Rinnovabili • Phase out nucleare UE: possibile transizione accelerata senza l’atomo

L’Europa può arrivare a zero emissioni nel 2040 senza il nucleare

Un rapporto di Environmental European Bureau spiega, dati alla mano, che crescita delle rinnovabili, riduzione della domanda di energia e una combinazione di opzioni per rendere più flessibile la rete (tra interconnessioni e stoccaggio) bastano per raggiungere la neutralità climatica 10 anni prima e avere un sistema energetico sostenibile. Anche se si toglie il nucleare dall’equazione

Phase out nucleare UE: possibile transizione accelerata senza l’atomo
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Anche la Francia può dire addio all’atomo entro 15 anni

(Rinnovabili.it) – L’Europa non ha bisogno di nuove centrali nucleari e nemmeno di prolungare la vita di quelle in funzione oggi. Rinnovabili, riduzioni dei consumi energetici e più flessibilità grazie a stoccaggio, interconnessioni e misure sul lato della domanda bastano per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione senza l’atomo. Premesse sufficienti per pianificare il phase out del nucleare UE in sicurezza, abbandonando la retorica dell’atomo come soluzione necessaria e superando i rischi legati alle incertezze sui tempi e i costi della costruzione di nuovi impianti e delle tecnologie nucleari di ultima generazione.

La crescita delle rinnovabili e il calo della domanda energetica in Europa rendono il ruolo del nucleare “ridondante”, spiega Cosimo Tansini di European Environmental Bureau (EEB), che ha rilasciato oggi il rapporto Nuclear Phase-out How renewables, energy savings and flexibility can replace nuclear in Europe. “Prendiamo la Spagna, dove l’impennata dell’energia eolica, solare e idroelettrica ha fatto scendere i prezzi dell’elettricità e costretto le società energetiche a fermare il nucleare per evitare perdite finanziarie”, illustra Tansini. In condizioni di scarso vento e luce solare, continua Tansini, le soluzioni disponibili per dare flessibilità alla rete “sono in una posizione migliore rispetto al nucleare per integrare il mix energetico”. Senza contare che “l’aumento dei costi di manutenzione, della catena del combustibile e dello smantellamento incoraggerà ulteriormente il ritiro anticipato delle centrali nucleari”.

Pianificare il phase out del nucleare in UE

L’addio all’atomo è possibile in uno scenario ambizioso come quello PAC – Paris Agreement Compatible sviluppato da EEB e Climate Action Network (CAN) Europe, che prevede la neutralità climatica già nel 2040 con un mix energetico al 100% composto dalle rinnovabili.

Tre gli assunti di questo scenario dal lato dell’offerta delle rinnovabili. Una forte riduzione della domanda energetica, raggiunta grazie a misure per l’efficienza e la sufficienza energetica (la riduzione deliberata, e ben calibrata, della domanda di energia) e resa sostenibile dalla gestione ottimizzata della domanda e da più flessibilità. Una rapida diffusione delle energie rinnovabili, i cui costi di produzione energetica “sono inferiori a quelli dei combustibili fossili e dell’energia nucleare” e “il cui potenziale di decarbonizzazione è maggiore”. Un mix di opzioni di flessibilità tra connessioni transfrontaliere e storage, che “superano il nucleare in termini di efficienza dei costi e sicurezza dell’approvvigionamento anche quando la produzione di energie rinnovabili fluttua”.

Dall’altro lato, i tentennamenti e gli intoppi sulla via che dovrebbe riportare il nucleare al centro della strategia energetica europea. La quota del nucleare nel mix europeo è piccola, solo 12 dei Ventisette sono paesi produttori, e l’atomo rappresenta il 10% del loro consumo energetico finale combinato. La flotta nucleare, inoltre, invecchia, con tutti gli impianti tranne 2 che risalgono a prima del 2000 e quindi dovrebbero essere spenti al più tardi intorno al 2030. La durata di vita si aggira sui 40 anni, l’età media dei 100 reattori in funzione in UE è 37 anni. Un declino che si riflette nella generazione da nucleare in calo da 20 anni in UE, dagli 860 TWh nel 2000 ai 619 TWh nel 2023. Non meno importante, il capitolo costi: secondo EEB, l’aumento dei costi di manutenzione, quelli per il combustibile e per lo smantellamento “dovrebbero incentivare la chiusura anticipata” degli impianti.

Sarebbe una transizione sostenibile?

Fattibile, quindi, il phase out del nucleare UE? Il rapporto analizza la traiettoria della transizione nei 12 paesi UE che ospitano oggi centrali nucleari e conclude che per tutti la quota di generazione dall’atomo può scendere a zero entro il 2040 in modo sostenibile, con la sola eccezione della Francia – che ospita 56 reattori su 100 – dove la quota del nucleare nei consumi energetici finali resterebbe comunque appena sopra il 3%.

Nello scenario PAC, il consumo finale di energia si riduce di oltre il 25% tra il 2022 e il 2030 (da 4951 a 3894 TWh), mentre il contributo delle rinnovabili più che raddoppia nello stesso periodo. Un aumento molto maggiore della riduzione della produzione di energia nucleare, che sarebbe ulteriormente stimolato dal parallelo phase out delle fossili (-2000 TWh). Anche se si toglie il nucleare dall’equazione, quindi, la traiettoria – e la fattibilità – di una transizione verso 100% rinnovabili non cambia in modo significativo.

La produzione di energia rinnovabile aumenta di molto di più (1547 TWh) di quanto sarebbe necessario per compensare il calo della produzione nucleare (-500 TWh) tra il 2022 e il 2040, sottolinea EEB, mentre la stessa riduzione della domanda di energia (1974 TWh) è quasi sei volte superiore a quella necessaria per compensare la minore produzione nucleare.

“Anche in Francia, il paese con la maggiore capacità di energia nucleare nell’UE, la produzione nucleare totale nel 2023 (320 TWh) è meno della metà della riduzione della domanda di energia prevista dallo scenario PAC (642 TWh) tra il 2022 e il 2040”, specifica il rapporto.


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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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.