Cinque tecnologie sono sufficienti per la transizione energetica

"La CO2 sarà presto una materia prima" - Cinque tecnologie sono sufficienti per la transizione energetica

Fotovoltaico, energia eolica, batterie, elettrolizzatori e impianti di aspirazione della CO2 noti come cattura diretta dell'aria (DAC): queste sono le cinque tecnologie di cui abbiamo bisogno per una transizione energetica di successo, sostiene Christian Breyer. Tuttavia, l'economista solare della Lappeenranta University of Technology (LUT) in Finlandia non crede che le nuove centrali idroelettriche, la geotermia e la bioenergia siano soluzioni convincenti. E nemmeno l'idrogeno verde. Si tratta di una fonte di energia ingombrante che dovrebbe essere solo un mattone per altre, spiega Breyer nel programma "Climate Lab " di ntv. Il ricercatore vede il futuro dell'approvvigionamento energetico globale negli oceani: In 30 anni, le centrali solari galleggianti potrebbero generare elettricità che può essere convertita in ammoniaca verde, metanolo o paraffina in enormi fabbriche offshore per carburanti sintetici e distribuita in tutto il mondo - grazie a processi vecchi di decenni e alla nuova materia prima CO2.

ntv.de: Il governo tedesco sta elaborando grandi piani per l'idrogeno, sognando sistemi di riscaldamento a idrogeno e terminali di gas liquido dove un giorno sbarcherà l'idrogeno verde, ma manca dalla loro lista. Perché?

Christian Breyer: L'elenco contiene solo le attrezzature e i dispositivi che utilizziamo per realizzare la transizione energetica, non un prodotto specifico. Altrimenti, al primo posto ci sarebbe sempre l'elettricità, che è la più importante per la transizione energetica. Ecco perché il fotovoltaico e l'eolico sono fondamentali, soprattutto per l'Europa e il Nord America. Questo si spiega da solo.

E l'energia idroelettrica?

È importante, ma è già stata sfruttata in modo eccellente in tutto il mondo. Il potenziale è in gran parte esaurito.

Non c'è più potenziale di crescita?

Le capacità idroelettriche possono certamente essere aumentate di un terzo o del 50%. Ma stiamo cercando solo sistemi energetici economici e rinnovabili o anche sostenibili? Se la sostenibilità è importante per noi, dobbiamo trattare i fiumi con cura. I grandi fiumi come il Mekong in Asia, il Congo in Africa e, in parte, il Rio delle Amazzoni in Brasile hanno il maggior potenziale di energia idroelettrica. Tecnicamente sarebbe possibile costruirvi centrali idroelettriche e potrebbe anche essere interessante dal punto di vista economico, ma l'ecologia del fiume verrebbe quasi certamente distrutta. E solo nel Congo si parla di ben 500 specie che vivono solo lì. Ecco perché l'energia idroelettrica, laddove esiste, è sempre parte della soluzione, ma come altre fonti di energia sostenibile, è limitata.

Perché?

Nel caso dell'energia geotermica, abbiamo visto per decenni che i progetti non si concretizzano nella misura in cui avremmo voluto. La bioenergia ha il grande svantaggio che non c'è spazio per le colture energetiche, perché ne abbiamo bisogno per i mangimi, che diamo agli animali e che a loro volta mangiamo. Se questa sia un'idea intelligente è un'altra questione.

Il fotovoltaico e l'eolico occupano le prime posizioni perché hanno dimostrato di funzionare e sono economici?

Certo che sì. In definitiva, la transizione energetica è una questione economica. Esiste un potenziale per altre tecnologie, ma a un livello di costi diverso. L'energia solare, in particolare, è incredibilmente economica e oggi è addirittura la forma di elettricità più conveniente al mondo. Basti pensare che metà della capacità elettrica aggiunta a livello mondiale nel 2021 era già fotovoltaica. Entro il 2050, ci saranno circa 10 miliardi di persone sulla Terra e circa tre quarti di loro vivranno nella fascia solare, dove il sole splende tutto l'anno. Si tratta di energia a basso costo, disponibile ovunque. Ecco perché le batterie sono così importanti.

I primi parchi solari sono stati costruiti sull'acqua. Perché c'è tanto spazio per le infrastrutture?

Si tratta di una meravigliosa tecnologia chiamata "fotovoltaico galleggiante", che negli ultimi dieci anni è stata realizzata principalmente su laghi, bacini o stagni, dove il collegamento alla rete è relativamente semplice. La domanda è sempre stata: funziona anche in mare? Sempre più parti del mondo lo stanno provando, naturalmente in acque calme e senza onde alte. Si può fare. Abbiamo studiato questo aspetto prendendo come esempio i Caraibi, perché è risaputo che in molte isole lo spazio per l'approvvigionamento energetico è relativamente scarso.

Oppure a Singapore.

Questo è uno dei Paesi in cui si sta facendo più ricerca sul fotovoltaico galleggiante. Ma probabilmente si tratterà solo di un'aggiunta al mix energetico, perché se si osserva attentamente la posizione geografica, ci sono molti argomenti a favore della semplice posa di una linea elettrica a Sumatra. L'enorme isola indonesiana è proprio a due passi. Non ci sarebbe bisogno di tanto spazio per rifornire di elettricità un piccolo Paese come Singapore. Se si spinge questa visione oltre i 20-30 anni, sarebbe possibile costruire enormi fabbriche di combustibili sintetici in acque internazionali: una grande centrale fotovoltaica galleggiante genera elettricità e idrogeno verde tramite elettrolisi. Non si può fare molto con questo, quindi lo si converte in ammoniaca, metanolo o paraffina. Queste sostanze potrebbero a loro volta essere raccolte da navi cisterna a intervalli regolari da queste fabbriche offshore e distribuite sui mercati mondiali.

I vantaggi del fotovoltaico, dell'eolico e delle batterie sono evidenti. Ma perché l'idrogeno verde deve essere nuovamente convertito?

In linea di principio, si possono fare molte cose con l'idrogeno, ma l'idrogeno è la molecola più piccola dell'universo e quindi difficile da gestire. Si diffonde facilmente attraverso i materiali, è altamente infiammabile ed è complicato da trasportare. Si può gestire tecnicamente, ma costa. E in fin dei conti, la spedizione e il trasporto aereo con elettricità e batterie funzionano solo su brevi distanze. Posso ricaricare facilmente la batteria sul Reno, ma non sui grandi oceani. Lì servono fonti di energia dense e chimiche. E sappiamo già che la paraffina non deve essere prodotta dal petrolio greggio: Abbiamo bisogno di idrogeno e di carbonio, di solito CO2. Possiamo quindi utilizzare il processo Fischer-Tropsch per produrre combustibili sintetici come la paraffina.

Avete bisogno di elettrolizzatori per questo processo?

Per la prima fase, quando produciamo idrogeno verde. A quel punto ci serve solo la CO2, che improvvisamente non è più un gas di scarico e causa di emissioni, ma una materia prima. In questo modo avremmo una soluzione per l'aviazione che non richiederebbe grandi modifiche all'attuale flotta di aerei. Un altro vantaggio è che, oltre alla paraffina, l'idrogeno può essere convertito in quasi tutti gli altri prodotti importanti di cui abbiamo bisogno: Metanolo per l'industria chimica o per il trasporto marittimo, oppure in ammoniaca come fertilizzante per l'agricoltura. L'idrogeno stesso è necessario soprattutto per la produzione di acciaio.

E da dove prendiamo la CO2? È questa la quinta tecnologia chiave, l'aspirapolvere di CO2?

La CO2 può provenire da ogni tipo di fonte, ma in ultima analisi la cattura diretta dell'aria (DAC) è probabilmente la soluzione più scalabile. Perché se prendiamo sul serio il cambiamento climatico e la transizione energetica, presto dovremo ridurre le centrali elettriche a gas, le centrali elettriche a carbone e la produzione di acciaio a carbone, e quindi tutti i principali processi che producono grandi emissioni di CO2. Resterebbero gli impianti di incenerimento dei rifiuti, le cartiere e i cementifici, ma si tratterebbe di fonti piuttosto ridotte in termini di volume per produrre metanolo per l'industria chimica, paraffina per l'aviazione e ammoniaca per l'agricoltura. Come colmare questo gap di copertura? Prelevando la CO2 dal serbatoio in cui ce n'è già troppa, l'atmosfera. I costi di questa operazione dovrebbero rientrare in un range accettabile.

In questo modo tutti i problemi sono risolti, almeno in teoria. Ma non è già troppo tardi? Sì, si stanno costruendo molti parchi solari in tutto il mondo, ma manca ovunque la capacità di accumulo per poter sfruttare l'energia solare 24 ore su 24. E il DAC è stato utilizzato finora solo su piccola scala.

L'energia eolica funziona, anche se non sono ancora stati risolti tutti i problemi iniziali. Ma l'unica cosa su cui si sta ancora lavorando sono i dettagli. Lo stesso vale per il fotovoltaico. I moduli fotovoltaici diventano mediamente più efficienti di 0,5 punti percentuali ogni anno. Questa tendenza è in atto da 20 anni e continuerà per molti altri anni, diventando al contempo sempre più economica.

Quindi metteremo una crocetta sulla casella dell'eolico e del fotovoltaico. E le batterie?

Stiamo assistendo alla svolta. Negli ultimi anni ci sono stati problemi di carenza di cobalto e nichel, ma le batterie agli ioni di litio sono ora utilizzate principalmente nelle auto elettriche e nei sistemi di accumulo domestico, che vengono costruiti sempre più spesso senza cobalto e nichel. Abbiamo abbastanza litio? Su questo punto le opinioni divergono. In linea di principio ce n'è abbastanza, gli oceani del mondo ne sono pieni, solo che non riusciamo a estrarlo in modo efficiente. Questo è il vero problema. Quest'anno i due leader del mercato mondiale hanno introdotto anche le batterie agli ioni di sodio. Non ci sono più carenze di materiale.

È tutto pronto anche per le batterie?

C'è molto da dire in proposito. Queste aziende hanno una reputazione da perdere e non lo farebbero se non sapessero che funziona. E i tassi di crescita sono enormi: se la produzione di moduli fotovoltaici cresce del 30% all'anno, la produzione di batterie cresce del 50-100% all'anno.

E gli elettrolizzatori?

La situazione è più critica perché il mercato è molto più piccolo. Ma abbiamo già padroneggiato la tecnologia per 100 anni e ci sono circa due dozzine di produttori e fornitori da tutto il mondo. Sarà una gara entusiasmante per vedere chi riuscirà a offrire i prodotti migliori ai prezzi migliori. Non sono preoccupato. Con il DAC, l'unica questione è la scalabilità, perché la tecnologia funziona anche in questo caso: è stata utilizzata nei sottomarini nucleari e nelle stazioni spaziali fin dagli anni Sessanta. L'unica cosa che manca è la commercializzazione su larga scala, e questi produttori sono ora anche ben finanziati dagli investitori.

Clara Pfeffer e Christian Herrmann hanno parlato con Christian Breyer. L'intervista è stata abbreviata e modificata per chiarezza.