Batterie più recenti (in alto) e una migliore gestione di sistemi come i generatori mobili (in basso) contribuiscono all'uso efficiente dell'energia
Poiché i combustibili fossili sono scarsi e costosi, l'esercito è alla ricerca di alternative agli attuali metodi per fornire energia alle basi e alle attrezzature del suo teatro delle operazioni (TMD). Vediamo come l'industria sta guidando l'innovazione in questo settore
"Dal 2001, più di 3.000 soldati e appaltatori statunitensi in Iraq e in Afghanistan hanno perso la vita o sono rimasti feriti in attacchi ai convogli di rifornimento di carburante e acqua", affermano le statistiche del Dipartimento della Difesa.
Tuttavia, una riduzione del 10% del consumo di carburante in cinque anni avrebbe salvato la vita e la salute di 35 soldati dei convogli di trasporto nello stesso periodo; questi dati sono tratti da uno studio della società di revisione Deloitte, pubblicato nel 2009. Al momento non sono stati forniti dati per il periodo 2009-2014 sulle perdite legate alle colonnine di approvvigionamento idrico e di combustibile.
In precedenza, si stimava che ci fosse un ferito o un ucciso in ciascuno dei 24 convogli di carburante. Ad esempio, nel 2007, solo in Iraq e in Afghanistan, l'esercito americano ha condotto 6.030 convogli di carburante. Ciò ha portato a un nuovo disegno di legge presentato al Senato quest'anno, l'Energy Security Act 2014 del Dipartimento della Difesa, che mira ad aiutare le operazioni militari a diventare più efficienti dal punto di vista energetico ea fare meno affidamento sui combustibili fossili.
L'obiettivo non è solo quello di risparmiare denaro sul bilancio del Pentagono, ma anche di ridurre la necessità di convogli di carburante e, in definitiva, ridurre i rischi per il personale militare.
Il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti è attualmente il singolo più grande consumatore di carburante, richiedendo circa 90 milioni di barili di petrolio a un costo di quasi $ 15 miliardi all'anno. Il 75% di questo importo va a soddisfare le esigenze delle forze attive ed entro il 2025 si prevede di aumentarlo dell'11%.
Collaborazione
Non solo gli Stati Uniti hanno prestato grande attenzione non solo all'efficienza dei consumi, ma anche alla cosiddetta “energia intelligente”. Nel 2012, la NATO ha creato un gruppo di lavoro per identificare le soluzioni di risparmio energetico più promettenti e avviare progetti multinazionali per coordinarle. La NATO ha anche considerato la possibilità di integrare il concetto di energia intelligente nei documenti che definiscono la strategia e gli standard dell'alleanza.
A seguito di una riunione nel maggio 2012, è stato istituito il SENT (Smart Energy Team), finanziato nell'ambito del programma NATO Science for Peace and Security. Il gruppo è gestito dal Centro lituano per la sicurezza energetica della NATO e dal Dipartimento per l'ambiente congiunto delle forze armate svedesi. Il team è composto da esperti provenienti da otto paesi, tra cui sei alleati (Canada, Germania, Lituania, Paesi Bassi, Regno Unito e Stati Uniti) e due partner (Australia e Svezia).
"Vogliamo che soldati e comandanti capiscano che il risparmio energetico ha un impatto diretto sulla sicurezza e sulla vita dei soldati", ha affermato Susan Michaelis, un funzionario per l'energia intelligente presso la sede della NATO. "Libera risorse per la missione principale della NATO, che è attualmente focalizzata sulla protezione dei convogli di carburante".
Ha aggiunto che SENT sta prendendo in considerazione gli accordi di standardizzazione della NATO su "energia intelligente, che dovrebbe includere l'installazione di contatori intelligenti nei campi militari esistenti; progettazione generale dei futuri campi; formazione e partecipazione di esperti; addestramento generale incluso nell'addestramento militare generale; e un sistema di ricompensa per gli ufficiali che sono riusciti a ridurre il consumo di carburante".
Spese generali complete
Le forze armate degli Stati Uniti e della NATO hanno eseguito i cosiddetti calcoli del costo totale del carburante (FBCF), che tengono conto di tutti i fattori operativi nella catena di approvvigionamento energetico, inclusi trasporti, infrastrutture, risorse umane, manutenzione, sicurezza e stoccaggio di energia.
Pertanto, un gallone (3,785 litri) di carburante che costa fino a $ 3,50 per gallone (77 centesimi al litro) in un pozzo degli Stati Uniti (77 centesimi al litro) può raggiungere oltre $ 100 per gallone ($ 22 per litro) dopo essere stato consegnato a prima linea nell'Afghanistan nord-orientale.
Secondo questi calcoli, le fonti energetiche alternative e le soluzioni energetiche intelligenti, che non possono essere economicamente competitive nella vita di tutti i giorni a causa dei loro elevati costi di capitale iniziali, sono sempre più giustificate sul campo di battaglia.
Il presidente di Earl Energy, Doug Morehead, ha dichiarato: "Ad essere onesti, quando inizi a pagare $ 15 per gallone, gran parte della nuova tecnologia ha senso".
In effetti, se un sistema combinato di accumulo di energia solare e di riserva è antieconomico per la casa e la vita di tutti i giorni, allora è inestimabile quando viene schierato nelle forze armate, specialmente quando lo guardi con tutti i componenti della FBCF.
Nel giugno 2013, all'esercitazione NATO Capable Logistician 2013 in Slovacchia, l'esercito olandese ha dimostrato una tenda coperta di celle solari. L'esercito ha già installato 480 metri quadrati di pannelli solari a Mazar-i-Sharif in Afghanistan, che attualmente generano 200 kWh. Secondo l'esperto di energia dell'esercito olandese, il tenente colonnello Harm Renes, "l'investimento è già stato ripagato".
In linea con le tendenze
Il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ospita una Defense Energy Technology Challenge (DETC) annuale per rimanere al passo con le ultime tendenze energetiche intelligenti e selezionare quelle che possono essere portate avanti per aiutare l'esercito a ridurre significativamente la sua dipendenza dai combustibili fossili. Il Pentagono ha stanziato 9 miliardi di dollari per programmi di efficienza energetica per il 2013-2017.
Nel novembre 2013, Sierra Energy con la sua centrale elettrica FastOx è stata selezionata come vincitrice del concorso DETC 2013 tenutosi nell'ambito dell'incontro annuale sull'energia per la difesa.
Il presidente della Sierra Energy Mike Hart ha dichiarato: “L'esercito americano ha un'intera direzione che si occupa della gestione dei rifiuti e della riduzione della dipendenza dai combustibili fossili in quanto li rende strategicamente vulnerabili. Una soluzione in grado di generare la propria energia ha un impatto significativo su diversi aspetti, tra cui una maggiore sicurezza, indipendenza e sostenibilità ambientale.
“La nostra tecnologia waste-to-fuel è stata identificata come una tecnologia chiave nel 2009 e quindi il Renewable Energy Test Center del Dipartimento della Difesa l'ha inserita nella sua lista di priorità. In alcuni casi, processando 10 tonnellate di rifiuti, riusciamo a generare circa 500 kWh di energia elettrica senza interromperne l'approvvigionamento».
Impianto FastOx di Sierra Energy
Scorie non liscivianti
Questa tecnologia in poche parole. Si iniettano ossigeno e vapore, riscaldando i rifiuti a 2200°C (nessuna combustione); questo permette di utilizzare qualsiasi materiale purché contenga carbonio. Eventuali residui di metalli, ceneri o sostanze inorganiche vengono fusi in un liquido, che viene scaricato sul fondo, consentendo il recupero dei metalli. Il resto esce come scoria non lisciviata che può essere utilizzata per la pavimentazione. I due gas generati (70% monossido di carbonio e 30% idrogeno) vanno alle celle a combustibile, che rilasciano solo calore e acqua.
"Questo sistema modulare può essere lasciato cadere in qualsiasi area", ha affermato Hart. Il sistema è attualmente in fase di perfezionamento per essere confezionato in contenitori ISO standard da sei a sette per un'implementazione rapida e semplice.
È probabile che la tecnologia delle celle a combustibile sia l'opzione preferita per sostituire i generatori diesel sul campo, specialmente nelle unità più piccole. L'Istituto tedesco per la tecnologia chimica Fraunhofer sta sviluppando una cella a combustibile portatile a idrogeno per le forze armate tedesche che è silenziosamente in grado di generare 2 kW di elettricità. Il sistema utilizza l'energia solare per scindere l'acqua in ossigeno e idrogeno.
Tuttavia, Chris Andrews, project manager presso la società australiana indipendente di produzione di energia Eniquest, ha commentato il diffuso interesse per i sistemi di alimentazione alternativi e l'aumento dell'uso di energia rinnovabile: la forza e la prevedibilità della fornitura superano i vantaggi della riduzione dell'uso di combustibili fossili."
Eniquest fornisce all'esercito afghano una varietà di alternatori silenziosi e stazioni di distribuzione di corrente alternata e continua. Andrews ha osservato: "I miglioramenti nella tecnologia, in particolare nella tecnologia di accumulo di energia / batteria che può competere con l'energia specifica dei combustibili fossili, saranno importanti per allontanarsi dall'uso di combustibili fossili nelle applicazioni militari".
Obiettivi immediati
Sebbene l'attenzione possa essere concentrata sull'eliminazione graduale della dipendenza dai combustibili fossili nel medio e lungo termine, l'obiettivo immediato è ridurne significativamente l'uso attraverso una varietà di metodi.
Uno degli approcci è quello di aumentare l'efficienza dei generatori già presenti nelle sale. Earl Energy ha recentemente vinto un contratto con il Dipartimento della Difesa per il suo programma Mobile Electric Hybrid Power Systems (MEHPS), che potrebbe portare all'acquisto di circa 50 unità FlexGen. La tecnologia del sistema era stata precedentemente adottata dal Corpo dei Marines, che nel 2010 ha testato un prototipo da 6 kW in funzione. Quindi è stato annunciato che questa tecnologia ridurrà il consumo di carburante sul campo di battaglia di oltre l'80%.
Durante i test in Afghanistan, il sistema Earl Energy FlexGen ha permesso ai generatori di funzionare da tre a sei ore al giorno invece che 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
"Era un riflesso di come la produzione di energia inefficiente sul campo di battaglia sia ora abbinata a tutta la tecnologia che abbiamo", ha affermato Morehead. “Le reti sono fatte su misura per la produzione di potenza di picco poiché ai militari non dovrebbe mai mancare la potenza disponibile per supportare le loro operazioni. E lo stesso, purtroppo, vale per un sistema come un generatore. Lavorano in questo spazio operativo 24 ore su 24, 365 giorni all'anno, indipendentemente dal fatto che abbiano bisogno di energia o meno. È come un'auto che non spegni mai, anche quando non la usi».
Il sistema ibrido FlexGen utilizza un generatore diesel automatizzato con capacità start-stop, che è combinato con fonti di energia rinnovabile e un grande dispositivo di accumulo di energia. Il generatore funziona a piena capacità e, quando è sovralimentato, carica le batterie. Se le batterie sono sufficientemente cariche per far fronte al consumo di elettricità, il generatore si spegne. Durante i test in Afghanistan, il sistema ha consentito ai generatori di funzionare da tre a sei ore al giorno con un'efficienza media del carburante di oltre il 50%.
Earl Energy è attualmente il principale appaltatore del Corpo dei Marines e sta sviluppando il sistema di alimentazione portatile da 10 kW di prossima generazione. L'azienda ha venduto 12 sistemi di test; in futuro, nuovi contratti prevedono l'acquisto di un massimo di 50 sistemi FlexGen.
L'approvvigionamento energetico sta migliorando
Il Dipartimento della Difesa britannico dispone di Power FOB, un sistema intelligente di stoccaggio e gestione dell'energia che consente l'introduzione di fonti rinnovabili e tecnologie per il risparmio energetico. Il sistema consente di risparmiare fino al 30% di carburante grazie all'accumulo di energia generata da generatori diesel e pannelli solari, e di ridistribuirla al momento giusto ai giusti consumatori.
Tutte queste tecnologie si basano su soluzioni avanzate di batterie per l'accumulo di energia; in questo caso, le fonti di energia rinnovabile possono diventare realmente dispiegabili.
Morehead ha aggiunto: “Il fabbisogno giornaliero di kilowattora del soldato è in costante aumento poiché trasporta più consumatori di energia che mai. Il soldato moderno ha bisogno di 10 volte più energia di 15 anni fa.
L'azienda britannica Lincad produce una linea di batterie intelligenti Lithium Ion Power Source (LIPS). Il suo modello LIPS 5 è diventato il maggior successo nel catalogo dell'azienda; più di 17.500 unità sono state fornite al Dipartimento della Difesa britannico e ad altri clienti in tutto il mondo. Come ha commentato un dirigente dell'azienda: “La prima batteria LIPS è stata rilasciata nel 2000, pesava circa 3,5 kg e aveva una capacità di 12 Ah. Il nuovissimo LIPS 10 pesa lo stesso ma ha una capacità di 23 Ah, riducendo drasticamente l'onere logistico per il soldato."
Oltre a fornire batterie ricaricabili durevoli, Lincad produce anche una linea di caricabatterie. Un portavoce dell'azienda ha dichiarato: “Negli ultimi anni, la tecnologia di accumulo dell'energia solare si è sviluppata rapidamente e quindi sono emerse le soluzioni Solar Charger e Power Scavenger di Lincad. C'era anche la necessità di ricaricare il cellulare dalle auto durante la guida. I veicoli stanno già generando energia dai loro generatori e questo è implementato nel Lincad DC Vehicle Charger. L'avvento di questi caricabatterie significa che gli utenti non hanno bisogno di portare con sé molte batterie.
I soldati a volte trasportano fino a 10 kg di batterie che devono essere ricaricate e la grande capacità delle batterie e le soluzioni di ricarica flessibili riducono la necessità di tornare alla base, il che può influire positivamente sull'adempimento di una missione di combattimento.
