Verso la neutralità climatica del 2050. Le energie rinnovabili corrono, ma non ancora abbastanza

Centrale a carbone a Yulin in Cina; sotto il titolo, campo solare ed eolico integrato

Il crollo del prezzo del solare e dell’eolico minaccia ormai direttamente le centrali a carbone. Da nove anni le nuove rinnovabili risultano sempre superiori all’incremento delle centrali fossili su scala mondiale. Nella Ue, per la prima volta, la produzione elettrica rinnovabile ha superato quella prodotta dalle centrali a carbone e a gas. Negli Usa a giugno di quest’anno il senatore democratico Jon Ossoff  ha introdotto il Solar Energy Manufacturing for America Act con cui si propone un credito d’imposta di produzione a lungo termine per valorizzare la catena di approvvigionamento basata negli Stati Uniti. E ci sono segnali interessanti di risveglio produttivo. La prima parte dello scenario energetico globale alla luce degli obiettivi delineati alla Cop26 di Glasgow


 L’analisi di GIANNI SILVESTRINI, direttore scientifico Kyoto Club

IL QUADRO CHE SI delinea sul fronte delle rinnovabili è al tempo stesso entusiasmante e contradditorio. Da un lato la corsa continua, e anche il 2020 ha visto nuovi record sia nella potenza elettrica installata che nella riduzione dei prezzi. Dall’altro, è chiaro che per raggiungere gli obiettivi di neutralità climatica adottati da un numero crescente di paesi occorre una ulteriore decisa accelerazione. In uno scenario climatico Net Zero 2050, alla fine del decennio gli investimenti annui mondiali nell’energia pulita dovrebbero triplicare secondo la International Energy Agency (Iea).

In alto, Fig. 1. Percentuale di nuova potenza elettrica installata nel mondo dal 2010 al 2020 (Ren21, 2021); in basso, Fig. 2. Produzione elettrica in Europa dal 1990 al 2020, anno in cui le rinnovabili hanno sorpassato sia il nucleare che la produzione termoelettrica (Eurostat, 2021)

Ma iniziamo con i segnali positivi. Nel 2020 l’aumento della potenza rinnovabile, 256 GW, ha rappresentato l’83% della crescita dell’intero settore elettrico. Come si vede dalla Fig. 1, sono ormai nove anni che le nuove rinnovabili su scala mondiale risultano sempre superiori all’incremento delle centrali fossili. Le tecnologie dell’eolico e del solare sono cresciute nel 2020 al ritmo più veloce degli ultimi due decenni e nella Ue, per la prima volta, la produzione elettrica rinnovabile ha superato quella prodotta dalle centrali a carbone e a gas (Fig. 2).

Secondo la Iea, i valori del 2020 sono destinati a diventare la “nuova normalità”, con circa 270 GW di capacità rinnovabile previste per il 2021 e quasi 280 GW nel 2022. Una normalità che un tempo avrebbe fatto entusiasmare, ma che ora sappiamo essere assolutamente insufficiente. In questa prospettiva, i progressi della competitività delle tecnologie fanno sperare. Il crollo del prezzo del solare e dell’eolico è infatti tale da minacciare ormai direttamente le centrali a carbone (Fig. 3). Secondo l’ultimo rapporto di Irena ben 800 GW a carbone hanno costi operativi superiori rispetto alle nuove centrali solari e ai parchi eolici. La sostituzione di questi impianti fossili eliminerebbe 3 Gt/a di emissioni climalteranti.

Malgrado le ottime notizie sul fronte della diffusione delle rinnovabili e della riduzione dei costi, è bene però inquadrare il loro contributo nel contesto energetico complessivo. Secondo le analisi di Ren21, nel 2019 le moderne energie rinnovabili (escludendo l’uso tradizionale della biomassa nei paesi in via di sviluppo) hanno soddisfatto l’11,2% dei consumi energetici finali, un valore in crescita rispetto all’8,7% di un decennio prima (Fig. 4). Questi dati ci dicono due cose: da un lato che la quota complessiva di energie pulite è ancora limitata, nonostante l’enorme crescita delle rinnovabili elettriche. Dall’altra chiariscono l’enorme sfida che ci aspetta per raggiungere la neutralità climatica fra 30-40 anni.

In alto, Fig. 3 Variazione dei costi dell’elettricità generata da diverse fonti tra il 2009 e il 2019 (https://ourworldindata.org/cheap-renewables-growth, 2020); in basso, Fig. 4. Quota di energia rinnovabile nei consumi finali globali nel 2009 e nel 2019 e ripartizione del contributo delle rinnovabili “moderne”

Ue e Usa puntano a tornare ad avere un ruolo nell’industria del fotovoltaico. L’Europa era leader nella produzione di fotovoltaico all’inizio di questo secolo ed ha ancora un ruolo di punta nel campo della ricerca e dello sviluppo. Tuttavia, la situazione è decisamente cambiata con la scelta del governo cinese di supportare con grande decisione le sue industrie. Il risultato è drammaticamente evidente nelle cifre. Nel 2019 solo l’11% del silicio, lo 0,4% delle celle solari e il 4% dei moduli solari sono stati prodotti in Europa. Sul fronte delle installazioni invece si registra una forte ripresa, dopo un lungo periodo di difficoltà, e lo scorso anno con 19 GW la Ue ha raggiunto il secondo posto a livello mondiale dietro la Cina.

Sono diversi gli appelli di centri di ricerca e mondo industriale che spingono per un rilancio della produzione solare, come confermano la nascita dell’European Solar Manufacturing Council (Esmc) e le prime iniziative produttive. L’Esmc si propone obiettivi decisamente ambiziosi. Secondo l’associazione, utilizzando 20 miliardi di euro del Piano di ripresa e resilienza dell’Ue si potrebbero realizzare entro il 2026 60 GW di capacità produttiva. Dall’attuale deficit commerciale di 10.5 miliardi € in celle e moduli solari si passerebbe a 50 miliardi € di produzione fotovoltaica nel continente, e 178.000 nuovi posti di lavoro in Europa [leggi qui nota 1]: «In base all’attuale situazione del mercato, esiste un’eccellente finestra temporale compresa tra due e quattro anni per ricostruire una catena di produzione fotovoltaica competitiva, poiché è in corso un cambiamento tecnologico globale dalle celle Perc (Passivated Emitter and Rear Cell) ad altre tecnologie come l’eterogiunzione».  

In realtà, analizzando 18 Piani presentati alla Commissione europea, Esmc ha dovuto constatare come, a fronte di notevoli risorse per l’idrogeno, solo 4 Stati membri — Italia, Portogallo, Spagna e Polonia — abbiano incluso la manifattura fotovoltaica tra le aree da supportare. Ma, indipendentemente da queste risorse, è in atto un forte attivismo. La società svizzera Meyer Burger sta costruendo in Germania impianti di produzione in quella che era la Valle Solare tedesca e conta di arrivare a 5 GW entro il 2026. Nella stessa area, NexWafe punta ad una capacità produttiva di 15 GW entro il 2026 con costi di produzione dei wafer di silicio monocristallino ridotti alla metà rispetto a quelli attualmente sostenuti dai principali produttori asiatici, mentre NorSun, un produttore norvegese di wafer, prevede di espandersi fino a 5 GW entro il 2024. C’è infine la Greenland Gigafactory con una capacità produttiva di 5 GW prevista in Andalusia per produrre celle particolarmente efficienti con il supporto del centro di ricerca tedesco Fraunhofer Ise. 

In alto, la produzione dei moduli solari nello stabilimento 3Sun dell’Enel a Catania; in basso, lo schema delle rotazioni di esercizio per catturare le radiazioni solari

In questo risveglio europeo l’Italia conta di fare la sua parte. Con il progetto 3Sun, Enel intende infatti passare dalla produzione attuale a Catania di 200 MW a oltre 3 GW l’anno puntando sui moduli bifacciali ad eterogiunzione, con un’efficienza record delle celle superiore al 24%. 

Gli Stati Uniti rivogliono una propria filiera solare. Negli Usa i 19 GW solari e i 17 GW eolici installati nel 2020 hanno rilanciato le rinnovabili, il cui contributo ha sorpassato la produzione elettrica da carbone. Secondo le previsioni di Wood Mackenzie, l’industria solare statunitense dovrebbe passare dagli attuali 100 GW a 419 GW nel 2030 [leggi qui nota 2]. Con 231.000 occupati nel 2020, il comparto fotovoltaico potrebbe raggiungere 900.000 posti di lavoro nel 2035, data in cui Biden punta a generare solo “clean electricity”. Questo ambiziosissimo target implicherebbe infatti un contributo rinnovabile dell’85%, considerato che l’attuale quota del 20% nucleare è destinata a calare per la prosecuzione della dismissione delle centrali più vecchie. E fra 15 anni il solare potrebbe arrivare a soddisfare una quota attorno al 40% dei consumi elettrici. C’è poi un ulteriore elemento destinato a mutare gli equilibri, favorendo lo sforzo per potenziare l’industria fotovoltaica statunitense. L’amministrazione Biden ha infatti deciso di bandire le importazioni di silicio da alcune società cinesi localizzate nello Xinjiang, con l’accusa di lavoro forzato imposto alla minoranza musulmana uigura.

Per raggiungere l’obiettivo di una elettricità “carbon free” nell’arco dei prossimi 15 anni, si calcola che si dovrà aggiungere nuova potenza ad un ritmo cinque volte più veloce rispetto a quello attuale. E bisogna rendere competitiva la produzione solare interna. A tal fine, il Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti d’America (Doe) sta accelerando il suo obiettivo di riduzione del costo del solare 2030 nelle centrali fotovoltaiche, portandolo a 2 centesimi di $/kWh entro il 2030. L’attuale capacità di produzione del silicio negli Stati Uniti supera i 20 GW e si possono assemblare circa 7 GW di moduli solari all’anno, sufficienti per soddisfare circa un terzo della domanda interna. Ma non esiste una produzione di wafer o celle. 

Produzione del wafer di silicio rotondo; in microelettronica, il wafer è una sottile fetta di materiale semiconduttore, come ad esempio un cristallo di silicio, sulla quale vengono realizzati dei chip con circuiti integrati

Come si vede, occorrerà un grosso sforzo per ricostruire e rilanciare l’intera filiera industriale del solare. La principale azienda statunitense è First Solar, e lo è grazie al fatto che i suoi moduli a film sottile (tellururo di cadmio) hanno resistito alla concorrenza asiatica. Ma va detto che il 60% della produzione è stato spostato in Asia per i minori costi del lavoro. Con gli obiettivi sempre più ambiziosi cresce però la pressione politica affinché la manifattura fotovoltaica abbia un ruolo importante negli Usa. Il 21 giugno 2021 il senatore democratico Jon Ossoff  ha introdotto il Solar Energy Manufacturing for America Act. Questo disegno di legge propone un credito d’imposta di produzione a lungo termine per valorizzare la catena di approvvigionamento basata negli Stati Uniti. Ogni passaggio della filiera è incentivato, dal silicio al lingotto, dai wafer alle celle e al modulo.

E ci sono già segnali interessanti di risveglio produttivo. Così First Solar sta costruendo nuovi stabilimenti per arrivare a 6,6 GW nel 2023 aumentare così al 60% la sua produzione nel territorio Usa. Seia, l’associazione statunitense dell’energia solare, ha fissato un obiettivo ambizioso di 50 GW di capacità produttiva nazionale entro il 2030 che copra tutti gli elementi chiave della filiera. Ma non sarà un obiettivo facile da raggiungere e, peraltro, le nuove iniziative non sono ancora così numerose come in Europa. [fine prima parte; il testo è pubblicato nel rapporto “Green Italy 2021”, Quaderni di Symbola] © RIPRODUZIONE RISERVATA

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Ha svolto attività di ricerca presso il Cnr e il Politecnico Milano, dove è responsabile del master “Ridef – reinventare l’energia”. È stato direttore generale del ministero dell’Ambiente e consigliere di Pierluigi Bersani al ministero delle Sviluppo economico. È direttore scientifico del Kyoto Club un’organizzazione non profit, creata nel febbraio del 1999, costituita da imprese, enti, associazioni e amministrazioni locali, impegnati nel raggiungimento degli obiettivi di riduzione delle emissioni dei gas climalteranti. È anche direttore scientifico della rivista e del portale “QualEnergia” promossi da Legambiente e da Kyoto Club. È presidente di Exalto, una società impegnata nella transizione energetica in atto. Autore di oltre 100 pubblicazioni scientifiche e di cinque libri, fra cui “2 °C - Innovazioni radicali per vincere la sfida del clima e trasformare l’economia”, 2016, e “Le trappole del clima”, 2020, scritto insieme a GB Zorzoli, Edizioni Ambiente.