Il futuro delle infrastrutture sottomarine

Gas, elettricità e informazione sono tre commodities che influenzano significativamente l’economia e il progresso tecnologico dei nostri tempi. L’interazione tra esse in termini di generazione, trasporto e fruizione è basilare per analizzare la complessità della progettazione e della conduzione delle attuali e prossime infrastrutture energetiche. Tali infrastrutture sono prevalentemente costituite da condotte (gasdotti, oleodotti) e cavi (per trasmissione di potenza e dati) e molte di queste infrastrutture passano sotto i nostri mari, svolgendo funzioni importanti. “I cavi sottomarini per le telecomunicazioni, collegando stati e continenti differenti, smistano servizi di alto valore quali transazioni finanziarie, streaming audio e video, controllo di sistemi remoti, gestione di e-commerce, servizi di logistica e altro”, evidenzia Giovanni Brunaccini - ricercatore dell’Istituto di tecnologie avanzate per l’energia “Nicola Giordano” (Itae) del Cnr - “Dualmente, i gasdotti che trasportano idrocarburi o gas naturale attraverso fondali marini (e in un prossimo futuro l’idrogeno) collegano reti di distribuzione continentali, che consentono il funzionamento continuo di centrali elettriche, industrie chimiche e sistemi di riscaldamento, garantendo l’approvvigionamento di beni ed energia di interi Paesi”.

L’affidabilità e la continuità di funzionamento delle infrastrutture sottomarine - che trasportano energia, gas e dati - sono elementi indispensabili per la sicurezza energetica, l’efficienza logistica e la stabilità economica globale. Esse sostengono il flusso costante di beni, servizi e comunicazioni su scala planetaria, ma per riuscirci, serve comprendere a fondo le sfide ingegneristiche, ambientali e di sicurezza che caratterizzano queste opere: costruirle e mantenerle, infatti, è tutt’altro che semplice. “Realizzare un gasdotto o un cavo sottomarino per telecomunicazioni ed energia richiede una pianificazione estremamente accurata, dallo studio del fondale marino fino alle fasi di posa, protezione e manutenzione in ambienti remoti e spesso ostili”, sottolinea Il ricercatore.

Anche la manutenzione rappresenta una fase critica. “Nel caso dei cavi per telecomunicazioni, si stima che oltre la metà delle emissioni di gas serra legate al loro ciclo di vita provenga proprio dalle operazioni di posa in mare. Per i gasdotti, invece, i rischi aggiuntivi riguardano la corrosione in ambiente marino, l’interazione con i sedimenti e la fauna dei fondali oltre alla necessità di sistemi di protezione catodica per prevenire danni strutturali. Oggi vengono utilizzati modelli probabilistici avanzati per stimare il deterioramento delle condotte e prevedere in anticipo eventuali criticità, migliorando così sicurezza e affidabilità nel lungo periodo”, chiarisce l’esperto.

Si parla sempre più spesso di “ibridizzazione” delle infrastrutture. Cosa significa? “L’accoppiamento (piggy-backing) di condotte e cavi di trasmissione - a fronte di benefici come semplificare il monitoraggio dell’integrità delle condotte, la riduzione dei costi e l’abilitazione di servizi integrati di elevato valore tecnologico - introduce sfide tecnologiche che riguardano la compatibilità meccanica, l’isolamento elettrico e la compatibilità elettromagnetica, così come la pianificazione delle manutenzioni. A partire da simili considerazioni, recenti progetti di ibridizzazione delle infrastrutture sottomarine hanno usato approcci sia con cavi a contatto (o in adiacenza) con la superficie esterna delle condotte che all’interno delle stesse”, spiega Brunaccini.

Queste infrastrutture sul mare però hanno ricadute dal punto di vista ambientale.  “L’impatto ambientale di cavi e gasdotti sottomarini non è più trascurabile, esso varia a seconda dell’infrastruttura e della fase del ciclo vita. “Le stime sul riscaldamento globale attribuiscono le emissioni di gas serra principalmente ai combustibili di alimentazione dei mezzi marini per la posa dei cavi, benché generalmente localizzate e contenute. Al contrario, per i gasdotti l’effetto principale sul clima è più legato a perdite di gas/metano e al contributo degli idrocarburi al bilancio di CO₂ (biossido di carbonio) e CH₄ (metano) soprattutto in caso di incidenti”, aggiunge il ricercatore.

Dal punto di vista geopolitico, i gasdotti e i cavi sottomarini rappresentano asset strategici per supportare l’interdipendenza e la collaborazione internazionale. Poiché il controllo dei flussi (di gas, energia, dati) implica un vantaggio significativo, è fondamentale rilevare come la questione del transito gas-Europa tramite Paesi terzi abbia determinato nuovi tracciati per diversificare gli approvvigionamenti. I tracciati dei cavi sottomarini incrociano zone di giurisdizione differenti, interessi economici e commerciali. Pertanto, Paesi e operatori cercano rotte ridondanti anche per difendere le infrastrutture da interferenze straniere.

Guardando invece al futuro, quale sarà il ruolo dell’idrogeno in questo scenario? “Nel percorso verso la decarbonizzazione, il ruolo delle infrastrutture sottomarine cambierà ancora e, certamente, l’idrogeno ‘verde’ (prodotto tramite elettrolisi dell’acqua alimentata da rinnovabili) è un elemento chiave per la sostenibilità di settori difficili da decarbonizzare (o ‘hard-to-abate’: acciaio, chimica, raffinazione) e per un’economia energetica a basse emissioni. In tale contesto, si prospetta una parziale riconversione di gasdotti verso il trasporto di idrogeno o miscele H₂/NG (indica una miscela di idrogeno (H₂) e gas naturale - NG), riducendo i costi iniziali e i tempi di realizzazione. D’altra parte, la letteratura tecnico-ingegneristica rileva alcuni aspetti da approfondire e che richiedono miglioramenti per una ampia adozione”, evidenzia Brunaccini.

L’idrogeno è considerato uno dei protagonisti della transizione energetica, ma la sua diffusione su larga scala pone ancora diversi ostacoli tecnici, il primo riguarda la compatibilità dei materiali: molti acciai possono infatti subire fragilizzazione da idrogeno, un fenomeno che ne riduce la resistenza e la durata; inoltre, bisogna considerare la diffusione dell’idrogeno attraverso le pareti delle tubazioni, l’adeguamento dei sistemi di misura e sicurezza e la revisione delle apparecchiature di compressione. Le attuali condotte di trasmissione necessitano opportuni interventi di adattamento. Analogamente, le turbine, i compressori e le apparecchiature ausiliarie, tendono a degradarsi già con concentrazioni del 5-20% di H₂ (idrogeno). Un recente rapporto dello Joint Research Centre (JRC) della Commissione Europea ricorda che gli effetti dell’idrogeno su materiali come acciai e polimeri sono noti da tempo, ma non ancora pienamente quantificati in contesti industriali su larga scala. Da qui l’esigenza di nuovi test e sperimentazioni per verificare la reale affidabilità delle infrastrutture. Sul fronte economico, tuttavia, una buona notizia c’è: convertire le reti esistenti del gas naturale all’idrogeno è generalmente più conveniente rispetto alla costruzione di nuove condotte. Un’idea promettente è quella delle reti ibride, dove le infrastrutture per l’idrogeno vengono installate insieme a fibre ottiche per telecomunicazioni, condividendo logistica, manutenzione e monitoraggio. “Superare queste sfide sarà fondamentale per portare l’idrogeno nel cuore della transizione energetica. Una rete pensata fin dall’inizio per l’idrogeno verde potrà ridurre l’uso di combustibili fossili e aumentare la flessibilità del sistema energetico, migliorando la sostenibilità delle infrastrutture del futuro”, conclude lo studioso.

Fonte: Giovanni Brunaccini, Istituto di tecnologie avanzate per l’energia “Nicola Giordano” (Cnr-Itae), giovanni.brunaccini@cnr.it