Energy policy could curb Europe’s overconsumption of critical material supply
Il documento sostiene che l'Europa possa frenare il proprio sovraconsumo di materiali critici entro il 2050 non solo espandendo l'offerta, ma implementando politiche energetiche specifiche per tecnologia che diano priorità ad alternative a basso contenuto di materiali, come trasmissioni senza magneti, batterie al sodio e l'energia nucleare, insieme a una riduzione più ampia della domanda.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA dell'articolo qui sotto. Non è stata scritta né approvata dagli autori. Per precisione tecnica, consulta l'articolo originale. Leggi il disclaimer completo
Il mondo sta costruendo un nuovo sistema energetico per fermare il cambiamento climatico, uno che si basa sull'elettricità piuttosto che sulla combustione di combustibili fossili. Questo passaggio richiede una vasta quantità di hardware fisico: turbine eoliche, pannelli solari, veicoli elettrici e la massiccia rete di cavi necessaria per connetterli. Tutto questo equipaggiamento è fatto di minerali specifici, come rame, litio ed elementi delle terre rare. Sebbene questi materiali siano essenziali per un futuro pulito, sono anche risorse finite. Se la domanda per essi crescesse troppo velocemente, le catene di approvvigionamento globali potrebbero interrompersi, lasciando la transizione verso l'energia pulita in stallo. La domanda che i decisori politici devono affrontare non è solo come trovare più di questi materiali, ma come progettare il nuovo sistema energetico in modo che non richieda più di quanto il mondo possa fornire.
Un team di ricercatori dell'ETH di Zurigo, in Svizzera, ha affrontato questo problema esaminando l'intero sistema energetico europeo, dalle centrali elettriche alle auto su strada. Si sono posti una domanda semplice: se l'Europa costruisse il sistema energetico più efficiente e a basso costo possibile, consumerebbe più della sua quota equa di minerali critici mondiali? Per rispondere a questo, hanno costruito un modello informatico dettagliato del futuro energetico dell'Europa, estendendolo all'anno 2050. Non si sono limitati a guardare il settore energetico; hanno anche tenuto conto dei materiali utilizzati in tutto ciò che l'Europa acquista e utilizza, dall'elettronica all'edilizia. Hanno poi confrontato la quantità totale di materiali necessari rispetto a tre diverse idee di ciò che potrebbe essere la "quota equa" dell'Europa della fornitura globale. Un'idea si basava sulla dimensione della popolazione, un'altra sulla ricchezza economica e una terza su un principio che assegna alle nazioni in via di sviluppo una quota maggiore di risorse per aiutarle a crescere.
I ricercatori hanno scoperto che se l'Europa seguisse semplicemente l'attuale percorso delle scelte tecnologiche, la risposta sarebbe un sì assai deciso: il continente avrebbe bisogno di molta più della sua quota equa di quasi ogni materiale critico. Nel loro scenario standard, che riflette le attuali tendenze di mercato e le progettazioni più convenienti, la domanda di 23 materiali su 24 studiati supererebbe l'allocazione pro capite dell'Europa. Alcuni materiali sono in particolare carenti. Ad esempio, la domanda di cobalto e iridio consumerebbe più della metà dell'intera offerta mondiale. La domanda di elementi delle terre rare, utilizzati per magneti potenti nei motori elettrici e nelle turbine eoliche, supererebbe di gran lunga ciò che è disponibile. Questo sovraconsumo è guidato in gran parte dai tipi specifici di tecnologia attualmente favoriti dall'industria, come le auto elettriche con motori a magneti permanenti e le turbine eoliche che utilizzano gli stessi magneti.
Tuttavia, lo studio non si conclude con l'avvertimento di una carenza inevitabile. I ricercatori hanno testato una serie di percorsi alternativi per vedere se cambiare il design del sistema energetico potesse risolvere il problema. Hanno scoperto che scelte tecnologiche specifiche e deliberate potrebbero ridurre drasticamente il bisogno di questi materiali scarsi. La leva più efficace che hanno trovato è stata smettere di usare magneti permanenti nei veicoli elettrici e nelle turbine eoliche. Attualmente, la maggior parte delle auto elettriche e molte turbine eoliche utilizzano motori e generatori carichi di magneti a terre rare perché sono efficienti e potenti. I ricercatori hanno simulato uno scenario in cui l'Europa passava ai motori a induzione, che non richiedono queste terre rare. Questo singolo cambiamento ha ridotto la domanda di elementi delle terre rare a un livello che l'Europa potrebbe realisticamente soddisfare. Allo stesso modo, hanno scoperto che passare dalle attuali batterie di tipo al litio a quelle al sodio negli auto elettriche, che utilizzano sale comune invece di litio e cobalto scarsi, ridurrebbe significativamente la pressione su tali materiali.
Anche altri cambiamenti hanno aiutato, sebbene alcuni comportassero dei compromessi. I ricercatori hanno esaminato la sostituzione dei cavi di rame nella rete elettrica con l'alluminio. Poiché l'alluminio è molto più abbondante del rame, questa sostituzione permetterebbe all'Europa di costruire l'espansione necessaria della rete senza esaurire il rame. Hanno anche esplorato l'idea di costruire significativamente più centrali nucleari. Poiché l'energia nucleare richiede pochissimi dei minerali critici necessari per l'eolico e il solare, aumentare la sua quota ridurrebbe la domanda complessiva di quasi tutti i materiali oggetto dello studio. Tuttavia, gli autori hanno osservato che questo percorso porta con sé le proprie sfide, come costi elevati e lunghi tempi di costruzione, e aumenterebbe la domanda di indio, un materiale utilizzato nei pannelli solari.
Nonostante queste soluzioni promettenti, i ricercatori hanno identificato due materiali che rimangono ostinatamente difficili da gestire: il rame e il nichel. Anche combinando tutte le migliori scelte tecnologiche possibili, la domanda di questi due metalli rimane alta. Questo perché sono utilizzati in modo molto ampio in tutta l'economia, non solo nell'energia. Il rame è necessario per tutto, dagli impianti idraulici ai cablaggi, e il nichel è essenziale per l'acciaio inossidabile e molti altri prodotti industriali. Lo studio suggerisce che per questi materiali specifici, cambiare solo il sistema energetico non è sufficiente. L'Europa dovrebbe ridurre il suo consumo complessivo di questi metalli in tutti i settori dell'economia per rimanere entro i limiti dell'offerta globale.
Il documento mette anche in discussione alcune ipotesi comuni su come risolvere la carenza di materiali. Ad esempio, mentre alcuni hanno sostenuto che l'Europa dovrebbe smettere di usare pannelli solari a film sottile per risparmiare sui rari materiali semiconduttori, i ricercatori hanno scoperto che ciò farebbe pochissima differenza. Questi pannelli rappresentano già una frazione minima del mercato e i materiali che utilizzano sono relativamente facili da reperire. Invece, l'attenzione dovrebbe rimanere sui grandi articoli: i motori nelle auto, i generatori nelle turbine eoliche e le batterie nei sistemi di accumulo. Lo studio conclude che evitare una crisi di carenza di materiali è possibile, ma richiede più di una semplice costruzione di nuove miniere. Richiede un cambiamento nelle politiche per incoraggiare l'uso di tecnologie meno intensive in termini di materiali. Se l'Europa continuerà a seguire l'attuale tendenza a massimizzare l'efficienza con materiali rari, si scontrerà con un muro. Ma se sceglierà di progettare il proprio sistema energetico con la scarsità di materiali in mente, potrà rimanere entro i limiti di ciò che il mondo può fornire.
Sommerso dagli articoli nel tuo campo?
Ricevi digest giornalieri degli articoli più recenti corrispondenti alle tue parole chiave di ricerca — con riassunti tecnici, nella tua lingua.