Rinnovabili • Impronta ecologica

Cos’è l’Impronta Ecologica? Il significato e cosa misura

Che cos’è l’Impronta Ecologica? Quanto incide la nostra “fame di risorse” sul Pianeta? Come deve cambiare il nostro stile di vita per non compromettere la salute della Terra? Quali sono i rischi futuri e quali le possibilità per la salvaguardia dell’ambiente?

Impronta ecologica, cos'è?Impronta ecologica, cos’è? Come viene calcolata l’Impronta Ecologica?

In questi giorni di incendi che hanno minacciato le aree verdi più belle d’Italia, di accese discussioni su inquinamento, temperatura (il picco del consumo energetico negli ultimi anni si verifica proprio nei mesi estivi, dato dai milioni di condizionatori accesi per migliorare la nostra vita negli ambienti chiusi di casa e ufficio) e cambiamenti climatici, più in generale sul futuro della Terra, che pare dovremo “rottamare” entro il 2050 se nulla cambia rispetto alla nostra condotta di vita, vale la pena domandarsi quanta parte di responsabilità ha ognuno di noi, singolarmente o come Regione del Mondo, Nazione o Continente, sulla distruzione delle risorse primarie disponibili, per riflettere su quanto poco si fa e quanto ancora si potrebbe o si dovrebbe fare a breve e lungo termine per ridurre l’impatto della nostra presenza sul mondo.

 

Per capire come e perché la NEF (New Economics Foundation) possa dichiarare che la Terra sarà in “debito ecologico” a partire dal 9 ottobre prossimo, esiste uno strumento statistico, brevettato dagli studiosi Mathis Wackernagel e William Rees (che hanno introdotto questo concetto nel 1996), che valuta l’impatto ambientale dei consumi, partendo dal concetto che tutte le attività umane si prelevano risorse naturali, comportando enormi costi ambientali che per essere quantificati vengono calcolati in metri quadri o ettari di superficie. Si tratta dell’impronta ecologica, che periodicamente il WWF aggiorna nel Living Placet Report, nella sua versione locale e mondiale. L’Italia è monitorata a scala nazionale, regionale e locale dal Cras (Centro ricerche applicate per lo sviluppo sostenibile). Per fare questo calcolo si tengono in considerazione, per ogni bene consumato, le quantità e il loro rendimento, ottenendo il corrispondente della superficie consumata. Per valutare il consumo di energia invece, si tiene conto delle tonnellate equivalenti di carbonio prodotte e si calcola quanta superficie di terra “forestata” sia necessaria per assorbirle.

 

Cosa misura l’impronta ecologica e come si calcola: la formula

Il calcolo dell’impronta ecologica è piuttosto complesso, poiché prende in considerazione diversi fattori: terreno per l’energia (terreno forestato necessario ad assorbire l’anidride carbonica); terreno agricolo; pascoli; foreste( superficie destinata alla produzione di legname); superficie edificata (insediamenti abitativi, impianti industriali, aree servizi, strade); mare. I diversi apporti vengono introdotti in un foglio di calcolo o in formule specifiche che riducono le superfici in misure comuni, attribuendovi un peso proporzionale. In questo modo viene individuata “l’area equivalente” necessaria a produrre la quantità di biomassa sfruttata da un individuo o da un gruppo, misurata in “ettari globali” (gha), a partire dalla realtà locale per arrivare alla situazione mondiale, passando attraverso regioni e nazioni.

Impromta ecologica formula
Formula calcolo Impronta Ecologica

 

La formula usata ufficialmente indica la sommatoria di tutti i consumi (Ei è l’impronta ecologica derivante dal consumo Ci del prodotto i-esimo e qi, espresso in ettari/chilogrammo, è l’inverso della produttività media per il prodotto i-esimo). Per ottenere l’impronta ecologica pro capite è necessario semplicemente dividere per la popolazione residente nella zona presa in considerazione.

 

Impronta ecologica procapite
Formula calcolo impronta Ecologica Procapite

 

Dagli anni Sessanta ad oggi, secondo gli studi effettuati da Mathis Wackernagel, l’umanità ha quasi raddoppiato la propria capacità di consumo, passando dal 70% di consumo rispetto alla capacità globale di bioproduttività della biosfera, al 120% (risultato al 1999). Ciò vuol dire che ad oggi stiamo consumando più di quanto la Terra non riesca a produrre, con la conseguenza che il cosiddetto “capitale naturale” di risorse rinnovabili è in continua diminuzione a causa della corsa forsennata ai consumi. Il Living Planet Report (rapporto biennale pubblicato dal WWF in collaborazione con il World Conservation Monitoring Centre, WCMC, del Programma Ambiente delle Nazioni Unite, UNEP. L’ultimo è del 2004) è la pubblicazione in cui sono stati presentati il calcolo delle impronte ecologiche di tutti i Paesi del mondo e l’analisi dell’evoluzione dell’impronta ecologica dagli anni Sessanta a oggi.

 

L’impronta ecologica in Italia: cosa comportano i nostri consumi

L’Italia dal canto suo è responsabile di una buona fetta di consumi, tanto da avere un’impronta ecologica pro capite del valore di 4,2 gha, numero piuttosto alto se consideriamo che quella mondiale è 2,8 gha, ma entrambi sono valori in continua crescita (figura 2 Global Footprint Network). Abbiamo detto che per il calcolo dell’impronta ecologica sono disponibili alcuni fogli di calcolo molto semplici da utilizzare e di lettura immediata, che ci danno risultati di facile lettura. Quello più conosciuto a livello istituzionale e utile a livello didattico, è pubblicato sul sito del WWF. E’ completo e di facile utilizzo e contempla abitudini alimentari, spese annuali per abbigliamento e calzature, composizione del nucleo famigliare, caratteristiche della propria abitazione, utilizzo dei mezzi di trasporto e chilometri percorsi ogni giorno con gli stessi. Un altro foglio di calcolo, forse ancora più completo, è costituito da un foglio Excel elaborato dal centro ricerche “Best Foot Forward” per il progetto Indicatori Comuni Europei, che è costituito da quattro fogli in cui inserire i dati, confrontare tabelle e grafici e leggere i risultati, che si basano sui consumi quotidiani, dall’utilizzo di mezzi pubblici e privati alle abitudini alimentari, in modo molto simile a quello del WWF, ma dal riscontro immediato attraverso domande più approfondite la possibilità di un confronto tra impronta pro capite, impronta mondiale e biodisponibilità. Quest’ultimo strumento di calcolo si avvale inoltre di una tabella elaborata dal GLT Impronta della rete Lilliput (una rete di associazioni e singoli cittadini nata nel 1999).

 

Nella condizione economico-sociale di iper-consumo in cui ci troviamo oggi, sembra proprio che l’unica soluzione possibile possa essere la “regressione”, un ritorno alle origini che preveda il ripristino delle condizioni di biodisponibilità degli scorsi decenni, ricreando l’equilibrio tra produzione, consumo e rigenerazione delle risorse naturali. Ma allora cosa possiamo fare per cambiare le cose? A questo proposito Serge Latouche, professore di Scienze Economiche all’Università di Paris-Sud, in Francia, ed esponente di riferimento del movimento altermondialista, ha elaborato una sua propria tesi che ha battezzato le “8 R della decrescita”, che partendo dalle storiche 3 R (Recupero, Riciclo, Riuso), evolvono verso una visione più completa del problema, per intravedere una soluzione possibile.

 

Le azioni indispensabili alla cosiddetta decrescita sono:

  • Rivalutare (i valori come l’altruismo, la cooperazione, il locale, ecc.),
  • Ricontestualizzare (attraverso la concezione della differenza tra ricchezza e povertà secondo le risorse, per non trasformare abbondanza in scarsità),
  • Ristrutturare (le strutture economico-produttive, i modelli di consumo, i rapporti sociali, gli stili di vita),
  • Rilocalizzare (ovvero consumare i prodotti locali, per lo sviluppo sostenibile di una economia locale),
  • Ridistribuire (garantire a tutti l’accesso alle risorse naturali per un’equa distribuzione della ricchezza),
  • Ridurre (l’impatto sulla biosfera),
  • Riutilizzare (riparare ciò che è rotto, trovandone un nuovo uso e allontanando l’abitudine dell’usa-e-getta),
  • Riciclare (per ridurre lo spreco e i rifiuti).

 

La “società della decrescita”, come la definisce Latouche, deve diminuire se non eliminare gli effetti negativi della crescita, ovvero dello sviluppo “insostenibile”, attraverso l’attivazione di circoli virtuosi che partano dalla modifica del nostro stile di vita. Forse questa non è che l’ipotesi di un singolo, sebbene esponente di alta cultura e voce illustre, ma è un’idea concreta per modificare realmente il comportamento del singolo e delle comunità, per una maggiore consapevolezza del nostro “peso” sul Pianeta e un futuro sostenibile. Inoltre è stata fondata da poco l’associazione Impronta Ecologica, con sede a Lavis, Trento, che ha lo scopo di promuovere iniziative di informazione e sensibilizzazione alla salvaguardia dell’ambientale, al risparmio e all’efficienza energetica e al consumo critico. Anche questo è un piccolo ma importante passo verso l’educazione alla sostenibilità delle nostre azioni pensando alla sopravvivenza della Terra.

>>Leggi anche: Impronta ecologica, l’umanità vive oltre i livelli di “un pianeta”<<

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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
via Depositphotos

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.


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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
via Depositphotos

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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