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Il gioco di specchi da Archimede ai giorni nostri

Sciolti i nodi normativi, passare dalla fase dimostrativa allo sviluppo di grandi impianti CSP è un passaggio che l’Italia potrebbe fare facilmente e a pieno titolo

Un viaggio nel tempo che finisce nello stesso punto in cui e partito: a Siracusa. Ne è passata di acqua sotto i ponti da quando Archimede riuscì a respingere le navi romane grazie all’invenzione di marchingegni per l’epoca alquanto alternativi, come gli specchi ustori, ma oggi, proprio sul luogo della battaglia, si continua a celebrare il grande inventore: nonostante sia stata costruita a scopi puramente dimostrativi, la centrale solare termodinamica Archimede di Priolo Gargallo, inaugurata poco più di un anno fa, rappresenta per gli italiani un grande motivo di orgoglio. Il solare termodinamico, infatti, è una tecnologia su cui il nostro Paese potrebbe contare per il proprio approvvigionamento energetico, con ottime prospettive di crescita future sia in termini di occupazione che di investimenti. Nonostante l’incerto quadro regolatorio degli ultimi anni, l’Italia è il posto ideale da cui far partire una filiera e, considerata la mole di interconnessioni che si stanno progettando principalmente nell’area del Mediterraneo, è facile intuire il ruolo strategico che potrebbe avere lo stivale nello sviluppo di progetti, quali Desertec per esempio, determinanti per soddisfare il fabbisogno energetico non solo dei Paesi del Nord Africa e del Medio Oriente (Area MENA), ma anche dell’intera Europa.
Oggi il solare termodinamico, oltre a consolidarsi da un punto di vista tecnologico, si sta anche strutturando a livello mondiale verso la definizione di una strategia comune che tutti i governi possano perseguire, compreso quello italiano. Per questo abbiamo voluto sentire la voce di chi in Italia rappresenta il settore: l’Associazione Nazionale dell’Energia Solare Termodinamica (ANEST) che, nei suoi due anni di vita, ha raccolto oltre 25 imprese, nella grande maggioranza italiane, con varie dimensioni aziendali e con diverse offerte tecnologiche. A rispondere alle nostre domande è il suo Presidente, Cesare Fera.

Qual è lo stato dell’arte del solare termodinamico nel nostro Paese?
Il solare termodinamico è una tecnologia dalle grandi prospettive in Italia. Attualmente, la potenza installata è pari ai 5 MW dell’impianto Enel di Priolo Gargallo, ma sono in fase di autorizzazione circa 180/200 MW tra Sicilia, Sardegna, Puglia e Lazio, regioni con alta irradiazione solare e con un paesaggio adatto alla costruzione di grandi impianti per sfruttare l’energia solare e produrre energia elettrica. La recente inaugurazione del nuovo stabilimento produttivo di Archimede Solar Energy (società del gruppo Angelantoni Industrie e partecipata al 45% da Siemens) a Massa Martana, poi, ha dato un grosso contributo all’intero settore, con una produzione di circa 75.000 tubi ricevitori all’anno. La nostra associazione, nei suoi due anni di vita, ha raccolto oltre 25 imprese, nella grande maggioranza italiane, con varie dimensioni aziendali e con diverse offerte tecnologiche. Gli addetti di settore, specificamente dedicati dalle rispettive aziende, sono pari a un migliaio, con una previsione di crescita diretta e indiretta che stima al 2020 la decuplicazione della forza lavoro attualmente impiegata, se ci saranno le condizioni di sviluppo per sostenere lo start-up di sistema. Dal 2014 potranno entrare in esercizio gli impianti per i quali oggi è in corso l’iter autorizzativo. Uno scenario possibile è che la maggior parte dell’energia da solare termodinamico verrà prodotta in una prima fase negli impianti di grande taglia (30-50 MW). È auspicabile, però, che il settore apra i suoi orizzonti al pieno sfruttamento delle sue caratteristiche peculiari che, oltre alla produzione di energia elettrica, consentono la produzione di energia termica con l’utilizzo del calore in ambito domestico, terziario e industriale.

Quali sono gli attuali assetti normativi e tariffari nel settore della produzione, distribuzione e vendita dell’energia prodotta da impianti CSP?
L’incentivazione degli impianti CSP è regolata dal DM dell’aprile 2008, che non ci ha lasciato proprio soddisfatti. Già prima, avevamo un quadro regolatorio che non ha saputo attrarre investimenti e investitori. Il Decreto è invece uno strumento fondamentale per lo sviluppo del settore ed è necessario che tenga conto delle diseconomie di scala e di quanto oggi è presente sul mercato. Per questo abbiamo proposto ai Ministeri competenti un documento dove viene stabilito l’impatto economico dell’incentivazione per gli anni dal 2012 fino al 2014, il sistema di incentivazione in conto capitale oltre agli indici di incentivazione che dovrebbero essere differenziati per taglia (grande oltre ai 5 MW, medio oltre 1 MW e piccolo inferiore a 1 MW) e per tipologia di impianto. Quello che proponiamo mira a definire un quadro regolatorio stabile sul medio periodo, con incentivi fissati per almeno un quinquennio a partire dall’emanazione del provvedimento, per tener conto della lunga cantierizzazione, elevare la soglia di cumulo tra incentivi in conto capitale e incentivi in conto produzione, in caso di cogenerazione o trigenerazione, dall’attuale 10% al 40% per mitigare i rischi di investimento, eliminare l’obbligo di storage per determinate taglie e categorie di impianti e creare una scala di incentivi commisurata alle caratteristiche e alle taglie degli impianti, avvantaggiando quelli più piccoli al fine di favorire la generazione distribuita e aprire il mercato a molti operatori.

Quanto è all’avanguardia l’Italia rispetto agli altri Paesi del mondo?
L’Italia ha tutte le condizioni per ospitare una filiera completa del solare a concentrazione. Il solare termodinamico a sali fusi, infatti, nasce proprio nel nostro Paese da un’idea del professor Rubbia che sviluppò a Priolo Gargallo il progetto pilota grazie a una collaborazione ENEA-ENEL. È chiaro che la proprietà intellettuale e il know-how di questa tecnologia siano completamente italiani, così come la principale industria che realizza tubi ricevitori ad altissima temperatura (ASE) e tutta la componentistica del campo solare. L’Italia oggi costituisce il posto ideale dove far partire la filiera del solare termodinamico. La maggior crescita di impianti di questo tipo sarà probabilmente nelle regioni del Nord Africa che si affacciano sul Mar Mediterraneo, ora in fase di ricostruzione del loro apparato economico-industriale, e che quindi saranno di facile accesso per le imprese localizzate in Italia. Inoltre, esiste già un tessuto industriale formato da imprese che operano nel settore termotecnico, da cui si possono attingere risorse e competenze già acquisiti in altri campi (meccanica, automazione, elettrotecnica, elettronica), in modo da limitare le importazioni degli apparati e delle componenti industriali degli impianti a fonti rinnovabili, che ad oggi sono in gran parte prodotti da imprese internazionali.

Quali pensa possano essere i risvolti di progetti quali Desertec e Medgrid, due iniziative private che proprio qualche giorno fa hanno firmato un memorandum di collaborazione…
Desertec e Medgrid attraverso l’ultimo memorandum d’intesa hanno esplicitamente dichiarato una forte volontà nel proseguire progetti in grado di soddisfare il fabbisogno energetico europeo e quello dei Paesi nell’area MENA, attraverso la trasformazione del sole e del vento in una fonte di energia pulita e sostenibile. Si tratta di iniziative che non possono che essere un esempio per le aziende italiane, oltre a rappresentare un’opportunità di investimento e di trasferimento di knowledge. Come espresso dal presidente della Desertec Industry Initiative (Dii), Hans Mueller-Steinhagen, saranno proprio i Paesi interessati e le società coinvolte a investire in installazioni e connessioni per la realizzazione del progetto. L’industria italiana è già stata chiamata a partecipare a questi progetti nelle fasi di costruzione degli impianti e nelle attività di vendita dell’energia. In questo scenario, il nostro Paese deve essere pronto a investire in impianti altamente innovativi, quali quelli che sfruttano la tecnologia CSP, in grado di creare occupazione diretta e non delocalizzabile e di garantire un ritorno anche economico (sotto forma di royalties) legato alla proprietà intellettuale posseduta dagli Enti di Ricerca nazionali. Nonostante le recenti rivolte che hanno interessato alcuni Paesi del Nord Africa, le connessioni e la realizzazioni dei campi solari stanno perpetuando senza intoppi. Esistono già connessioni tra il Marocco e la Spagna e altri collegamenti potrebbero prevedere proprio l’Italia, tra la Tunisia e la Sicilia e tra la Tunisia e la Sardegna.

Più o meno un mese fa si è costituita l’associazione mondiale del solare termodinamico. Quali sono, a suo avviso, le azioni prioritarie che essa dovrebbe intraprendere?
L’associazione appena nata ha davanti a sé il compito di assistere e supportare governi e investitori a livello mondiale, nella raccolta di informazioni e analisi sullo sviluppo della tecnologia che sfrutta il Solare Termodinamico a Concentrazione. Essa fornisce anche l’accesso a dati sullo stato di avanzamento della ricerca e sui vantaggi che questa tecnologia ha da offrire alla comunità, in termini di ambiente, sostenibilità oltre che vantaggi economici. Le azioni prioritarie che STELAWord dovrebbe intraprendere, e per le quali è stata preposta, devono puntare a incoraggiare i governi di tutto il mondo a perseguire una strategia comune basata sull’utilizzo delle energie sostenibili e non sui combustibili, focalizzandosi sul solare termodinamico per le sue peculiarità e vantaggi economici intrinseci.

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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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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.