Energia dalle potature: le ragioni economiche del sì

Escludere la biomassa di potature e sfalci dalla disciplina dei rifiuti porterebbe un beneficio economico complessivo per l’Amministrazione pubblica Italiana di 240 mln l'anno

Gentile presidente Fassino, le scrivo a nome della Federazione dei Produttori di Energia da Fonti Rinnovabili-FIPER che rappresento in qualità di presidente riguardo la modifica all’art. 185 del Testo Unico Ambientale inserita nel collegato agricolo all’art. 41 del Ddl S 1328-B che prevede l’impiego delle potature del verde urbano a fini energetici che verrà discusso al Senato lunedì 20 giugno 2016.

Inizia così la lettera aperta che Walter Righini, presidente FIPER, ha inviato all’ANCI per illustrare i benefici che i comuni potrebbero ottenere con la produzione di energia dalle potature urbane. Classificate da sempre come rifiuti, queste biomasse dovrebbero a breve cambiare il proprio destino con l’approvazione del DDL AS 1328-B c.d.

Il Ministero dell’Ambiente già a maggio dello scorso anno aveva riconosciuto la possibilità di poter impiegare i residui di potatura derivanti da attività di manutenzione del verde a fini energetici al di fuori della normativa in materia di rifiuti. L’ufficializzazione è arrivata però solo con l’inserimento dell’opzione “energetica” nel Collegato Agricoltura, previsto in discussione al Senato il prossimo lunedì 20 giugno. Tra le diverse misure il provvedimento contiene infatti  si prevede all’art.41 la possibilità di impiegare a fini energetici le potature del verde urbano, disponendo, di fatto, la loro esclusione dalla disciplina dei rifiuti.

La nuova direzione intrapresa a livello normativo ha però trovato posizioni nettamente contrarie, come nel caso dell’ANCI.

“La norma attualmente contenuta nel testo del decreto – spiegava Filippo Bernocchi, Delegato ANCI a Energia e Rifiuti solo qualche giorno fa – non risulta in linea con la normativa comunitaria in materia di rifiuti, abbatterebbe il livello di raccolta differenziata negli Enti locali, metterebbe a rischio la sostenibilità dell’intero sistema di gestione dei rifiuti organici urbani ed introdurrebbe un elemento di grande incertezza che potrà dare origine ad interpretazioni, contenziosi e/o provvedimenti sanzionatori e istruttorie penali nei confronti delle amministrazioni e dell’Italia”.

La lettera aperta di FIPER mette a fuoco quelli che potrebbero essere i benefici economici per le amministrazioni comunali. L’utilizzo del verde urbano trasformerebbe la gestione di questa biomassa da costo di smaltimento a vendita sul mercato con relativo ricavo, si legge nella lettera.

“È bene che ANCI sappia che, a livello nazionale, il quantitativo disponibile di potature del verde urbano si attesta dai nostri studi intorno ai 3-4 milioni di Tonnellate/anno con un costo di smaltimento di circa 180-240 milioni di Euro a fronte di un possibile ricavo, in caso di utilizzo energetico, di 80-120 milioni”, scrive Righini.

Il beneficio economico complessivo per l’Amministrazione pubblica Italiana potrebbe aggirarsi quindi tra 240-360 milioni di Euro/anno. Diversificare gli usi e aumentare la competitività dei “beni pubblici” è per Fiper “un interesse generale da perseguire, promuovere e salvaguardare”. Senza contare che  la classificazione delle potature, fuori dal regime di gestione dei rifiuti, non vieterebbe ai compostatori di impiegare questo materiale quale strutturante della fabbricazione del compost.

Grazie ad un nuovo processo sintetico è stato creato un elettrolita di solfuro solido dotato della più alta conduttività per gli ioni di sodio più alta mai registrata. Circa 10 volte superiore a quella richiesta per l'uso pratico

Batterie al Sodio allo Stato Solido più facili da Produrre

La batterie allo stato solido incarnano a tutti gli effetti il nuovo mega trend dell’accumulo elettrochimico. E mentre diverse aziende automobilistiche tentano di applicare questa tecnologia agli ioni di litio, c’è chi sta percorrendo strade parallele. É il caso di alcuni ingegneri dell’Università Metropolitana di Osaka, in Giappone. Qui i professori Osaka Atsushi Sakuda e Akitoshi Hayash hanno guidato un gruppo di ricerca nella realizzazione di batterie al sodio allo stato solido attraverso un innovativo processo di sintesi.

Batterie a Ioni Sodio, nuova Frontiera dell’Accumulo

Le batterie al sodio (conosciute erroneamente anche come batterie al sale) hanno conquistato negli ultimi anni parecchia attenzione da parte del mondo scientifico e industriale. L’abbondanza e la facilità di reperimento di questo metallo alcalino ne fanno un concorrente di primo livello dei confronti del litio. Inoltre l’impegno costante sul fronte delle prestazioni sta portando al superamento di alcuni svantaggi intrinseci, come la minore capacità. L’ultimo traguardo raggiunto in questo campo appartiene ad una ricerca cinese che ha realizzato un unità senza anodo con una densità di energia superiore ai 200 Wh/kg.

Integrare questa tecnologia con l’impiego di elettroliti solidi potrebbe teoricamente dare un’ulteriore boost alla densità energetica e migliorare i cicli di carica-scarica (nota dolente per le tradizionali batterie agli ioni di sodio). Quale elettrolita impiegare in questo caso? Quelli di solfuro rappresentano una scelta interessante grazie alla loro elevata conduttività ionica e lavorabilità. Peccato che la sintesi degli elettroliti solforati non sia così semplice e controllabile. Il che si traduce in un’elevata barriera per la produzione commerciale delle batterie al sodio allo stato solido.

Un Flusso di Polisolfuro reattivo

É qui che si inserisce il lavoro del team di Sakuda a Hayash. Gli ingegneri hanno messo a punto un processo sintetico che impiega sali fusi di polisolfuro reattivo per sviluppare elettroliti solidi solforati. Nel dettaglio utilizzando il flusso di polisolfuro Na₂S_x come reagente stechiometrico, i ricercatori hanno sintetizzato due elettroliti di solfuri di sodio dalle caratteristiche distintive, uno dotato della conduttività degli ioni di sodio più alta al mondo (circa 10 volte superiore a quella richiesta per l’uso pratico) e uno vetroso con elevata resistenza alla riduzione.

“Questo processo è utile per la produzione di quasi tutti i materiali solforati contenenti sodio, compresi elettroliti solidi e materiali attivi per elettrodi“, ha affermato il professor Sakuda. “Inoltre, rispetto ai metodi convenzionali, rende più semplice ottenere composti che mostrano prestazioni più elevate, quindi crediamo che diventerà una metodologia mainstream per il futuro sviluppo di materiali per batterie al sodio completamente allo stato solido“.  I risultati sono stati pubblicati su Energy Storage Materials and Inorganic Chemistry .

Un gruppo di scienziati della Lehigh University ha sviluppato un materiale dotato di una efficienza quantistica esterna di 90 punti percentuali sopra quella delle celle solari tradizionali

Nuovo materiale quantistico con un assorbimento solare medio dell’80%

Atomi di rame inseriti tra strati bidimensionali di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. Questa la ricetta messa a punto dai fisici Srihari Kastuar e Chinedu Ekuma nei laboratori della Lehigh University, negli Stati Uniti, per dare una svecchiata alla prestazioni delle celle solari. Il duo di ricercatori ha così creato un nuovo materiale quantistico dalle interessanti proprietà fotovoltaiche. Impiegato come strato attivo in una cella prototipo, infatti, il nuovo materiale ha mostrato un assorbimento solare medio dell’80%, un alto tasso di generazione di portatori fotoeccitati e un’efficienza quantistica esterna (EQE) record del 190%. Secondo gli scienziati il risultato raggiunto supera di gran lunga il limite teorico di efficienza di Shockley-Queisser per i materiali a base di silicio e spinge il campo dei materiali quantistici per il fotovoltaico a nuovi livelli. 

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L’efficienza quantistica esterna

Tocca fare una precisazione. L’efficienza quantistica esterna non va confusa con l’efficienza di conversione, il dato più celebre quando si parla di prestazioni solari. L’EQE rappresenta il rapporto tra il numero di elettroni che danno luogo a una corrente in un circuito esterno e il numero di fotoni incidenti ad una precisa lunghezza d’onda. 

Nelle celle solari tradizionali, l’EQE massimo è del 100%, tuttavia negli ultimi anni alcuni materiali e configurazioni avanzate hanno dimostrato la capacità di generare e raccogliere più di un elettrone da ogni fotone ad alta energia incidente, per un efficienza quantistica esterna superiore al 100%. Il risultato di Kastua e Ekuma, però, rappresenta un unicum nel settore.

Celle solari a banda intermedia

Per il loro lavoro due fisici sono partiti da un campo particolare della ricerca fotovoltaica. Parliamo delle celle solari a banda intermedia (IBSC – Intermediate Band Solar Cells), una tecnologia emergente che ha il potenziale per rivoluzionare la produzione di energia pulita. In questi sistemi la radiazione solare può eccitare i portatori dalla banda di valenza a quella di conduzione, oltre che direttamente, anche in maniera graduale. Come?  “Passando” per l’appunto attraverso stati di una banda intermedia, livelli energetici specifici posizionati all’interno della struttura elettronica di un materiale creato ad hoc. “Ciò consente a un singolo fotone di provocare generazioni multiple di eccitoni attraverso un processo di assorbimento in due fasi“, scrivono i due ricercatori sulla rivista Science Advances.

Nel nuovo materiale quantistico creato dagli scienziati della Lehigh University questi stati hanno livelli di energia all’interno dei gap di sottobanda ideali. Una volta testato all’interno di una cella fotovoltaica prototipale il materiale ha mostrato di poter migliorare l’assorbimento e la generazione di portatori nella gamma dello spettro dal vicino infrarosso alla luce visibile. 

La rivoluzione dei materiali quantistici

Il duo ha sviluppato il nuovo materiale sfruttando i “gap di van der Waals”, spazi atomicamente piccoli tra materiali bidimensionali stratificati. Questi spazi possono confinare molecole o ioni e gli scienziati dei materiali li usano comunemente per inserire, o “intercalare”, altri elementi per ottimizzare le proprietà dei materiali. Per la precisione hanno inserito atomi di rame tra strati di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. “Rappresenta un candidato promettente per lo sviluppo di celle solari ad alta efficienza di prossima generazione – ha sottolineato Ekuma – che svolgeranno un ruolo cruciale nell’affrontare il fabbisogno energetico globale“.