizione degli specchi nella centrale PS10 e, applicando il modello che il girasole ha messo alla prova nel corso di centinaia di migliaia di anni di evoluzione, hanno scoperto di poter ridurre l’impronta ambientale della centrale del 20% aumentandone, al contempo, la produttività energetica semplicemente cambiando la disposizione degli eliostati.
I ricercatori hanno pubblicato i risultati della loro ricerca sul nuovo numero della rivista specializzata Solar Energy e hanno attivato una richiesta di brevetto; dopo il velcro, inventato grazie alla suggestione delle foglie di bardana, e le superfici autopulenti, sviluppate seguendo l’esempio delle foglie di loto, siamo forse di fronte ad un’altra importante innovazione tecnologica ispirata dalla natura.
Eva Filoramo
