Valutazione dell'impatto di nuovi sistemi ibridi frangiflutto galleggiante-energia dalle onde sulla prestazione idrodinamica e sulla produzione energetica sostenibile

Trasformare le barriere portuali in centrali elettriche pulite

Le città costiere spendono somme ingenti per costruire muri che smorzino le onde, consentendo alle navi di attraccare in sicurezza e prevenendo l'erosione delle rive. Questo studio pone una domanda semplice ma potente: e se quelle barriere protettive potessero anche funzionare come silenziose centrali, generando elettricità pulita dalle stesse onde che attenuano? Rimodellando un frangiflutto galleggiante e aggiungendo una compatta turbina ad aria, i ricercatori mostrano come sia possibile combinare protezione costiera ed energia rinnovabile in un unico corpo galleggiante.

Perché le onde sono un tesoro energetico ancora poco sfruttato

Le onde oceaniche trasportano energia densa e prevedibile, eppure molte coste dipendono ancora dai combustibili fossili. Sono stati proposti numerosi dispositivi per catturare l'energia delle onde, ma spesso risultano complessi, costosi o difficili da mantenere in mare. Uno dei concetti più semplici è la colonna d'acqua oscillante: una cassa cava parzialmente immersa, aperta sotto in modo che le onde facciano salire e scendere la superficie interna dell'acqua. Questo movimento comprime e libera una bolla d'aria intrappolata, facendola fluire avanti e indietro attraverso una turbina collegata a un generatore. Il vantaggio è che l'unico organo in movimento è la turbina ad aria, mentre il resto è un involucro robusto che può fungere anche da frangiflutto.

Costruire e testare uno scudo galleggiante contro le onde

Per esplorare l'idea, il team ha realizzato modelli in scala di un frangiflutto galleggiante sospeso con una colonna d'acqua oscillante incorporata e li ha testati in una vasca d'onda lunga 13 metri. Onde regolari di diverse altezze e periodi si sono propagate verso quattro versioni della struttura, ciascuna con una diversa geometria della parete posteriore della camera. Pareti trasparenti hanno permesso ai ricercatori di osservare la risalita e la caduta della superficie d'acqua, mentre trasduttori d'onda hanno misurato quanta parte di ogni onda incidente veniva riflessa, trasmessa o dissipata in turbolenza. Un sensore di pressione ha registrato la forza con cui l'aria intrappolata veniva compressa, e una piccola turbina Wells — con pale progettate per girare nello stesso verso indipendentemente dall'inversione del flusso d'aria — ha convertito il moto d'aria in potenza elettrica, monitorata da voltmetri e amperometri.

Come la forma controlla l'attenuazione delle onde e la produzione di energia

La questione di progetto centrale era come la geometria della parete posteriore e la profondità dell'apertura frontale influenzassero le prestazioni. Il team ha confrontato un pontone semplice a forma di scatola con tre versioni più avanzate, inclusa una con una lunga parete posteriore inclinata (Modello-D). Hanno riscontrato che il rapporto tra larghezza del dispositivo e lunghezza d'onda e il pescaggio, cioè la profondità sommersa della parete frontale, influenzavano fortemente il comportamento. All'aumentare della larghezza relativa, la riflessione delle onde inizialmente diminuiva — cioè veniva rimandata meno energia verso il mare — per poi aumentare di nuovo. In determinate configurazioni, in particolare per il Modello-D, la riflessione è diventata molto bassa mentre la dissipazione di energia all'interno della struttura è aumentata notevolmente, indicando che le onde venivano attenuate non tramite il rimbalzo, ma convertite in moto d'aria e turbolenze nella camera.

Il progetto più efficace: una dolce pendenza con effetti potenti

Tra le quattro forme, il Modello-D — con la sua lunga parete posteriore inclinata e un'apertura frontale di profondità moderata — si è rivelato il più efficace. A un livello d'acqua rappresentativo più profondo, combinava bassa riflessione con alta dissipazione dell'energia delle onde e forti variazioni di pressione nella camera. In termini pratici, ciò significa che onde più piccole e più calme passano dietro la struttura mentre una quota significativa dell'energia entrante viene convertita in potenza pneumatica e successivamente in elettricità. I ricercatori stimano che una versione scala reale operante in mari simili al Mediterraneo potrebbe fornire alcuni kilowatt in modo continuo, sufficiente ad alimentare fanali, sensori ambientali o piccoli impianti di desalinizzazione lungo un porto riducendo al contempo l'impatto delle onde su navi e moli.

Cosa significa questo per le coste del futuro

Per i non addetti ai lavori, la conclusione è semplice: modellando con cura un frangiflutto galleggiante e aggiungendo una semplice turbina mossa dall'aria, è possibile costruire strutture che proteggono le coste e allo stesso tempo generano energia rinnovabile in modo silenzioso. Il design ottimizzato con parete inclinata testato qui mostra buone prestazioni su diverse condizioni di mare, suggerendo che potrebbe essere adattato a molte coste semi-riparate e ingressi portuali. Pur richiedendo ulteriori prove in vasche più grandi e con onde irregolari e tempestose, questo lavoro indica una direzione futura in cui le difese costiere svolgono una doppia funzione: proteggere le comunità e contribuire al loro approvvigionamento energetico grazie all'inesauribile salita e discesa del mare.

Citazione: Hamed, B., Elkiki, M., Abdellah, S. et al. Assessing the impact of novel hybrid floating breakwater-WEC systems on hydrodynamic performance and sustainable energy outputs. Sci Rep 16, 7189 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37290-8

Parole chiave: energia dalle onde, frangiflutto galleggiante, colonna d'acqua oscillante, protezione costiera, energia rinnovabile