Biomasse in provincia di Trento: il progetto Bio-En-Area

Il progetto ha come obiettivo principale la condivisione di soluzioni innovative tra regioni europee in materia di bioenergie

Un progetto europeo incentrato sulla ricerca di nuovi approcci, strategie e metodologie per lo sfruttamento delle biomasse, attraverso il quale è stato finanziato il nuovo Piano di Azione per le Biomasse che prenderà avvio nei prossimi mesi. Si tratta di BIO-EN-AREA, i cui risultati sono stati presentati oggi al Palazzo provinciale, nel corso di una mattinata di lavori che ha visto coinvolta l’Agenzia provinciale per le Risorse idriche e l’Energia.

La biomassa, ovvero l’insieme dei prodotti organici vegetali e animali utilizzati a fini energetici, rappresenta attualmente circa la metà (dal 44 al 65%) dell’energia rinnovabile consumata nell’Unione Europea. Anche in provincia di Trento, le biomasse rappresentano, dopo l’energia idroelettrica, la fonte rinnovabile localmente più utilizzata. Il legno da foresta, inteso nelle sue varie forme (residui dalle operazioni di taglio, scarti di prima/seconda/terza lavorazione, legna da ardere) è senza dubbio l’elemento principale, ma non bisogna sottovalutare le potenzialità energetiche delle fonti agricole ed agroindustriali (settore zootecnico, FORSU, potatura della vite e del melo).

Le biomasse sono delle fonti energetiche locali che rappresentano un elemento indispensabile per far fronte alla crescente dipendenza delle importazioni in campo energetico. Inoltre, essendo fonti energetiche rinnovabili, il loro sfruttamento permette una significativa riduzione delle emissioni di gas a effetto serra. Per questi motivi, il Piano di Azione per le Biomasse (BAP) della Provincia autonoma di Trento, che sarà un allegato del nuovo Piano Energetico Ambientale provinciale 2014-2020, rappresenta una delle soluzioni principali per garantire la sicurezza dell’approvvigionamento energetico e la sostenibilità dell’energia in Trentino.

Il Piano di azione entrerà in vigore nei prossimi mesi ma sono già state realizzate alcune prime azioni di comunicazione e sensibilizzazione (video, brochure, sito internet…) rivolte a cittadini e utenti. Infatti, il coinvolgimento e la consapevolezza dei cittadini è, in questo specifico ambito, una delle sfide principali. I video sono stati realizzati con un approccio di tipo “Story Telling”, dando importanza al racconto, utilizzando immagini emozionali, senza tralasciare lo scopo fondamentale del progetto: promuovere e informare il cittadino in modo coinvolgente e chiaro.

Ad introdurre i lavori, stamattina, vi era Alessandra Tanas, dell’Agenzia per le Risorse idriche e l’Energia, che ha illustrato i prossimi obiettivi del progetto, rivolto soprattutto alla sensibilizzazione e al coinvolgimento della popolazione. Quindi Giovanni Giovannini, del Servizio Foreste e Fauna, ha spiegato come in provincia di Trento si stia diffondendo sempre più l’utilizzo del legname quale fonte di energia, anche per il risparmio ad esso connesso, ricordando come in Trentino vi siano all’incirca 130 imprese boschive, nelle quali lavorano numerosi giovani con elevata formazione, al punto che l’età media dei dipendenti delle imprese trentine è di oltre 10 anni in meno rispetto ad altre zone alpine.

Roberto Cattoi, della Magnifica Comunità di Fiemme, ha portato l’esempio locale di gestione forestale sostenibile, mentre Luca Tomasi, della Fondazione Edmund Mach, ha ricordato le ultime ricerche dell’ente, incentrate sul contenuto energetico dei boschi, infine Andrea Ventura, del Gruppo Bioenergia, ha parlato del biodigestore di Cadino.

Il Progetto Bio-En-Area e il BAP

Il progetto BIO-EN-AREA ha come obiettivo principale la condivisione di soluzioni innovative tra regioni europee in materia di bioenergie, considerate non solo come fonti alternative di energia ma anche come catalizzatori di sviluppo locale. Il progetto, coordinato dalla regione spagnola di Castilla y Leon, si avvale della collaborazione di altri sei partner di progetto provenienti, oltre all’Italia, dall’Irlanda, dalla Svezia, dall’Estonia e dalla Grecia.

Il progetto intende scambiare buone pratiche ed esperienze tra le varie regioni ed i territori coinvolti nel progetto, per arrivare, come è stato fatto in Provincia di Trento, alla definizione di un Piano d’Azione Provinciale per le Biomasse, al suo interno verranno evidenziati gli obiettivi e le strategie provinciali per lo sviluppo delle Biomasse. Il piano presenta anche alcuni scenari strategici e proposte d’intervento al fine di ottimizzare l’utilizzo della biomassa locale trentina e lo sviluppo della filiera locale.

Il progetto BIO-EN-AREA ha anche finanziato la messa a sistema di vari strumenti di sensibilizzazione, che aiuteranno cittadini ed utenti a capire come ottimizzare la filiera locale nella produzione di biomassa legnosa, a capire quali sono gli impianti di combustione a biomassa più efficienti, come effettuare la manutenzione delle caldaie e quali sono i possibili sviluppi per la produzione di biogas in Trentino.

Sono stati inoltre sviluppati video e tutorials, puntando su una comunicazione semplice e diretta, ma anche coinvolgente. I video sono pubblicati sul canale VIMEO: http://vimeo.com/bioenarea.

Il Ministero dell'Ambiente pubblica gli esiti della consultazione pubblica sul Decreto Ministeriale FER X, chiusa lo scorso settembre. Dai 46 soggetti partecipanti emerge l'esigenza di conoscere per tempo tutte le informazioni utili alla programmazione degli investimenti nelle rinnovabili. Chiesti chiarimenti sul processo autorizzativo e sulle tempistiche

Decreto FERX, nuovi spunti di riflessione

Servono maggiori informazioni sui coefficienti sul prezzo d’aggiudicazione, sui criteri di priorità, sulla documentazione per l’accesso al meccanismo e sulle tipologie di interventi ammessi. In particolare quando si tratta di progetti di “rifacimento” e “potenziamento”. Queste alcune delle principali richieste emerse dalla consultazione pubblica sul Decreto FERX. La scorsa estate il Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza energetica aveva pubblicato lo schema del provvedimento per una raccolta di pareri da parte degli stakeholder, con l’obiettivo di condividerne le logiche. Oggi il MASE rende noti gli esiti di tale consultazione puntando i riflettori sugli spunti e le richieste emerse da parte dei 46 soggetti partecipanti. 

Gli esiti della consultazione pubblica

Ricordiamo che il Decreto FERX nasce con lo scopo di definire un meccanismo di supporto espressamente dedicato ad impianti a fonti rinnovabili con costi di generazione vicini alla competitività. Come? Tramite contratti CfD a valere sull’energia elettrica prodotta dagli impianti. Con un accesso diretto per quelli di taglia inferiore al MW, e tramite aste al ribasso per quelli di taglia uguale o superiore al MW. Ed è proprio su queste due modalità che arrivano le prime considerazioni.

Per la maggior parte dei soggetti che hanno risposto alla consultazione, il contingente di 5 GW per gli impianti FER ad accesso diretto non sarebbe sufficiente, soprattutto vista la grande attenzione che stanno ricevendo al livello di investimento i sistemi di piccola taglia.

Per quanto riguarda l’accesso tramite asta, invece, il parere generale condivide i contingenti individuati, che secondo l’ultima bozza pubblicata oggi sarebbero: per il fotovoltaico 45 GW; per l’eolico di 16,5 GW; per l’idroelettrico di 630 MW; per i gas residuati 20 MW. “Tuttavia – si legge nel documento del MASE – congiuntamente alla risposta positiva sono state proposte diverse modifiche (aumento di uno specifico contingente, creazione di nuovo contingente, meccanismi di riallocazione della potenza non assegnata, ridefinizione dei contingenti al fine di favorire lo sviluppo dei PPA, etc.)”. Tra gli spunti emersi c’è la proposta di contingenti separati tra il fotovoltaico a terra e sul tetto.

Proposti nuovi requisiti di accesso e tempistiche

In tema requisiti d’accesso, alcuni soggetti chiedono l’incremento della soglia di potenza per l’accesso diretto, l’aggiunta dei criteri ESG, la reintroduzione del requisito specifico che attesti la capacità finanziaria ed economica di chi partecipa al meccanismo del Decreto FERX.

“Con riferimento ai tempi massimi individuati per la realizzazione degli interventi, la consultazione ha evidenziato un forte distaccamento con le aspettative degli operatori. Per quanto detto diversi soggetti propongono per una o più fonti l’innalzamento dei tempi previsti, chiedendo di tenere in considerazione parametri quali, la potenza e/o la tipologia d’intervento, l’ottenimento dei titoli autorizzativi, i tempi di realizzazione della connessione e quelli dovuti agli approvvigionamenti, che sottolineano, potrebbero oltretutto determinare un aumento dei costi, visto anche i meccanismi incentivanti”, si legge ancora nel documento.

Per i tempi di comunicazione della data d’entrata in esercizio dell’impianto, emerge nel complesso l’esigenza di un prolungamento, aggiungendo da più 60 giorni a 12 mesi. Viene anche evidenziata una certa contrarietà all’obbligo per gli operatori di impianti rinnovabili non programmabili che stipula un contratto CfD ad abilitarsi alla fornitura dei servizi di dispacciamento.

Un gruppo di scienziati del KAIST ha sviluppato una batteria a ioni di sodio ad alta energia, ad alta potenza e di lunga durata

Quando le batteria a ioni sodio incontrato i supercondensatori a ioni sodio

Arriva dalla Corea del Sud la prima batteria ibrida al sodio in grado di battere la tecnologia a ioni di litio a mani basse. Con ottime prestazioni lato di capacità di accumulo, potenza, velocità di carica e durata, come dimostra l’articolo pubblicato sulla rivista scientifica Energy Storage Materials (testo in inglese).

Nel 2020 le batterie a ioni sodio (Na+) hanno raggiunto prestazioni comparabili a quelle degli ioni di litio in termini di capacità e durata del ciclo in condizioni di laboratorio. Da allora il segmento ha continuato a macinare grandi progressi, spinto dall’esigenza globale di trovare una tecnologia di accumulo più economica delle ricaricabili al litio e meno dipendente dalle attuali catene di approvvigionamento dei materiali critici. L’ultimo grande risultato nel campo è quello segnato da un gruppo di scienziati del KAIST, il Korea Advanced Institute of Science and Technology.

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Il team guidato dal professor Jeung Ku Kang del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali ha messo a punto una batteria ibrida agli ioni di sodio dalle prestazioni eccellenti e in grado di ricaricarsi in pochi secondi. Il segreto? Un’architettura che integra materiali anodici propri delle batterie con catodi adatti ai supercondensatori.

Batteria ibrida al sodio, prestazioni record

In realtà non si tratta di un approccio nuovo. Gli stoccaggi ibridi con Na+ sono emersi negli ultimi anni come una promettente applicazione nel campo dell’energy storage in grado di superare i punti deboli degli accumulatori a ioni di sodio più conosciuti.

Tradizionalmente questo metallo è usato e studiato in due tipi di dispositivi di stoccaggio: batterie e condensatori. Le prime, come spiegato poc’anzi, forniscono oggi una densità di energia relativamente elevata ma sono caratterizzate da una lenta cinetica di ossidoriduzione, che si traduce in una bassa densità di potenza e una scarsa ricaricabilità. I secondi invece hanno un’elevata densità di potenza dovuta all’accumulo di carica tramite rapido adsorbimento di ioni superficiali, ma una densità di energia estremamente bassa.

Tuttavia unire le due tecnologie impiegando catodi di tipo condensatore e degli anodi di tipo batteria, non ha dato subito i risultati sperati. La causa è da ricercare soprattutto nello squilibrio cinetico tra i due tipi di elettrodi.

Nuovi materiali per catodo e anodo

Per arginare il problema il team sudcoreano ha utilizzato sviluppato un nuovo materiale anodico con cinetica migliorata attraverso l’inclusione di materiali attivi fini nel carbonio poroso derivato da strutture metallo-organiche. Inoltre, ha sintetizzato un materiale catodico ad alta capacità e la combinazione dei due ha consentito lo sviluppo di un sistema di accumulo di ioni sodio che ottimizza l’equilibrio e riduce al minimo le disparità nei tassi di accumulo di energia tra gli elettrodi.

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La cella completamente assemblata supera per densità di energia le batterie commerciali agli ioni di litio e presenta le caratteristiche della densità di potenza dei supercondensatori. Nel dettaglio la batteria ibrida al sodio si ricarica rapidamente e raggiunge una densità di energia di 247 Wh/kg e una densità di potenza di 34.748 W/kg. Inoltre gli scienziati hanno registrato una stabilità del ciclo con efficienza Coulombica pari a circa il 100% su 5000 cicli di carica-scarica.

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“.