Il lato oscuro della transizione energetica

Sebbene i combustibili fossili siano destinati ad accompagnare l’umanità ancora per qualche decennio, la strada verso la loro progressiva dismissione è ormai tracciata e prevede la totale, o quasi, elettrificazione del settore energetico. La tendenza non è basata unicamente sulle ricadute tecnologiche ed economiche – i motori elettrici hanno un’efficienza irraggiungibile da quelli termici – ma anche, e soprattutto, sulla necessità di limitare le conseguenze climatiche provocate da un secolo e mezzo di emissioni incontrollate di gas serra.

Per fare ciò, l’energia proveniente dalla combustione di carbone, petrolio e metano – presto o tardi soggetti a esaurimento – dovrà venire gradualmente rimpiazzata da fonti pulite e rinnovabili come l’idroelettrico, il solare fotovoltaico o l’eolico. Avendo cura di scegliere il sito adatto dove edificare una centrale, la disponibilità di acqua, luce e vento è pressoché illimitata e costante nel tempo. Caratteristiche che possono controbilanciare rendimenti perlopiù bassi, sebbene negli ultimi anni non siano mancati i progressi e all’orizzonte se ne prospettino di ancora maggiori. Questo scenario di opulenza energetica e salvaguardia dell’ambiente è in realtà un po’ ingannevole: sebbene in maniera meno esplicita, anche le fonti rinnovabili si basano sullo sfruttamento di risorse finite e la cui estrazione è tremendamente inquinante, proprio come accade per i combustibili fossili.

 

Proprietà straordinarie

Dai magneti delle pale eoliche ai motori elettrici delle automobili, il presente e soprattutto il futuro dell’umanità dipendono da frazioni infinitesimali ma imprescindibili di elementi chimici noti come metalli rari. Sebbene il termine abbia una valenza storica più che un effettivo riferimento alla loro abbondanza o struttura atomica, per metalli rari si intendono comunemente una cinquantina di elementi con proprietà molto eterogenee. Il loro nome non deriva tanto dal fatto che ce ne siano solo piccole quantità nel pianeta, quanto dalla loro difficoltà di estrazione: sono metalli dispersi in percentuali minori, in mezzo alle altre rocce.

I metalli rari sono inoltre indispensabili per le nuove tecnologie dell’informazione e della comunicazione, poiché le loro proprietà semiconduttrici consentono di modulare il flusso di elettricità dei dispositivi digitali. Il germanio è impiegato nelle fibre ottiche, l’indio nei chip elettronici, il tantalio nei condensatori dei circuiti elettrici. In termini di applicazione, i più interessanti appartengono però alle cosiddette terre rare, una grande famiglia di 17 elementi con stupefacenti proprietà elettromagnetiche, ottiche, catalitiche e chimiche: scandio, ittrio, lantanio, cerio, praseodimio, neodimio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, olmio, erbio, tulio, itterbio, lutezio e promezio.

 

Le applicazioni

Fino alla prima metà degli anni Settanta, le terre rare vantavano appena una manciata di applicazioni industriali. Ciò che ha cambiato il corso della storia è il loro impiego nei magneti permanenti. Sviluppati a partire dagli anni Sessanta con leghe di samario-cobalto, i magneti di terre rare prenderanno definitivamente piede nel 1983 grazie alle leghe in neodimio. A parità di potenza, un magnete di terre rare è cento volte più piccolo di quelli tradizionali in ferrite: la miniaturizzazione della tecnologia e la raggiunta competitività dei motori elettrici, rispetto a quelli termici, sono solo alcune delle conseguenze del loro impiego.

Oggi le terre rare sono parte integrante della nostra quotidianità. Non esiste componente o dispositivo tecnologico che non ne possieda, normalmente nell’ordine dello 0,1-5% in peso. Per esempio, un moderno smartphone contiene frazioni infinitesimali, ma imprescindibili, di ben otto di questi elementi, mentre i magneti permanenti dei generatori delle turbine eoliche contengono addirittura il 25% di neodimio. Senza le terre rare, questi dispositivi non potrebbero funzionare allo stesso modo o sarebbero significativamente più pesanti.

La dipendenza dalle terre rare emerge chiaramente nell’industria automobilistica, che ne è tra i maggiori consumatori. A titolo di esempio, le dozzine di motori elettrici in una tipica automobile, così come i diffusori del suo sistema audio, usano magneti permanenti al neodimio-ferro-boro; le batterie ricaricabili delle autovetture ibride sono costituite di idruro metallico di nichel-lantanio; il parabrezza, gli specchi, le lenti e altri componenti di vetro sono lucidati usando ossidi di cerio.

 

Motore elettrico montato su telaio (immagine: shutterstock)

 

L’impatto ambientale

Nel suo libro-inchiesta “La guerra dei metalli rari”, il giornalista francese Guillaume Pitron sintetizza così i costi nascosti dell’attuale rivoluzione energetica e tecnologica: «La transizione energetica è stata pensata fuori dal suolo». L’estrazione dei minerali rari ha un costo salatissimo, sia in termini economici, sia ecologici, poiché la maggioranza degli elementi sono rari e comuni allo stesso tempo, ubiquitari eppure estremamente diluiti.

Il cerio, il più abbondante dei lantanoidi, è più comune nella crosta terrestre di quanto lo sia il rame mentre il neodimio, il lantanio, l’ittrio e lo scandio sono più abbondanti del piombo. Tuttavia, come riporta Pitron, per ricavare appena un chilogrammo di vanadio vanno purificare 8,5 tonnellate di roccia. Un chilo di cerio ne richiede il doppio, il gallio 50 e il lutezio ben 200. Le basse concentrazioni dei depositi rendono insostenibili i costi di estrazione, a meno che il costo della manodopera sia ridotto o venga sostenuto da sussidi statali.

Inoltre, la purificazione di ciascuna tonnellata di terre rare richiede almeno 200 metri cubi di acqua che, nel processo, si caricano di acidi e metalli pesanti. Per essere smaltite queste grandi quantità d’acqua devono necessariamente subire lunghi e costosi trattamenti chimico-fisici.

In altri termini, affinché una miniera di metalli rari sia redditizia è necessaria una tutela ambientale debole o del tutto assente. Come se non bastasse, le terre rare non entrano allo stato puro nella composizione delle tecnologie verdi, ma quasi sempre in leghe o materiali composti, perciò recupero e riciclo sono estremamente limitati. Per dissociare le terre rare dagli altri metalli servono tecniche lente e dispendiose.

 

La più grande miniera di terre rare al mondo si trova a Baotou, in Cina (immagine: shutterstock)

 

Una distribuzione capricciosa

La distribuzione dei metalli rari nella crosta terrestre è capricciosa. Il Sudafrica è un importante produttore di platino e rodio, la Russia di palladio, gli Stati Uniti di berillio, il Brasile di niobio, la Turchia di borato, il Ruanda di tantalio, la Repubblica democratica del Congo di cobalto. Eppure, è dalle miniere cinesi che proviene la maggioranza di questi metalli rari: la Cina è il primo produttore, nonché il primo consumatore, di 28 risorse minerali indispensabili per le nostre economie. È il caso dell’antimonio, del germanio, dell’indio, del gallio, della fluorite, della grafite, del tungsteno e soprattutto delle terre rare, delle quali deteneva, nel 2017, l’81% della produzione mondiale.

In realtà, le riserve non sono necessariamente concentrate nei Paesi minerari più attivi. Per esempio, le rocce del Bric Tariné, monte ligure compreso nel parco naturale del Beigua, custodiscono uno dei più vasti giacimenti al mondo di rutilo, un minerale siliceo ricco in titanio, tuttora non sfruttato. Il motivo per cui la maggioranza dei Paesi occidentali ha rinunciato alla loro estrazione è lo stesso per cui negli anni sono state chiuse gran parte delle miniere e delocalizzate numerose attività industriali inquinanti in favore dei settori manufatturieri ad alto valore aggiunto e dei servizi: trasferire altrove l’impatto ambientale.

In questo modo, però, i Paesi occidentali hanno gradualmente rinunciato alla propria sovranità mineraria, divenendo sempre più dipendenti dalle importazioni. Perfino nell’approvvigionamento di risorse minerarie abbondanti dentro i propri confini o in quello di materie indispensabili in settori delicati come la ricerca e la difesa. L’ingenua convinzione che il rapporto di forza tra acquirenti e produttori sarebbe rimasto per sempre inalterato, unita alle strategie commerciali aggressive del governo di Pechino, hanno permesso alla Cina di assicurarsi in un tempo relativamente breve l’egemonia delle terre rare e di numerosi metalli rari.

 

Principali paesi fornitori di materie prime critiche alla UE

 

Rapporti di forza

Il più recente aggiornamento triennale dell’elenco della Commissione Europea riporta 30 materie prime essenziali, tra le quali compaiono tutte le terre rare e molti altri elementi che, nella corsa alla transizione energetica, stanno assumendo un ruolo sempre più strategico come il litio e il cobalto per le batterie, vanadio e indio per i microchip, il gallio e il silicio metallico per le celle dei pannelli fotovoltaici. L’approvvigionamento dell’Unione Europea di molte materie prime critiche è altamente concentrato. Per esempio, la Cina fornisce il 98% delle terre rare, la Turchia il 98% del borato, mentre il Sudafrica soddisfa il 71% del fabbisogno di platino e fornisce una percentuale persino maggiore di metalli del gruppo del platino come iridio, rodio e rutenio.

In linea teorica, il rischio di interruzione dell’approvvigionamento può essere mitigato diversificando la fornitura oppure ottimizzando l’efficienza dei processi produttivi. Ciò nonostante, la richiesta di questi elementi cresce a un ritmo compreso tra il 3 e il 5% annuo: per soddisfare il fabbisogno mondiale, da qui al 2050 dovremmo estrarre dal sottosuolo più metalli di quanti l’umanità ne abbia estratti finora. È probabile che, nel frattempo, verranno scoperti nuovi giacimenti o che alcuni di quelli noti, ma immobilizzati, vengano sfruttati. Tuttavia, se non si riuscirà a incentivare il recupero e il riciclo di questi materiali indispensabili alla transizione energetica, bisognerà scendere a patti con i limiti dell’estrazione e con i tempi tecnici della coltivazione mineraria: dall’inizio dei lavori al momento in cui vengono estratti i primi materiali possono trascorrere anche venticinque anni.

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