Vai dal Barbieri: Il paradosso solare. Ecco perché l'energia del futuro rischia di offuscarsi

Nel corso degli ultimi anni, l’energia solare ha attirato notevoli investimenti globali e un'attenzione crescente come soluzione sostenibile ai combustibili fossili. Tuttavia, la transizione verso un sistema energetico basato su fonti rinnovabili non è priva di sfide. Mentre il settore si espande, emergono ostacoli significativi che ne complicano l’adozione su larga scala. Un’esperienza personale con la rottura di una fila di pannelli fotovoltaici sopra l’attività dei miei genitori mi ha spinto a riflettere sull’effettiva possibilità di scalare intensivamente questa tecnologia per fornire un’alternativa solida ai combustibili fossili. Ad oggi, l'energia solare rappresenta circa l'2% del consumo energetico primario globale e circa il 5% della generazione mondiale di energia elettrica. Nonostante investimenti sostanziali dell’ultimo decennio, con 358 miliardi di dollari impiegati solo nella prima parte del 2023 a livello mondiale nelle rinnovabili , questa risorsa copre ancora una porzione minima del consumo energetico globale. Questo paradosso tra investimento e output solleva questioni cruciali sulla scalabilità e sostenibilità dell’energia solare.

Due numeri sul mercato: la Cina domina il mercato globale dei moduli solari, producendo circa l'80% dei pannelli a livello mondiale. Grazie al sostegno statale, il paese ha letteralmente inondato il mercato con i suoi prodotti, causando un crollo dei prezzi del 90% dal 2009. Questo drastico abbassamento dei costi ha messo fuori mercato molti altri produttori in diversi paesi. Solo di recente sono state introdotte misure protezionistiche, come l'imposizione di dazi, in particolare dagli Stati Uniti, per proteggere le proprie industrie domestiche. L'eccessiva offerta di moduli solari nel 2023 ha ulteriormente ridotto i prezzi del 40%, rendendo un pannello solare statunitense più costoso del 60% rispetto ai suoi concorrenti cinesi. La situazione è talmente critica che anche Janet Yellen, Segretario del Tesoro degli Stati Uniti, ha sottolineato il problema durante un incontro con il leader cinese Xi Jinping. Alla fine del 2023, la capacità produttiva annuale della Cina per i moduli solari finiti era di 861 gigawatt (GW), secondo i dati della China Photovoltaic Industry Association. Questa capacità è più del doppio delle installazioni globali di moduli, che ammontano a 390 GW. Un altro fattore che contribuisce al dominio della Cina in questo mercato è l'uso di uno dei processi produttivi più inquinanti al mondo: la fusione dei polisiliconati. Questo processo, meno regolamentato in Cina rispetto ad altre parti del mondo, consente al paese di mantenere bassi i costi di produzione.

Anche sul fronte degli investimenti, la Cina primeggia. Nel primo semestre del 2023, il paese ha investito 177 miliardi di dollari in nuovi progetti solari. A livello globale, sono stati investiti complessivamente 239 miliardi di dollari in sistemi solari su larga e piccola scala, rappresentando due terzi degli investimenti globali totali in energie rinnovabili nei primi sei mesi dell'anno. Questo segna un incremento straordinario del 43% rispetto al primo semestre del 2022 secondo i dati di Bloomberg Nef.

Questi numeri dimostrano l'impegno massiccio della Repubblica popolare cinese nel settore dell'energia solare e la sua capacità di influenzare il mercato globale attraverso sia il controllo totale della produzione di un prodotto o l’inserimento in parti nevralgiche della supply chain. Tuttavia, la concentrazione della produzione in un solo paese e l'utilizzo di processi inquinanti sollevano preoccupazioni sulla sostenibilità a lungo termine e sulla necessità di politiche globali più equilibrate e meno dannose.
In conclusione, mentre la Cina continua a dominare il mercato dei moduli solari con una produzione massiccia e investimenti significativi, il resto del mondo deve affrontare la sfida di mantenere la competitività e promuovere pratiche produttive più sostenibili.

Vorrei portare alcuni punti sul perché questa tecnologia è di difficile applicabilità su larga scala.

Uno dei principali problemi nell'integrazione delle fonti rinnovabili nella rete elettrica è la loro natura intermittente. Ad esempio, l'energia solare raggiunge il suo picco di produzione a metà giornata, mentre la domanda energetica sulla rete tocca i suoi massimi intorno alle 7 del mattino e alle 7 di sera. Questa discrepanza tra la produzione di energia solare e i picchi di domanda, nota come "Duck curve", rappresenta una delle sfide più significative per l'adozione su larga scala dell'energia solare.

La "Duck curve" è così chiamata per la sua forma caratteristica, che ricorda il profilo di un'anatra. Durante le ore centrali della giornata, quando il sole splende e la produzione solare è alta, la domanda di energia dalla rete tradizionale si abbassa notevolmente. Tuttavia, quando il sole tramonta e la produzione solare cala, la domanda di energia sulla rete aumenta rapidamente, creando un collo di bottiglia che la rete deve essere in grado di gestire.

Oltre a questo, bisogna considerare che l'efficacia dell'energia solare varia notevolmente a seconda della latitudine. Nei paesi equatoriali, dove l'esposizione solare è costante e intensa durante tutto l'anno, il solare rappresenta una soluzione molto efficace. Tuttavia, nelle regioni lontane dall'equatore, le variazioni stagionali e la minore intensità solare riducono significativamente l'output energetico, complicando ulteriormente l'integrazione dell'energia solare nella rete elettrica.

Per mitigare questo squilibrio, è fondamentale utilizzare batterie che possano immagazzinare l'energia prodotta in eccesso durante le ore di picco solare e rilasciarla quando la domanda è alta. Tuttavia, attualmente, queste batterie hanno costi elevatssimi. Ad esempio, per immagazzinare un quantitativo di energia equivalente a quello di un barile di petrolio, pari a circa 1700 kWh, il costo sarebbe di circa 51.000 dollari, basandosi sul prezzo di circa 300 dollari per kWh del Tesla Megapack, che include anche il software necessario per la gestione. In confronto, un serbatoio di stoccaggio del petrolio costa in media solo 17 dollari per conservare la stessa quantità di energia.

Questi costi elevati rappresentano una barriera significativa per l'adozione su larga scala delle batterie come soluzione per l'accumulo di energia. Inoltre, gran parte dell'energia immagazzinata nelle batterie viene utilizzata per stabilizzare la rete elettrica e prevenire blackout, noti come "load shedding". Questo utilizzo intensivo mette in evidenza la necessità di ulteriori innovazioni e investimenti per rendere le batterie più economiche ed efficienti.
In sintesi, sebbene l'energia solare offra grandi potenzialità, la sua integrazione efficace nella rete elettrica richiede soluzioni innovative per superare le sfide dell'intermittenza e dei costi di accumulo.

Altri aspetti fondamentali da considerare sono la durata e la durabilità dei pannelli solari, che sono strettamente legate alla stagionalità e alle variazioni di degrado nel tempo. Due dei principali fattori che influenzano i costi della tecnologia solare sono l'efficienza con cui la luce solare viene convertita in energia e come questa efficienza cambia nel corso degli anni. La capacità di quantificare con precisione il tasso di degrado, ossia la riduzione della potenza generata nel tempo, è cruciale per comprendere la longevità e la sostenibilità di un impianto solare. Affrontare la questione della durabilità dei pannelli solari richiede l'attenzione a due problemi principali. In primo luogo, la pulizia dei pannelli è essenziale per mantenerne l'efficienza. Ogni pannello richiede in media circa 2 litri d'acqua per essere pulito, operazione che deve essere effettuata due volte al mese. Questo pone un problema significativo, soprattutto in regioni dove l'acqua è una risorsa scarsa. La necessità di una manutenzione regolare e l'utilizzo di grandi quantità di acqua rappresentano sfide logistiche ed ambientali non indifferenti. In secondo luogo, le variazioni di temperatura hanno un impatto notevole sulla durabilità dei pannelli solari. Le fluttuazioni termiche possono causare il surriscaldamento dei componenti elettronici, come i diodi, che sono essenziali per il funzionamento dei pannelli. Quando questi diodi si surriscaldano, possono bruciarsi e compromettere l'intero sistema, riducendo l'efficienza e la durata dei pannelli. Questo fenomeno di degrado termico è una delle principali preoccupazioni per gli ingegneri e i tecnici che lavorano nel campo dell'energia solare.

Un altro fattore decisivo da considerare è l'estensione di terreno necessaria per la generazione energetica su larga scala. Stime recenti indicano che, per produrre 26 TWh di energia – equivalente alla capacità di un impianto nucleare e sufficiente a fornire elettricità a circa 6 milioni di persone – sarebbero necessari 130.000 acri di pannelli solari o 250.000 acri di turbine eoliche. Questo pone un problema significativo per il futuro. Secondo un documento della Cambridge University, entro il 2050 oltre il 50% della popolazione globale, stimata in 9 miliardi di persone, vivrà in cosiddette mega città. In tali contesti urbani densamente popolati, non ci sarà abbastanza spazio per soddisfare la domanda energetica esclusivamente attraverso fonti rinnovabili. Inoltre, l'elettrificazione su vasta scala pone ulteriori sfide legate alla dimensione e alla capacità della rete elettrica che dovrebbe aumentare per esempio in Germania di sei volte almeno la sua dimensione attuale e subire costosi ammodernamenti. Senza tenere in considerazione la tematica del riciclo dei materiali non più funzionanti che ad oggi a parte in europa non viene supportata come attività.
Sicuramente le rinnovabili troveranno il loro spazio, ma credo che allo stato attuale ci siano una serie di limitazioni da risolvere per garantire un approvvigionamento di carico base limitato che escluda del tutto fonti energetiche tradizionali.