Rinnovabili • Criteri ambientali minimi

Edilizia verde: la transizione ecologica del patrimonio costruito vale fino a $1,9mila mln

Secondo un'indagine di McKinsey & Company passare ad un'edilizia verde potrebbe valere da $800 mld a $1,9mila mln. Ma alla transizione serve maggiore trasparenza, partnership lungo la catena del valore e metriche coerenti e affidabili.

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Per affrontare la sfida è stato creato il Net Zero Built Environment Council

(Rinnovabili.it) – Il settore delle costruzioni è un mondo complesso, frammentato e lento a cambiare. Ma passare ad un’edilizia verde attraverso una piena transizione ecologica può in realtà valere molti soldi oltre che far bene al nostro futuro. Ad analizzare gli effetti di una decarbonizzazione dell’ambiente edificato ha pensato il report McKinsey & CompanyAccelerating green growth in the built environment”. E per mettere poi in pratica quanto scoperto è stato lanciato il Net Zero Built Environment Council. Un’iniziativa che riunisce molti dei principali operatori storici e nuove scale-up che operano nell’ecosistema dell’ambiente costruito.

Il punto di partenza del report è di vitale importanza: il comparto edile riunisce al suo interno una molteplicità di attori, industrie, realtà, spesso difficili di far dialogare. Ma solo un’azione congiunta tra coloro che progettano, costruiscono, gestiscono e smantellano gli asset può portare a risultati concreti.

L’ambiente costruito in tutto il suo ciclo di vita, dalla progettazione alla demolizione, è responsabile direttamente o indirettamente di circa il 40% delle emissioni di CO2 globali e del 25% delle emissioni complessive di gas serra. E’ chiaro che risulta molto più impattante a livello di sostenibilità di altri settori quali la produzione energetica, l’industria marittima e addirittura dell’aviazione.

L’80% del patrimonio previsto per il 2050 già esiste

A differenza di territori in via di sviluppo come ad esempio l’Africa dove vale l’esatto contrario, nei Paesi più ricchi l’80% degli edifici che serviranno entro il 2050 già esistono. E’ chiaro quindi che un’edilizia verde dovrà tenere conto sia delle emissioni incorporate, ma anche e soprattutto, delle emissioni operative del patrimonio esistente. Secondo l’indagine di McKinsey & Company durante il ciclo di vita di un edificio il 76% delle emissioni proviene dalle operazioni, mentre il restate 24% è da attribuire alla lavorazione delle materie prime utilizzate per la costruzione di nuovi edifici.

Per allinearci con gli obiettivi del 2050 i vari settori industriali dovranno triplicare il ritmo di decarbonizzazione rispetto agli ultimi 30 anni.

Ridurre le emissioni operative e incorporate per un’edilizia verde

Dato che l’industria del cemento è responsabile di quasi un quarto di tutte le emissioni di CO2, un ottimo punto di partenza potrebbe essere la sostituzione del normale clinker con prodotti alternativi. Già oggi la ricerca fornisce valide alternative, come ad esempio le scorie d’altoforno granulato, o il fumo di silice, i materiali pozzolanici naturali. E utilizzando riempitivi come il calcare si potrebbe raggiungere una riduzione dell’impronta di carbonio fino al 90%. I materiali in legno poi, emettono dal 20 al 60% in meno di carbonio. Ma la stessa CO2 può essere stoccata a lungo termine se mineralizzata o pirolizzata.

Nel caso delle emissioni operative invece sono raffrescamento e riscaldamento a rappresentare i nodi da sciogliere. In questo caso la strada da percorre parte dall’efficientamento del patrimonio migliorando l’isolamento, utilizzando energia rinnovabile, installando impianti ad alta efficienza come le pompe di calore o soluzioni sempre più innovative che prevedono l’impiego dell’idrogeno.

Le soluzioni fattibili per tutti

Stima del valore dell’ambiente verde globale costruito credits: McKinsey & Company “Accelerating green growth in the built environment”

Secondo l’indagine di McKinsey & Company a rallentare il percorso verso la decarbonizzazione è soprattutto la frammentazione del settore, composto spesso da molte realtà a scala limitata. Se si aggiungono poi le diversità legislative, i regolamenti edilizi e diversi standard, ecco che la confusione diventa totale.

Ma la decarbonizzazione dell’ambiente costruito può creare da 800 miliardi a 1,9mila milioni di dollari di nuovo valore verde in tutti i settori.

Gli ingredienti che potrebbero accelerare e facilitare la transizione verde dell’ambiente edificato, secondo il report sono tre.

Trasparenza e consapevolezza. E’ necessario che l’intera filiera sia informata di tutti i passaggi necessari alla decarbonizzazione e che conosca come farlo in modo economicamente vantaggioso.

Partnership lungo la catena del valore. Realizzare nuove tecnologie in modo tempestivo e conveniente richiede un intervento congiunto. Secondo l’analisi di McKinsey, oggi la decarbonizzazione è quasi a costo zero per il 50% delle emissioni (meno di $ 100 per tonnellata di CO₂), ma per il 20% è costosa (da $ 175 a $ 500 per tonnellata di CO2) e tecnicamente impegnative. Come per ad esempio la gestione dei materiali rimanenti nella produzione di cemento e acciaio per attrezzature pesanti. Migliorare attivamente le collaborazioni lungo la catena del valore, sia nelle opzioni a costo zero che in quelle più costose, è fondamentale per riunire tutti gli attori coinvolti.

Metriche costanti ed affidabili. Misurare gli effetti e i benefici della sostenibilità utilizzando metriche coerenti offre migliori punti di confronto e consente di ottenere finanziamenti competitivi.

In questo contesto si inserisce il Net Zero Build Environment Council della McKinsey & Company, per stimolare i principali attori mettendoli in contatto tra loro e creando un percorso replicabile e facilmente applicabile.

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About Author / Alessia Bardi

Si è laureata al Politecnico di Milano inaugurando il primo corso di Architettura Ambientale della Facoltà. L’interesse verso la sostenibilità in tutte le sue forme è poi proseguito portandola per la tesi fino in India, Uganda e Galizia. Parallelamente alla carriera di Architetto ha avuto l’opportunità di collaborare con il quotidiano Rinnovabili.it scrivendo proprio di ciò che più l’appassiona. Una collaborazione che dura tutt’oggi come coordinatrice delle sezioni Greenbuilding e Smart City. Portando avanti la sua passione per l’arte, l’innovazione ed il disegno ha inoltre collaborato con un team creativo realizzando una linea di gioielli stampati in 3D.


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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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.