Energie rinnovabili e metalli strategici

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.

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 (quadruplicate solo nell’ultimo anno). 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.

Noi del Post ne avevamo parlato 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 e nella tecnologia eolica in particolare, è molto probabile che assisteremo ad un deciso aumento di impiego dei 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.

L’analisi del Dipartimenti per l’Energia degli Stati Uniti conclude che i metalli strategici per le energie rinnovabili in condizioni critiche – la cui fornitura è da considerarsi a rischio – sono cinque. Principalmente riguardano eolico e illuminazione ad alta efficienza, e anche per solare fotovoltaico e veicoli elettrici/ibridi non va 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 apertamente il loro vantaggio. Forse il più grande mito, stando al quale non ci sarebbe nulla di cui preoccuparsi, è la cieca fede nel “mercato sopra a tutto” come soluzione a tutti i problemi. 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 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.

Lo stesso vale per il riciclo. 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 tempo e energie investite in 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.

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 e mitigare il problema del mercato nero delle terre rare. Tra gli addetti ai lavori, però, sono in molti a non credere alle dichiarazioni cinesi. E’ opinione diffusa degli addetti ai lavori che ben difficilmente un metal exchange per i metalli strategici vedrà mai la luce per difficoltà pratiche. 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.

[attenzione: una versione extra-large di questo articolo è apparsa su iMille-Magazine]