Sistema ibrido superconduttore per trasmissione e stoccaggio energetico e suo impatto previsto su un futuro energetico sostenibile

Perché questa idea energetica futura è importante

Man mano che una quota maggiore della nostra elettricità proviene da vento e sole, mantenere l’energia disponibile diventa più complesso. Sole e vento non coincidono sempre nei tempi e nei luoghi in cui le persone hanno bisogno di energia, e le linee elettriche e i sistemi di stoccaggio odierni non sono stati progettati per questo nuovo contesto. Questo articolo esplora una proposta ambiziosa per trasportare e immagazzinare grandi quantità di energia pulita tramite un’unica condotta ad alta tecnologia che convoglia insieme elettricità e idrogeno liquido, con l’obiettivo di aiutare i paesi a muoversi verso un futuro completamente rinnovabile e a basse emissioni di carbonio.

Il puzzle delle energie pulite oggi

La Cina, come molti paesi di grandi dimensioni, dispone di vaste aree ricche di vento e sole, lontane dalle grandi città dove si concentra il consumo. Dati reali delle 31 province della terraferma nel primo semestre del 2024 mostrano un disallineamento chiaro: alcune province, come Neimenggu e Yunnan, producono molto più elettricità di quanta ne consumino, mentre regioni costiere e industriali come Jiangsu, Zhejiang e Guangdong dipendono pesantemente dall’elettricità importata. Con i piani cinesi di aumentare la generazione eolica e solare fino a sei volte entro il 2060 e di ridurre drasticamente l’uso di combustibili fossili, questi divari dovrebbero ampliarsi. I collegamenti tradizionali per la trasmissione a lunga distanza possono aiutare, ma subiscono perdite energetiche lungo il percorso e devono affrontare costi, vincoli di uso del suolo e ostacoli di pianificazione.

Un nuovo tipo di autostrada energetica

I ricercatori propongono un sistema “ibrido-energetico” basato su cavi superconduttori raffreddati da idrogeno liquido. I superconduttori possono trasportare elettricità con quasi nessuna resistenza, mentre l’idrogeno liquido può svolgere sia il ruolo di combustibile energetico sia quello di refrigerante che mantiene i cavi freddi. In questo progetto, l’elettricità in eccesso da vento e sole alimenta prima case e imprese. L’energia residua viene poi usata per scindere l’acqua e produrre idrogeno, che viene raffreddato in forma liquida e pompato attraverso la stessa condotta interrata che ospita il cavo superconduttore. In pratica, la pipeline diventa un’autostrada energetica che consegna insieme elettricità e idrogeno immagazzinato dalle regioni ricche di risorse ai centri di domanda lontani.

Un test reale su un’isola

Per verificare il funzionamento pratico, il team ha modellato un caso di studio sull’isola di Chongming, vicino a Shanghai, una regione costiera con rilevanti risorse eoliche e solari. Hanno progettato un anello di “nodi” energetici collegati da pipeline ibride, ciascuno distanziato di 10 chilometri e dotato di stazioni di raffreddamento. Nel giorno simulato, il vento fornisce energia nelle ore di prima mattina e tarda serata, il solare domina intorno a mezzogiorno, e il sistema combinato mantiene un flusso costante di 42 megawatt verso gli utenti locali. L’elettricità in eccesso viene convertita in oltre 13.000 chilogrammi di idrogeno liquido, che raffredda i cavi superconduttori e funge da grande accumulo energetico disponibile quando il vento cala o il sole tramonta.

Capacità, perdite e costi

L’analisi tecnica mostra che un singolo cavo superconduttore in questa configurazione può trasmettere fino a 100 megawatt, circa il doppio della capacità di una linea convenzionale comparabile, mentre il flusso di idrogeno liquido può raggiungere più volte il valore di base con modeste modifiche al diametro della condotta e alla velocità di flusso. A livelli di potenza modesti e su distanze intorno ai 100 chilometri, le linee ad alta tensione tradizionali presentano ancora perdite energetiche inferiori e costi iniziali più bassi. Tuttavia, con l’aumentare della capacità verso centinaia di megawatt, il cavo quasi privo di perdite diventa più conveniente: per un collegamento da 500 megawatt, le perdite della pipeline ibrida sono meno della metà di quelle dei cavi standard. Se i ricercatori considerano i costi di costruzione e gestione di elettrolizzatori, tubazioni, serbatoi e sottostazioni, il sistema ibrido diventa competitivo nel tempo per progetti molto grandi e di lunga durata, soprattutto se i prezzi delle attrezzature diminuiscono come previsto.

Ridurre il divario energetico tra le regioni

Adottando una prospettiva nazionale, gli autori proiettano il sistema elettrico cinese nel 2060 sotto due scenari: uno con una rete principalmente convenzionale e un altro in cui le pipeline ibrido-energetiche sono ampiamente diffuse. Nel caso convenzionale, anche con l’80% dell’elettricità da rinnovabili, molte province costiere continuano a registrare grandi deficit e dipendono dalle importazioni, mentre le province interne faticano a esportare il loro surplus pulito. Nello scenario ibrido, una trasmissione più robusta e flessibile e l’uso dell’elettricità in eccesso per produrre idrogeno permettono al sistema di assorbire circa il doppio dell’energia rinnovabile e quasi cinque volte tanto idrogeno. Questa rete può attenuare le carenze vicino alle grandi città, ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e avvicinare il paese al soddisfacimento completo della domanda elettrica con rinnovabili.

Cosa significa per un futuro più pulito

Lo studio conclude che le pipeline superconduttrici ibride potrebbero un giorno integrare o in parte sostituire le linee elettriche e i trasporti di combustibile odierni, offrendo un modo per muovere grandi quantità di energia pulita in modo efficiente su lunghe distanze e contemporaneamente immagazzinarla come idrogeno. L’approccio non è pronto per un’adozione immediata: deve affrontare sfide di sicurezza, ingegneria criogenica, affidabilità a lungo termine e costi iniziali. Tuttavia, se le tecnologie per l’idrogeno liquido e i cavi superconduttori continueranno a progredire, sistemi come quello proposto qui potrebbero diventare uno strumento importante per bilanciare risorse eoliche e solari disomogenee e sostenere un sistema energetico futuro basato quasi interamente su rinnovabili.

Citazione: Chen, X., Chen, Y., Jiang, S. et al. Superconducting hybrid energy transmission and storage system and its projected impact on a sustainable energy future. Commun. Sustain. 1, 77 (2026). https://doi.org/10.1038/s44458-026-00077-z

Parole chiave: energie rinnovabili, idrogeno liquido, cavi superconduttori, stoccaggio energetico, trasmissione a lunga distanza