Timothy Asare, originario del Ghana, ha conseguito un Master presso l’Università di Ashesi e il Politecnico di Zurigo. Oggi è impegnato nella ricerca di un approvvigionamento energetico sostenibile per il Ghana con il professor John Lygeros dell’ETH.
A John Lygeros piace parlare di Walenstadt. Nella comunità di 6.000 abitanti nel cantone di San Gallo, sta costruendo una microgrid - una mini-grid locale basata su energie rinnovabili e batterie - nell’ambito del Centro nazionale di competenza in automazione della ricerca, da lui diretto. "Un’opportunità ideale per testare i concetti sviluppati in un laboratorio reale e raccogliere dati", spiega il professore del Laboratorio di Controllo Automatico del Politecnico di Zurigo. Ma Walenstadt si trova in un Paese ricco, con una rete elettrica estremamente affidabile.
Per questo motivo Lygeros si è chiesto per un po’ di tempo: Il concetto può essere implementato anche in luoghi dove l’elettricità è effettivamente carente, ad esempio nell’Africa subsahariana? Dopotutto, le Nazioni Unite prevedono che molti Paesi africani rinunceranno alla costruzione di una rete elettrica nazionale ben sviluppata e investiranno invece in reti locali e indipendenti. Lygeros si è rivolto all’Università di Ashesi in Ghana con la sua idea e ha pubblicizzato un progetto di Master. Poco dopo è stato contattato da uno studente curioso ed estremamente motivato: Timothy Asare. Generazione di energia sostenibile e alimentazione locale e decentralizzata: questi erano esattamente i suoi temi.
Questo testo è stato pubblicato nel numero 26/01 della rivista Globe dell’ETH.
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Televisione con la batteria dell’auto
È successo due anni fa. Il 32enne ghanese ha iniziato da poco il suo dottorato nel gruppo di ricerca di Lygeros a Zurigo. Nei prossimi quattro anni, vuole modellare microgriglie per il Ghana che includano anche veicoli elettrici. "Le batterie delle auto possono essere utilizzate per immagazzinare temporaneamente la capacità elettrica in eccesso, rendendo la rete più stabile ed efficiente", spiega. "Sto sviluppando e testando meccanismi e algoritmi di controllo per questo" Allo stesso tempo, vuole analizzare la fattibilità economica e la necessaria regolamentazione di un tale sistema per il Ghana.
Il percorso di Asare per diventare ingegnere è stato tutt’altro che predeterminato. È cresciuto come uno dei sei figli di una famiglia di agricoltori vicino alla città di Sunyani, nella fascia media del Ghana. "All’inizio degli anni 2000, la maggior parte delle comunità rurali del Ghana non era ancora collegata alla rete elettrica nazionale", ricorda. "Quando volevamo guardare il telegiornale, mio padre prendeva la batteria dell’auto e la collegava a un vecchio televisore" Una lampada a gas forniva un po’ di luce la sera. A nove anni, dopo la morte prematura del padre, Asare si trasferì dallo zio nell’area metropolitana della capitale. "Accra era già elettrificata allora e ho sperimentato le opportunità che questo offriva alle persone" I figli maggiori dello zio, interessati alla matematica e alla scienza, divennero i suoi modelli di riferimento. La passione di Asare per la tecnologia si è accesa.
Quando tornò a Sunyani per le scuole superiori, le città e la maggior parte dei villaggi più grandi erano collegati alla rete elettrica nazionale. Ma a causa della rapida crescita della popolazione e dell’industria, la capacità si esaurì rapidamente. Iniziò un’epoca che in Ghana viene chiamata "Dumsor", che nella lingua locale Akan significa "ora e allora". L’elettricità era solitamente disponibile solo per poche ore al giorno. Le PMI del settore alimentare, i gestori di magazzini frigoriferi e gli agricoltori fallirono perché non potevano più refrigerare le loro merci. "Questa esperienza è stata una delle ragioni per cui ho deciso di studiare ingegneria elettrica", racconta Asare.
Durante gli studi, Asare passava il tempo libero a cercare modi per fornire elettricità alle comunità rurali che non erano ancora collegate alla rete elettrica nazionale. Li ha trovati nelle dinamo delle biciclette, che sono molto diffuse e utilizzate nelle zone rurali. "Abbiamo installato batterie riciclate sui telai delle biciclette e modificato le dinamo in modo che caricassero le batterie durante il giorno", spiega Asare. Di notte, i residenti potevano utilizzare la batteria per alimentare una lampada a LED o per ricaricare i loro telefoni cellulari. Con l’aiuto di amici e di un finanziamento della fondazione di 5.000 dollari USA, Asare ha equipaggiato settanta famiglie in due villaggi con unità di accumulo di energia mobili alimentate da biciclette. "Mi sono reso conto che le modeste conoscenze tecniche che avevamo come studenti avevano già il potenziale per migliorare la vita dei nostri simili"
Timothy Asare è un ex allievo di Ashesi e ora dottorando con John Lygeros.
John Lygeros è professore di Controllo e Computazione presso il Dipartimento di Informatica e Ingegneria Elettrica del Politecnico di Zurigo.
La prima microgrid nel campus
Dopo la laurea e la prima esperienza industriale, Asare ha fatto domanda per partecipare al nuovo programma "Ashesi-ETH Master in Mechatronic Engineering" nel 2021. In stretta collaborazione con partner industriali svizzeri, professori del Ghana e della Svizzera formano insieme ingegneri per l’Africa. Asare ha ricevuto una borsa di studio dal produttore di cioccolato Barry Callebaut, con sede a Zurigo, che si rifornisce di gran parte del cacao in Ghana.
Quando Asare era alla ricerca di un argomento per la sua tesi di Master nel 2023, si è imbattuto nel bando di Lygeros. In quel periodo l’Università di Ashesi stava progettando un nuovo edificio che richiedeva energia supplementare. Un "laboratorio vivente" perfetto per testare una microgrid nel suo Paese: una piccola Walenstadt per il Ghana, per così dire. "Volevamo capire come deve essere dimensionata la rete", spiega Asare. "E anche se alla fine l’investimento sarebbe valso la pena" In Ghana, i tassi di interesse per i prestiti sono notevolmente più alti rispetto all’Europa, il che aumenta i costi dell’impianto per l’intero periodo di funzionamento.
Dopo numerosi incontri online, Lygeros si è recato per la prima volta in Ghana nel 2024 per incontrare Asare di persona e familiarizzare con le condizioni locali. "Quando la sera andavamo dal campus al villaggio successivo per bere qualcosa, ci sedevamo regolarmente al buio perché mancava la corrente", racconta Lygeros. I generatori diesel del campus di Ashesi sono entrati in funzione per colmare il divario. "Tuttavia, questo è molto costoso a lungo termine", dice Lygeros. "Ecco perché le microgrid hanno anche un’opportunità economica in Africa"
Insieme al suo compagno di studi Goodnews Iduku, Asare ha analizzato le attrezzature e gli investimenti necessari per aumentare la fornitura di energia elettrica del campus dall’originario 13% al 60% utilizzando il fotovoltaico. "È stato incredibile l’impegno dei due", ricorda Lygeros. "Quando discutevamo di problemi complessi, spesso tornavano da me con proposte di soluzione dopo pochi giorni. A volte mi chiedevo quando dormissero"
L’impegno è stato ripagato: La direzione della scuola Ashesi ha pianificato l’approvvigionamento energetico del nuovo edificio sulla base dei calcoli dei due studenti. E hanno offerto ad Asare l’opportunità di accompagnare la realizzazione per altri dieci mesi come assistente di ricerca, una volta terminati gli studi. Oltre alle nuove celle fotovoltaiche e alle batterie, sono stati installati anche sensori e contatori intelligenti, che ora monitorano costantemente le prestazioni della microgrid. "Questi dati ci permettono di acquisire importanti conoscenze sulla costruzione di microgrid in Africa", spiega Lygeros.
La tesi di dottorato a Zurigo ha ulteriormente intensificato la collaborazione tra Asare e Lygeros. "Sono abbastanza sicuro che Timothy utilizzerà in seguito in Ghana le conoscenze acquisite durante il periodo trascorso a Zurigo", afferma il professore. "Con tutto ciò che impara qui all’ETH, si chiede quanto sia rilevante per il contesto ghanese" Alla domanda sui suoi progetti futuri, Asare afferma che andrà dove il suo lavoro avrà il maggiore impatto. "Se sviluppo una nuova tecnologia in Europa, probabilmente migliorerà solo marginalmente la vita della popolazione", afferma il dottorando. "Ma in Africa ci sono molti problemi che posso aiutare a risolvere con le mie conoscenze"
Il programma del Master ETH-Ashesi è sostenuto dai seguenti donatori: Adrian Weiss, Fondazione Arthur Waser, Fondazione Bärbel e Paul Geissbühler, Fondazione Georg e Bertha Schwyzer-Winiker, Green Leaves Education Foundation, Fondazione Louis Dreyfus e la Segreteria di Stato per gli Affari economici.
