Rinnovabili: quanto contano monitoraggio e informazione

Ieri, a Roma, la Tavola rotonda organizzata da ISES ITALIA durante la quale si è discusso sull’importanza di sorvegliare i passi di un settore che ha obiettivi ben precisi da raggiungere

Un sistema di monitoraggio statistico sullo stato di sviluppo delle fonti rinnovabili, che possa seguirne l’evoluzione nel corso degli anni, soprattutto in relazione alla quota con cui esse riescono a coprire i consumi energetici. È il compito assegnato al Gestore dei Servizi Energetici (GSE), illustrato ieri alla Tavola rotonda organizzata da ISES ITALIA “Energie rinnovabili: monitoraggio e informazione”, durante la quale molti operatori del settore si sono confrontati per fare il punto della situazione su quello che appare come un periodo storico piuttosto delicato.
Tutto è nato con la Direttiva 2009/28/CE che ha fissato al 20% l’obiettivo di copertura dei consumi totali di energia con le fonti rinnovabili e assegnato all’Italia un target del 17%, per il cui raggiungimento è necessario non perdere d’occhio l’andamento di alcuni fenomeni, come per esempio i consumi nei settori dell’elettricità, del calore e dei trasporti. Proprio quello che è stato chiamato a fare il GSE e che, a detta del Presidente di ISES ITALIA G.B. Zorzoli, segnerebbe una svolta nello sviluppo delle rinnovabili in Italia.

«Monitorare non soltanto le FER elettriche, ma anche quelle termiche e valutare per entrambe gli impatti occupazionali e produttivi – ha detto Zorzoli che ci ha rilasciato un’intervista – significa fare, per lo meno a livello informativo, un salto di qualità per cui non ci si potrà più nascondere dietro il comodo alibi di non avere sufficienti informazioni per poter decidere».

Basta dunque a decretucoli o pezzi di decreto, come è accaduto fin’ora. Adesso gli operatori, ma in particolar modo le Istituzioni, avranno un panorama completo per agire. Il problema grosso però, così come sottolineato da Zorzoli, è rappresentato dai decreti sulle rinnovabili termiche e sull’efficienza energetica.

«Sono 2 anni che ci sentiamo ripetere che ci occupiamo troppo di elettrico e veniamo criminalizzati per fare il nostro dovere, quando invece sarebbe importante che il Governo e il Parlamento si occupassero delle rinnovabili termiche e dell’efficienza energetica, approvando e rendendo operativi i dovuti decreti».

Una situazione sulla quale ha stretto la morsa anche il Presidente dell’AEEG, Guido Bortoni, nella sua relazione annuale sulle attività, e a causa della quale si è registrato un vero e proprio crollo del settore in Italia, che nel 2011 ha visto diminuire di 400.000 metri quadrati i pannelli solari termici venduti rispetto al 2010.

«Tutto per colpa di chi ancora non ha predisposto i decreti di incentivazione sulle rinnovabili termiche».

Dall’altra parte della “barricata” c’è da dire che mai come in questo momento il settore termico si è dimostrato compatto e unito negli intenti. Oltre al valore strategico riconosciuto alle FER termiche e all’efficienza energetica, il settore sta procedendo col vento a favore e sta mettendo a punto una strategia di medio-lungo periodo per essere pronto non appena il quadro normativo si sarà fatto più chiaro. È proprio di questi giorni, tra l’altro, la costituzione del Coordinamento delle Associazioni Rinnovabili Termiche ed Efficienza Energetica (CARTE), il tavolo tecnico di confronto nato per stimolare il dialogo tra Governo e operatori del settore, accolto con favore anche dal Presidente di ISES ITALIA.

«Qualunque forma di collaborazione in un settore che ha patito e continua a patire un’eccessiva frammentazione – ha detto – è la benvenuta purché non sia in contrapposizione al resto. Questo è l’unico rischio che temo, ma se non ci sarà, ben venga».

Qual è, dunque il panorama che dovrebbe prospettarsi all’orizzonte?
Per Zorzoli, meno roseo di un anno fa in cui il no dei cittadini al nucleare sembrava spalancare le porte allo sviluppo delle FER in tutti i vari comparti. Oggi la situazione è un po’ più claudicante del previsto e le stime sono presto fatte.

«Da una parte ci sono le termiche, che per decollare hanno bisogno di incentivi adeguati e non di “ammontari complessivi” insufficienti, così come previsto nelle prime bozze in circolazione».

Come a dire: oltre al danno dovuto al loro ritardo, anche la beffa che siano inadeguati.

«Dall’altra – ha continuato Zorzoli – le rinnovabili elettriche, per le quali se dovessi trovarmi da solo a contrattare con le Istituzioni, direi: volete abbassare ancora un po’ gli incentivi? Abbassateli, però abolite tutti gli intralci burocratici al loro sviluppo, a cominciare da quell’invenzione pessima che è il registro degli impianti!».

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“.