Rinnovabili • Riscaldamento globale: supereremo la soglia di 1,5°C in questo decennio

Parigi addio: supereremo la soglia di 1,5°C di riscaldamento globale

Il rapporto sostiene che bisogna aumentare e di molto l’ambizione climatica globale. La neutralità di carbonio va raggiunta al più tardi nel 2040. E serviranno tecnologie di cattura della CO2 dall’atmosfera per rispettare l’accordo di Parigi

Riscaldamento globale: supereremo la soglia di 1,5°C in questo decennio
Foto di Bruno /Germany da Pixabay

Lo studio del Climate Council dà una cattiva notizia sul riscaldamento globale

(Rinnovabili.it) – Nel migliore dei casi la curva disegnerà una gobba. A un certo punto, da qui al 2030, il riscaldamento globale supererà decisamente la soglia degli 1,5°C. Cioè l’obiettivo più ambizioso stabilito dall’accordo di Parigi sul clima del 2015, che permetterebbe di evitare gli impatti più disastrosi del cambiamento climatico. Poi la curva potrebbe tornare ancora a scendere sotto quella soglia. Ma solo a patto di mettere in campo tecnologie per la cattura e lo stoccaggio del carbonio dall’atmosfera.

Le critiche al dossier del Climate Council

La previsione porta la firma del Climate Council australiano e sta spaccando in due osservatori, esperti e scienziati del clima. Una critica autorevole arriva da Carl-Friedrich Schleussner della Humbolt University di Berlino e Bill Hare di Climate Analytics (e prima firma del 4° rapporto dell’IPCC, premiato con il Nobel). I due scienziati condividono il messaggio del dossier sulla necessità di agire con urgenza a livello globale, ma rispediscono al mittente l’idea che sia troppo tardi per evitare di sforare gli 1,5°C di riscaldamento globale.

“Essenzialmente, è chiaro che le prove presentate nel rapporto del Climate Council of Australia non supportano la loro affermazione che gli 1,5°C saranno superati”, sostiene Hare notando che questa conclusione contraddice sia dei recenti rapporti dell’Unep, l’agenzia dell’Onu per la protezione ambientale, sia i rapporti dell’IPCC a cui ha lavorato lui stesso.

Il problema principale sarebbero le stime sul budget di carbonio attribuite a ciascuno Stato. Per valutare la traiettoria futura del riscaldamento globale, uno dei punti più rilevanti è stimare correttamente la quantità di anidride carbonica e di altri gas climalteranti che ciascun paese può ancora emettere in atmosfera prima che collettivamente si raggiunga la soglia degli 1,5°C. Ora, Hare fa notare che stimare il carbon budget non è solo complesso, ma c’è anche poco accordo a livello scientifico su come calcolare questo parametro. Tanto che lo scienziato cita alcuni studi recenti in cui vengono sì fornite delle stime, ma specificando che il margine d’errore può essere anche del 50%. Per tutte queste ragioni sarebbe perlomeno avventata l’affermazione del Climate Council.

La curva del riscaldamento globale

Ma veniamo al rapporto. Le fonti su cui si basa il Climate Council per affermare che siamo destinati a sforare l’accordo di Parigi entro questo decennio sono essenzialmente quattro.

Primo, l’aumento delle temperature basato sulle serie storiche e le proiezioni future basate su di esse. A cui si aggiunge il cambiamento climatico ‘già in cantiere’ per così dire, cioè l’aumento futuro delle temperature globali che deriva dalla situazione attuale ma che diventerà visibile ed evidente solo nei prossimi anni con l’innescarsi di meccanismi di feedback positivo (ad esempio, con lo scioglimento del permafrost artico o la mutazione di alcuni ecosistemi da serbatoi e produttori netti di carbonio). Secondo il rapporto, le emissioni accumulate fino al 2020 potrebbero da sole far superare la soglia inferiore di Parigi.

Secondo fattore sono le stime aggiornate della sensibilità climatica fornite dal World Climate Research Programme. La sensibilità climatica di equilibrio (Equilibrium climate sensitivity, ECS) indica l’aumento delle temperature medie globali in atmosfera nel lungo periodo in funzione di un raddoppio del valore della concentrazione di CO2 nell’aria. Finora l’IPCC stimava questo incremento della temperatura in un ventaglio che va dagli 1,5 ai 4,5°C. Per l’IPCC quindi è ancora possibile contenere il riscaldamento globale sul valore inferiore dell’accordo di Parigi anche se l’anidride carbonica in atmosfera continua ad aumentare. Le nuove stime del WCRP tengono inalterato il margine superiore dell’IPCC, ma rivedono al rialzo quello inferiore, facendolo salire a 2,3°C.

Gli altri due fattori presi in considerazione dal Climate Council sono il confronto con gli impatti del cambiamento climatico nel passato e analisi del rimanente carbon budget globale. Il contributo della paleoclimatologia può essere effettivamente importante per costruire dei modelli predittivi del clima più accurati e non a caso ci sono molti studi che partono proprio dallo studio del clima antico per trarre informazioni sul nostro futuro. Con valori di concentrazione di CO2 in atmosfera come quelli attuali, in alcune epoche del passato le temperature globali, il livello dei mari e altri parametri erano decisamente peggiori di quelli attuali. Difficile però stimare con cura una traiettoria plausibile per il nostro tempo, anche se la paleoclimatologia resta comunque uno strumento prezioso. Sul carbon budget valgono i caveat sull’incertezza delle misurazioni ricordati in precedenza.

La conclusione a cui arriva il rapporto è che “diverse linee di evidenza contribuiscono all’argomentazione che non possiamo limitare l’aumento della temperatura superficiale media globale a 1,5°C al di sopra del livello preindustriale, considerato come la media 1850-1900, senza un significativo superamento e conseguente abbassamento”. Cioè la curva di cui si parlava all’inizio.

Che fare?

Visto dalla prospettiva degli autori, quindi, il bicchiere è sia mezzo vuoto che mezzo pieno. Non possiamo evitare di superare il primo limite, ma possiamo fare molto per appiattire la curva e per farla tornare velocemente sotto gli 1,5°C. Azione necessaria e urgente: “Se le temperature dovessero superare 1,5°C per un periodo di tempo significativo, gli ecosistemi critici da cui dipendiamo (come la Grande Barriera Corallina) sarebbero danneggiati o distrutti ancora più gravemente”, afferma il rapporto.

Appiattire la curva significa limitare i danni. “Ogni frazione di grado di riscaldamento evitato è importante e sarà misurata in vite, specie ed ecosistemi salvati”, anche se per gli autori è necessario fare un reality check e prepararsi “anche per gli impatti climatici che non possono più essere evitati”. Tutto questo, con la consapevolezza che sforare la soglia stabilita a Parigi ci può portare in territori in gran parte inesplorati, con meccanismi e impatti difficili da prevedere con esattezza. Superare il limite inferiore dell’accordo di Parigi “aumenta in modo significativo il rischio di innescare cambiamenti bruschi, pericolosi e irreversibili nel sistema climatico”.

Da qui l’urgenza di stimolare l’azione climatica e di prendere decisioni coraggiose e lungimiranti. Il  grosso delle riduzioni delle emissioni deve avvenire già entro questo decennio, scrive il Climate Council. Che bacchetta la proliferazione di impegni a raggiungere la neutralità climatica da parte di Stati e soprattutto aziende, banche e fondi di investimento: generalmente l’orizzonte temporale è troppo lontano, si tratta di piani poco efficaci che dovrebbero essere riscritti. Il termine ultimo dovrebbe essere anticipato al 2040, non oltre: “Se vogliamo proteggere le persone, le nostre comunità e gli ecosistemi da cui dipendiamo per la nostra sopravvivenza, allora tutte le emissioni di gas serra devono essere ridotte rapidamente e profondamente  tagliate di oltre la metà a livello globale nel prossimo decennio, con il mondo che deve raggiungere la neutralità climatica entro il 2040 al più tardi”.

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Rinnovabili • Batterie al sodio allo stato solido

Batterie al sodio allo stato solido, verso la produzione di massa

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
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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 Na2Sx 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 .

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • fotovoltaico materiale quantistico

Fotovoltaico, ecco il materiale quantistico con un’efficienza del 190%

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

fotovoltaico materiale quantistico
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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“.

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