Le fonti rinnovabili negli ultimi anni hanno sicuramente fornito un sempre crescente contributo energetico ma sono veramente sostenibili? Le criticità ambientali del solare fotovoltaico, dalla costruzione allo smaltimento a fine vita.
di Filippo Zuliani
Il contributo energetico delle fonti rinnovabilifonti rinnovabili
Una risorsa è detta rinnovabile se, una volta utilizzata, è in grado di rigenerarsi attraverso un processo naturale in tempistiche paragonabili con le tempistiche di utilizzo da parte dell'uomo. Sono considerate quindi risorse rinnovabili:
- il sole
- il vento
- l'acqua
- la geotermia
- le biomasse 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 elettricaenergia elettrica
Forma di energia ottenibile dalla trasformazione di altre forme di energia primaria (combustibili fossili o rinnovabili) attraverso tecnologie e processi di carattere termodinamico (ovvero che coinvolgono scambi di calore) che avvengono nelle centrali elettriche. La sua qualità principale sta nel fatto che è facilmente trasportabile e direttamente utilizzabile dai consumatori finali. Si misura in Wh (wattora), e corrisponde all'energia prodotta in 1 ora da una macchina che ha una potenza di 1 W. usata nel 2013 in Italia [1], gli impianti fotovoltaici contribuiscono oggi per circa il 7% del fabbisogno elettrico nazionale totale. Sebbene il solare fotovoltaico sia da sempre considerato una tecnologia verde, l’impatto ambientaleimpatto ambientale
L'insieme degli effetti (diretti e indiretti, nel breve o nel lungo termine, positivi o negativi, ecc..) che l'avvio di una determinata attività ha sull'ambiente naturale circostante. 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 fotovoltaicopannello fotovoltaico
Parte di un impianto fotovoltaico costituito da moduli fotovoltaici assemblati. può essere suddivisa in tre fasi: costruzione, produzione di energiaenergia
Fisicamente parlando, l'energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J) 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% dei pannelli installati fa uso della tecnologia a silicio cristallino e a quella faremo riferimento nel seguito. 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 – mentre un 50% viene da moduli europei per una quota tra il 30 e il 40%, e per il resto con moduli prevalentemente cinesi e in parte giapponesi [2].
In termini di funzionamento, la durata media di un modulo fotovoltaicomodulo fotovoltaico
Elemento di un impianto fotovoltaico costituito da più celle fotovoltaiche. è 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 potenzapotenza
Grandezza data dal rapporto tra il lavoro (sviluppato o assorbito) e il tempo impiegato a compierlo. Indica la rapidità con cui una forza compie lavoro. Nel Sistema Internazionale si misura in watt (W). fotovoltaica installata. Purtroppo una quantificazione esatta è pratica 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 di rifiuti fotovoltaici che l’Italia si troverà a dover gestire nei prossimi anni si trova nel grafico sotto.
Siccome 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 ricicloriciclo
Operazione grazie alla quale è possibile recuperare un materiale avviandolo a trattamenti specifici per poterlo riutilizzare. dei pannelli fotovoltaici si avvertirà solo tra molti anni, attorno al 2030, quando il nostro paese si troverà quasi 1.5 milioni di tonnellate di rifiuti fovoltaici a fine vita. Ora, di che rifiuti stiamo parlando? Il pannello fotovoltaico è composto da moduli fotovoltaici costituiti da celle di silicio cristallino sigillate tra due lastre di materiali plastici, di solito EVA (acetatoacetato
Prodotto di una delle fasi di digestione anaerobica per opera di batteri specifici che "degradano" la materia organica per produrre metano. vinil-etilenico) come protezione dagli agenti atmosferici, il tutto ulteriormente inserito tra una lastra di vetro 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 contemporaneamente trasparente il foglio protettiva EVA. Successivamente il laminato viene inserito in una cornice d’alluminio estruso. 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 e per il 5% dagli altri componenti. Sebbene le sostanze nocive usate nella fabbricazione dei moduli fovoltaici sono numerosi ma ben documentati (ossicloruro di fosforofosforo
Minerale presente in alcune rocce ed anche nel corpo umano come elemento strutturale di ossa, denti e cellule. In natura non si trova mai come elemento libero a causa della sua alta reattività. L'uso industriale del fosforo è rappresentato principalmente dalla produzione di fertilizzanti., tetracloruro di carboniocarbonio
Elemento chimico costituente fondamentale degli organismi vegetali e animali. È alla base della chimica organica, detta anche chimica del carbonio: sono noti più di un milione di composti del carbonio. È molto diffuso in natura, ma non è abbondante: è presente nella crosta terrestre nella percentuale dello 0,08% circa, e nell'atmosfera prevalentemente come monossido (CO) e biossido (CO2CO2
Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).
) di carbonio (anidride carbonica). Allo stato di elemento si presenta in due differenti forme cristalline: grafite e diamante., eccetera) [3], silicio, vetro, rame e alluminio sono facilmente riciclabili, possibilmente per la realizzazioni di nuovi pannelli. Tuttavia, la criticità ambientale dei rifiuti fotovoltaici è certamente rappresentata dalla presenza di piombo e cromo nei moduli fotovoltaici [4]. Senza una adeguata gestione dei pannelli a fine vita, depositi in discarica senza precauzioni potrebbero causarne il rilascio nell’ambiente, in fonti d’acqua o in aria come emissioni nocive, con effetti dannosi per la salute e l’ambiente.
Certo è che stiamo parlando di quantità molto limitate di metalli pesantimetalli pesanti
Metalli come il piombo, il cadmio e il mercurio che hanno elevata massa atomica e densità superiore ai 5 g/cm3. Alcuni metalli pesanti (per esempio il rame, lo zinco e il selenio), se presenti in tracce, sono fondamentali per mantenere un equilibrato metabolismo nel corpo umano, poichè, invece, ad elevate concentrazioni, possono creare problemi di avvelenamento. Essi infatti tendono ad accumularsi più velocemente di quanto sono espulsi (bioaccumulazione).. Degli 1.5 milioni di tonnellate di rifiuti fotovoltaici previsti dallo smaltimento dei pannelli a fine vita nel 2035, difficilmente più di 10.000 tonnellate saranno costituiti da piombo e cromo. Questo numero va confrontato con le 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 che vengono immesse ogni anno sul mercato nella Unione Europea [5] e che vanno anch’esse riciclate. Certamente non un compito impossibile.
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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.