01/06/2018 Sergio Braga

Energie rinnovabili. Il fotovoltaico è pulito ma non troppo

Il costante aumento del prezzo dei carburanti fossili e l’impegno nella lotta alle emissioni di Co2 hanno dato una spinta determinante allo sviluppo del settore delle energie rinnovabili. È decisamente una buona notizia, c’è però il rovescio della medaglia, soprattutto per quanto riguarda l’energia solare.

Un recente articolo apparso su triple pundit, ha approfondito il tema, prendendo largamente spunto da un articolo analogo apparso qualche anno fa su Ieee Spectrum, rivista dell’Ieee, la più grande organizzazione mondiale di ingegneria e scienza applicata. Entrambi fanno il punto della situazione nel settore del fotovoltaico e sul suo impatto ambientale. Ve ne propongo una sintesi per darvene un’idea

Se in origine le tecnologie e gli impianti produttivi si sono sviluppati soprattutto nei Paesi Occidentali, dal 2008 la produzione di pannelli fotovoltaici si è gradualmente spostata nel sud est asiatico. Oggi la Cina produce circa la metà dei pannelli fotovoltaici venduti nel mondo. I processi produttivi necessari alla realizzazione di questi impianti negli ultimi anni sono divenuti sempre più sofisticati ed efficienti.

L’impronta di carbonio del fotovoltaico è un problema

La produzione ha però tuttora un’importante impronta di carbonio e crea una serie di sottoprodotti di scarto, liquidi e gassosi, dannosi per l’ambiente. Inoltre, anche il riciclaggio dei pannelli guasti o a fine vita comporta dei problemi di carattere ambientale.

Nei Paesi occidentali le tecnologie hanno puntato a ridurre anche l’impatto ambientale di questo tipo di produzione. Il problema è che la maggior parte dei pannelli che oggi vengono montati in Occidente vengono prodotti, con tecnologie più antiquate, quindi più inquinante, in aree del pianeta notoriamente meno attente al rispetto dell’ambiente. In un certo senso, è come se si spostasse il problema dei gas serra attraverso dei vasi comunicanti. Noi, grazie ai pannelli fotovoltaici prodotti in Asia riduciamo la nostra impronta di carbonio esportandola nei loro luoghi di produzione. Visto che le emissioni di Co2 sono un problema globale, non si tratta certo di una politica oculata.

Come vengono prodotti i pannelli fotovoltaici

La produzione impatta notevolmente sull’ambiente. In primo luogo per via dell’estrazione del quarzo, la forma cristallina del silicio, e degli altri materiali necessari per la costruzione dei pannelli. Il settore minerario è di per se stesso, in generale, responsabile di una buona parte della nostra impronta di carbonio, ma questa specifica tipologia estrattiva è anche ad alto rischio di silicosi per gli addetti se non vengono prese precauzioni per la salute. Sappiamo bene, però, che la salute e la sicurezza sul lavoro non sono considerate vere e proprie priorità in Cina e nel sud est asiatico. Poi, per la produzione del silicio metallurgico, la forma depurata della materia prima necessaria per i pannelli, occorrono delle enormi fornaci e altissime temperature. Che producono, direttamente o indirettamente, grosse quantità di diossido e solfuro di carbonio.

Un processo chimico altamente inquinante per la produzione del silicio puro

Infine, il processo chimico necessario all’ulteriore purificazione del silicio indispensabile per la produzione, il silicio policristallino, avviene attraverso una reazione con acido cloridrico, (l’acido muriatico) e idrogeno. La reazione ha un sottoprodotto ad altissima tossicità, il tetracloruro di silicio. Per chiamarlo sottoprodotto, in realtà, ci vuole un bel coraggio, visto che, in proporzione, per ogni parte di silicio ad alta purezza prodotto dalla reazione, il tetracloruro di silicio è dalle tre alle quattro volte tanto. I processi tecnologici più avanzati hanno ridotto la produzione di questa sostanza tossica, anche attraverso il suo successivo ritrattamento per l’estrazione di altro silicone ad alta purezza a costi vantaggiosi, perché è necessaria meno energia di quanta ce ne voglia per l’estrazione di nuova materia prima. Per gli impianti necessari, però, ci vogliono ingenti investimenti. Quindi, questa pericolosa sostanza, che a contatto con l’acqua produce acido muriatico, fumi tossici e provoca l’acidificazione del suolo, viene generalmente stoccata in attesa di essere smaltita.

Regole per lo smaltimento delle sostanze tossiche

Ai suoi albori, l’industria del fotovoltaico utilizzava il silicio purificato scartato dalla produzione di microchip. Con l’aumento della domanda di pannelli a livello globale, il settore si è dotato di un suo ciclo di produzione del silicio. L’incremento della produzione su larga scala di silicio ha subito evidenziato il problema del trattamento e dello stoccaggio dei sottoprodotti tossici. Pochi Paesi produttori avevano regole rigide in questo senso. Inclusa la Cina. Nel 2008 il Washington Post pubblicò una documentatissima inchiesta su un impianto per la produzione di silicio purificato cinese sul Fiume Giallo, nella provincia dell’Henan, lo Luoyang Zhonggui High-Technology Co. Il reportage rivelava che il pericolosissimo tetracloruro di silicio, anziché essere stoccato e ritrattato, veniva direttamente pompato nei terreni agricoli intorno all’impianto. I campi erano impossibili da coltivare e la popolazione del circondario soffriva di irritazione agli occhi e alle vie respiratorie. La fabbrica forniva il proprio prodotto a quello che allora era il maggiore produttore dei pannelli solari al mondo, la Suntech Power Holdings, e ad altre grosse società del settore. L’articolo svelava, inoltre, che questa pratica era diffusa anche in altri grossi impianti di questo tipo.

Un crollo del mercato e il cambiamento

Dopo la pubblicazione del reportage, che scoperchiò gli sporchi retroscena di un’industria ritenuta fino a quel momento verde, le azioni delle aziende del settore crollarono in borsa. La pressione sulle rinnovabili, soprattutto negli Stati Uniti, contribuirono però in breve tempo a risollevare il mercato, costringendo, contemporaneamente, i produttori ad una maggiore attenzione all’impatto ambientale. A partire dalla Cina, dove una normativa del 2011 impone ai produttori di silicio purificato di ritrattare almeno il 98,5 per cento dei sottoprodotti, costringendo così l’industria a dotarsi di impianti adeguati a raggiungere questo obiettivo. Sicuramente la situazione sulla carta è migliorata, ma non si sa quanto siano ferrei i controlli delle autorità cinesi su questo aspetto.

Nuove tecnologie e nuovi materiali

La speranza per un’energia fotovoltaica con un impatto ambientale meno forte, oggi viene dalla ricerca di nuove tecnologie e nuovi materiali. La ricerca si è orientata verso reagenti meno tossici dell’acido muriatico, senza sottoprodotti pericolosi, come ad esempio l’etanolo. Restano però nel ciclo produttivo altre sostanze pericolose, come l’acido fluoridrico, altamente corrosivo, utilizzato per rimuovere le impurità dal silicio, che qualcuno vorrebbe sostituire con l’idrossido di sodio, altamente caustico. Sostanze il cui rilascio “involontario” nell’ambiente ha in passato causato gravi incidenti. Un alternativa al silicio potrebbe venire dalla tecnologia a film sottile, competitiva in termini di efficienza energetica e meno costosa ed inquinante da produrre. Il problema è che i semiconduttori utilizzati sono cancerogeni e teratogeni, in particolare i composti a base di cadmio, ed il loro accumulo nell’ambiente, se non correttamente gestito, può risultare estremamente pericoloso anche per il consumatore finale.

Una nuova industria ciclo chiuso

Proprio in ragione della pericolosità per la salute di questi materiali innovativi, le industrie produttrici si sono subito impegnate nel mettere a punto un ciclo produttivo circolare per le celle fotovoltaiche a film sottile. Ovvero, seguono il prodotto fino a fine vita e si occupano direttamente di riciclarlo. Inoltre, vari centri di ricerca lavorano a materiali che siano meno dannosi per la salute o alla riduzione del rischio per quelli attualmente disponibili.

L’impronta di carbonio resta il problema più grande del fotovoltaico

Insomma, tra luci ed ombre, l’energia del sole è ragionevolmente in pole position tra le rinnovabili, anche perché hanno ormai preso piede anche impianti di grandi dimensioni, alternativi ai fotovoltaici, che ne sfruttano il calore. Resta però il fatto che il fotovoltaico sia più promettente sul piano dell’efficienza con cui converte l’energia della nostra stella. Quindi su questa tecnologia si continuerà a puntare ancora. Paradossalmente questo non giova alle emissioni. Infatti, come abbiamo detto in incipit, metà della produzione mondiale di pannelli fotovoltaici è in Cina. Per produrli è necessaria energia elettrica. Gli esperti hanno calcolato che sono necessari circa sei mesi affinché un pannello solare produca l’energia necessaria a cancellare l’impronta di carbonio che è stata necessaria per produrlo. Questo aspetto dipende però in larga parte dal luogo di produzione. In Cina, ad esempio, gran parte dell’energia viene prodotta da carburanti fossili, in particolare carbone. L’impronta di carbonio della sua produzione elettrica è doppia rispetto a quella degli Stati Uniti. Alcune ricerche hanno valutato che l’impronta di carbonio di un pannello solare cinese è il doppio di quella di un equivalente prodotto in un Paese occidentale. Quindi, in realtà, tenuto conto di anche di altri fattori, come i trasporti e la logistica necessari per l’esportazione, e il fatto che la Cina ne è il maggiore produttore globale, quando un pannello viene installato su un tetto europeo ci vuole circa un anno prima che cancelli l’impronta di carbonio che è stata necessaria per produrlo. Di conseguenza, se il pannello produce energia pulita da noi contribuisce ad aumentare la produzione di gas serra in Cina. Il mondo è troppo piccolo per potercelo permettere. Per questo l’energia solare è pulita, ma non troppo.

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