Rifiuti fotovoltaici

Il mio articolo per iMille-magazine

Il contributo energetico delle fonti rinnovabili è cresciuto in modo significativo negli ultimi dieci anni. A questo sviluppo ha partecipato in modo attivo la produzione di elettricità da parte del fotovoltaico, che ha avuto un aumento notevole in Europa e nel mondo. In Italia, in particolare, la crescita ha assunto un carattere esponenziale. Dei circa 320 terawattora (TWh) di energia elettrica usata nel 2013 in Italia [1], gli impianti fotovoltaici contribuiscono oggi per circa il 7 per cento del fabbisogno elettrico nazionale totale. Sebbene il solare fotovoltaico sia universalmente considerato una tecnologia verde, l’impatto ambientale degli oltre 100 milioni di moduli fotovoltaici installati in Italia e il rischio di una gestione sconsiderata dei rifiuti fotovoltaici rimane ancora colpevolmente ai margini del dibattito pubblico.

La gestione di un pannello fotovoltaico può essere suddivisa in tre fasi: costruzione, produzione di energia elettrica e smaltimento a fine vita. Nel dibattito sulla sostenibilità ambientale del solare fotovoltaico, le fasi di costruzione e smaltimento vengono solitamente omesse, in favore di stracche diatribe sulla competizione del fotovoltaico coi terreni agricoli o sull’impatto visivo e architettonico durante la fase di produzione di energia elettrica. Al contrario, le criticità ambientali del solare fotovoltaico emergono soprattutto durante costruzione e smaltimento a fine vita, conseguenti all’impiego di materiali o sostanze nocive per la salute e l’ambiente.

Il processo di costruzione di moduli e pannelli fotovoltaici è molto complesso. Esistono vari tipi di celle fotovoltaiche sul mercato che differiscono per semiconduttori e tecnologie impiegate. Semplificando brutalmente, è possibile distinguere due tecnologie principali: quella a silicio cristallino (prima generazione) che utilizza appunto silicio cristallino (c-Si) come materiale semiconduttore per la generazione di corrente tramite effetto fovoltaico, e quella a film sottile (seconda generazione) che impiega semiconduttori quali silicio amorfo (a-SI), composti di rame, indio, selenio e gallio (CIS/CIGS) oppure telluro di cadmio (CdTe). In Italia, oltre il 90 per cento dei pannelli installati fa uso della tecnologia a silicio cristallino [2]. Si prevede che questa tecnologia rimarrà dominante ancora per almeno un decennio e a quella faremo riferimento nel seguito.

In termini di funzionamento, la durata media di un modulo fotovoltaico è di circa 25 anni, trascorsi i quali le prestazioni diventano molto basse, rendendo necessarie sostituzione e smaltimento del pannello a fine vita. La quantità di rifiuti derivanti dai pannelli fotovoltaici a fine vita è proporzionale alla crescita della potenza fotovoltaica installata. Purtroppo una quantificazione esatta è pratica quantomai difficoltosa a causa di numerosi elementi di incertezza. Le recenti stime in letteratura scientifica indicano circa 80 kg di rifiuti per ogni kilowatt di potenza fotovoltaica installata. Partendo da questa equivalenza, assumendo una durata di funzionamento dei pannelli di 25 anni, la quantità cumulata di rifiuti fotovoltaici che l’Italia si troverà a dover gestire nei prossimi anni si trova nel grafico sotto.

fvwasteITSiccome l’espansione della base installata di solare fotovoltaico in Italia si è avuta a tra il 2010 e il 2012, va da sè che il problema del riciclo dei pannelli fotovoltaici si avvertirà solo tra molti anni, attorno al 2035, quando il nostro paese si troverà quasi 1.5 milioni di tonnellate di rifiuti fovoltaici a fine vita. Guardando alla provenienza geografica, solo meno del 10% del totale installato viene da produzione nazionale – nonostante sia stata utilizzata buona parte della produzione nostrana per installazioni in Italia – un 50% sono moduli europei e il resto sono moduli prevalentemente cinesi [2].

Ora, di che rifiuti stiamo parlando? Vediamo. Il pannello fotovoltaico è composto da moduli fotovoltaici costituiti da celle di silicio cristallino sigillate tra due lastre di materiali plastici, di solito EVA (acetato vinil-etilenico) come protezione dagli agenti atmosferici, il tutto ulteriormente inserito tra una lastra di vetro temperato ad alta trasmittanza e una pellicola protettiva di materiali polimerici. Durante il processo di fabbricazione del pannello, silicio, EVA e vetro vengono scaldati in forno a circa 100 gradi per sigillare i componenti tra di loro, rendendo al contempo trasparente il foglio protettivo EVA. Successivamente il laminato viene inserito in una cornice d’alluminio. Un modulo fotovoltaico in silicio è dunque costituito per circa l’80% del peso dal vetro frontale, per il 10% dall’alluminio della cornice, per il 5% dal silicio delle celle, per circa il 4% da polimeri e per il restante 1% da altri materiali. Sebbene le sostanze nocive usate nella fabbricazione dei moduli fovoltaici sono numerose e ben documentati (ossicloruro di fosforo, tetracloruro di carbonio, eccetera) [4], i componenti di maggior valore degli impianti fotovoltaici – silicio, vetro, rame e alluminio – sono facilmente riciclabili, possibilmente per la produzione di nuovi pannelli. La criticità ambientale dei rifiuti fotovoltaici è tuttavia certamente data dalla presenza di piombo e cromo nei moduli fotovoltaici [5]. Senza una adeguata gestione dei pannelli a fine vita, depositi in discarica privi di precauzioni potrebbero causare il rilascio di tali materiali nel terreno o nelle falde acquifere o, qualora inceneriti, nell’aria come emissioni nocive, con effetti dannosi per la salute e l’ambiente. Non è un caso che molti rifiuti similari vengono spesso smaltiti in paesi non regolamentati. Il che, ce ne fosse bisogno, sottolinea l’importanza di una corretta gestione dello smaltimento a fine vita del fovoltaico.

Il riciclo è positivo per l’ambiente perché riduce il volume dei rifiuti e l’energia necessaria alla produzione dei materiali di partenza. Tuttavia, il riciclo dei pannelli fotovoltaici è un processo complesso, dalla convenienza niente affatto scontata in cui è necessaria una complessa filiera di operazioni specialistiche – raccolta, trasporto, trattamento, dismissione – non semplici da giustificare economicamente anche per materiali ad alta intensità energetica come l’alluminio. Va da sè come il bilancio del riciclo del fotovoltaico a fine vita sia dunque influenzato in modo rilevante dai costi del trasporto, necessario a coprire le distanze fisiche tra i punti di raccolta e trattamento. Qualora siano presenti piccole quantità di pannelli oppure gli operatori siano dispersi sul territorio, i benefici economici ed ecologici del riciclo potrebbero essere minimi o financo negativi. Oltre alla dispersione geografica, la situazione è ulteriormente complicata dalla lunga vita media dei pannelli. Tra le fasi di installazione e dismissione a fine vita intercorrono infatti 25 anni di vita media. Se la responsabilità di raccolta e riciclo dei moduli deve essere a carico dei produttori, 25 anni di vita media sono un termine sufficiente per considerare ipotesi di fallimento o chiusura, e non è chiaro chi dovrebbe farsi carico dell’onere di smaltimento. Probabilmente lo Stato, sempre che il pannello non finisca direttamente in discarica o in centri di stoccaggio a tempo indeterminato, che è un altro modo per dire discarica.

Certo è che stiamo parlando di quantità molto limitate di metalli pesanti. Dei circa 1.5 milioni di tonnellate di rifiuti fotovoltaici previsti dallo smaltimento dei pannelli a fine vita nel 2035, difficilmente il contributo totale di piombo e cromo sarà superiore alle 10.000 tonnellate. Il contributo dell’intero fotovoltaico europeo probabilmente non supera le 30.000 tonnellate. Per dare un termine di paragone, ogni anno sul mercato nella Unione Europea vengono immesse 800.000 tonnellate di batterie per auto, 190.000 tonnellate di batterie industriali e 160.000 tonnellate di pile portatili contenti metalli pesanti quali piombo, cromo, cadmio e mercurio [6] e che vanno anch’esse riciclate. Certamente un compito non impossibile.

*****
Bibliografia
[1] Dati Terna (2013).
[2] Dati EPIA (2014).
[3] Dati ENEA (2014).
[4] Assessment of the Environmental Performance of Solar Photovoltaic Technologies – Clean Energy Fund (2012).
[5] Lead emissions from solar photovoltaic energy system in China and India – Energy Policy (2011).
[6] Una tipica batteria al piombo per auto che pesa 13 kg contiene circa 7.5 kg di piombo.

8 Responses to Rifiuti fotovoltaici

  1. ALEX scrive:

    a che prezzo é stato raggiunto questo misero 7% (teorico)? miliardi di incentivi (da tradursi in debito statale, perchè ricordiamolo, un incentivo é un debito per lo stato) in gran parte non recuperati; aumenti in bolletta disarmanti, instabilità della grid, aumento delle importazioni di carbone per il backup… decine e decine di aziende produttrici fallite… non aziendine, si tratta di colossi come Trina Solar, Q-Cells, Suntech, Evergreen Solar… Panasonic Solar ha chiuso le sedi di Oregon, California e Ungheria… SMA Solar ha chiuso in Germania ed aperto in Sudafrica. E queste sono solo aziende di produzione, se contiamo i punti vendita nati e defunti il conto va nell’ ordine delle centinaia.
    La questione smaltimento finora non é stata minimamente affrontata se non con un riferimento normativo che predispone che lo smaltimento sia a carico del produttore… ma se nei 20 anni di vita media l’ azienda produttrice fallisce, come é successo per tante? A chi va l’ onere dello smaltimento? Tutto a carico dello stato. Inoltre il recupero metalli dei wafer fotovoltaici é possibile in sicurezza solo con tecniche complesse a meno che non si utilizzi la torcia la plasma, che in italia é vista come il fumo negli occhi… la soluzione più usata sarà quasi sicuramente il repowering, per allungare i tempi di vita, e sperare nel business dei consorzi di smaltimento favoriti dal GSE. Questi consorzi (ecolight é uno dei più forti) prevedono lo smaltimento dietro rispetto di 4 criteri essenziali, dei quali il finale é, guardate un po’, il versamento di un ecobonus di smaltimento da parte dei produttori… basta che il produttore non paghi o dichiari fallimento e il pannello finisce in discarica o in ‘stoccaggio a tempo indeterminato’.
    Sarebbe il caso che prima o poi qualcuno spiegasse cosa c’ é mai stato e cosa ci dovrebbe essere di vantaggioso nel fotovoltaico.

    • Filippo Zuliani scrive:

      Vantaggi del fotovoltaico: una minore dipendenza energetica dall’estero. Coi tempi che corrono in Russia e Medio Oriente un 7% non e’ poco. La questione dell’obbligo di smaltimento del produttore per un bene che ha 25-30 anni di vita media e’ pero’ la criticita’ dell’intera faccenda e non e’ improbabile che, alla fine, sara’ il governo a dover organizzare il riciclo. Consola che stiamo comunque parlando di un rischio presente per quantita’ limitate di piombo e cromo.

      • ALEX scrive:

        Aggiungi il cadmio, l’ arsenico, il selenio e i polibromurati… , e la difficoltà (e il costo) del recupero della polvere di silicio dopo la fase di frantumazione.
        E questo riguarda solo i ‘vecchi’ impianti… come cita il rapporto FIRE sul fine vita dei pannelli, le nuove tecniche di produzione non vengono nemmeno esaminate nello studio del trattamento a fine vita… per esempio ancora non si sa nemmeno se le tinture utilizzate come legante degli ossidi di titanio nelle celle dye-sensistized siano tossiche o meno.
        Non va tralasciato il dispendio di energia per il recupero… ecolight dichiara un dispendio di 0.5 kWh a pannello solo per la macchina frantumatrice, a fronte di una capacità di frantumazione di 50 pannelli l’ ora.

        Minore dipendenza energetica dall’ estero? Continuiamo a importare il 12% dell’ energia nonostante sulla carta abbiamo impiantistica per minimo il 30% in più del necessario. Anche l’ import di energia é un business (ne esportiamo e ne importiamo), perchè mai dovrebbe diminuire la dipendenza dall’ estero? All’ aumentare della % di fotovoltaico prodotta corrisponderà una riduzione delle quote di alimentazione convenzionale, come é sempre stato finora (con decine di centrali che lavorano a basso carico o stanno ferme per favorire il rinnovabile nel mix energetico).

      • Filippo Zuliani scrive:

        Il rapporto FIRE cui fai riferimento te credo sia questo. Pero’ non trovo menzione delle nuove tecniche produttive non esaminate. Mi sapresti dare un riferimento?

        Poi, qui non si sta dicendo che il FV sia la panacea contro tutti i mali. Per quello c’e’ la fusione nucleare. Si sta invece tentando una valutazione quantitativa – ho detto quantitativa – dei rifiuti in rapporto ad altre realta’.

      • ALEX scrive:

        pag.22: Tecnologie emergenti Molte delle tecnologie emergenti non sono ancora state analizzate. Alcune di esse sono realizzate attraverso la combinazione di semiconduttori esistenti e quindi si ricollegano alle problematiche già esaminate. Le celle dye-sensitized sono basate su una combinazione di biossido di titanio (che non è tossico) e di vari tipi di tinture, la cui tossicità non è al momento stabilita.Particolare attenzione andrà dedicata ai rischi legati all’impiego di nano-materiali, in quanto materiali classificati non pericolosi possono diventarlo se le caratteristiche bioaccumulative o tossiche cambiano scendendo alla scala nano.

      • Filippo Zuliani scrive:

        Ok, grazie. Non trovavo. Pero’ stiamo parlando di tecnologie emergenti che non hanno ancora un prodotto quantitativamente apprezzabile oggi. Altrimenti detto, i rifiuti di oggi sono di pannelli al silicio cristallino ed e’ con quelli che dobbiamo fare i conti. Inoltre i rischi dei nano-materiali sono solo teorici, anzi nemmeno quello. Insomma, la cautela e’ d’obbligo ma eviterei polveroni e giudizi a priori.

  2. Emanuele scrive:

    Articolo equilibrato, complimenti (specie se confrontato con quanto leggo nei commenti su cui non m’interessa entrare in polemica).

    Andrebbe aggiunto che quanto discusso nell’articolo si basa ovviamente sulle nostre attuali capacità di riciclo e smaltimento. Ci si potrebbe aspetterebbe miglioramenti (anche non di poco conto) in un orizzonte di tempo ampio 25 anni. Per cui l’impatto ambientale dello smaltimento di tecnologia fotovoltaica sembrerebbe ampiamente sotto controllo nonostante ipotesi (molto) conservative.

    • Filippo Zuliani scrive:

      Di piu’, considerato che l’Italia ha gia’ una base installata poderosa di fotovoltaico, si potrebbe anche pensare ad un polo tecnologico italiano per il riciclo dei rifiuti FV. Una volta che altri paesi si dotassero di base installate corpose e similari, l’Italia sarebbe in testa al business.

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