Secondo le analisi degli esperti dell'Agenzia Internazionale per
l'Energia, il costo del petrolio era previsto in costante crescita dal
2000 al 2030. L'incremento atteso veniva stimato intorno ad una quota
media di 10 dollari l'anno.
Oggi, si può verificare quanto queste previsioni fossero
inattendibili visto che, dopo aver sfondato la barriera dei 100 dollari
al barile, il prezzo dell'oro nero continua a salire, ben 30 dollari in
più solo negli ultimi sei mesi.
L'economia del pianeta, in particolare quella dei paesi
industrializzati, è basata sullo sfruttamento dell'energia
accumulata nei combustibili fossili tra cui il petrolio svolge un ruolo
fondamentale.
Sappiamo, fin troppo bene, quante guerre e situazioni di degrado
sociale traggano origine dal controllo strategico dell'energia e quale
sia il "peso" degli stati e delle multinazionali che sfruttano i
giacimenti sparsi per il mondo.
Di fronte ad una probabile sopravvalutazione della capacità
estrattiva, il picco di disponibilità del petrolio potrebbe
essere molto più prossimo di quanto indicato dagli addetti ai
lavori e, di conseguenza, gli scenari cui potremmo andare incontro sono
tutto fuorché tranquillizzanti.
È in questo contesto che i sostenitori del nucleare e del
carbone "sgomitano", tentando di approfittare della situazione, per
aprire ulteriori prospettive alle proprie opzioni, la minaccia
dell'emergenza energetica e la disinformazione sono classici strumenti
per questo tipo di propaganda.
È naturale, quindi, che si ritorni, anche dalle pagine di questo giornale, spesso su tali temi.
Mai come ora, l'attenzione è puntata anche sulle cosiddette
energie alternative, in questa occasione ci pare opportuno mettere a
fuoco una delle possibili fonti, in particolare ci riferiamo
all'energia solare.
Per la verità, parlare d'energia alternativa riferendoci al sole
risulta una contraddizione dato che il contenuto energetico degli
stessi combustibili fossili deriva, in ultima analisi, dalla radiazione
che la stella Sole ha inviato verso la Terra in epoche passate.
Comunque sia, l'energia solare che ogni giorno giunge gratuitamente
sulla superficie terrestre si può "catturare" attraverso la
tecnologia fotovoltaica. Questa si basa sulla capacità di
materiali semiconduttori, quali il silicio, di convertire le radiazioni
solari in corrente elettrica. L'elemento base di un impianto è
la cella fotovoltaica, una sottilissima lamina di silicio, che
assemblata in più unità costituisce un modulo
fotovoltaico. Più moduli collegati insieme formano un generatore
fotovoltaico che può essere utilizzato in due tipologie
d'impianto: i sistemi autonomi o stand alone (per alimentare un
edificio isolato e lontano dalla rete di distribuzione) oppure connessi
alla rete elettrica o grid connected (come nel caso di edifici di un
centro abitato sui cui tetti siano stati installati dei moduli
fotovoltaici o di nuovi impianti realizzati al suolo proprio per
immettere energia nella rete elettrica).
Le prestazioni dei moduli fotovoltaici sono suscettibili di variazioni,
anche consistenti, in dipendenza di molteplici fattori tra cui: il
rendimento dei materiali di cui sono composti, la durata e
l'intensità dell'irraggiamento solare che varia a seconda della
stagione e della nuvolosità, l'angolazione secondo cui giungono
sulla superficie i raggi solari in relazione alla latitudine, la
temperatura cui sono sottoposti i materiali in esercizio, la pulizia
della superficie trasparente che riveste il modulo.
La "vita" dei prodotti attualmente disponibili copre un arco di 30 anni
e forse più; è prevedibile che l'obsolescenza dei moduli
sarà, in futuro, più condizionata dall'innovazione
tecnologica che dal deteriorarsi dei materiali.
L'efficienza nella trasformazione diretta da energia solare in energia
elettrica per questa tecnologia è buona, grazie a pannelli di
qualità, con un rendimento che supera il 18 %, ma sicuramente
suscettibile di miglioramento visto che a livello sperimentale le
percentuali di conversione superano il 25%.
È però doveroso sottolineare che anche l'opzione solare
non è esente, almeno nell'attuale sistema economico, da
contraddizioni e limiti.
Partiamo dal costituente base delle celle fotovoltaiche: il silicio.
Con una quota del 25,8 per cento, questo elemento chimico di simbolo Si
della tavola periodica degli elementi è secondo soltanto
all'ossigeno per presenza nella crosta terrestre. Prima di poterlo
utilizzare bisogna estrarlo e raffinarlo, con processi chimico-fisici,
dalle rocce e sabbie quarzose che lo contengono in maggior
quantità.
Il silicio non è però soltanto un metallo della tavola
periodica, è pure una materia prima negoziata a livello
mondiale, con quotazioni che attualmente raggiungono i massimi storici.
Facendo riferimento alla nota legge della domanda e dell'offerta, nella
definizione di un prezzo di un bene, vista l'abbondanza dell'elemento e
pur considerando i costi di trasformazione, l'attuale valutazione non
sarebbe giustificata. Ci sono delle spiegazioni?
Il mercato del Silicio
Il mercato mondiale di questo metallo è controllato da
pochissimi fornitori, tra cui: il gruppo chimico giapponese Tokuyama,
la statunitense Hemlock e la tedesca Wacker Chemie.
Alla recente esplosione della domanda di celle fotovoltaiche si
contrappone un'offerta ridotta di silicio raffinato, questo
perché, fino a poco tempo fa, per produrre i componenti base dei
moduli si utilizzava, quasi esclusivamente, il silicio preparato per il
settore elettronico che necessita di un grado di purezza elevato
("grado elettronico") ma ha anche costi dieci volte superiori a quello
meno puro ("grado solare") ma ugualmente adatto alla costruzione delle
celle fotovoltaiche. L'assurdo è che a causa dell'attuale
organizzazione industriale, attualmente si trovano sul mercato gli
scarti del silicio "elettronico" a costi inferiori a quelli
eventualmente dovuti per produrre silicio di grado solare.
Ovviamente non c'era interesse economico per le aziende produttrici ad
investire i nuove linee di raffinazione per un prodotto di nicchia e
l'industria fotovoltaica (FV) si è forzatamente approvvigionata
impiegando il silicio avanzato dagli impieghi del settore elettronico.
Ecco perché il prezzo del silicio è poi aumentato
all'aumentare della richiesta determinata dallo sviluppo dal settore
solare. Non ci si deve meravigliare, quindi, se gli operatori del
settore hanno iniziato a riferirsi al silicio definendolo "oro grigio".
La questione dei costi ha dunque frenato la diffusione degli impianti
solari. Ma, se fino a pochi anni fa la maggior parte del silicio era
acquisita dall'industria dei semiconduttori, già per la fine del
2007 era atteso il "sorpasso" dell'industria FV, dato che questa
è cresciuta negli ultimi anni al ritmo del 40-45% contro il 10%
della crescita del comparto elettronico.
I rapporti stanno cambiando e gli "squali" del mercato si attrezzano
per non perdere le nuove opportunità di profitto, basti pensare
che la tristemente famosa Union Carbide ha già brevettato un
processo di raffinazione adatto a produrre silicio di qualità
solare con un costo energetico pari ad un sesto di quello in uso.
Allo stesso tempo i produttori di silicio hanno annunciato un
incremento di almeno 30.000 tonnellate di nuova materia prima entro il
2010; di questa la gran parte sarà dedicata a soddisfare la
crescente domanda dell'industria FV.
Si pensi ad esempio che i piani della Cina prevedono che la sua quota
nella produzione di polisilicio passerà dall' 1,6% dei primi
anni 2000 al 25% entro il 2010. Oltre ai colossi citati in precedenza
stanno investendo su nuove linee produttive la REC, norvegese, oltre ad
aziende presenti a Taiwan ed in Sud Corea.
Singolare a questo proposito ricordare che secondo un regolamento
dell'Unione Europea (Regolamento CE n. 785/2005 del Consiglio, del 23
maggio 2005) è previsto un dazio antidumping sulle importazioni
di silicio metallico (di purezza inferiore al 99,99%, quello che non si
utilizza in elettronica) originario della Repubblica popolare cinese.
L'aliquota del dazio applicabile al prezzo netto, franco frontiera
comunitaria è pari al 49 %.
Risulta quindi sorprendente leggere, da un ANSA del 29 aprile '08, che
l'azienda cinese Trina Solar ha scelto il silicio italiano della
Silfab, azienda italiana dell'hinterland torinese, per produrre le sue
celle fotovoltaiche.
La fornitura riguarda polisilicio vergine necessario a produrre 225 MW
di moduli solari, con un accordo di sei anni, secondo il quale la
Silfab consegnerà in Cina il silicio necessario.
Con le mie, scarse, conoscenze economiche l'unica spiegazione
plausibile che mi sono dato è che l'industria cinese ha
programmato un ambizioso incremento produttivo per cui il silicio di
casa non basterà, quindi oggi si firmano contratti per
rastrellarlo sul mercato internazionale per poi esportare il
concorrenziale prodotto finito, cioè i moduli fotovoltaici.
L'Associazione europea dell'industria fotovoltaica (Epia) conta a breve
termine e grazie a favorevoli condizioni di sviluppo del settore, di
incrementare il mercato fotovoltaico del 37% entro il 2010, con
l'obiettivo finale di raggiungere la potenza istallata di 5600 MWp
(Mega Watt- di picco). Il settore fotovoltaico si prepara così a
convertirsi in uno dei comparti più dinamici dell'economia
globale.
Per fare un confronto, è utile sapere che 5600 MW di energia,
costituiscono l'equivalente produttivo di dieci centrali
termoelettriche tradizionali.
Nonostante gli sviluppi tecnologici, secondo le previsioni dell'Epia,
il mercato del fotovoltaico nel 2010 dipenderà ancora per l'80%
dal silicio.
Nuove soluzioni tecnologiche
I moduli realizzati a partire dal silicio cristallino rappresentano,
infatti, circa il 91% del mercato. Tale tecnologia è matura sia
in termini di rendimento ottenibile (13-15% per i prodotti commerciali
medi) che di costi di produzione (circa 2-2,5 €/Wp)
Il silicio cristallino (mono/poli o amorfo), è impiegato in una
sottile fetta di spessore compreso tra 0,25 e 0,35 mm. Il
monocristallino ha rendimenti di conversione pari al 15-17%, mentre il
policristallino, caratterizzato da un minore costo di produzione,
presenta rendimenti del 12-14%, più bassi per la presenza di un
maggior grado di impurità. Il silicio amorfo, utilizzato nella
tecnologia a "film sottile", viene invece "spruzzato" su una superficie
di supporto. Tale tecnologia presenta una convenienza maggiore rispetto
alle precedenti, in quanto, per la produzione delle celle viene usata
una quantità inferiore di materiale. Inoltre possiede un'ampia
versatilità e flessibilità di impiego. L'unico
svantaggio, non ancora risolto, è la bassa efficienza dovuta
alla struttura cristallina instabile del silicio amorfo.
Esiste anche la possibilità di produrre celle fotovoltaiche
attraverso la deposizione di uno strato sottilissimo di silicio di
"grado elettronico" su di un substrato inerte isolante.
Il vantaggio di questa tecnologia è dovuto principalmente al
fatto che viene utilizzata una quantità di silicio
infinitesimale rispetto alla produzione in wafer tradizionale e questo
renderebbe di fatto inutile la produzione di silicio di grado solare
dato che gli scarti del silicio "elettronico" diventerebbero
immediatamente sufficienti a sostenere la domanda per decenni.
I moduli a film sottile sono ottenuti depositando pochi micron di
materiali semiconduttori su dei substrati di basso costo (vetro,
metallo o plastica). La scelta dei materiali semiconduttori è
fatta sulla base della loro capacità di assorbimento della
radiazione solare. Moduli a film sottile sono realizzati utilizzando
anche materiali come: il Diseleniuro di Rame e Indio (CIS, CIGS nel
caso di aggiunta di Gallio, 10-12%), o il Tellururo di Cadmio (CdTe,
9%). I film di materiale semiconduttore possono essere depositati
direttamente su larga area (fino a superfici maggiori di 5m2)
utilizzando tecniche di deposizione a basso consumo di energia: in tal
caso è, quindi, breve il cosiddetto payback time, ossia quanto
tempo deve operare un impianto fotovoltaico per produrre l'energia
impiegata per fabbricarlo. Tuttavia la scarsa disponibilità di
indio e selenio potrebbe costituire un ostacolo per uno sviluppo su
larga scala.
Al costo dell'energia elettrica prodotta da impianti fotovoltaici
è necessario sommare anche altre voci, vale a dire: quelle per
le strutture di sostegno, per le apparecchiature elettroniche, per
l'installazione e la manutenzione dell'impianto.
Tuttavia se da un lato la competitività del kwh fotovoltaico non
potrà essere migliorata oltre un certo limite, dall'altra i
costi crescenti dell'energia elettrica da fonte convenzionale e la
crescente consapevolezza dei costi nascosti, pagati dalla
collettività e dall'ambiente, dovuti all'utilizzo delle fonti
fossili e del nucleare, contribuiranno a rendere sempre più
competitiva anche da un punto di vista mercantilistico la produzione
elettrica fotovoltaica.
Sono comunque molte le sperimentazioni nel comparto solare finalizzati alla sviluppo di nuove tecnologie.
Alcuni ricercatori della Washington University hanno creato in
laboratorio un nuovo modello di celle solari organiche, le cosiddette
dye-sensitized, di forma sferica e di dimensioni microscopiche, grazie
all'ausilio delle nanotecnologie.
Si tratta in realtà di micro granuli raggruppati a formare sfere
più grandi, ma comunque di dimensioni infinitesime, in grado di
catturare la radiazione luminosa e di convertirla in energia elettrica
con un'efficienza esattamente doppia rispetto alle celle organiche
convenzionali.
Grazie all'utilizzo di ossido di zinco l'efficienza ottenuta con queste
innovative celle a micro granuli è stata pari al 6,2% contro il
valore di 2,4 % delle celle dye-sensitized convenzionali a mini
particelle.
Siamo molto distanti dall'efficienza dei moduli al silicio ma anche
questo settore della ricerca potrà contribuire all'utilizzo
della fonte solare.
Dal fronte aziendale la Nanosolar ha dichiarato che sarà la
prima azienda fornitrice di energia da fonte alternativa a vendere i
propri moduli al costo di 0.7 euro/watt, ancora meno del carbone, del
quale un nuovo impianto di produzione costa circa 1.4 euro/watt, e dei
film sottile oggi in commercio che costa in media 2.4 euro/watt.
Il progetto prevede un campo di celle solari multigiunzione combinate
in un concentratore di raggi solari, denominato tecnologia CPV. In
questo tipo di celle il concentratore ha le dimensioni di 1 cm2, in
grado di generare la stessa energia di 500 cm2 quadrati di celle solari
convenzionali.
Dall'IBM del Vermont, la più grande azienda di informatica nel
mondo, l'invenzione di un processo che permette di riutilizzare le
cialde di silicio scartate dalla produzione dei circuiti dei computer
per utilizzarle nella produzione di celle fotovoltaiche. Il segreto sta
nel "pulire" la superficie della cialda di silicio, cioè nel
rimuovere le microparticelle depositate in superficie durante la
lavorazione per i chips, rendendole nuovamente utilizzabili per un
altro tipo di impiego, in questo caso per i moduli fotovoltaici,
evitando una perdita economica e la riduzione in polvere di cialde di
silicio altrimenti inutilizzate, per un totale di tre milioni di cialde
ogni anno, cui viene risparmiata la pietosa fine in discarica.
All'11° Annual Global Energy Forum di Washington, Sungri,
un'impresa della Silicon Valley, specializzata in progettazione e
sviluppo di sistemi ad energia solare, ha annunciato il suo ultimo
lavoro Xtreme Concentrated Photovoltaics ™ (XCPV™). Si tratta di un
tipo di fotovoltaico "concentrato" che utilizza dispositivi ottici
robotizzati combinati con chip, dotato di una capacità di
convogliare la luce 1600 volte più efficiente dei sistemi
tradizionali. Sì, perché l'alta efficienza di XCPV
permetterà di produrre energia elettrica ad un costo
all'ingrosso di soli 4,9 centesimi al kWh. "Ottenere energia solare a
cinque centesimi al kWh costituirebbe una svolta mondiale" ha detto
Craig Goodman, presidente della National Energy Marketers Association.
"Renderebbe la generazione elettrica da fotovoltaico conveniente come
quella da carbone, gas naturale o altre fonti non rinnovabili, senza
rendere necessario alcun tipo di sovvenzione". (Ricordiamo a questo
proposito le sovvenzioni incenerite dai termovalorizzatori che hanno
bruciato rifiuti che uno scandaloso provvedimento, CIP 6/92, ha
assimilato a fonti rinnovabili).
Nell'ambito del progetto Industria 2015, del Ministero dello Sviluppo
Economico, l'Università di Ferrara, in partnership con aziende
quali ST-Microelectronics, ENI ed ENEL, ha sviluppato un nuovo sistema
fotovoltaico. Si tratta di una parabola con una lente che concentra la
luce fino a duecento volte su un sistema di microspecchi, la suddivide
in quattro lunghezze d'onda e le invia a quatto diverse celle
fotovoltaiche ottimizzate per lavorare su quelle lunghezze. La sua
efficienza, al contrario del 15% del silicio, è già del
40% e, entro qualche anno, potrebbe arrivare fino al 50%. "Un progetto
in grado di produrre il 10% dell'energia elettrica in Italia,
cioè 35106 MWh/anno – spiega il coordinatore del gruppo di
ricerca, professor Giuliano Martinelli – costa alcuni miliardi di euro,
cioè meno del risparmio derivato dal costo del petrolio
necessario a produrre la stessa quota di energia per un anno. Ogni
italiano consuma circa tre tonnellate di petrolio l'anno per un costo
complessivo di 63 miliardi di euro. Risparmiando il 10% – conclude
Martinelli – si guadagnerebbero ben sei miliardi di euro l'anno".
Queste informazioni, al di là delle specifiche tecnologie
sperimentate, ci danno l'idea di quali margini di progresso siano
disponibili. Pur affrontando solo il tema del fotovoltaico, se a questo
associamo i vantaggi del solare termico cioè quello che
garantisce il riscaldamento dell'acqua e la consapevolezza che la
principale fonte di energia alternativa è quella misurata in
negajoule, cioè quella che non si è usata grazie al
risparmio energetico, risulta chiara quale sia la strada da percorrere.
Il KWh prodotto per via FV ha un valore intrinsecamente superiore a
qualsiasi altro, dato che questa tecnologia permette la produzione e il
consumo per via distribuita, ossia: permette la decentralizzazione
degli impianti, ha un basso impatto ambientale sul territorio, riduce
tutte le perdite di energia della rete elettrica (viadotti,
trasformatori ecc.), non richiede controllo sociale, utilizza una fonte
rinnovabile ed accessibile a tutti, con una produzione che, pur
discontinua, ha il picco massimo proprio nelle ore dove serve
più energia elettrica (durante il giorno) e si annulla di notte
nelle ore dove ne serve meno.
È evidente che la vera potenzialità dell'energia solare
non è semplicemente tecnica ma sociale e politica. Non si
farà la rivoluzione con l'energia, ma credo sia fin troppo
evidente che una società autogestita e rispettosa dell'uomo e
dell'ambiente non si potrà certo sviluppare attraverso l'impiego
del petrolio, del carbone o, men che meno, del nucleare.
MarTa