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Kite Wind Generator
Il Kite Wind generator o KiteGen è un progetto innovativo (il prototipo è ancora in fase di costruzione) italiano, di in una centrale eolica ad asse di rotazione verticale. Proprio il diverso orientamento dell'asse di rotazione dovrebbe eliminare tutti i problemi statici e dinamici che impediscono l'aumento della potenza (cioè delle dimensioni) ottenibile dagli aerogeneratori tradizionali.
Storia
L'idea del Kite Wind Generator è di Massimo Ippolito che, osservando i kitesurfer, ha notato la grande quantità di energia che i kite erano in grado di raccogliere e ha pensato che un sistema analogo avrebbe potuto produrre energia elettrica. Nonostante oggi si tratti probabilmente del più promettente dei progetti di generazione di energia pulita, all'inizio l'idea sembrava così azzardata che lo stesso Ippolito la accantonò per alcuni anni, senza rendersi conto delle enormi potenzialità dell'invenzione.
Struttura del kitegen
Il problema di "catturare" il vento è risolto dall'idea di impiegare profili alari di potenza (Power Kites) i cui movimenti sono controllati automaticamente da un computer. Tramite cavi i profili alari sono ancorati al suolo ad una struttura che viene trascinata in un movimento rotatorio e che genera energia elettrica. Tale struttura è la turbina dell'impianto eolico d'alta quota metre i kites sono le "pale" della turbina. I profili alari di potenza volano secondo traiettorie prestabilite, che permettono di trasformare la forza esercitata sui cavi in una coppia complessiva concorde che mette in rotazione la turbina ad asse verticale.
Sei profili alari di potenza controllati automaticamente sono in grado di tenere in rotazione una turbina di 1.600 metri di diametro alla velocità di 15 giri all’ora, il che permette di generare la potenza di 1 gigawatt, l'equivalente di una centrale nucleare di media potenza a un costo 40 volte inferiore (80 milioni di euro contro i 2,5 miliardi per la costruzione e 0,5 miliardi per lo smantellamento di una centrale nucleare, oltre al costo di stoccaggio/smaltimento delle scorie radioattive).
In altre parole 1 Km cubo di cielo è in grado di generare 1 gigawatt di potenza per l'80% del tempo di un anno.
L'ulteriore vantaggio dei profili alari di potenza risiede nel fatto che la lunghezza del cavo può permettere loro di raggiungere altezze oltre i 500 metri, dove scorre il vento di alta quota, senza introdurre criticità strutturali.
Venti di alta quota
Esistono due nastri di vento che avvolgono la terra, uno passa sopra la terra del fuoco nell'emisfero australe e l'altro passa sopra l'Europa. L'altezza del nastro europeo va da circa 500 metri fino a 10.000 metri di altitudine mentre la larghezza è di 4 mila o 5 mila Km. I dati salienti sono una potenza media di 2 kW al metro quadrato e un numero di ore annuali pari a circa 7000 (un anno ha 8760 ore).
Il vento di alta quota ha quindi la caratteristica di essere quasi sempre presente ed è molto forte (15 m/s ovvero 2 Kw/m2), mentre quello a livello del terreno è forte solo in pochi siti e per circa 1700-1800 ore all'anno (ore che rappresentano il rapporto kWh prodotto in un anno rispetto alla potenza dell'aerogeneratore).
Il vento che si pensa di utilizzare è quello intorno agli 800 metri di altezza con velocità medie di 7 m/s e potenza specifica di 200 W/m2. Per esempio una sezione di vento larga 1000 metri e con una altitudine tra i 600 e i 1000 metri ha una potenza pari a quella di una centrale nucleare (gigawatt). Un kitegen i cui profili alari spazzolino tale sezione di vento è quindi alternativo ad una centrale termoelettrica o nucleare di medie dimensioni.
Finanziamenti
A giugno 2006 il kitegen è stato ammesso a ricevere un finanziamento di 15 milioni di euro. Con i primi 4 milioni di euro partirà una prima sperimentazione di un kitegen da 1 megawatt di bassa quota, di seguito partirà la sola progettazione di un kitegen di potenza usando i restanti 11 milioni di euro del contributo pubblico. Il kite wind generator di potenza sarà probabilmente da 20 MW, e si suppone sarà costruito sulle ceneri dei reattori di Trino (VC). L'area è ideale perché è già protetta da una no fly zone; si tratterà, in questo caso, di eolico di alta quota.
Mobilegen
Ad agosto 2006 è stato sperimentato un primo prototipo di kitegen dal nome mobilegen, che ha le caratteristiche di essere mobile perché montato su un camion e di bassa quota in quanto il kite genera energia col vento di superficie.
Un generatore mobile di seconda generazione è stato sperimentato a settembre 2007 nell'aeroporto F. Cappa di Casale Monferrato (AL). L'unità chiamata KSU1 ha utilizzato un profilo alare di potenza che è stato fatto volare all'altezza di 800 metri con controlli automatici. Le sperimentazioni sono durate tre giorni e hanno richiesto particolari permessi all'aviazione civile e militare.
Queste informazioni le ho scoperte sul web (fonte Kensan)
Il kite wind generator o kitegen è un impianto eolico d'alta quota, oltre i 500 metri di altezza. Si tratta di un aerogeneratore ad asse verticale che usa dei kite ovvero dei profili alari rigidi cioè degli aquiloni per fare muovere una giostra molto grande, si pensa di realizzarla col raggio di 500 metri.
Si tratta in effetti di un carosello fornito di alberi sottostanti. Dalle estremità delle braccia partono delle funi molto resistenti (ad alto modulo) che collegano il carosello con dei kite, ovvero degli aquiloni manovrabili che permettono di andare sia nella direzione del vento che contro vento come fanno le barche a vela.
Ogni kite di potenza cioè ogni profilo alare rigido è manovrato da una coppia di funi tramite un programma che risiede su un computer. Il kitegen sfrutta le stesse capacità delle barche o dei kitesurfisti di andare in tutte le direzioni tramite il vento.
Il software comanda i profili alari a compiere un movimento circolare che in tal modo fanno girare il carosello tramite la forza del vento. Il carosello, tramite un generatore di elettricità, produce molti megawatt di potenza paragonabile a quella prodotta da una media centrale nucleare o anche superiore. A 500 metri di altitudine viaggiano venti molto costanti e molto più forti che a livello del suolo che permettono di generare potenze elettriche impensabili per i normali aerogeneratori eolici.
Il KiteGen può essere installato ovunque anche se la meteorologia e la scelta del sito sono senza dubbio parametri da tenere in massima considerazione e un sito ventoso è naturalmente più congeniale. In particolare, il cielo italiano è attraversato da uno stream geostrofico (nastro di vento) di alta quota che fa dell’Italia una regione particolarmente adatta all’istallazione del KiteGen.
Uno dei vantaggi di questo generatore risiede nell'andare a sfruttare il vento a quote alle quali soffia teso e costante. Per fare un esempio, ad un vento che soffi a terra alla velocità media europea, pari a 3 m/s, corrisponde una velocità del vento di 9 m/s a mille metri di altezza, teso, costante e immune da turbolenze significative.
Le potenze in gioco sono della seguente rilevanza in base al diametro del carosello:
Diametro 100 m equivale ad un generatore da 0.5 MW
Diametro 200 m equivale ad un generatore da 5 MW
Diametro 300 m equivale ad un generatore da 18 MW
Diametro 1'000 m equivale ad un generatore da 500 MW
Diametro 1'260 m equivale ad un generatore da 1000 MW
Si noti la dipendenza cubica tra il diametro del carosello e la potenza generata. Tra 100 metri e 1000 metri di diametro della giostra vi è un rapporto pari a dieci mentre tra 0.5 megawat e 500 megawatt c'è un rapporto pari a mille: appunto, è una relazione cubica.
Le ore di vento all'anno sono molto alte e si stimano in 7000-8000 contro le 1700 degli impianti eolici italiani. Si tratta quindi di una fonte energetica non intermittente bensì costante. Così si può paragonare direttamente il kitegen con una media centrale nucleare arrivando a dire che è sufficiente un carosello da 1260 metri di diametro per avere la stessa energia.
Alla Sequoia automation di Chieri (TO) viene portato avanti un progetto che è in piena fase di sperimentazione pratica del kitegen.
Ha ricevuto un contributo di 15 milioni di euro dallo Stato, con varie tipologie di finanziamento, per sperimentare il progetto e attualmente ci sono 10 persone che lavorano a tempo pieno per risolvere i problemi tecnologici che si pongono.
Con fondi propri e sponsorizzazioni ha iniziato la sperimentazione di un kite controllato da un software e montato su un camion. Il suo nome è Mobilegen e avrà una potenza di 20-50 kW. Con tale dispositivo è sufficiente correre con il camion perché sul kite impatti il vento alla velocità desiderata. Nel mese di settembre 2006 è stata presentato il prototipo mibilegen che ha una potenza di punta di 40 kW, si tratta di un generatore eolico mobile adatto a località ventose e che oltre a generare energia la accumula mediante batterie.
Un pdf spiega il funzionamento del mobilegen che si basa semplicemente nello sfruttare la forza trainante del vento e nella capacità dei kite di portarsi in posizione di stallo. Il documento chiarisce con disegni ogni dubbio e nel dettaglio il funzionamento di questa macchina eolica mobile. Il direttore del progetto afferma: « Questo primo prototipo ha lo scopo di affrontare e superare le problematiche di controllo automatico del volo di un profilo alare di potenza e di determinare il profilo aerodinamico più vantaggioso per l’impiego previsto. In questo ambito sono stati selezionati e prescelti i sensori che equipaggeranno il profilo alare e sono state sperimentate e selezionate le tecniche di trasmissione real-time bordo/terra. Sono stati inoltre progettati, realizzati e simulati gli algoritmi di controllo, destinati, sulla base dei dati ricevuti dai sensori di bordo, a comandare gli argani che controllano la tensione dei cavi di comando e la loro lunghezza.». Un filmato di ampie dimensioni (9.6 MByte) di tipo QuickTime, mostra la sperimentazione del MobileGen.
Con i primi 4 milioni di euro è partita la sperimentazione di un kitegen da 1 megawatt, di seguito partirà la progettazione di un kitegen di potenza usando i restanti 11 milioni di euro del contributo pubblico. Il kitegen di potenza sarà probabilmente da 20 Mw e si pensa di cotruirlo sulle ceneri dei reattori di Trino Vercellese, area ideale perché già protetta da una "no fly zone".
Se tutte le fasi avranno successo rimane il problema di trovare i fondi e le autorizzazioni per costruire e sperimentare un kitegen di potenza. Fonte Kensan
Edited by MetS - 24/6/2014, 10:23. -
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A che punto siamo con lo sviluppo?
MetS. -
Elektron.
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A me' la cosa debole sembra comunque e sempre la vela. Fa parecchio freddo a 1000 metri e il carbonio soprattutto d'inverno diventa fragilissimo. Cosi' anche il trilam di cui sono fatte le vele che si vedono nelle prove. NN so i kite ma saranno +- quei materiali
Di certo funzia, chiunque abbia mai pilotato un aereo sa' che ad andar su si fa' una fatica boia mentre a venir giu' e' un attimo ...
Sullo spazzolare tutta la superfice con gli 8 nn vedo tanto l'utilita' ... ai fini di raccogliere la massima energia per il fronte spazzolato ... mmm basta che la vela se ne stia ferma su un corridoio ascensionale e vai ... e ce' meno pericolo di ingarbugliamento anche controlli piu' semplificati ecc... mah?
Sul GW la vedo anche possibile basta che ne aggiungi altri e combini gli effetti ... certo sarebbe un bello spettacolo ... di sicuro meglio di una ciminiera.
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andreitto.
User deleted
Sarebbe molto interessante se si riuscisse a contattare direttamente chi lavora al progetto del kite...così ci potrebbero illustrare di persona nel forum, vantaggi e difetti di questa nuova tecnologia! . -
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Andreitto, forse non lo sai ma Massimo Ippolito e' un membro di questo forum, scrive prevalentemente nella sezione SOLE nella discussione "L'illusione dell'energia dal sole".
Se vuoi puoi porgli la questione li, non ti preoccupare se ti sembrera' di essere OT, li lo sono quasi tutti ma non e' un problema.
MetS. -
bgf.
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Ma se vengono dei temporali, se ci sono forti perturbazioni, funziona comunque o si ferma tutto?
BGF. -
MassimoIppolito.
User deleted
Se c'è un difetto nel KiteGen è la complessità, una volta superata la fase primaria ed abbastanza generica di comprensione del funzionamento, per seguire ulteriormente il progetto ci si addentra in sei domini scientifico-ingegneristici:
dinamica e fisica dell'atmosfera; scienza dei materiali; energetica/elettrotecnica; aerodinamica; controllistica; meccanica strutturale.
Il livello di competenza tecnica odierno è normalmente molto verticale e l'approccio multidisciplinare richiesto è raramente affrontabile dagli interlocutori istituzionali, dai decisori, e dal tipo di collaborazioni che tipicamente si trovano sulla piazza.
Ancora più difficile è trovar diffusa una capacità di visione olistica e consapevole del problema energetico, che permetta ad ognuno di collocare correttamente, valutando il KiteGen nello scenario incombente.
Il KiteGen è oggetto di decine di tesi, pubblicazioni scientifiche a livello internazionale, i numerosi brevetti si stanno ulteriormente moltiplicando.
Considererei necessari dei corsi universitari per fornire le basi propedeutiche e la teoria sottesa al progetto, come già succede per il nucleare, per moltiplicare le occasioni di supporto e di cultura conseguente.
rispondendo ad alcune domande
1) sperimentazioni
ambienteitalia.blog.rai.it/2007/12/01
2) i profili alari devono volare nella direzione di spinta alla più alta velocità possibile es. 80 m/s poichè le forze trasmesse dipendono dal quadrato di detta velocità, mentre la struttura deve per motivi di ottimizzazione muoversi a velocità molto più basse es. 20m/s, da qui i movimenti ad 8 o sinoidali che rappresentano un necessario inviluppo di adattamento dei tempi di percorso.
3)in caso di condizioni atmosferiche estreme il KiteGen ritrae i profili alari, la cosa si identifica come condizione di Cut off, ma prima di arrivare al Cut off il controllo è in grado di scegliere dei percorsi di volo molto meno energetici, questa caratteristica rivela una estesa capacità di modulazione della potenza erogabile sia per adattarsi alla richiesta della rete che alle condizioni del vento. Le scariche atmosferiche non trovano nei profili alari o nelle funi un percorso preferenziale, poichè galvanicamente isolanti.
Non so se avrò abbastanza occasioni per intervenire, ma proverò periodicamente di segnalare dei lavori e dei documenti sull'argomento.
MI. -
andreitto.
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CITAZIONEIl livello di competenza tecnica odierno è normalmente molto verticale e l'approccio multidisciplinare richiesto è raramente affrontabile dagli interlocutori istituzionali, dai decisori, e dal tipo di collaborazioni che tipicamente si trovano sulla piazza.
Ancora più difficile è trovar diffusa una capacità di visione olistica e consapevole del problema energetico, che permetta ad ognuno di collocare correttamente, valutando il KiteGen nello scenario incombente.
Eppure dall'alto della nostra ignoranza qualcosa possiamo fare anche noi comuni mortali. Faccio un esempio, non c'era nessuno dei miei colleghi della facoltà di ingegneria che fosse a conoscenza di questo progetto, e una volta spiegatogli di che cosa si tratti e delle sue potenzialità, tutti quanti non hanno nascosto un certo entusiasmo. Ecco è questo che intendo noi come forum, e perchè no anche come "comunità" delle energie pulite potremmo dare una mano chi più chi meno, anche con campagne d'informazione e raccolte fondi per la ricerca, è un idea che porto con me da un po e penso che questo forum abbia cominciato nonostante tutto con il piede giusto, per attivarsi in questa direzione!. -
.CITAZIONE (andreitto @ 5/12/2007, 16:05)Eppure dall'alto della nostra ignoranza qualcosa possiamo fare anche noi comuni mortali ..... Ecco è questo che intendo noi come forum, e perchè no anche come "comunità" delle energie pulite potremmo dare una mano chi più chi meno, anche con campagne d'informazione e raccolte fondi per la ricerca, è un idea che porto con me da un po e penso che questo forum abbia cominciato nonostante tutto con il piede giusto, per attivarsi in questa direzione!
Andreitto, il miglior modo di far progredire un'idea e' rendere una moltitudine partecipe di quell'idea.
In questo caso il forum si e' attivato affinche' se ne parli, più gente conosce l'argomento e piu' se ne parlera' nei salotti buoni finchè arriva alle orecchie giuste. Per farlo occorre allora un passaparola, parlavi di colleghi universitari, rendili partecipi di questa idea, coinvolgi i tuoi amici, i conoscenti, quelli che con te lavorano.
informali che c'e' il forum e su questo forum si discute di un'idea grandiosa quale il KWG.
Piu' siamo e piu' forte sara' la nostra voce e poi vedrai che qualcuno lassù sul colle incomincera' a pensare che è ora di cambiare.
MetS
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andreitto.
User deleted
CITAZIONEPer farlo occorre allora un passaparola
Se si tratta di quello non c'è problema, ogni persona che conosce me conosce anche il kite, quello di cui parlo io se non si è capito è più di un passaparola, o di una pubblicità verso il forum...parlo di una campagna di informazione organizzata, anche di scendere in piazza la domenica per le piazze Italiane a spiegare il progetto o che so, poi la pubblicità per il forum arriverebbe con essa...
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leptone.
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Io vorrei fare un ragionamento dopo aver letto un articolo scritto dal Massimo Ippolito qualche mese fa che riguardava un confronto tra idrogeno e il kite wind generator.
Cito solo qualche frase tratta dal suo intervento (fonte ANSA)
"Vorrei ricordare che al mondo non esistono giacimenti di idrogeno, a parte qualche traccia mescolata assieme agli idrocarburi, quindi deve essere prodotto partendo dalle fonti primarie come il metano, la idrossidazione del carbone o dalla energia elettrica, quest'ultima utilizzata per dissociare l'acqua con l’elettrolisi.
Il bilancio energetico, in tutti i casi è negativo, ovvero si consuma molta piú energia primaria di quanta poi viene resa disponibile all'utilizzo finale, quindi siamo di fronte ad un mediatore di energia che restituisce solo una parte dell'energia immessa, in questi casi si parla di un vettore di energia, alla stessa categoria, benché con rendimenti molto migliori, appartengono le linee elettriche, le batterie di accumulatori elettrochimici o gli accumuli mediante ripompaggio in bacini idroelettrici.
...
Si parla molto dell'importanza del risparmio energetico, argomento che ci trova particolarmente allineati, allora ci chiediamo perché la ottima e nobile energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili, dovrebbe attivare un processo chimico, quello dell'idrogeno, che alla fine ci lascia con circa un quarto della energia inizialmente investita, questo é uno spreco incompatibile con il concetto del risparmio energetico."
Vorrei fare solo una semplice domanda...
Io sono pienamente daccordo con il suo ragionamento, ma non ritiene che una volta avviata quella che viene definita "l'economia dell'idrogeno" non sarà più necessario attingere da altre fonti di energia per la sua produzione?
Ely. -
Guiotto.
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Non sono esperto di sistemi d'accumulo, ma ho sentito che usare idrogeno liquido al posto della benzina è da circa la stessa autonomia a parità di peso.
Il problema è che questo è piuttosto complesso da trattare (deve essere tenuto a -250° evapora ed è esplosivo)
Mentre le celle ad idrogeno hanno un problema di autonomia.
Il maggior problema delle batterie è il tempo di carica, l'autonomia è circa uguale alle attuali macchine ad idrogeno.
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MassimoIppolito.
User deleted
CITAZIONEVorrei fare solo una semplice domanda...
Io sono pienamente daccordo con il suo ragionamento, ma non ritiene che una volta avviata quella che viene definita "l'economia dell'idrogeno" non sarà più necessario attingere da altre fonti di energia per la sua produzione?
Cara Ely,
ero lanciato nel darti una risposta di questo tipo:
"La termodinamica dimostra che la maggior parte dell’energia termica immagazzinata nell’idrogeno diventerà calore e soltanto una parte minoritaria potrà tornare energia elettrica".
Ma mi rendo conto che sarebbe una ulteriore asserzione, provo invece a darti una immagine, ispirata da una delle troppe e tragiche storie vere, per seguire l'immagine che provo a delineare, faccio un parallelo, l'acqua in questo caso è l'energia e l'idrogeno è il canale che la trasporta, ovvero il significato intimo di vettore energetico.
Siamo in uno di quei luoghi del mondo, sempre più estesi, dove manca l'acqua, diciamo un territorio della dimensione di una provincia anche affetto da sovrappopolazione.
Pochi misere fonti (le fonti energetiche) forniscono l'acqua appena sufficiente alla gente perennemente in coda e in attesa del lento riempirsi delle taniche di chi prcede, questo disagio innesca anche gravi problemi di convivenza e di mecificazione del bene primario.
Viene interpellato un guru internazionale per trovare una soluzione, questo, ha scritto anche un libro affascinante sul problema.
La soluzione prescritta è di approntare dei lunghi canaletti che dalle fonti si diramano per la intera provincia e che collegano anche le sorgenti tra loro e numerose vasche di accumulo dell'acqua distribuite sul territorio.
Le autorità e la gente sono entusiaste della soluzione, poichè immaginano che non dovranno più percorrere chilometri per approvigionarsi dell'acqua, e che non dovranno più sgomitare, subire violenze o pagare per accaparrarsi il prezioso liquido.
Qualcuno fa notare che però l'acqua evapora sotto il sole e che 3/4 dell'acqua originariamente immessa nella rete di canaletti verrà persa, ovviamente peggiorando la situazione.
Ma queste voci critiche vengono emarginate, mentre hanno successo, approvazione e finanziamenti coloro che da decenni continuano a proporre di costruire e sperimentare pezzi della rete, nonostante risultati parziali o insuccessi.
A questo punto potrai chiedere perche anzichè usare i canaletti e le vasche non si usano dei tubi e delle cisterne chiuse riducendo le perdite?
Esatto, ora dobbiamo uscire dalla metafora, i tubi efficienti per l'energia sono le linee elettriche, l'idrogeno invece si comporta come i canaletti nonostante 50 e più anni di ricerca atta a migliorarne le prestazioni.
Inoltre, come si è dimostrato il teorema di pitagora è anche possibile dimostrare che l'idrogeno ha un limite teorico di efficienza nel stoccare e trasportare l'energia, anche con qualunque ipotetica invenzione che verrà fatta in futuro.
Qundi la tua domanda, dentro la metafora, suonerebbe così:
una volta avviata e completata la rete di canaletti non sarà più necessario immettere acqua?
purtroppo non è così, sarà invece necessario trovare e immettere 4 volte l'acqua originariamente necessaria.
la metafora ha necessariamente delle imprecisioni, ma ti chiedo di apprezzare lo sforzo di raccontare la questione in un modo diverso.
Massimo Ippolito
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Guiotto.
User deleted
Qundi tu proponi di elettrificare tutte le strade e usare auto elettriche?(come la metropolitana per intenderci)
Potrebbe essere una soluzione, ma bisogna valutarne un po' la fattibilità.
Ma come si farà per gli aerei ed elicotteri(anche personali) visto che sono sempre più diffusi?.
Se intendevi l'idrogeno usato nei reattori a fusione non ho idea dei rendimenti in gioco.
P.s. Anch'io sono contro tutti i tipi di finanziamenti pubblici a fondo perduto e non , ma almeno io (e la mia famiglia)non ho mai preso nulla.. -
leptone.
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Si, ho capito perfettamente.
Ma non credi che questo limite sia imposto dalla tecnologia attuale? Non credi che magari tra 50, 100 o anche di più anni si potranno supere questi limiti che rendono poco efficiente l'economia dell'idrogeno?
La discussione sembra che si stia accavalando tra idrogeno e il kate wind generator....
Ora rientro nel tema...
Io sono una biologa e di centrali eoliche ne capisco ben poco, però sono curiosa... e siccome credo che la tua invenzione indubbiamente porterà benefici non indifferenti in termini energetici, mi piacerebbe capire come funziona.
Perdona la domanda apparentemente stupida, ma credo che una tua breve spiegazione possa servire anche ad altri uenti interessati all'argomento.
Ely.
