Sua sorella maggiore e punto di riferimento è la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), agenzia fondata a scopi militari nel 1958 ma a cui si devono innovazioni importanti come la rete progenitrice di internet. "Lo scopo di ARPA-E – ha spiegato il suo direttore, Arun Majumdar – consiste nel finanziare progetti di ricerca dove a possibili grandi benefici corrispondono rischi di fallimento relativamente alti e che quindi non potrebbero vedere la luce altrimenti".
Finora l’agenzia ha supportato ricerche nei campi più disparati, dalle tecnologie rinnovabili per pannelli solari alle turbine eoliche, passando per la trivellazione geotermica, i biocarburanti e le coltivazioni di biomassa. A volte gli investimenti si rivelano dei buchi nell’acqua; altre volte, invece, centrano in pieno il bersaglio, come è il caso della recente scoperta di una tecnologia in grado, per la prima volta, di sprigionare il potenziale delle alghe marine per la produzione di biocarburanti. A passare le ultime "selezioni" assieme al microbo mangia-alghe sono stati sessanta progetti localizzati in 25 Stati diversi. Ecco allora una panoramica sulle aree tematiche più rilevanti, nel tentativo di immaginare future e possibili rivoluzioni.
Sostituire il petrolio con le piante. Il primo filone su cui si muovono i progetti finanziati da ARPA-E è quello di PETRO, vale a dire delle piante ingegnerizzate per rimpiazzare il petrolio. Ne fanno parte diverse tecnologie pensate per sviluppare colture che siano particolarmente vantaggiose nel rapporto tra energia prodotta e acqua necessaria. L’obiettivo è dimezzare i costi dei biocarburanti derivati da piante come il tabacco e l’albero di pino. Su quest’ultimo lavora, ad esempio, un gruppo di ricerca dell’Università della Florida che sta cercando di aumentare la produzione di trementina, un biocarburante liquido naturale che può essere isolato, appunto, dal sempreverde. Il pino sviluppato dai ricercatori, in particolare, è disegnato in maniera tale da aumentare la capacità delle foreste di immagazzinare il biocarburante e accrescere la produzione di trementina dal 3 al 20%. Secondo i ricercatori, in questo modo sarà possibile produrre 100 milioni di galloni di carburante all’anno con meno di 25.000 acri di foresta. Sotto l’ombrello del PETRO trova spazio anche il progetto portato avanti da Chromatin, company con base a Chicago. I suoi biotecnologi sono all’opera per costruire una versione di sorgo dolce (una specie di graminacea) che riesca a produrre grandi quantità di zucchero anche con poca acqua e la cui biomassa sia facilmente convertibile in biocarburante.
Nuove alternative alle terre rare. La seconda area tematica va sotto l’acronimo di REACT, che sarebbe "Rare Earth Alternatives in Critical Technologies". L’idea è di trovare soluzioni più abbordabili rispetto all’utilizzo di terre rare in molte tecnologie esistenti e/o emergenti. Le terre rare, infatti, sono minerali naturali dotati di proprietà magnetiche uniche, ma molto costose proprio a causa della loro rarità. La ricerca di sostituti è attiva soprattutto in tre settori: magneti permanenti, motori per veicoli elettrici e generatori eolici. Sul primo fonte c’è grande fermento attorno a una sperimentazione in corso alla Northeastern Univiversity, dove alcuni ricercatori sono riusciti a creare – partendo dal binomio ferro-nickel – una struttura cristallina che in natura si trova soltanto nei meteoriti.
Come ti conservo l’energia termica. La terza sfida, quella fronteggiata da HEATS (High Energy Advanced Thermal Storage), è di quelle enormi che, una volta risolte, potrebbero rivoluzionare il volto dell’energia. Il trasporto e la conservazione di energia termica (sia calda che fredda) sono infatti aspetti che riguardano più del 90% delle attuali tecnologie energetiche. L’individuazione di nuove strategie efficaci dal punto di vista dei costi è dunque una priorità per ARPA-E. Un esempio di progetto si trova al Massachusetts Institute of Technology: qui gli scienziati stanno sviluppando un dispositivo per la conservazione di energia, una sorta di "batteria del calore" che cattura e conserva l’energia solare per poi rilasciarla sulla griglia solo in un secondo momento.
Il dispositivo, chiamato "HybriSol", presenta una serie di vantaggi: può essere trasportato come un qualsiasi carburante, è rinnovabile al 100% e si ricarica come una batteria a emissioni zero. Potrebbe essere usato sia per il riscaldamento che per la purificazione dell’acqua e consentire l’accesso all’energia solare 24 ore su 24. In questo modo modo si ridurrebbero drasticamente il consumo e l’emissione di combustibili fossili.
Reti elettriche intelligenti, integrate e "verdi". La classe di progetti GENI (Green Electricity Network Integration) si propone invece di sviluppare software innovativi e hardware ad alto voltaggio per controllare in maniera affidabile la rete elettrica. Le strade sono soprattutto due: 1) la creazione di dispositivi di controllo economici in grado di gestire risorse disponibili solo sporadicamente, come il sole e il vento; 2) la realizzazione di strumenti affidabili per controllare automaticamente e in tempo reale il flusso di corrente in ciascuna componente della griglia (come spiegano i ricercatori, una sorta di "internet router" della corrente). Esprimenti di questo genere sono in corso alla Texas Engineering Experiment Station e alla Michigan State University.
Gli Adepti del Sole. A prima vista potrebbe sembrare il nome di una setta, ma in realtà la sigla Solar ADEPT sta per "Solar Agile Delivery of Electrical Power Technology". Quest’ultima area tematica punta tutto sull’energia regalataci dalla nostra stella madre e si propone, assieme alla SunShot Initiative, di ridurre il costo dell’energia solare del 75% entro la fine del decennio. Anche in questo caso i finanziamenti si dividono tra enti federali, università e aziende private. Uno dei progetti pilota ha il suo quartier generale ad Austin, in Texas, dove la Ideal Power Converters sta sviluppando dispositivi elettronici ultraleggeri per connettere alla griglia pannelli solari fotovoltaici. La novità consiste nelle misure dei transistor, che dovrebbero essere così esili da permettere l’istallazione di pannelli lungo le pareti e i tetti degli edifici commerciali. L’obiettivo – spiegano i ricercatori – è ridurre il peso del 98%, un’enormità che consentirebbe di abbattere i costi di manifattura, trasporto e istallazione
