Processo energivoroL’insostenibile pesantezza della transizione energetica

I minerali critici alla base della rivoluzione energetica delle rinnovabili hanno processi di estrazione e lavorazione molto invasivi, su cui spesso si sorvola, e sono concentrati in pochi paesi. Ciò comporterà una maggiore dipendenza occidentale dalle miniere e dalle fabbriche del mondo

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Questo articolo è stato originariamente pubblicato sul numero 60 di We – World Energy, il magazine di Eni

Molte rivoluzioni nascono da un’esplosione. L’assalto alla Bastiglia, le cannonate dell’incrociatore Aurora sono la sveglia degli animi più combattivi della rivolta. Anche la transizione energetica si fa annunciare da un fragore. Montagne di rocce vengono fatte esplodere per avviare una nuova corsa all’oro. Il premio in questo caso è un insieme di minerali, presenti all’interno di conglomerati di rocce, che stanno alla base dei flussi elettromagnetici che determinano l’energia del futuro. O che sono funzionali alle reti che la trasportano e alle batterie che la stoccano.

Rame, cobalto, silicone, nickel, manganese, grafite, litio e terre rare sono – in forma e peso diversi – necessari per gli strumenti della rivoluzione energetica. Veicoli elettrici, turbine, pannelli solari e nuove reti sono famelici di minerali. Mentre ai combustibili fossili si contesta l’impatto atmosferico in termini di emissioni, meno rilevanza viene data alla brutalità fisica del mondo elettrico. Se l’aria è la vittima della combustione, il suolo è sacrificato alla ricerca di una nuova purezza. Ad esempio, una macchina elettrica contiene duecento kg di minerali, contro i trentatré kg di una auto tradizionale. Così come 1 Mega watt prodotto da una turbina eolica offshore richiede quindici tonnellate di minerali a fronte delle 7 tonnellate del solare e di 1,1 tonnellate del gas.

I processi di scavo e di successiva raffinazione (l’ironia di un termine fossile applicato al futuro green) sono direttamente proporzionali al grado di concentrazione del minerale nel terreno e al livello di purificazione necessario nel prodotto finito. E sfortunatamente, i flussi elettrici non amano le impurità. Il novantanove per cento di purezza in molti casi è un livello insufficiente. Per le celle solari, ad esempio, la fonte mineraria di base è il silicio, presente in gran parte sulla crosta terrestre come quarzo (il secondo minerale più abbondante). Apparentemente un gigantesco vantaggio in termini di disponibilità e costi. Ma il processo richiesto impone una serie di passaggi che devono portare alla creazione di silicio policristallino (che contiene polisilicone puro al 99,999999 percento) o mono cristallino (aggiungete un 9 dopo la virgola), il più efficiente per la cattura della luce solare. Se volete invece ottenere un componente essenziale del computer la sfida è anche maggiore, e occorre un ulteriore passaggio per aggiungere un altro nove al polisilicone dei nostri chip.

Si parte quindi dalla roccia esplosa e lavata, poi trattata e fusa assieme a carbon coke alla temperatura di milleottocento gradi, trasformata in silicio fuso grazie anche a un flusso elettrolitico di corrente elettrica. Dei materiali immessi, solo 1/6 emerge come sottoprodotto della fusione, che vede carbone e gas come ingredienti essenziali. Il materiale così ottenuto si raffredda, per essere frantumato e processato nuovamente con cloruro di idrogeno e ancora fuso a millecentocinquanta gradi. Ed eccoci giunti, con un processo che richiede mille volte più energia della trasformazione del ferro in acciaio, alla base dei nostri pannelli solari. La sequenza si ripete anche per il rame, la più antica risorsa metallurgica della storia umana. Non si tratta più di fondere utensili o armi ma di beneficiare della duttilità e della conducibilità elettrica dei minerali (solo l’oro farebbe meglio, ma a quel punto l’elettricità sarebbe un lusso per monarchi).

Fino al secolo scorso il rame era un metallo da cucina e costruzioni e poco più, ma ora è tornato a dominare. Per la nuova età del rame, la purezza è ancora essenziale (99,99 percento qui può bastare). Dopo le attività di scavo (con una concentrazione più bassa dell’1 percento di rame sul totale del minerale raccolto), occorre fondere il metallo con il carbone per rimuovere le altre componenti e purificarlo anche in questo caso con l’elettrolisi. Poi servono nuovi lavaggi e fusioni per far decadere le impurità. Il processo è diventato nel tempo sempre più invasivo sia per la crescita della domanda che per la minore qualità delle riserve a disposizione.

In un arco temporale di cento anni la quantità di rocce da scavare per estrarre una tonnellata di rame è salita da cinquanta a ottocento tonnellate per la necessità di muoversi su filoni meno promettenti. Giganteschi camion smuovono tonnellate di terra. E così via per gli altri minerali che abbiamo elencato. In generale possiamo evidenziare due processi che si susseguono e si alternano: gli scavi e la purificazione attraverso una sequenza iterativa di processi termici e processi chimici.

L’uso di carbone e gas è essenziale per realizzare la raffinazione degli elementi sia come blending, per favorire la rimozione degli altri metalli, che come normali fonti termiche (dovendo raggiungere temperature tra mille-milleottocento gradi). È infine largo l’uso di acqua e solventi chimici (in primis acido solforico o cloridrico) che devono poi essere smaltiti. È per questo che l’Occidente ha bassa rilevanza su queste attività. Costi dell’energia troppo alti, rifiuto delle attività di mining e di processi industriali troppo invasivi sono incompatibili con la complessità del processo integrato richiesto da questi minerali. Meglio beneficiare dei prodotti finiti e far sporcare le mani ad altri.

La concentrazione delle attività
Il livello di concentrazione geografica delle attività è progressivamente più elevato man mano si scende lungo la catena del valore di questi elementi. Per l’estrazione è dominante la quantità di risorse disponibili e i costi di produzione. In generale per ogni minerale critico i primi tre paesi concentrano tra il cinquanta per cento-ottanta percento delle attività. Ad esempio, il Cile è leader nel litio e nel rame, la Cina nella grafite e nelle terre rare, il Congo nel Cobalto e solo l’Australia risulta tra i paesi Ocse con maggiori attività di scavo. Ma è nelle attività di raffinazione (le più impattanti e costose) che questo livello di concentrazione si alza ulteriormente. Qui la Cina acquisisce la leadership su ciascun processo. Il novanta per cento delle terre rare e della grafite, il sessanta per cento del cobalto e del litio e il quaranta per cento del rame sono purificati in Cina. Anche il cinquanta per cento del Nickel tenuto conto della dominanza delle aziende cinesi in Indonesia.

Il riciclo potrebbe essere un’opzione per ottenere un maggior livello di indipendenza, ma mentre per alcuni metalli come il rame la quota recuperabile è superiore al 50 percento, risulta quasi inesistente per le terre rare o per il cobalto. Inoltre, la crescita esponenziale della domanda che viene disegnata dagli scenari più estremi non consente di coprire il fabbisogno crescente con il riciclo che, di fatto, andrebbe a rimpiazzare oggetti che vengono rimossi dal mercato e non a garantire la nuova crescita. In sintesi, ancora una volta emerge la complessità della transizione energetica che somma già numerosi elementi di fragilità, dall’intermittenza delle fonti rinnovabili all’uso del suolo.

Rimuovere le molecole di carbonio dai sistemi energetici ci costringe infatti a sviluppare un mondo molto più materiale di quello che apparirebbe dalla semplice intangibilità del flusso elettrico. Abbiamo bisogno di dominare il magnetismo e la conduzione elettrica. Dobbiamo ricercare la purezza di minerali che allo stato originale sono dispersi in rocce e legati ad altri minerali che interferirebbero con gli elettroni. E dobbiamo massimizzare processi chimici, elettrolitici e termici per raggiungere quella perfezione. Siamo alla apoteosi delle attività di base della prima e della seconda rivoluzione industriale. Altro che digitalizzazione.

Non a caso il contributo di petrolio, gas e carbone in tutte le fasi è occultato per non dare evidenza di una relazione incestuosa tra nuovo e vecchio mondo. Purtroppo, pensare di poter svolgere tali attività in contesti come quello europeo, che ha già cumulato un ritardo ultradecennale, è gravato da elevati costi energetici e da una cultura sempre più ostile a processi industriali complessi, appare una prospettiva quanto mai irrealistica. Insomma siamo di fronte a una transizione mineraria, materiale e invasiva. Che originerà una maggiore dipendenza verso le Miniere e le Fabbriche del mondo. Quelle che negli ultimi trent’anni abbiamo allontanato da casa.

Francesco Gattei è chief Financial Officer di Eni. In precedenza è stato Direttore Upstream Americhe di Eni, vice president Strategic Options & Investor Relations di Eni e, prima ancora, responsabile del portfolio della divisione E&P di En

 

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