Incertezza e ritardi nel recepimento della Direttiva 2010/31/UE che dovrebbe trasformare entro il 2020 tutti gli immobili in "Edifici ad Energia quasi zero".

Il 1° febbraio 2012 la Direttiva Europea 2002/91/CE (Energy Performance Building Directive – EPBD) è stata abrogata ufficialmente, venendo sostituita a tutti gli effetti dalla Direttiva europea 2010/31/UE, più conosciuta come direttiva per la progettazione di “Edifici ad energia quasi zero”.

Anche se questa data è passata tutto sommato in sordina, ci ricorda che il tempo incalza e non ne rimane molto a disposizione degli Stati europei per adeguarsi, mantenendo fede alle promesse fatte in vista del fatidico 2020. Non è segreto il fatto che l’Europa si trovi ancora piuttosto indietro nella strada verso l’efficienza energetica, rischiando di non raggiungere il famoso 20% di riduzione dei consumi, ma di fermarsi solamente al 9%. All’interno di questa gigantesca macchina, il comparto edilizio ha purtroppo un peso molto elevato, essendo il responsabile del 40% delle emissioni nocive totali, una percentuale decisamente troppo scomoda.

Il cammino verso l’efficienza energetica degli edifici ha avuto inizio diversi anni fa e da allora molte leggi, riforme, decreti e direttive, nel bene o nel male, hanno caratterizzato questo percorso, portandoci direttamente alla più recente direttiva europea sull’efficienza energetica.

Dobbiamo tornare a giugno 2010 per risalire alle origini della Direttiva 2010/31/UE, che abbandonava il passato per adeguarsi a poco a poco, agli obiettivi europei del 20-20-20. Tra le novità maggiori che introdusse la direttiva, il concetto di “Edifici ad energia quasi zero”, descrizione destinata a tutti gli edifici “ad altissima prestazione energetica, con fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo coperto in misura molto significativa da energia da fonti rinnovabili, compresa l’energia da fonti rinnovabili prodotta in loco o nelle vicinanze.”

Una Direttiva indispensabile per la riduzione sostanziale dei consumi energetici di un comparto decisamente troppo poco pulito e che delinea un quadro prescrittivo molto preciso, che spazia dalla definizione dei requisiti minimi per ciascun componente edilizio, fino alla definizione della strumentazione finanziaria.

Il miglioramento delle prestazioni energetiche previsto dalla direttiva abbraccia tutto il patrimonio immobiliare, dagli edifici di nuova costruzione fino agli edifici esistenti o ristrutturati, esprimendosi anche in merito ai sistemi tecnici dell’edilizia(impianti di riscaldamento, sistemi di produzione dell’acqua calda, impianti di condizionamento, ventilazione) ed offrendo la possibilità a tutti gli Stati membri, di uniformare i propri strumenti ottimizzando i consumi.

La lunga marcia della Direttiva

Una delle prime scadenze fissate dalla direttiva è giugno 2011. Entro questa data la Commissione europea avrebbe dovuto tracciare un “quadro metodologico comparativo per calcolare i livelli ottimali in funzione dei costi  e dei requisiti minimi di prestazione energetica degli edifici e degli elementi”, uno strumento indispensabile per mantenere una linea comune in tutte le rispettive attuazioni normativa delle diverse nazioni.

A partire da questa stessa data gli Stati membri erano chiamati a predisporre un “elenco di misure e strumenti esistenti o di progetto per promuovere gli obiettivi della stessa direttiva”, anche attraverso l’elaborazione di sistemi finanziari e di incentivazione, indispensabili per il passaggio alla realizzazione di edifici ad energia quasi zero. Ma il tanto atteso quadro metodologico comune non ha mai visto la luce, facendo slittare di conseguenza anche tutti i recepimenti nazionali.

Il 9 luglio 2012 sarà la data limite per adeguare le legislazioni statali alla direttiva europea, “adottando e pubblicando le metodologie di calcolo, i requisiti minimi e le prestazioni energetiche destinate a tutto il comparto edile”; per poi passare, l’anno successivo, alla completa applicazione della Direttiva in tutti i campi.

Dubbi, incertezze, richiami da parte della Commissione e multe, imperversano e il 31 dicembre 2020, data in cui tutti gli edifici dovranno essere ad energia quasi zero, sembra sempre troppo lontano per fare paura.

Italia si, Italia no

Il 25 novembre 2010 la Commissione europea aprì una procedura di infrazione a carico dell’Italia per la non completa applicazione della normativa comunitaria riferita al rendimento energetico degli edifici, ancora legata alla Direttiva 2002/91/CE.

Nonostante alcune modifiche normative apportate alla legislazione nazionale italiana (Dlgs 192/2005, Dlgs 311/2006), la Commissione europea non si convinse, richiamando una seconda volta l’Italia il 29 settembre 2011. La contestazione europea si riferiva prima di tutto alla mancanza di una regolamentazione precisa in fatto di certificazione energetica, criticando innanzitutto la procedura italiana che consentiva l’autocertificazione degli immobili in classe G, ed esprimendosi negativamente anche per la mancanza di un regolare controllo sugli impianti tecnici.

Nell’ottobre 2011 ricominciò finalmente l’iter di approvazione della Legge Comunitaria 2011, determinante per ilrecepimento italiano della direttiva europea 2011/31/UE e che subì, nella sua versione precedente (Ddl Comunitaria 2010), una battuta d’arresto venendo bocciata dalla Camera dei Deputati nel giugno 2010.

Una parte delle richieste europee è stata rispetta con l’entrata in vigore, a gennaio di quest’anno, del Dlgs 28/2011 che, tra le altre cose, introduce ufficialmente l’indice di prestazione energetica negli annunci immobiliari, abolendo quasi completamente, la possibilità di autocertificare il proprio immobile in classe G.

Lo stesso Decreto Salva Italia (DL 201/2011) riporta l’attenzione sull’efficienza energetica degli edifici, con l’odissea delle detrazioni del 55% per gli interventi di riqualificazione prorogata fino al 31 dicembre 2013, ricordando che la strada da fare è ancora lunga prima di arrivare al completo recepimento della Direttiva europea.

Luglio 2012 sarà una data decisiva, in cui si dovranno tirare le somme di ciò che è stato fatto e cosa no ed eventualmente, pagare le dovute molte per i ritardi nazionali accumulati. Nella complessi meccanismi politici internazionali sarebbe forse bene fermarsi una attimo a riflettere per comprendere che il futuro e la qualità della vita delle persone non può essere facoltativa.

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“.