Terre rare: il nuovo petrolio delle tecnologie rinnovabili

Sono presenti nella vita di tutti i giorni: nelle macchine elettriche e ibride, nelle batterie, nei cellulari e nei pannelli solari. Sono come delle spezie, che se raffinate, si dotano di un principio attivo che è il fulcro delle ottimizzazioni tecnologiche. Ecco le terre rare.

Cosa sono le terre rare?

Le terre rare (Rare Earth Elements) sono materie prime formate da un miscuglio ossidi dai quali si estraggono gli elementi fondamentali per le nuove tecnologie. Si dividono in terre rare pesanti (HREEs) e leggere (LREEs) in base al peso atomico. Vengono chiamati così per l’onerosità economica ed energetica della loro estrazione e raffinazione, processi lunghi, energivori, idrovori e molto inquinanti. Anche perché la concentrazione dei depositi è ben inferiore rispetto a quella dei metalli principali (Fe, Pb, Al), non superando mai il 10%. Al momento la Cina, che detiene la maggior parte dei HRREs, compensa gli elevati costi di produzione risparmiando sulla manodopera.

L’importanza per il fotovoltaico

Per la produzione dei pannelli fotovoltaici quasi la metà delle terre rare sono scarse e mal distribuite. La Cina è infatti il principale produttore mondiale del germanio (67%) e del silicio metallico (61%), secondo il report dell’European Commission. Purtroppo, l’Europa ha un tasso di dipendenza da queste risorse del 64% e non sono così facilmente sostituibili. In più rimane deludente il loro tasso di riciclo che si attesta al di sotto del 2%. Anche per le innovazioni in questo campo, se si punta ad un rendimento oltre il 20%, le terre rare rimangono fondamentali.

Il problema di un fotovoltaico non rinnovabile

Con dei nuovi processi si può raggiungere un rendimento del 40%, aggiungendo uno strato drogato di elementi rari ai pannelli di silicio. Questi processi di “up/down conversion” compensano le perdite energetiche dei fotoni allargando il range di cattura delle onde elettromagnetiche. L’up converter diminuisce le perdite di trasmissione convertendo almeno due fotoni di bassa energia in fotoni con un alto contenuto energetico. Nel down converter invece i fotoni vengono sottoposti al “quantum cutting”, cioè la strategia opposta dell’up converter. Questo aumenta la disponibilità dell’irradianza solare del 32%. Per il primo processo si utilizza l’ytterbium (3+) e l’erbium (3+), e nel secondo si usa anche l’europium (3+). Tutte queste terre rare pesanti sono fornite unicamente dalla Cina con uno share del 95%.

Il monopolio della Cina delle terre rare

Finora la Cina è stata il fil rouge della discussione. Con il 25-30% delle riserve mondiali, la Cina controlla il mercato delle terre rare con il suo monopolio strategico. La produzione mondiale ha raggiunto l’81% nel 2017 e ha avuto picchi storici del 97% nei primi anni 2000. I benefici economici causati dallo sfruttamento intensivo dei depositi sono però a discapito della qualità ecologica e sanitaria.

Le catastrofi ecologiche e sanitarie dei “metalli sporchi”

Un caso studio è la provincia cinese Jiangxi, la principale area di estrazione dei metalli rari che rappresenta il 4.4% del PIL. L’acqua usata per la raffinazione, carica di acidi e metalli pesanti, viene scaricata nei fiumi, creando un territorio impossibile da coltivare. Oppure le miniere di Baotou, nella Mongolia Interna.  Lì, la situazione è talmente grave che gli agricoltori vivono nei cosiddetti “villaggi del cancro” respirando aria tossica. Già nel 2006 si verificò un disastro ambientale nello Hunan, nella Cina meridionale. Per l’estrazione dell’indio, un componente raro per i pannelli fotovoltaici, tonnellate di prodotti chimici furono riversati nel fiume Xiang.

Terre rare: un panorama futuro non sostenibile

Possibile che una transizione energetica verde e sostenibile sia vettore di catastrofi ecologiche e sanitarie? Con le due transizioni precedenti che dipendevano dai carburanti, con la prossima non si può rischiare di dipendere dal “nuovo petrolio”. Anche perché secondo il rapporto Renewables 2020 dell’IEA nei cinque anni si verificherà il raddoppio della produzione eolica e solare. Questa risposta all’esigente richiesta energetica mondiale non può ignorare le problematiche fin qui riportate.  

Come evitare una transizione energetica verso il “nuovo petrolio”

Per questo il j’accuse d’inchiesta del giornalista Guillaume Pitron ne “La Guerra dei Metalli Rari” è un monito indimenticabile. Possibile che l’energia rinnovabile sia condannata a dipendere dall’estrazione di materie prime “sporche”?

Essendo una risorsa non rinnovabile c’è bisogno di razionalizzare la materia e allungare la vita delle tecnologie verdi. Una soluzione può essere il riciclo dei pannelli fotovoltaici, poiché è imperativo ingegnerizzare gli scarti per rallentare lo sfruttamento delle terre rare. Oppure la sostituzione del silicio metallico per una tecnologia più efficiente e pulita.

Al momento la Commissione Europea ha aggiornato il suo report per far fronte alle nuove politiche protezionistiche di Pechino. Si investe sulla ricerca di nuove materie prime, sul miglioramento del riciclo e si organizzano nuovi accordi commerciali con i rifornitori.

In nome della responsabilità e della sostenibilità si augura la miglior energia possibile: un’energia che viene usata, piuttosto che consumata.

Articolo a cura di Davide MORRICONE