Crisi energetica, il contributo delle biomasse legnose

AIEL scrive al Presidente del Consiglio Mario Draghi. "I biocombustibili legnosi possono generare un indotto occupazionale rilevante per il Sistema Paese, possono contribuire alla riduzione della dipendenza degli approvvigionamenti esteri, a diversificare il mix energetico"

La drammatica situazione in Ucraina, l’impennata dei prezzi dell’energia, i timori per la continuità delle forniture di gas hanno ulteriormente confermato la necessità di guardare con maggior attenzione al contributo che il settore produttivo delle biomasse legnose può fornire alla diversificazione degli approvvigionamenti riducendo la dipendenza energetica da altri Paesi, contrastando il caro energia e promuovendo al contempo lo sviluppo locale e la transizione energetica. 

Lo scrive Annalisa Paniz Direttrice generale di AIEL – l’Associazione che rappresenta oltre 500 soci tra produttori, distributori, costruttori di tecnologie, progettisti e installatori di impianti di riscaldamento a biomasse legnose – in una lettera indirizzata al Presidente del Consiglio Mario Draghi. 

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Nella missiva AIEL approfondisce alcune delle possibili soluzioni per mitigare gli effetti prodotti dalla crisi ucraina, tra cui anche le conseguenze drammatiche per il prezzo dell’energia. AIEL auspica che la profonda crisi che stiamo attraversando sia occasione per ripensare al modello energetico nazionale grazie a un’autentica promozione delle energie rinnovabili, dell’efficienza e del risparmio energetico per diversificare gli approvvigionamenti e ridurre le speculazioni e la dipendenza dall’estero, senza tuttavia ricorrere a soluzioni vecchie e ambientalmente insostenibili come il carbone.

La strategia energetica per un calore rinnovabile dovrebbe vedere una progressiva riduzione dell’utilizzo del gas e quindi fondarsi anche su piccoli-medi impianti centralizzati a biomassa legnosa, impianti di micro e minicogenerazione, teleriscaldamento e calore di processo, ma anche sulle moderne stufe che, grazie ai progressi tecnologici degli ultimi anni, garantiscono alto rendimento, efficienza energetica e basse emissioni di particolato. 

“I biocombustibili legnosi – spiega Annalisa Paniz – oltre ad essere un veicolo di sostenibilità che contribuisce all’abbattimento delle emissioni, alla manutenzione del patrimonio boschivo e a generare un indotto occupazionale rilevante per il Sistema Paese, possono contribuire alla riduzione della dipendenza degli approvvigionamenti esteri, a diversificare il mix energetico e a contrastare il fenomeno della povertà energetica che interessa sempre più famiglie e che può essere vinta abbandonando le fonti fossili, caratterizzati da prezzi volatili legati ad assetti geopolitici in continua evoluzione, in favore delle energie rinnovabili, sia quelle più moderne, ma anche le più antiche e mature, come i biocombustibili legnosi, che assicurano continuità, stabilità e programmabilità: tre aspetti centrali per rendere la transizione ecologica realmente sostenibile e inclusiva. I biocombustibili legnosi – prosegue Paniz – sono estremamente più convenienti di quelli fossili: il costo di produzione di 1 MWh di energia termica con biomasse legnose oscilla tra i 24 e i 72 euro, quello con le fonti fossili tra i 103 e i 146 euro, valori destinati a crescere ulteriormente a causa della crisi internazionale“.

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Considerando le risorse legnose attualmente a disposizione è possibile puntare a un obiettivo di 16,5 Mtep di energia termica prodotta da bioenergia, di cui 8,5 Mtep da biomasse legnose, pari a circa 146 GW di potenza installata. Le bioenergie potrebbero arrivare a coprire fino al 68% dell’energia da FER nel settore termico e fino al 37% dei consumi termici finali lordi al 2030. Per tali ragioni è essenziale che il PNRR contribuisca alla ripresa del Paese mettendo al centro della transizione ecologica anche i biocombustibili legnosi e le filiere produttive ad essi collegate.

Fulcro delle proposte di AIEL è l’attuazione di filiere energetiche locali, per sostenere la crescita economica dei territori. L’uso sostenibile dei biocombustibili legnosi, la cui produzione è strettamente connessa alla gestione del territorio, non solo può ridurre il tasso di dipendenza dalle fonti fossili ma anche e soprattutto limitare la dipendenza da forniture di altri Paesi, garantendo l’autonomia energetica, stimolando l’iniziativa economica e l’occupazione. 

Infine, non possiamo non dimenticare la lotta alla povertà energetica che interessa sempre più famiglie e che può essere vinta abbandonando al più presto le fonti fossili in favore delle energie rinnovabili, sia quelle più moderne, ma anche le più antiche e mature, come i biocombustibili legnosi che assicurano continuità, stabilità e programmabilità, tre aspetti centrali per rendere la transizione ecologica realmente sostenibile e inclusiva. 

A tale proposito è fondamentale sostenere, anche grazie allo strumento del PNRR, il consolidamento e la nascita di nuove imprese forestali supportando la realizzazione di piattaforme logistico-commerciali a scala regionale, sostenere investimenti da parte di industrie di prima lavorazione del legno finalizzate anche alla realizzazione di impianti di produzione di pellet e sostenere investimenti per la realizzazione di moderni impianti tecnologici a biomasse per la produzione di calore e la micro e minicogenerazione ad alto rendimento. Infine, per combattere la povertà energetica, è necessario agire sulle imposte che incidono maggiormente sui redditi bassi, come l’IVA, ripensando ad un’aliquota agevolata per tutti i biocombustibili.

La lettera completa inviata da AIEL al Presidente del Consiglio dei Ministri è scaricabile qui.

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 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 Na₂S_x 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 .

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“.