Il boom di gas naturale liquido affossa gli 1,5 gradi

La nuova capacità di Gnl in costruzione, approvata e proposta genererebbe 40 Gt CO2e da qui al 2050: il 10% del budget di carbonio che ci resta. L’offerta di Gnl in eccesso sui target climatici potrebbe crescere fino a 5 volete i volumi di gas importati in UE dalla Russia nel 2021

Si rischia di avere fino a 500 Mt di gas naturale liquido in eccesso sui mercati

(Rinnovabili.it) – La corsa globale al Gnl innescata dalla guerra in Ucraina può “compromettere seriamente” l’obiettivo degli 1,5 gradi. Se tutta la nuova capacità di gas naturale liquido in costruzione, approvata e proposta viene realizzata, genererà almeno 1,9 mld di t di CO2 equivalente (Gt CO2e) più di quante ce ne possiamo permettere per rispettare l’obiettivo più ambizioso di Parigi. Entro metà secolo, le emissioni cumulative di un settore Gnl sotto steroidi arriverebbero a circa 40 Gt CO2e, cioè il 10% del budget di carbonio complessivo che ci resta per gli 1,5°C.

L’espansione del gas naturale liquido

Una reazione alla crisi energetica in corso che appare del tutto sproporzionata rispetto alla necessità di agire in fretta contro la crisi climatica. Il grosso del boom espansivo del gas naturale liquido potrebbe avvenire negli anni che ci separano dal 2030. Per quella data, l’offerta di Gnl in eccesso rispetto alla traiettoria per gli 1,5 gradi rischia di essere di 500 mln t (Mt). Cioè più di 5 volte la quantità di gas che l’Europa ha importato dalla Russia nel 2021, prima delle riduzioni progressive legate allo sviluppo del conflitto in Ucraina. Se si preferisce guardarlo dal lato dell’export: un volume pari al doppio di quanto Mosca esporta(va) in tempi normali.

“La corsa all’oro del gas continua ed è controproducente per l’Accordo di Parigi”, scrivono gli analisti di Climate Action Tracker, che hanno aggiornato le proiezioni di riscaldamento globale a novembre 2022 in un rapporto presentato ieri alla COP27 di Sharm el-Sheikh. La guerra “ha spinto i governi ad affannarsi per rafforzare la sicurezza energetica”, ma la loro reazione è calibrata male: “in molti casi  stanno raddoppiando l’uso dei combustibili fossili – la causa stessa della crisi climatica – facendo scendere l’azione per il clima nell’agenda politica, nonostante il fatto che le energie rinnovabili, l’efficienza e l’elettrificazione siano di gran lunga le opzioni più economiche, veloci e sicure”. Questa reazione ha una dimensione globale. Anche perché le paure dei governi sulla sicurezza energetica vengono sfruttate dall’industria fossile: “In tutto il mondo, l’industria del petrolio e del gas sta spingendo il gas fossile come via d’uscita dalla crisi”.

La curva del riscaldamento globale

Un aumento dell’uso delle fossili che non viene neppure lontanamente compensato dai pochi, insufficienti nuovi target nazionali. Dalla COP26 a oggi solo una manciata di paesi ha presentato nuovi Contributi Nazionali Volontari (NDC), ma le nuove promesse incidono in modo trascurabile sulla traiettoria del riscaldamento globale. Che resta invariata rispetto a quanto calcolato da Climate Action Tracker l’anno scorso.

Con le politiche attuali andiamo verso un mondo 2,7 gradi più caldo (con margini d’errore che disegnano una forchetta tra 2,2 e 3,4°C). Se si considerano gli NDC al 2030, il termometro globale salirà di 2,4°C (1,9-2,9°C). Supponendo che siano implementate anche le loro versioni rafforzate con gli elementi condizionali e le promesse al 2050, il global warming a fine secolo arriverebbe a 2 gradi (1,6-2,5°C). Nel migliore dei casi, con tutti gli NDC e le strategie a lungo termine perfettamente realizzate – un caso evidentemente improbabile – il mondo andrebbe verso +1,8 gradi (1,5-2,3°C).

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“.