Energie rinnovabili e metalli strategici

il mio articolo per iMille-Magazine

William Stanley Jevons era un economista inglese. Nel diciannovesimo secolo, Jevons sostenne che “più efficiente è l’uso che si fa di un materiale che scarseggia, maggiore sarà la sua domanda finale”. Oggi, questa affermazione è nota come il “paradosso di Jevons”, le cui implicazioni sono quantomai importanti in un mondo che guarda con sempre maggior speranza alle fonti rinnovabili per la produzione di energia.

Ma andiamo con ordine. Cosa sono i metalli strategici? E cos’hanno a vedere con le energie rinnovabili? I metalli strategici sono materiali secondari nella finitura di un determinato prodotto di cui però garantiscono la funzionalità finale. Ad esempio, i tubi in acciaio non sono fatti di molibdeno, ma il molibdeno, pur costituendo solo lo 0,5 per cento della lega, conferisce all’acciaio forza e resistenza alla corrosione. Il che rende il molibdeno un metallo strategico per l’industria dei gasdotti.

I metalli strategici hanno un botto di nomi simili: rari, critici, preziosi, eccetera. L’elenco degli elementi è lungo e in continua evoluzione, e comprende metalli e terre rare. Sono esclusi invece i metalli base (ferro, rame, nichel) e gli energetici (uranio, torio) che vengono generalmente trattati a parte. All’appello dei metalli strategici, in ordine alfabetico, abbiamo: antimonio, bismuto, cerio, cromo, cobalto, disprosio, europio, gallio, germanio, indio, lantanio, molibdeno, neodimio, niobio, palladio, platino, praseodimio, rodio, samario, scandio, selenio, tantalio, tellurio, terbio, stagno, titanio, tungsteno, vanadio, zirconio e ittrio.

Per molti è difficile cogliere la reale portata del cambiamento ottenuto nell’ultima decade dalla scienza dei materiali e dalla ricerca metallurgica. Brutalmente, i metalli critici sono una terra vergine: più gli scienziati ricercano, più vengono scoperte nuove modalità di utilizzo. Tuttavia, proprio le caratteristiche spesso uniche di questi metalli ne limitano la possibilità di sostituzione. Oltre ad presenti in quantità esigue – al mondo c’è meno tellurio che platino, ad esempio – molti sono sottoprodotti della produzione di altri metalli, il che rende inaffidabile la fornitura.

La domanda di metalli strategici è cresciuta enormemente nell’ultimo decennio e, di pari passo, sono aumentate le spese per l’esplorazione di nuovi giacimenti (solo nell’ultimo anno sono quadruplicate). La domanda di metalli strategici cresce per un motivo semplice: la continua ricerca di maggiore qualità, maggiore efficienza e prezzi più bassi. In breve, il paradosso di Jevons, che abbraccia totalmente le fonti rinnovabili.

Ne avevamo parlato su Il Post tempo fa, evidenziando il problema della dipendenza dall’estero delle energie rinnovabili per la fornitura di terre rare. La criticità dei metalli statetigici è stata oggetto di un recente rapporto del Dipartimento per l’Energia (DoE) degli Stati Uniti. I metalli critici per le principali applicazioni rinnovabili quali solare fotovoltaico (solar cells), generatori eolici (wind turbines), auto elettriche e batterie (vehicles) e illuminazione ad alta efficienza (lightning) indicati dal DoE li trovate in tabella.
Per quel che concerne i pannelli solari, i metalli strategici vengono usati per fabbricare i film sottili fotovoltaici (PV films) che assorbono la luce e la convertono in energia. I materiali maggioramente utilizzati, in ordine di efficienza crescente, sono: silicio amorfo (a-Si), diseleniuro di rame e indio (CIS) e tellururo di cadmio (CdTe). Attualmente il mercato dei pannelli fotovoltaici è ancora dominato dalla tecnologia a silicio cristallino (prima generazione). La tecnologia a film sottile (seconda generazione) però sta crescendo rapidamente, spinta dalle migliori aspettative economiche per la produzione di energia dal sole.

I magneti permanenti (magnets) sono invece utilizzati nelle turbine eoliche e nei veicoli elettrici. Servono a produrre campi magnetici stabili senza bisogno di alimentazione esterna e fanno largo uso di terre rare. I generatori a magneti permanenti sono utilizzati nelle turbine eoliche moderne, di elevata potenza – ormai siamo arrivati a diversi megawatt per torre – per convertire l’energia del vento in elettricità. Più crescono le dimensioni delle torri eoliche e più cresce la potenza. Più cresce la potenza e più cresce l’uso di magneti permanenti e, ovviamente, la domanda di terre rare. Viste le grandi aspettative nelle rinnovabili – sottolineate di recente, ce ne fosse bisogno, dal referendum italiano e dalla decisione della Germania di abbandonare il nucleare – e nella tecnologia eolica in particolare, è molto probabile che assisteremo ad un aumento deciso nell’impiego di magneti permanenti.

I magneti permanenti sono utilizzati anche nei  motori di veicoli elettrici, ibridi e ibridi plug-in per convertire l’energia delle batterie in energia meccanica per la propulsione. Grazie ai magneti permanenti è possibile ridurre in modo significativo il peso del motore, aumentando le prestazioni e migliorando i consumi del veicolo.

Per quanto concerne le batterie, quelle della Toyota Prius, l’auto ibrida più venduta del mondo, sono batterie al nichel-metallo-idrato per la cui chimica interna si fa uso di lantanio, cerio, neodimio e praseodimio. Nei veicoli elettrici o ibridi plug-in, invece, dove è necessario immagazzinare una quantità di energia maggiore, si utilizzano le batterie agli ioni di litio. Va da sé che l’impiego su larga scala di veicoli ibridi e elettrici non potrà che far crescere la domanda di litio e metalli strategici per motori e batterie.

A margine, non sono solo le energie rinnovabili a dipendere dai metalli strategici. Anche l’industria del petrolio ne fa uso. Nel processo di raffinazione degli oli pesanti in benzina e distillati leggeri si fa uso di fluid cracking catalists. Le terre rare aiutano a controllare la selettività dei catallizzatori utilizzati e permettono di produrre più benzina e di qualità migliore. L’elemento che viene usato di più in questo tipo di applicazioni è il lantanio, seguito da cerio e neodimio. E’ vero che il costo delle terre rare rappresenta una frazione molto ridotta del costo complessivo dei prodotti petroliferi ed è altrettanto vero che le terre rare non sono strettamente necessarie per la raffinazione. Tuttavia, è anche vero che la l’assenza di terre rare richiedebbe la ridefinizione dell’intero processo di fluid cracking, con tutti i costi che potete immaginare.

Il risultato dell’analisi del Dipartimenti per l’Energia degli Stati Uniti lo vedete a fianco. I metalli strategici per le energie rinnovabili in condizioni critiche – la cui fornitura è da considerarsi a rischio – sono cinque. Molti altri non se la passano tanto meglio. Detto altrimenti, molte delle tecnologie verdi di primarie importanza dipendono dai metalli strategici e dalla loro disponibilità che, negli anni, è finita quasi completamente in mano alla Cina.

Negli ultimi vent’anni, infatti, concentrati sul profitto a breve termine, i paesi occidentali hanno perso il controllo della fornitura a lungo termine dei metalli strategici. In sostanza, il modello di business del libero mercato che premia il produttore con il costo più basso ha portato la Cina a controllare più del 95 per cento della fornitura mondiale di terre rare semplicemente perché la Cina è stata disposta a sovvenzionarne l’estrazione o a subire gli effetti ambientali della produzione, guadagnandoci il controllo del mercato.

Oggi, da una parte abbiamo i sostenitori del libero mercato aggrappati allo slogan “il mercato sopra a tutto” ma preoccupati per la fornitura ad ogni starnuto di Pechino. D’altra parte, i monopolisti cinesi si godono il controllo quasi totale di molti metalli strategici e terre rare, sfruttando financo apertamente il loro vantaggio. Oltre ad esserci un divario spesso notevole tra i prezzi cinesi e quelli del resto del mondo (il samario costa dieci volte di più, ad esempio) il modello di business just-in-time come come lo conosciamo sta cominciando a fare le (dolenti) spese della dipendenza dalle esportazioni cinesi. All’annuncio della Cina di porre un limite all’esportazione di terre rare, si è infatti assistito a reazioni di pura isteria da parte dei paesi occidentali, con poche speranze e molti falsi miti.

Forse il più grande mito, stando al quale non ci sarebbe nulla di cui preoccuparsi, è la cieca nel “mercato sopra a tutto” come soluzione a tutti i mali. Purtroppo, non è credibile pensare che basti inondare tutto di soldi per risolvere in poco tempo un problema strutturale – il monopolio cinese – sviluppatosi nell’arco di decenni. Trovare giacimenti di metalli strategici è già un problema di per sè, ma ottenere i finanziamenti necessari è ancora più difficile, dato che la maggior parte dei metalli strategici non sono quotati in borsa e questo rende le banche nervose e restie ad investire. Trattare correttamente i metalli strategici richiede inoltre processi di chimica industriale molto più complessi dei trattamenti usati per i metalli convenzionali. Costruire delle filiere produttive non è cosa da poco, soprattutto quando i paesi orientali agiscono in ottica di cartello, adottando misure protettive delle loro posizioni di controllo.

Un altro mito, secondo cui non c’è di cui preoccuparsi, è che è sempre possibile trovare dei sostituti per i metalli strategici. E vero che, grazie alla ricerca, è spesso possibile sostituire alcuni metalli o elementi, ma la sostituzione si traduce in un aumento del prezzo sia del materiale sostitutivo – per aumento della domanda – che del prodotto finale. L’uso di materiali sostitutivi non ha nessuna garanzia di pari funzionalità. Al contrario, spesso tende inoltre a resituire dispositivi più ingombranti e dalle prestazioni peggiori. E’ la ricerca, baby.

Lo stesso vale per il riciclo. Viviamo in un mondo dalle risorse sempre più limitate e siamo tutti grandi fan del riciclo. In particolare lo saremmo per i metalli strategici, dato che i metalli sono riciclabili all’infinito. Tuttavia, solo una piccola percentuale dei metalli strategici che si trovano in computer, telefoni cellulari ed elettronica di consumo vengono effettivamente riciclati. Troppo spesso, le stesse persone che protestano contro l’apertura di una nuova miniera, buttano dispositivi elettronici che contengono risorse preziose. Certo, il riciclo è compito della politica. Aggiungere un sovrapprezzo all’acquisto dei dispositivi elettronici riscattabile ai centri di riciclo potrebbe essere una buona idea. In tal modo, potremmo aumentare le nostre risorse e preservarle per le generazioni future. Così com’è, il mercato sopra di tutto, il riciclo è un business come altri: si attiva quando il prezzo dei metalli strategici è abbastanza alto da ripagare il tempo e le energie investite per tecniche e tecnologie di riciclo, altrimenti niente. Ciò significa che decine di metalli strategici vengono e verranno buttati semplicemente perchè riciclare non è economicamente conveniente.

Un ultimo mito è che il mercato dei metalli strategici conta solo per alcuni miliardi di dollari in un’economia decine di migliaia di volte più grande. Questa è una abbastanza ovvia: una cosa è il prezzo, un’altra è il valore. Il monopolio cinese sulle terre rare ha evidenziato che il valore dei metalli strategici non sta nel profitto generato dalla vendita degli stessi, quanto dal valore aggiunto dei prodotti che ne fanno uso. E si parla di migliaia di miliardi di dollari.

V’è speranza per il futuro? Poche settimane fa, il governo cinese ha annunciato che regolerà lo scambio dei metalli strategici al Metal Exchange di Shanghai, per garantire la stabilità della fornitura necessaria allo sviluppo cinese. Un’altra ragione è il mercato nero delle terre rare, cresciuto a dismisura negli ultimi anni. Secondo alcune stime, la fornitura di contrabbando terre rare cinesi si attesta sulle 40mila tonnellate all’anno. La speranza è che la trasparenza delle operazione di borsa aiuterà a mitigare il problema.

Tra gli addetti ai lavori, però, sono in molti a non credere alle dichiarazioni cinesi, considerandole solo fumo negli occhi. Come già detto, i metalli strategici sono spesso sottoprodotti di produzione, venduti in anticipo per fare cassa, spesso tramite accordi riservati tra produttore e compratore, o prodotti in quantità talmente piccole che regolarne la vendita attraverso un sistema di scambi sarebbe poco pratico. E’ opinione diffusa degli addetti ai lavori che ben difficilmente un metal exchange per i metalli strategici vedrà mai la luce. A giudicare da alcune pratiche discubili comuni negli scambi di oro e argento, potrebbe anche non essere una notizia negativa. Inoltre è innegabile il vantaggio che il governo cinese ha tratto facendo leva sulla sua posizione di monopolio.

Certo è che siamo ad un punto cruciale: i metalli strategici sono legati a doppio filo alle energie rinnovabili. Molto probabilmente stiamo per raggiungere il livello di massa critica. Dover farne a meno, nostro malgrado, sarebbe un disastro.

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4 Responses to Energie rinnovabili e metalli strategici

  1. ziomaul says:

    I metalli strategici vengono impiegati in ogni tecnologia da quella nucleare ad quella delle centrali carbone. gas, petrolio. In special modo in quelle con alto contenuto tecnologico come Computer e simili.

    Dunque la loro scarsità provocherà una diminuzione dei consumi elettrici e anche altre diminuzioni non propriamente piacevoli.

    Ciao

    • Non proprio. Stando al’ analisi del DoE, una penuria di metalli strategici impatterebbe molto poco il nucleare.

      • ziomaul says:

        Questi della DoE si dimenticano dei chilometri di cavi, sensori, computer, batterie, motori elettrici, ecc. ecc. ecc. presenti in una centrale atomica. Tanti da fare miliardi d’auto elettriche o pannelli fotovoltaici.

        Mi pare che abbiano sparato una C. enorme.
        ;-)

        Ciao

  2. Pingback: Economia e risorse fisiche | Filippo Zuliani

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