Firmata la Strategia energetica nazionale: 175mld di investimenti

Abbandono del carbone entro 2025, 28% di rinnovabili nei consumi 2030, tanto gas e 175 mld di investimenti: questi i punti salienti della SEN 2030, il cui decreto è stato firmato oggi da Calenda e Galletti

Firmato il decreto sulla Strategia Energetica nazionale 2030

(Rinnovabili.it) – Allineare i prezzi del gas a quelli europei, contenere la spesa energetica di famiglie e imprese, azzerare l’uso carbone, aumentare l’efficienza energetica nel settore residenziale e dei trasporti. Questi i principali obiettivi della Strategia energetica nazionale SEN 2030 (qui il testo integrale), presentata ufficialmente oggi a Roma dal ministro dello Sviluppo Carlo Calenda e da quello dell’Ambiente Gian Luca Galletti. L’atteso documento di programmazione ha, da ogg,i la sua forma finale: quella di un decreto interministeriale – firmato in diretta streaming dai due ministri – in cui si dettano i passi italiani da compiere da qui al 2030, con uno sguardo anche all’impegno energetico 2050.

Competitività, sicurezza e ambiente sono i tre driver su cui si muove il provvedimento che – sottolineano Calenda e Galletti – contiene unicamente indirizzi d’azione, delegando i vari strumenti attuativi a successive leggi e norme. “Questo lavoro è punto di partenza, da qui ad allora bisognerà avere altri strumenti”. Uno di questi, forse il più importante, è la strategia clima energia che dovrà essere redatta dal Governo entro il 2018.

Il ruolo del gas naturale

Il grande protagonista, inutile nasconderlo, è il gas naturale: per il Governo si tratta dell’energia di transizione con cui assicurare la decarbonizzazione del sistema mantenendo flessibilità e sicurezza.

Per questo uno degli elementi su cui si lavorerà è il corridoio di liquidità, ritenuto l’elemento chiave per  abbattere il gap di prezzo esistente tra nord Europa e Italia. L’Italia dovrà lavorare sulla diversificazione delle fonti e delle rotte di approvvigionamento del gas.

Spazio ovviamente anche al nuovo capacity market italiano su cui si aspetta l’ultimo passaggio su Bruxelles “Siamo pronti a lanciare il mercato della capacità – spiega Calenda – […] negli anni scorsi  la dismissione di capacità produttiva nell’elettrico è stata una dismissione potente e ciò ci mette in una situazione di cautela, non di rischio ma di cautela”.

Le rinnovabili e l’efficienza energetica

Il documento fissa al 2025 il phase out del carbone, ossia la dismissione graduale, e traccia sommariamente la strada verso una decarbonizzazione totale del paese: l’Italia dovrà tagliare le sue emissioni del 39% al 2030, e del 63% al 2050, rispetto ai livelli dl 1990. “Per la prima volta – commenta Galletti – la parte ambientale entra in uno strumento di programmazione della competitività economica, l’ambiente è diventato un driver di questo processo”.

Le rinnovabili avranno il loro spazio, soprattutto eolico e fotovoltaico perché sono le due fonti che “hanno già raggiunto la grid parity”. Quanto crescerà l’energia pulita? “Noi abbiamo già raggiunto gli obiettivi UE al 2020 – aggiunge il ministro dell’ambiente – il tendenziale, in assenza politiche virtuose, ci permetterebbe di arrivare ad 22% al 2030”, con le nuove policy arriveremo invece al 28% di energie rinnovabili 30 (FER elettriche pari al 55% del consumo interno lordo di elettricità). Gli strumenti chiave per raggiungere il target saranno le aste tecnologicamente neutre e gli interventi di repowering.

Aumenterà anche l’efficienza energetica puntando ad una riduzione dei consumi finali di energia nel periodo 2021-30 pari all’1,5% annuo dell’energia media consumata nel triennio 2016-2018. L’efficienza, assieme alle FER, sara un elemento fondamentale per ridurre la dipendenza dall’estero. L’obiettivo, riportato nella strategia energetica nazionale, è riuscire a portare la quota di fabbisogno energetico coperta dalle importazioni dal 75% attuale al 64%.

Gli investimenti della SEN 2030

Per realizzare tutto ciò la SEN 2030 prevede un investimento complessivo di 175 miliardi di euro: di questi 30 miliardi saranno destinati a reti ed infrastrutture, 35 andranno alle fonti rinnovabili e il resto servirà a sostenere l’efficienza energetica, in particolar modo nel settore residenziale e in quello dei trasporti.

Rimane ancora tutto incerto, invece, sulla mobilità elettrica. Calenda ha annunciato la possibilità di incentivi  per svecchiare il parco circolante, possibilità su cui si sta ancora  discutendo assieme al Parlamento. “È un tema delicato perché la fonte finanziaria individuata, che poteva essere una componente bolletta, è forte, quindi abbiamo chiesto al Parlamento un’ampia condivisione delle forze politiche”.

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. 

leggi anche Fotovoltaico in perovskite, i punti quantici raggiungono un’efficienza record

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“.