Efficienza energetica, riformare il sistema può cambiare il futuro

Esiste in Italia un potenziale di efficienza ampiamente ottenibile entro il 2020 da associazioni e industria la strada per raggiungerlo. Amici della Terra: “occorre una regia sugli incentivi e una politica energetica coerente per lo sviluppo del Paese”

E se un giorno accanto alla produzione alimentare e l’abbigliamento il ‘made in Italy’ potesse vantare anche un’altra eccellenza come quella dell’efficienza energetica? Non si tratta di un’ipotesi senza cognizione di causa ma quanto il sistema Italia potrebbe e dovrebbe ottenere nella strada verso quegli obiettivi sui cui si sta già oggi confrontando: competitività industriale, risparmio energetico, riduzione delle emissioni, nuova occupazione. A dare spazio al tema la Seconda Conferenza Nazionale sull’Efficienza Energetica “Integrare l’efficienza con le rinnovabili”, tenutasi oggi nella Capitale e organizzata dall’associazione Amici Della Terra, col patrocinio di ENEA e FIRE. La giornata è stata un confronto aperto tra quella parte del mondo industriale già impegnato nel comparto e il mondo delle associazioni partecipe con una serie di proposte ad hoc per sostenere al meglio il settore dell’efficienza energetica. Settore per il quale viene dipinto un quadro contraddittorio, se da una parte infatti come testimoniato dalla stessa Rosa Filippini, Presidente degli Amici Della Terra, esiste un enorme “patrimonio di cultura e tecnologie offerte dal nostro tessuto produttivo” fatto di circa 400.000 imprese e 3 milioni e mezzo di addetti che lavorano già oggi sui prodotti e processi ad alta efficienza energetica, si tratta purtroppo di un segmento “ancora poco valorizzato da concrete politiche di sostegno”.
“Il potenziale di risparmio energetico delle misure realizzabili entro il 2020 è di oltre 23 Mtep in termini di energia finale, di cui 10,8 Mtep per la realizzazione degli interventi del piano sull’efficienza energetica del 2007 e 12,6 Mtep per ulteriori interventi da predisporre con il nuovo Piano, così come previsto dal PAN rinnovabili. I benefici che potrebbero derivare al sistema Italia dall’effettiva attuazione di questo potenziale sono enormi”.

E le cifre riportate dall’associazione rinforzano la tesi: benefici in bolletta per oltre 25 miliardi di euro, un incremento del valore aggiunto per 116 miliardi di euro, 19,7 miliardi di risparmio nei costi ambientali, un incremento annuo del PIL dello 0,7%. Inoltre, aggiunge Andrea Molocchi, Responsabile studi di Amici della Terra, “per le detrazioni fiscali del 55% abbiamo stimato un beneficio ambientale di 800 milioni di euro per gli interventi del solo 2008 e di circa 2,5 miliardi di euro per il complesso degli interventi nel periodo 2007-2010”, mentre in relazione agli effetti ambientali del meccanismo dei certificati bianchi, abbiamo stimato 52 Milioni di tonnellate di CO2 risparmiate nel periodo 2008-2012, con un beneficio economico da quote di CO2 risparmiate compreso fra 780 e 1300 milioni di euro”.
Ma esiste una questione di fondo da risolvere prima di poter fare la conta di tutti i vantaggi che l’efficienza energetica potrebbe portare al Paese. Il sistema incentivante che copre il settore energetico nostrano va riformato e rapidamente affinché il binomio fonti rinnovabili-efficienza possa funzionare in maniera ottimale anche nei confronti dei consumatori finali.
Una criticità messa in luce anche da Alessandro Ortis, Presidente dell’Autorità per l’energia elettrica e il gas, secondo il quale è ora più che mai indispensabile chiarire e razionalizzare le interazioni tra le diverse forme d’incentivazione: certificati bianchi, detrazioni fiscali, conto energia, certificati verdi alle rinnovabili o alla cogenerazione e teleriscaldamento”, evitando distorsioni e sovrapposizioni dei meccanismi. In tal senso l’Aeeg ha portato sul tavolo una proposta: applicare ai feed-in-tariff dedicati alle rinnovabili meccanismi di mercato simili a quello sperimentato con i ‘certificati bianchi’ (o titoli di efficienza energetica). Gli attuali incentivi per le rinnovabili elettriche – ha tenuto a rimarcare l’organizzazione ambientalista – sono troppo elevati determinando così spazi di speculazione preoccupanti e finanziando nella maggior parte dei casi la diffusione di tecnologie estere. “La maggior parte delle tecnologie per l’efficienza sono già oggi offerte dall’industria nazionale, che potrebbe quindi avvantaggiarsi da un rilancio delle misure di sostegno, rafforzando il suo posizionamento competitivo, in Italia e all’estero”.

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“.