Il futuro dell'energie rinnovabili e non solo

Rinnovabile quindi eterno, pulito e a basso costo; perché, per esempio, fin tanto che ci sarà il sole potremo catturarne i suoi raggi su un pannello solare e caricare le batteria al litio della nostra automobile e viaggiare in lungo in largo senza inquinare. E quando il sole non ci sarà più, non sarà certo il problema energetico a preoccuparci.

Ma se sole e vento certamente non mancheranno mai (su scale di tempo umane), chi ci dice che avremo sempre pannelli fotovoltaici, turbine eoliche, batterie al litio, super-magneti permanenti per le auto ecologiche, fosfori per le nostre lampadine a basso consumo? No, non è uno scherzo di cattivo gusto e nemmeno l'incubo di un ecologista idealista, ma una situazione di criticità evidenziata dal Dipartimento dell'Energia (DOE) degli Stati Uniti alla fine del 2010 e ripresa il 22 Marzo, probabilmente stimolata dal disastro ambientale giapponese seguito dall'emergenza nucleare di Fukushima ancora in corso. Ma perché non dovremmo più avere pannelli solari o turbine eoliche?


Quattordici elementi chiave


Quando si costruisce un pannello fotovoltaico, si mettono insieme alcuni elementi per creare un materiale in grado di convertire l'energia contenuta nei raggi solari in una forma, quella elettrica, che possiamo sfruttare per gli usi più comuni. Alcuni di questi elementi sono economici e molto disponibili sul mercato, altri invece giocano un ruolo chiave, ovvero non possono essere sostituiti facilmente con un altro elemento e una difficoltà a reperirli potrebbe seriamente mettere in crisi la catena produttiva.

14 elementi chiave

Guardate la tavola periodica qui a fianco e soffermatevi sugli elementi blu scuro. Sono 14 caselline con nomi strani, alcuni dei quali non avrete mai avuto occasione di sentir nominare prima. Otto di questi, quelli allineati sulla linea in basso, appartengono al gruppo delle terre rare e sono fondamentali per le loro caratteristiche ottiche, magnetiche e come catalizzatori. Lantanio, cerio, praseodimio, neodimio, cobalto e litio sono utilizzati nelle batterie delle auto elettriche. Neodimio, praseodimio e disprosio invece sono gli elementi chiave dei magneti permanenti negli alternatori delle turbine eoliche e ancora delle auto elettriche insieme al samario. Lantanio, cerio, europio, terbio e ittrio sono invece usati insieme al fosforo nelle lampadine a basso consumo che stanno rimpiazzando le vecchie lampade ad incandescenza. Indio, gallio e tellurio sono invece gli ingredienti indispensabili nelle celle che compongono i pannelli fotovoltaici. La tabella qui sotto è un ottimo riassunto dello scioglilingua chimico qui sopra riportato e vi da un quadro completo della situazione.

Elementi chiave e loro utilizzo in applicazioni verdi

Ma perché dovrebbero venire a mancare? Alcuni di questi infatti, non sono poi così rari nella crosta terrestre, però sono difficili da estrarre dai giacimenti minerari, oppure sono concentrati solo in alcune zone geografiche, oppure ancora necessitano di procedure di separazione e purificazione chimica (tutt'altro che verdi) costose o pericolose, tanto che solo alcuni paesi con politiche ambientalistiche e  di sicurezza sul lavoro non proprio all'avanguardia riescono a produrre in quantità.

Fabbisogno di elementi
chiave e loro produzione

Guardate l'immagine qui a fianco. Rappresenta la quantità di questi materiali che è stata richiesta nel 2004, nel 2008 e che utilizzeremo nel 2014. La "terra" scura rappresenta la quantità estratta in Cina, mentre quella chiara è quella prodotta in tutto il resto del mondo. E' evidente anche come nel prossimo quadriennio ci sarà un forte aumento della domanda di questi elementi proprio sull'onda della richiesta di tecnologie verdi.



Ma sono veramente così essenziali e così critici?

Le proprietà di questi elementi sono proprio uniche e anche una loro piccolissima quantità è in grado di cambiare le proprietà fisiche del materiale che le incorpora, esattamente come succede per i droganti in un wafer di silicio. Ma il fatto che siano presenti in minima quantità, non significa che possano essere eliminati completamente o facilmente sostituibili con elementi più accessibili. Il DOE ha quindi compilato la tabella che vi riporto qui a fianco suddividendo gli elementi chiave in critici, quasi critici e per nulla critici e ripetuto l'analisi sia sul breve termine (prossimi 5 anni) e sul medio lungo termine (5 - 15 anni). Ma è forse più facile leggere i due grafici cartesiani che vi riporto qui sotto dove insieme alla loro criticità (asse orizzontale) viene rappresentata anche l'importanza degli elementi chiave per le energie pulite (asse verticale).

Energia, ma non solo

Dobbiamo essere onesti, non sono solo le energie rinnovabili ad essere messe in crisi da questa possibile criticità, tante altre "cose" che sono entrate a far parte della nostra vita quotidiana potrebbero venir a mancare, come i monitor LCD o i televisori LED e l'elenco potrebbe essere molto più lungo.

Conclusione

Probabilmente starete dicendo: è il solito discorso di un disfattista che vuole sostenere a tutti i costi che le energie alternative non funzionano. In realtà, non è per nulla così, sono assolutamente consapevole che le energie rinnovabili sono di vitale importanza per uno sviluppo sostenibile, ma non bisogna credere che è tutto verde quello che è rinnovabile. Il fatto che ci siano iniziative americane a livello governativo significa che è stata recepita l'importanza strategica non solo di questi elementi chiave, ma delle tecnologie che questi rendono accessibili. Dobbiamo quindi già dire addio alle energie del futuro? No, ma per le energie rinnovabili, come per le altre che già abbiamo, servono tre cose fondamentali: ricerca, ricerca e ricerca.

Fonti documentali: Critical Material Strategy e Request For Information.
Altre fonti: Una strategia per liberarsi dalla dipendenza dalla Cina, The Upside and Downside to Rare Earth Metals Shortages e The Rare-Earth-Metal Bottleneck