Terre rare ed energie rinnovabili: definizioni e riflessioni

Il termine Terre rare è un falso amico; infatti, esse costituiscono un gruppo di 17 elementi chimici, tutti metalli, e non sono affatto introvabili. Devi pensare che alcuni sono addirittura più comuni dell’argento e del piombo. Il termine “raro” deriva dal fatto che i loro ossidi sono inseriti in percentuali piuttosto piccole all’interno di altri minerali.

Il leader indiscusso sulle riserve e sulla produzione delle terre rare è la Cina: le sue riserve ammontano a oltre 44 milioni di tonnellate (circa il 40 % delle riserve totali), la produzione raggiungeva le 140mila tonnellate già nel 2020.

Sul podio della disponibilità di riserve troviamo il Brasile e, a sorpresa data la piccola estensione geografica, il Vietnam con circa 18-20 % ciascuno. Seguono Russia, India, Australia e Stati Uniti, i quali però si collocano al secondo posto come produttori.

Il mese scorso è stato scoperto un giacimento di 8,8 milioni di tonnellate di terre rare in Norvegia nella regione di Fensfeltet, togliendo il titolo di giacimento più grande d’Europa al sito di Kiruna in Svezia che ne dovrebbe contenere circa 1,5 milioni. Il target di questo giacimento è arrivare a soddisfare il 10 % del fabbisogno UE, ma le operazioni non cominceranno prima del 2030, mentre l’investimento previsto ammonta a € 870mln.

Le Terre rare sono fondamentali per l’economia del presente e del futuro: sono utilizzate nei dispositivi elettronici, nelle tecnologie aerospaziali, ma soprattutto nell’automotive e nel settore delle energie rinnovabili.

• Nel settore della mobilità elettrica, in continua crescita, questi elementi sono impiegati nella produzione delle batterie dei veicoli sia per le Nichel-Metallo Idruro, sia per quelle Nichel-Cadmio e anche per le batterie al Litio.
• Anche gli accumuli al Litio-ferro-fosfato, il cuore della maggior parte degli impianti fotovoltaici ibridi, vedono alla base le terre rare.
  Alcune celle fotovoltaiche contengono semiconduttori derivanti da elementi come il Gadolinio, grazie ai quali è possibile migliorarne l'efficienza, rendendo l'energia solare più accessibile e competitiva rispetto alle fonti tradizionali.
  Discorso analogo per le celle a film sottile dove gli strati sottili di terre rare integrati favoriscono l'assorbimento della luce, l’aumento dell'efficienza di conversione dell'energia solare e il rallentamento del degrado delle prestazioni negli anni. 
• Un’ulteriore applicazione nel settore fotovoltaico è l’impiego di questi elementi per la produzione di magneti permanenti nei sistemi di tracciamento solare e nei motori necessari per allineare i pannelli fotovoltaici con la luce solare.

Rimanendo nell’ambito di magneti permanenti a base di terre rare, questi sono presenti nella quasi totalità dei generatori eolici. Il Neodimio e il disprosio, per esempio, sono fondamentali per la loro produzione. Inoltre, permettono di costruire generatori più leggeri e compatti, aumentandone tuttavia potenza ed efficienza.

In un contesto di continua e rapida innovazione tecnologica è facile intuire che diventeremo presto, o forse lo siamo già, dipendenti dalle terre rare. Non si può quindi trascurare l’impatto ambientale che ne deriva dall’estrazione, trasformazione e utilizzo. 

Il processo di estrazione di questi elementi comporta la produzione di scarti tossici o inquinanti, infatti, le miniere contengono elementi come Torio e Uranio. Anche la raffinazione di questi componenti necessita di elementi chimici nocivi che possono impattare negativamente sull’ambiente. È in corso una sfida importante per salvaguardare la salute dell’uomo, tutelare l’ambiente e rendere i processi più puliti e meno dannosi.

La chiave per abbattere queste difficoltà è ridurre le nuove estrazioni, per questo a fornirci un assist sono gli elementi stessi: tutti infatti possono essere riciclati e riutilizzati. Il riciclo dei componenti elettronici è fondamentale per la conservazione della materia e la riduzione dell’inquinamento globale derivante da essi.

Un’altra partita importante si gioca sul piano geopolitico. Spesso gli esperti si chiedono come potrebbero cambiare le influenze sul piano politico ed economico se dovessimo arrivare a una completa dipendenza da questi elementi. Come già messo in risalto in precedenza, la Cina, forte di una colossale superiorità di riserve, si pone in una posizione di estremo dominio, mentre le preoccupazioni sono di quei paesi costretti a importare queste materie prime. 

Gli stati con riserve sul territorio (Stati Uniti, Canada e Australia) stanno investendo per esplorare nuovi giacimenti e per sviluppare le strutture esistenti. Coloro che, come l’Italia, sono sprovvisti di risorse sul territorio, trovano invece l’opportunità di essere protagonisti nel riciclo. 

Per questo è fondamentale per tutti i paesi, non solo eticamente ma anche sotto l’aspetto economico, investire in strutture e tecnologie che permettano di potenziare questo settore ancora in evoluzione e con ampi margini di sviluppo. 

Uno studio dell’Università di Münster ha evidenziato che esiste ancora ancora un importante divario riguardo ai break-even point (BEP) in cui si raggiunge la piena circolarità dei materiali. Secondo un’analisi, per ridurre questo gap occorre puntare su cinque aspetti. Questi possono sembrare paradossali, ma sono da intendersi nel breve periodo, salvo siano necessari radicali cambiamenti nel lungo periodo per il mantenimento del sistema. 

Vediamo quali sono questi punti:

• Elettrificazione completa dei sistemi: accelerare questo processo, sebbene aumenti la domanda a breve termine di materie prime, porta anche a un flusso di ritorno anticipato di materiali delle batterie giunte a fine vita (batterie EoL).
• Mancato riutilizzo del materiale: se il materiale non viene riutilizzato per altri scopi, anticipa il ritorno delle batterie EoL dopo il ciclo di vita del prodotto elettrico.
• Diminuzione della durata delle batterie: consente l’aumento di velocità del rientro del materiale che è un fattore positivo fino al raggiungimento del BEP. Poi, la tendenza si inverte: la vita delle batterie aumenta e come conseguenza la domanda si riduce.
• Riduzione delle dimensioni delle batterie: questo aspetto riguarda principalmente l’automotive, dove si punta ad avere a disposizione più stazioni di ricarica e si ha quindi meno necessità di avere obbligatoriamente un’indipendenza di molti chilometri per raggiungere quelle successive.
• Maggiori tassi di scarto di produzione: dagli scarti di produzione si possono recuperare materiali per nuove batterie, ma rimaniamo in un quadro di breve termine. Nel lungo periodo, al calo della domanda, il riciclo delle batterie EoL permetterà di virare su un’ottimizzazione della produzione riducendo gli scarti.
  
  Nel lungo termine, invece, i due modelli di business circolari attualmente considerati risultano:
• L'estensione della vita del prodotto, attraverso il riutilizzo, il ricondizionamento e la riparazione;
• Il riciclo dei prodotti. A sostegno dei modelli di business circolari, l'UE ha introdotto una politica per includere una quota minima di cobalto recuperato (12 %), litio (4 %) e nichel (4 %) nelle batterie EV prodotte entro il 2030.

Analizzando il flusso dei materiali è emerso che il riciclo soddisferà la domanda della Cina oltre dieci anni in anticipo rispetto a Europa e Stati Uniti per litio e nichel, e sette anni prima per il cobalto. Qui puoi vedere nel dettaglio, la fotografia della situazione globale:

Fonte: circulareconomynetwork.it - elaborazione tratta da un articolo che riprende uno studio su Resources, Conservation and Recycling
* I dati relativi all’Europa potrebbero subire delle variazioni alla luce dei nuovi ritrovamenti in Norvegia.

Osservando gli indicatori direttamente collegati allo sviluppo dell’economia circolare verso le fasi upstream del ciclo di vita dei prodotti/servizi, si può notare come l'Italia, insieme ai Paesi Bassi e alla Spagna, ottenga le performance migliori.

Nonostante questi dati promettenti, il nostro paese, complice lo scarso investimento in questo settore negli ultimi anni (siamo tra gli ultimi in Europa per fondi stanziati), rischia di rallentare il processo di transizione green. 

Secondo l’ASviS un altro aspetto su cui occorrerà lavorare riguarda la gestione di queste risorse: infatti nonostante nel riciclo siamo secondi solo ai Paesi Bassi, quando si parla di riutilizzo dei prodotti riciclati la nostra posizione in classifica cala drasticamente. Nel 2022, grazie all’economia circolare l’Italia ha risparmiato circa €1,2mld un risultato ben lontano dall’obiettivo di €11mld fissato per il 2030.

Ma noi davvero non abbiamo nemmeno un giacimento? Giusto ieri, il 24 luglio 2024, il Sole 24 Ore ha pubblicato un articolo in cui ha presentato i risultati dell’ultimo rapporto Ispra.

I sistemi di accumulo hanno assunto un ruolo centrale negli impianti fotovoltaici e nel settore delle energie rinnovabili. Il numero è destinato ad aumentare negli anni e sarà importante affrontare lo smaltimento di questi componenti con sostenibilità ed efficienza.

Un aspetto cruciale dello smaltimento delle batterie fotovoltaiche è la gestione dei materiali tossici contenuti al loro interno. Sono infatti presenti elementi come piombo, cadmio e litio che possono infiltrarsi nel suolo e nelle risorse idriche, contaminando l’ambiente. È importante quindi che lo smaltimento delle batterie sia eseguito da aziende specializzate che operino in modo adeguato e a norma di legge. 

Un corretto processo di smaltimento delle batterie prevede il ritiro e il trasporto delle batterie esauste secondo le normative vigenti per prevenire la perdita di sostanze chimiche dannose. 
Una volta giunte nel centro di riciclo vengono smontate previa una suddivisione delle batterie a seconda della loro composizione. 

Lo smontaggio delle batterie si divide principalmente in due parti: lo smontaggio meccanico e quello chimico. Queste attività permettono di recuperare elementi come ferro, nichel, litio, cobalto e altri metalli che possono essere riciclati e riutilizzati.

Il riciclo delle batterie fotovoltaiche consente di ridurre l'impatto negativo sull’ambiente del settore dovuto principalmente dall'estrazione di tali elementi.
Terminata la fase cruciale della separazione e del recupero degli elementi si conclude il processo con il trattamento, solitamente di neutralizzazione, e con lo smaltimento delle sostanze rimaste.

Infine, è indispensabile effettuare controlli sull’ambiente circostante alle aree di smaltimento per assicurarsi che non ci siano state contaminazioni.

Le terre rare sono la principale risorsa che abbiamo per arrivare a un mondo più green e sostenibile. È fondamentale rendere più sostenibili le pratiche estrattive, oltre a ridurre queste attività al minimo indispensabile. 

Inoltre, occorre investire maggiormente in pratiche di recupero dei rifiuti per perseguire un’economia circolare che permetta una reale sostenibilità ambientale ed economica e un buon equilibrio geopolitico. Tieni presente, infine, che si tratta di un argomento in continuo divenire: questo è dovuto per esempio alla continua scoperta di nuovi giacimenti, ma anche alla scoperta di nuove tecnologie.

• Le terre rare rappresentano un argomento molto dibattuto. Il termine utilizzato non si riferisce al fatto che siano introvabili, bensì alla percentuale molto bassa che è contenuta negli elementi chimici.
• Dal punto di vista delle applicazioni, sono utilizzate in dispositivi elettronici, tecnologie aerospaziali, e nel settore dell’automotive e delle energie rinnovabili.
• Un altro dibattito in corso riguarda il riciclo dei materiali impiegati e lo smaltimento in generale: questo impone anche importanti riflessioni per i Governi e la società nel suo complesso.