Rinnovabili • Ruolo nucleare transizione: Italia vuole “sbloccare appieno” il potenziale dell’atomo

L’Italia (e l’UE) si ostina a scommettere sul ruolo del nucleare nella transizione

La prima riunione del Nuclear Energy Summit ha coinvolto 32 paesi oltre all’Agenzia internazionale dell’energia (IEA) e all’Agenzia internazionale per l’energia atomica (IAEA) e nasce sull’onda dell’inclusione dell’atomo tra le soluzioni su cui puntare per la transizione e l’addio alle fossili sancito dall’accordo finale della Cop28 di Dubai

Ruolo nucleare transizione: Italia vuole “sbloccare appieno” il potenziale dell’atomo
crediti: European Union, 2024, CC BY 4.0

Roma ha firmato la dichiarazione finale del Nuclear Energy Summit

(Rinnovabili.it) – “Sbloccare appieno” il potenziale del nucleare e “abilitare le condizioni di finanziamento” per sostenere l’estensione della durata dei reattori nucleari esistenti. L’atomo dovrebbe essere preso più in considerazione negli investimenti ESG perché “è una delle fonti di produzione di energia a zero emissioni”. Più fondi, più cooperazione lungo l’intera catena del valore, più collaborazione per ricerca e sviluppo: è la ricetta per dare un ruolo al nucleare nella transizione che ha proposto l’Italia, insieme ad altri 10 paesi UE, al Nuclear Energy Summit che si è tenuto il 21 marzo a Bruxelles.

La generazione da nucleare è al minimo dagli anni ‘80

La prima riunione del formato pro-nucleare ha coinvolto 32 paesi oltre all’Agenzia internazionale dell’energia (IEA) e all’Agenzia internazionale per l’energia atomica (IAEA) e nasce sull’onda dell’inclusione dell’atomo tra le soluzioni su cui puntare per la transizione e l’addio alle fossili sancito dall’accordo finale della Cop28 di Dubai.

“Questo vertice storico si baserà sullo slancio della COP28 in cui il mondo ha finalmente concordato di investire nell’energia nucleare per raggiungere i propri obiettivi climatici. Ora è il momento di agire, di definire i passi concreti che renderanno possibile l’investimento”, ha sottolineato Raphael Grossi, direttore dell’IAEA. A cui ha fatto eco Fatih Birol, numero 1 dell’IEA. “Senza il sostegno dell’energia nucleare, non abbiamo alcuna possibilità di raggiungere i nostri obiettivi climatici in tempo”, soprattutto “in quei paesi in cui non disponiamo di un grande potenziale rinnovabile”.

L’obiettivo del summit? Rivitalizzare l’interesse per l’atomo in tutte le dimensioni necessarie per invertire la tendenza attuale. Secondo il World Nuclear Industry Status Report di dicembre 2023, la produzione globale di elettricità da energia nucleare è diminuita del 4% tra 2021 e 2022 e la quota nella produzione lorda di elettricità è scesa al livello più basso dagli anni ’80: 2.546 TWh pari al 9,2% della generazione elettrica globale.

Quale ruolo per il nucleare nella transizione energetica?

I problemi legati al ruolo del nucleare nella transizione sono molti. Le tecnologie di nuova generazione non sono ancora abbastanza mature per essere messe sul mercato su larga scala. Questo significa, sottolineano i critici, che scommettere sull’atomo oggi potrebbe distogliere finanziamenti dalle rinnovabili, ottenendo vantaggi troppo tardi. In altre parole, il nucleare – per quanto low-carbon – farà rallentare la transizione.

Poi c’è il capitolo costi, che in genere nei reattori costruiti negli ultimi decenni sono lievitati rispetto alle previsioni iniziali. E con i costi si sono dilatati anche i tempi di realizzazione e messa in funzione degli impianti. In un panorama del genere i finanziatori si stanno rivolgendo altrove, togliendo ulteriori risorse.

Al summit, i 32 paesi hanno stabilito di studiare misure in settori quali il finanziamento, l’innovazione tecnologica, la cooperazione normativa e la formazione della forza lavoro per consentire l’espansione della capacità nucleare.

“Ci impegniamo a lavorare per sbloccare appieno il potenziale dell’energia nucleare adottando misure quali le condizioni favorevoli per sostenere e finanziare in modo competitivo l’estensione della vita utile dei reattori nucleari esistenti, la costruzione di nuove centrali nucleari e il rapido dispiegamento di reattori avanzati, compresi quelli di piccole dimensioni reattori modulari, in tutto il mondo mantenendo i più alti livelli di sicurezza e protezione”, si legge nella dichiarazione finale.

Ricalcata in ogni punto anche dalla dichiarazione – separata – degli 11 paesi UE che un anno fa hanno dato vita alla European Nuclear Alliance, dove viene sottolineata la necessità di sviluppare l’accesso a “finanziamenti pubblici e privati”, inclusi gli strumenti di finanziamento europei tra cui la Banca europea per gli investimenti e il Fondo per l’innovazione. Con un occhio di riguardo soprattutto verso gli Small Modular Reactors (SMRs). Obiettivo dichiarato dell’alleanza è arrivare a 50 nuovi GW e 30-45 nuovi reattori al 2050.

L’Italia ancora in prima fila

Con la partecipazione al Nuclear Energy Summit, l’Italia rafforza l’intenzione di riaprire il capitolo atomo anche nel Belpaese. Una linea su cui il governo Meloni ha già compiuto diversi passi, tra cui la creazione della Piattaforma nazionale per un nucleare sostenibile lanciata a settembre 2023 e l’inserimento strategico del nucleare nel PNIEC. La Piattaforma dovrebbe produrre le prime linee guida per riprendere la ricerca sul nucleare entro maggio di quest’anno.

Se per il momento l’interesse dell’Italia è ancora limitato all’ambito della ricerca, l’esecutivo è stato molto chiaro sulla necessità di coinvolgere la filiera italiana del nucleare nelle iniziative europee e internazionali anche in vista di un possibile ritorno del nucleare in Italia. Che non sarebbe pensato in termini di impianti di grossa taglia. Il MASE ha ribadito più volte che l’intenzione è di scommettere sugli Small Modular Reactor (SMR) e i reattori nucleari di quarta generazione (AMR).

Intanto i finanziamenti all’atomo sono partiti. Più del 25% delle nuove risorse stanziate dal MASE per l’innovazione a servizio della transizione energetica nell’ambito della iniziativa internazionale Mission Innovation sono destinate allo sviluppo del nucleare italiano. Su 502 mln euro totali, ben 135 mln sono stanziati per R&D su nucleare di III e IV generazione.


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.


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
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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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.