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Gli elementi indispensabili per la tecnologia

Le risorse minerarie per le tecnologie sostenibili non sono infinite e vanno reperite in natura: come affrontare il problema? Un contributo di Nicola Armaroli e Vincenzo Balzani
Eccoci arrivati a una questione nevralgica per la transizione energetica: per convertire i flussi rinnovabili di energia primaria offerti dalla natura in energia per usi pratici, occorrono congegni e dispositivi materiali come pannelli fotovoltaici, pale eoliche e batterie. Tutti questi dispositivi sono fabbricati con risorse minerali che non cadono dal cielo come la luce o il vento: vanno reperite in natura, scavando la crosta terrestre esattamente come accade per petrolio, carbone e gas. Anche le tecnologie rinnovabili, nonostante la straordinaria generosità del Sole, debbono quindi fare i conti con la limitata disponibilità di risorse dell’astronave Terra. E sembra quasi che la natura si diverta a far dipendere le tecnologie energetiche più avanzate da risorse poco abbondanti, in particolare metalli rari. Le pale eoliche, i pannelli fotovoltaici, le auto elettriche e le sorgenti di luce ad alta efficienza, per funzionare, necessitano infatti di elementi chimici relativamente rari sulla crosta terrestre, come neodimio, praseodimio, disprosio, litio, iridio, europio, terbio, argento, cerio, indio e germanio. Per le loro proprietà chimico-fisiche (per esempio magnetiche, elettrochimiche, di assorbimento ed emissione di luce) questi elementi sono oggi – e resteranno probabilmente anche in futuro – difficilmente sostituibili. La tavola periodica fornisce una visione immediata della relativa scarsità degli elementi più cruciali per la transizione energetica.  
Scarica l'infografica sulla Tavola periodica degli elementi che vedi nell'articolo in formato pdf.
 

Come risolvere il problema dei materiali?

Un esempio può dare un’idea concreta del problema. Per convertire ad automobili elettriche tutto il parco veicoli italiano (37 milioni di mezzi), bisognerebbe aumentare del 60% la produzione elettrica rinnovabile nazionale: è un obiettivo ambizioso, ma sicuramente raggiungibile. Purtroppo, però, quegli ipotetici 37 milioni di auto elettriche italiane richiederebbero un aumento di ben 10 volte della produzione mondiale di litio per la fabbricazione delle batterie! Questo obiettivo è impossibile da raggiungere in pochi anni (anche se, fortunatamente, secondo le stime più recenti le risorse di questo prezioso metallo presenti nella crosta terrestre consentiranno un enorme aumento nella produzione di accumulatori elettrici ad alta efficienza). L’esempio del litio fa capire che, nel complicato processo della transizione energetica, il collo di bottiglia non è costituto dai fotoni generati dal Sole, ma dagli atomi reperibili sulla Terra. Per risolvere questo problema c’è una sola possibile strategia: riciclare, riciclare, riciclare. Se in futuro volessimo avere tutti un’auto elettrica, bisognerebbe che la produzione mineraria di elementi come il litio crescesse enormemente nella fase iniziale del nuovo ciclo industriale; nella fase successiva bisognerebbe poi riciclare massicciamente questi metalli. Oggi, purtroppo, il tasso di riciclo dei metalli è ancora troppo basso. Occorre perciò un cambiamento radicale del paradigma economico e industriale: infatti, i rifiuti devono diventare preziose «risorse secondarie», anziché scarti inutili e dannosi per l’ambiente e la salute. Però per riciclare i rifiuti, specie quelli elettronici, occorre spendere molta energia; questo conferma che l’energia è il problema dei problemi. Un sistema energetico rinnovabile al 100% dovrà dunque riservare una quota importante della produzione per alimentare la cosiddetta economia circolare, che valorizza i rifiuti.   Tratto da Energia per l’astronave Terra – Terza edizione, N. Armaroli, V. Balzani, Zanichelli, 2017
Infografica ideata e realizzata da Chiara Zavattaro
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