Michael Idelchik è il vice presidente del dipartimento tecnologie avanzate presso la GE Research, una delle più grandi organizzazioni aziendali di ricerca. È supervisore di una vasta gamma di progetti, tra cui quelli volti al miglioramento delle tradizionali fonti energetiche—quali ad esempio migliori turbine a gas e carbone—oltre che dei progetti riguardanti l’energia rinnovabile, principalmente turbine eoliche. Alla conferenza EmTech@MIT 2009, Technology Review ha parlato con Idelchik di alcuni dei progetti di ricerca a lungo termine più rischiosi della GE.

Technology Review: Qual è la ricerca più rischiosa e agli stadi iniziali che GE sta conducendo?
Michael Idelchik: Siamo un laboratorio di ricerca industriale, pertanto parlare di stadi iniziali è relativo. Ma abbiamo una serie di progetti che richiedono anni per essere sviluppati. Vi parlerò di un paio di queste. La tecnologia di detonazione a impulso o combustione supersonica. Con questa tecnologia, anziché bruciare il combustibile ad una pressione costante, si aumenta la pressione al fine di generare un’onda d’urto; si rilascia calore a seguito di una combustione. Una turbina tradizionale brucia combustibile ad una pressione costante. Con la detonazione, l pressione aumenta, e con essa aumenta l’energia complessiva di cui dispone la turbina. Ipotizziamo un incremento potenziale nell’efficienza pari al 30 percento Ovviamente la realizzazione, includendo tutto l’hardware attorno a questo processo, ridurrebbe questo valore.
TR: In realtà l’incremento nell’efficienza di una centrale sarebbe inferiore al 30 percento. A quanto ammonterebbe realmente?
MI: Credo si aggiri intorno al 5-10 percento. Parliamo di punti percentuali—come dal 59 al 60 percento al 65 percento di efficienza. Abbiamo altre tecnologie che ci spingeranno oltre ma nessuna altra tecnologia può dare tanto da sola. Si tratta di una tecnologia rivoluzionaria.
TR: Come verrà utilizzata questa tecnologia?
MI: La prima applicazione sarà sicuramente su terra. Si tratterà di centrali a gas per la produzione di energia.
TR: Brucerete costantemente combustibile, come in un motore a combustione interna?
MI: In sostanza abbiamo delle detonazioni tra i 50 e gli 80 hertz. Si ha così un flusso instabile all’interno della turbina: è pertanto necessario rivedere i principi di funzionamento delle turbine perché non si ha più un flusso stabile.
TR: Quali sono le sfide in termini di materiali e simili per far si che questa tecnologia funzioni?
MI: Bisogna tenere a mente la stabilità meccanica e fare analisi in base alle vibrazioni. Bisogna proteggere il compressore, la detonazione avviene in entrambe le direzioni, pertanto è necessario chiudere una delle vie. I controlli e la sincronizzazione delle camere di combustione diventano così sfide altrettanto grandi. Bisogna assorbire l’energia della detonazione, convertirla e trasferirla su albero in cavalli di potenza. Queste operazioni vanno effettuate molto bene, altrimenti si rischia di perdere l’intera turbina. Il design delle lame e dell’ugello determineranno quanta potenza saremo in grado di prelevare.
TR: Quali progressi nei materiali o nelle computazioni hanno reso questo processo plausibile?
MI: La capacità di effettuare modelli e simulazioni in multiscala—si possono ricavare valori negli ordini dai 20, 30 millisecondi fino ai nanosecondi. Segue l’evoluzione della tecnologia nelle valvole e dei materiali. Comprendere come progettare una camera di combustione, come generare consistentemente la detonazione ed operare nell’arco di carico della turbina, dai minimi ai massimi regimi di potenza.
TR: Crede sarà possibile un giorno applicare questa tecnologia all’aviazione? Ai motori jet?
MI: Un giorno.
TR: Quali sono le sfide?
MI: Il peso. Ci vorrà del tempo. Per rimanere nel mercato a lungo, bisogna fare grandi azzardi. E questo è un grande azzardo.
TR: Questo renderà le centrali esistenti più efficienti, riducendo così le emissioni. A cosa state lavorando invece per quanto riguarda le tecnologie rinnovabili?
MI: Ci stiamo spingendo in mare aperto, con grandi turbine eoliche. Oggi il vento al largo è molto più costoso del mare entroterra a causa del costo delle piattaforme per le turbine—praticamente bisogna costruire l’equivalente di una piattaforma petrolifera. Per abbattere i costi bisogna unire tecnologie che consentano di estrarre quanta più energia possibile dal vento.
TR: Alcuni esperti mi hanno detto che le turbine eoliche non possono essere rese più efficienti di quanto già non lo siano adesso: è possibile renderle più efficienti?
MI: Si, è possibile. Se guardiamo ad una turbina eolica vi sono un paio di elementi. Uno è la pala. Bisogna ingrandirla, renderla più aerodinamica, fare in modo che possa piegarsi e contorcersi per adeguarsi al vento. Deve somigliare molto più ad una ala, sebbene in realtà sia molto più complessa di una ala in quanto la velocità del flusso d’aria varia dal fulcro all’estremità. Riteniamo che vi siano una moltitudine di opportunità per la prossima generazione di pale. Stiamo sviluppando compositi a basso costo per poter realizzare un palo – il cuore della lama – in grado di resistere ai carichi. Riteniamo inoltre che la prossima generazione di pale disporrà di un controllo attivo del flusso, per consentire la calibrazione della forma aerodinamica in base alle condizioni e assorbire così la massima energia possibile.
TR: Come nei materiali a forma variabile?
MI: Esistono molti modi per ottenere il controllo di flusso attivo. Uno di questi consiste semplicemente nel far soffiare il vento dall’estremità principale a quella secondaria. Dobbiamo solo trovare un modo per ottenere questo risultato al costo minore e con la affidabilità migliore, che include tenere in considerazione tutti i fenomeni climatici tra cui fulmini.
TR: Quindi queste sono le operazioni possibili per quanto riguarda le pale. E per quanto riguarda il resto?
MI: Il generatore. Oggi si passa dalle marce di velocità, al generatore, al convertitore, per ottenere il voltaggio giusto, la giusta frequenza. Noi confidiamo in un sistema diretto, senza marce. Questo può comportare generatori estremamente grandi, del diametro di 8 metri. Stiamo lavorando per cambiare questo paradigma, riducendo le dimensioni di questi generatori per essere in grado di gestire basse velocità con una alta efficienza. Stiamo inoltre sviluppando componenti elettroniche migliori per generare un voltaggio più elevato per la trasmissione dell’energia nell’entroterra. Stiamo lavorando ad un certo numero di tecnologie per rendere le turbine a vento in mare aperto più economiche.