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Dall’asfalto bollente all’energia

26 Giu

In questo articolo:

Caldo record? In Germania scoppiano le autostrade?

e’ stato fatto un commento davvero molto interessante. Come potete leggere, il commento pone l’attenzione sugli studi attualmente in corso per la produzione di energia sfruttando il calore accumulato dall’asfalto delle nostre strade. Questa possibile soluzione non e’ in realta’ l’unica al vaglio dei ricercatori e proprio per questo motivo, credo sia interessante fare il punto della situazione.

Come sapete bene, diverse volte ci siamo occupati di fonti di energia alternativa o anche di utilizzi piu’ intelligenti delle risorse a nostra disposizione. Questi sono solo alcuni degli articoli che potete trovare sul blog:

Elezioni, promesse verdi e protocollo di Kyoto

Il futuro verde comincia da Masdar

Energia solare nel deserto

Pannelli, pannelli e pannelli

Il led rosso dello stadby …

Elettrodomestici e bolletta

Ora, come anticipato, vogliamo analizzare le possibili tecniche per sfruttare il calore che viene raccolto dalle nostre strade per poter creare energia elettrica. Come sapete bene, l’asfalto e’ in grado di accumulare una notevole quantita’ di calore, che poi viene ceduta all’ambiente in tempi molto lunghi. Proprio per questo motivo, le nostre strade rimangono ad una temperatura elevata anche per diverse ore dopo il tramonto del sole. Purtroppo, riuscire a catturare questo calore non e’ semplice. Prima di tutto, una limitazione e’ data dall’enorme superficie da cui estrarre calore, cioe’ l’intera lunghezza della strada, e soprattutto nella scelta del metodo piu’ adatto per raccogliere efficientemente questa energia.

Il metodo proposto nel commento da cui siamo partiti, punta ad utilizzare il calore per scaldare l’acqua contenuta all’interno di piccole tubature inglobate nell’asfalto stesso. In tal senso, tubicini di materiale in grado di condurre molto bene il calore vengono posizionati a circa 1 cm dalla superficie, in modo da poter raccogliere il calore del catrame. L’acqua cosi’ riscaldata puo’ poi essere utilizzata per produrre energia o anche per fornire acqua calda sanitaria per le diverse postazioni o edifici intorno alla strada stessa. Questo metodo presenta anche due ulteriori vantaggi importanti. Il primo e’ che in questo modo viene ridotto il calore che rimane intrappolato nell’asfalto e che, quando ceduto all’ambiente, crea il cosiddetto problema dell’isola di calore soprattutto nelle nostre citta’. L’altro vantaggio notevole e’ che un impianto cosi’ realizzato potrebbe essere sfruttato anche al contrario, un po’ come avviene nei pannelli radianti sotto il pavimento utilizzati per riscaldare le nostre case. Cosa significa? Durante i mesi invernali, si potrebbe pompare nel sistema acqua a temperatura maggiore, in modo da riscaldare la strada e non permettere la formazione di ghiaccio, responsabile molto spesso di incidenti.

Questa che abbiamo visto, non e’ pero’ l’unica soluzione al vaglio dei ricercatori.

Un altro metodo per sfruttare le nostre strade e’ quello di integrare direttamente pannelli solari. Cosa significa? Come detto in precedenza, l’asfalto e’ soggetto, molto spesso, ad un irraggiamento notevole. Le piu’ grandi arterie sono praticamente sempre assolate garantendo un’esposizione buona ai raggi solari. Bene, sostituendo le nostre strade con una sequenza di pannelli solari, si potrebbe produrre direttamente elettricita’ sfruttando l’effetto fotovoltaico. Questa energia potrebbe al solito essere utilizzata per alimentare aree di servizio e abitazioni in prossimita’, ma potrebbe anche essere immessa nelle rete elettrica e dunque essere a disposizione dei consumatori.

Come e’ possibile mettere un pannello solare al posto delle strade?

Ingegneristicamente parlando, la soluzione proposta e’ molto interessante. Negli USA e’ gia’ in corso uno studio utilizzando pannelli di larghezza 3,7 metri, che e’ la larghezza standard delle corsie americane. Se consideriamo un’esposizione di 4 ore al giorno, con un efficienza anche solo del 10%, poiche’ l’orientamento dei pannelli e’ deciso dalla strada e non dall’ottimizzazione dell’esposizione, si potrebbero produrre circa 5-6 KWh per pannello al giorno. Se ora pensiamo che, solo negli Sati Uniti, ci sono circa 100000 Km di autostrade, direi che i numeri cominciano a diventare interessanti.

Tornando pero’ all’ingegneria, come puo’ un pannello resistere al passaggio di una macchina o, ancor piu’, ad un mezzo pesante? I pannelli per questo scopo sono costruiti con una protezione in vetro, pensata come quella dei vetri anti proiettile delle vetrine. Essendo questi vetri studiati per resistere ai notevoli impulsi dei proiettili, sarebbero in grado di supportare anche il peso di un veicolo. C’e’ un altro problema da considerare. Per evitare slittamenti dei veicoli al loro passaggio sul vetro, la superficie verrebbe lavorata in piccolissimi prismi, in grado di assicurare una buona presa degli pneumatici sui pannelli. Come detto, una sperimentazione in questa direzione e’ gia’ in corso negli USA appunto per verificare costi e benefici di una soluzione del genere.

C’e’ poi un’ultima soluzione che vorrei presentarvi, anche se leggermente diversa dalle precedenti. Il problema principale di molte strade e’, come sappiamo bene tutti, il traffico. Per sfruttare questo, una compagnia privata giapponese, ha studiato uno speciale dosso in grado di trasformare il passaggio di un mezzo in energia elettrica. Il meccanismo e’ semplicissimo. Quando un veicolo passa su questo speciale dosso, manda in pressione dei pistoni idraulici che a loro volta possono essere sfruttati per far muovere delle turbine e produrre corrente elettrica. Un primo prototipo di dosso e’ stato costruito ed e’ lungo circa 1 metro, con un’altezza dell’ordine dei 6 mm. Questa soluzione andrebbe implemantata nei punti piu’ nevralgici per il traffico dove si hanno molti mezzi pesanti che circolano a velocita’ ridotta. Soluzioni ottimali potrebbero essere all’interno delle citta’, in prossimita’ dei porti o anche vicino ad aree di parcheggio. Il costo di questo sistema non e’ molto basso e si aggira intorno ai 300000 dollari a dosso, comprensivi ovviamente anche del sistema di produzione dell’energia. Secondo quanto riportato dalla ditta, in un punto di traffico sostenuto in cui transitano circa 20000 veicoli al giorno, il prezzo verrebbe ripagato nel giro di 3-4 anni e sarebbe in grado di fornire corrente per almeno 100 case. Ovviamente, si tratta di numeri molto provvisori, detti poi dalla ditta produttrice del sistema.

Concludendo, esistono diversi metodi per poter sfruttare le nostre strade nella produzione di energia. Come avete visto, non stiamo parlando di soluzioni innovative di tecnologie non utilizzate prima, bensi’ di applicazioni, a mio avviso anche molto intelligenti, di sistemi conosciuti in ambiti nuovi. Questo rientra a pieno titolo nello sfruttamento piu’ intelligente dei sistemi che gia’ conosciamo. Ora, come detto, si tratta di soluzioni sulle quali sono in corso studi ancora molto preliminari, ma chissa’ che un giorno queste non diventeranno soluzioni standard nella costruzione delle nostre, assolutamente non eliminabili, strade.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Caldo record? In Germania scoppiano le autostrade

23 Giu

Come volevasi dimostrare, dopo il freddo record, la primavera con temperature glaciali, il sole che sarebbe in procinto di impazzire, finalmente e’ arrivata l’estate. E di cosa si parla? Facile, di caldo record!

Tutti quei siti che fino a ieri parlavano di estate che non ci sarebbe stata e freddo che faceva presagire una nuova era glaciale, oggi parlano di caldo record e di anomalie ambientali.

Ormai, siamo abituati a questo genere di informazione, ma e’ comunque interessante vedere le motivazioni che spingono queste persone a parlare di temperature fuori dalla norma.

Tratto di autostrada in Germania con asfalto esploso

Tratto di autostrada in Germania con asfalto esploso

La notizia che sta facendo tanto discutere in rete in questi giorni, viene dalla Germania, dove, e la notizia e’ reale, per il caldo diversi tratti dell’autostrada stanno letteralmente scoppiando. Come anticipato, non si tratta di una burla. Improvvisamente e senza nessun segnale premonitore, l’asfalto di diversi tratti di autostrada, soprattutto nel sud della Germania, esplode sgretolandosi. Proprio a causa di questo problema, e’ morto anche un motociclista che e’ stato letteralmente sbalzato contro il guard-rail morendo sul colpo. Come riportato dai siti tedeschi, il problema sembra relativo a circa 3000 dei 13000 Km di autostrade tedesche e, come detto, non si e’ in grado di capire dove e quando lo scoppio potrebbe avvenire. Ad oggi, ci sono stati quasi 20 episodi di questo tipo.

Come vedete, si tratta di un problema serio e reale, soprattutto dopo la morte del motociclista. Cosa potete leggere in rete? Come potete immaginare, c’e’ chi parla di anomalie provenienti dal Sole che e’ in procinto di inviare flare estremamente potenti sulla Terra. In alternativa, c’e’ chi punta il dito contro eventi simici e geologici. Secondo queste ipotesi, la terra si muoverebbe respirando in diversi punti, come per presagire un forte terremoto in arrivo in quelle zone.

Ovviamente, come sempre, si tratta di ipotesi campate in aria e senza alcun fondamento scientifico. E’ interessante pero’ analizzare il fatto in se, per capire l’origine di questo curioso fenomeno.

Quello che avviene e’ una sempice e naturale conseguenza della dilatazione termica. Come sapete, i materiali, non tutti in realta’, quando vengono scaldati si dilatano. Proprio per questo motivo si parla di dilatazione termica. Ciascun materiale avra’ un coefficiente di dilatazione diverso, che dunque indica di quanto questo si dilata aumentando la temperatura. In base alla forma in esame, parliamo di dilatazione termica lineare, superficiale o volumica.

Come e’ fatto il manto autostradale?

Distanziatori utilizzati sui ponti

Distanziatori utilizzati sui ponti

Molto spesso, l’asfalto viene posto in opera utilizzando appositi lastroni lunghi 5 metri che vengono affiancati uno all’altro. Per contrastare la naturale dilatazione termica, tra una lastra e l’altra viene lasciato un piccolo spazio che serve appunto a consentire la dilatazione senza ostacoli. Lo stesso spazio viene lasciato anche qundo l’asfalto viene deposto direttamente in loco in forma semi fluida.

Un esempio noto a tutti di questa tecnica, e’ facilmente visibile sui ponti. Qui, poiche’ la dilatazione potrebbe essere ancora maggiore a causa dei volumi minori, ad intervalli regolari vengono lasciate apposite fughe che consentono di assorbire le dilatazioni. Ci si accorge facilmente di queste fughe quando, passando con la macchina sopra un viadotto, si sentono sobbalzi ad intervalli regolari.

Bene, anche per la stesa dell’asfalto viene utilizzata la stessa tecnica.

Cosa sta succedendo in Germania?

Il problema dell’asfalto che esplode, come anticipato, e’ relativo solo a circa 3000 Km di autostrade, cioe’ quelle costruite alla fine degli anni 80. In quegli anni, non veniva utilizzato materiale di riempimento sotto l’asfalto in grado di diminuire la dilatazione ma, soprattutto, i lastroni impiegati avevano uno spessore minore, 22 cm, rispetto a quelli utilizzati in seguito, 28 cm. Lo spessore minore permette una maggiore dilatazione termica che potrebbe, in casi eccezionali, essere maggiore delle fughe lasciate durante la posa in opera.

Perche’ il fenomeno si sta verificando ora?

Nei giorni scorsi, si sono registrate temperature molto alte in Germania, che hanno toccato anche 5-7 gradi sopra la media. Questo ovviamente ha portato una notevole dilatazione termica delle lastre. Inoltre, il problema principale della Germania e’ la grande escursione termica che si registra tra estate ed inverno. Se, da un lato, durante l’estate l’asfalto si dilata, durante l’inverno si avra’ un accorciamento dovuto all’abbassamento delle temperature. In particolare, gli asfalti tedeschi devono resistere a variazioni anche di 60 gradi nel corso dell’anno, da -30 a +30 gradi centigradi.

Cosa c’entra questo?

Come anticipato, nella posa dell’asfalto si devono lasciare vie di fuga tra le lastre. Questi spazi devono essere in grado di assorbire le dilatazioni estive, ma non devono lasciare uno spazio troppo ampio nei mesi freddi. In alternativa, si potrebbero avere danni ai veicoli a causa degli intervalli troppo ampi.

Bene, a causa delle elevate temperature e dell’invecchiamento dell’asfalto le vie di fuga sulle autostrade tedesche non sono state in grado di assorbire le dilatazioni. In questo modo, due lastre possono spingere una contro l’altro fino ad arrivare allo sbriciolamento dell’asfalto che viene sollevato quando la spinta e’ troppo eccessiva.

Purtroppo, fenomeni del genere non sono prevedibili, nel senso che le esplosioni potrebbero verificarsi da un momento all’altro in un punto qualsiasi di maggiore assolazione.

Per il momento, i tecnici tedeschi sono in stato di allerta, pronti ad intervenire ad ogni segnalazione. Si sta anche pensando, come soluzione limite, di imporre limiti di velocita’ molto stringenti nei tratti interessati fino ad arrivare anche alla chiusura dei tratti maggiormente problematici.

Concludendo, la notizia delle autostrade tedesche che esplodono in questi giorni e’ reale. Ad oggi, si sono verificati circa 20 episodi. Come visto, si tratta di un problema dovuto alla dilatazione termica delle lastre di asfalto utilizzate che non viene contenuta dalle vie di fuga lasciate nella messa in opera. Quelle che invece sono completamente false, sono le tante ipotesi catastrofiste che non potevano certo mancare su una notizia di questo tipo.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.