I bluff dell’arcobaleno: sole e vento producono energia sfruttando le miniere

Mi arriva via Instagram un invito per un convegno: energie per la pace, ci sono molti tag di sinistra, nel senso di orientamento politico. Il volto dei conferenzieri è incoronato da un arcobaleno, che è un po’ comunità lgbtqia+, un po’ arcobaleno vero e proprio: eterno nonché naturale simbolo di innocenza e meraviglia. Sull’invito, in basso, una breve sinossi dell’evento che si può ulteriormente riassumere così: le energie sostenibili lottano per la pace. Va bene, prendo nota, poi scrollando, l’algoritmo si mette in moto e arrivano altri reel: santoni, mistici, spiritualisti, nuove streghe e maghi, insomma spiritati che spiegano come possiamo utilizzare, armonicamente – sottolineano – l’energia per far tutto. A volte questo genere di inviti seguiti da siffatti reel mi abbatte. Comincio ad aggirarmi per la città, guardo vetrine accese, tram in movimento, comignoli fumanti, macchine che sbuffano, persone che come me si danno da fare per seguire (lacanianamente o meno) il proprio desiderio. Che pure quello richiede energia e così, affranto, penso: ma come siamo arrivati a questo punto? Non a seguire Lacan, che pure sarebbe una domanda seria, ma a pensare che l’energia sia gratis, pacifica, che cada dall’alto. Cosa ha convinto i nostri politici che esistono energie regalate? Che l’energia sia sempre a nostra disposizione, come un’entità inqualificabile e immisurabile? Quando il pensiero dei santoni dell’energia, quelli convinti che esistano vitalissime vibrazioni energetiche è passato, paro paro, intonso fino a noi e dunque di rimando le nostre convinzioni nonché scelte politiche, con grande disgrazia, finiscono per assomigliare a quelle proposte dai mistici su Instagram?

Forse andrebbe finanziato un salone della miniera (oltre a quello del libro), una settimana all’anno, per ripassare la lezione. Perché comprendere la brutalità della miniera significa porsi serie domande esistenziali, chi eravamo, chi siamo e che ne sarà di noi, ma a parte questo, significa capire l’energia. Del resto, senza energia anche il libero arbitrio è in pericolo, ammesso che esista.

Un libro uscito nel 2021 riassume la complessa questione energetica con un titolo da manuale: “Energia verde? Prepariamoci a scavare” (Edizione Montaonda). Giovanni Brussato, ingegnere minerario, per fortuna, al contrario degli arcobalenati e dei mistici, ragiona sulla miniera. Certo, fatica non poco per spiegare che purtroppo l’energia non cala dall’alto ma viene dal basso, e per poter funzionare necessita non di vibrazioni mistiche (semmai di modulatori di fase) ma di materia, cioè di minerali.

Il vecchio detto minerario è di una semplicità disarmante: se non è cresciuto allora è estratto. Questo proverbio ci ricorda che non possiamo eliminare a forza di slogan le leggi della fisica. Queste leggi valgono per tutti e interessano anche quella che viene definita energia pulita: tipo il solare. Difatti, se proviamo a smontare un pannello solare troviamo la miniera. Magari non ci riflettiamo abbastanza, troppo impegnati a sentire le vibrazioni energetiche. Prendiamo un megaimpianto. Oggi ne esistono una decina, con pannelli fotovoltaici che producono una potenza di 1 GW, molto efficaci. Del resto, un Gigawatt è un bel numero, puoi, secondo gli sceneggiatori di “Ritorno al futuro” mettere in moto la DeLorean per viaggiare nel tempo (1,2 Gigawatt), ma, realisticamente, puoi illuminare molte abitazioni (intorno alle 500 mila), ecc. Comunque i più famosi impianti di questa stazza sono in Cina (tre), in India (uno) e un paio negli Emirati Arabi. Tuttavia, ci ricorda Brussato, per costruire ognuno di questi impianti solari di potenza pari a 1 GW occorrono: 30.000 t. di alluminio, 5.000 t. di rame, oltre 200.000 t. di calcestruzzo, oltre 100.000 t, di acciaio, e centinaia di tonnellate di altri metalli come nichel, cromo, molibdeno o titanio, tellurio, cadmio, gallio. Nonché 46.000 t di vetro, sennò non assorbi la luce. Quello che sembra un comune vetro, uno specchio non lo compri in un negozio, ma lo ricavi dalla sabbia di quarzo: roba miniera e da raffineria. Che poi bastasse scavare per ottenerlo.

Purtroppo no, la sabbia di quarzo altro non è che una forma cristallina di silicio. Per purificarlo viene riscaldato a 1.900 °C in forni ad arco elettrico con una certa quantità di carbonio sotto forma di coke. Il coke, appunto, carbone metallurgico, molto diverso dal carbone termico, quello che viene utilizzato per produrre vapore per alimentare le turbine e generare elettricità. Prima di continuare con la produzione del cosiddetto vetro, visto che ci siamo, a proposito di carbone metallurgico, una piccola digressione, utile a capire dove ci porta la nostra ignoranza sulla miniera. Anni fa, si era nel 2020, alcuni ambientalisti protestarono contro il governo del Regno Unito, colpevole di non essersi opposto all’apertura di una miniera di carbone, nella contea di Cumbria, da parte della West Cumbria Mining. Anche Greta Thunberg scrisse su Twitter: “Il governo britannico ha deciso di non intervenire nei piani per l’apertura di una nuova miniera di carbone inglese. Questo mostra davvero il vero significato del cosiddetto Net zero 2050. Questi obiettivi vaghi e insufficienti, lontani nel futuro, non significano praticamente nulla oggi”. Solo che quella miniera produceva carbone metallurgico, quello usato, in parte, per purificare il silicio (lo vediamo fra un po’) e nel caso in esame doveva servire anche per l’acciaio delle turbine eoliche, perché l’allora premier Boris Johnson, col proposito di dare un contributo alla Net zero, voleva costruire molti impianti di eolico offshore. Difatti dichiarò: “Come l’Arabia Saudita sta al petrolio, il Regno Unito sta al vento”. Tra l’altro, l’amministratore delegato di West Cumbria Mining, Mark Kirkbride, disse che sostentava pienamente l’abbandono graduale del carbone per la produzione dell’energia elettrica. In aggiunta, il Consiglio della contea di Cumbria scrisse che la miniera avrebbe contribuito a ridurre le emissioni globali di gas serra: “Grazie ai risparmi derivanti dalla riduzione delle distanze di trasporto del carbone verso l’acciaieria e al fatto che le altre emissioni sarebbero neutre”.

Fine digressione, torniamo al processo di trasformazione della sabbia di quarzo in silicio puro. Ce lo racconta Elena Comelli sul Sole 24: “In questo forno ad arco elettrico con una certa quantità di carbonio sotto forma di coke riscaldato, l’ossigeno della sabbia reagisce con il carbonio liberando monossido di carbonio: quello che rimane è polisilicio fuso, che viene poi raffreddato, frantumato e fatto reagire con acido cloridrico per produrre un liquido chiamato triclorosilano, poi distillato ripetutamente per rimuovere ogni traccia di impurità. Le fonderie più avanzate lavorano a ‘10 nove’: vuol dire che il loro polisilicio è puro al 99,99999999 per cento. Importante i 10 nove, perché meno nove ci sono meno la cella solare è efficiente”. Fino ai primi anni Duemila gli unici prodotti che valessero questo genere di sforzo erano i wafer con cui si producevano i chip. L’industria delle celle solari viveva di ritagli. Ma l’aumento della domanda di fotovoltaico ha cambiato la situazione e le aziende, specialmente quelle asiatiche, hanno iniziato a investire nelle fonderie dedicate all’industria fotovoltaica. Così la Cina ha costruito il suo monopolio: nel 2023 le aziende cinesi hanno prodotto il 93 per cento di tutto il polisilicio mondiale destinato al solare.

Questo è per la sabbia, ma dobbiamo considerare gli altri elementi. L’alluminio trattato, per esempio, riveste un ruolo cruciale nel settore del fotovoltaico. E’ un metallo leggero, quindi fondamentale per ridurre i pesi strutturali nelle installazioni solari e nei generatori eolici. Resiste poi alla corrosione, qualità importante per pannelli esposti a sole, pioggia, vento e salsedine. Dura tantissimo e necessita di limitati interventi di manutenzione, poi è, cosa non da poco, riciclabile al 100 per cento, con un impatto ambientale nettamente inferiore rispetto ad altri metalli. Ancora: il rame, la cui importanza – visti i continui furti – conosciamo bene: è un ottimo conduttore elettrico, difatti l’energia generata è trasportata con più efficienza e con minore resistenza. Un materiale sempreverde, potremmo dire, nonostante qualche difetto. Per esempio, il rame può diffondersi nel silicio e portare a un calo delle prestazioni rendendo necessarie barriere di diffusione, controlli di ossidazione e processi produttivi più complessi: tutti aspetti tecnici che aumentano il rischio e la complessità industriale e ovviamente i costi. In alternativa al rame c’è l’argento, che presenta molti pregi. Per esempio, a differenza del rame, è stabile e non migra dai wafer di silicio per cui, non presentando problemi di degradazione correlati alla diffusione, è molto richiesto: ad oggi è il materiale più costoso per l’industria fotovoltaica. Al fattore costo, aggiungiamo che è un materiale scarso, fatto non trascurabile. Già oggi, l’industria usa oggi circa il 15-20 per cento della produzione mondiale di argento. Visto che per un impianto di un Giga per i pannelli fotovoltaici monocristallini o policristallini servirebbero circa 20 t. di argento, se dovessimo prendere per buoni i modelli che la Iea ha adottato nello scenario Net zero al 2050 nel suo Weo 2025, i nuovi pannelli fotovoltaici che andrebbero installati assorbirebbero da soli le intere riserve minerarie globali di argento.

E magari finisse qui. La storia estrattiva continua: per soddisfare la suddetta richiesta avremmo bisogno, da qui al 2050, di circa un miliardo di tonnellate di alluminio (16 volte la produzione mondiale del 2019), oltre 140 milioni di tonnellate di rame (7 volte la produzione globale del 2019) e naturalmente, se dovessimo costruire questi impianti in un intervallo di venti o trent’anni, bisognerà scavare molto. Insomma, come non accorgersi da subito che le disponibilità di rame e alluminio richieste sarebbero fuori scala. E con gli altri metalli la situazione sarebbe peggiore.

Un ulteriore problema è l’occupazione del suolo: in aree desertiche, o comunque con insolazione elevata, un parco solare della potenza di 1 GW può richiedere la disponibilità di un’area da poco più di 12 fino ad oltre 70 km2, in base al suo grado di insolazione: è quindi legittimo pensare che, dovendone realizzare in aree come l’Europa Centrale, queste dimensioni dovrebbero agevolmente superare i 130 km2, quasi quanto Bologna.

Questo è per il solare, pensate all’eolico. Richiede tutti i tre pilastri della civiltà, come li chiama l’ambientalista (razionale) Vaclav Smil: acciaio, cemento, plastica, più svariati altri materiali, più o meno rari. La quantità di questi ultimi dipende da come sono fatte le pale eoliche. Le moderne turbine eoliche possono essere a trasmissione diretta o a cambio. La modalità cambia molto, perché – a parte la progettazione e la costruzione del generatore – determina sia la massa sia i materiali con cui sono costruite. Le turbine dotate di un cambio a ingranaggi presentano un peso superiore, dovuto all’uso di materiali convenzionali come ferro e rame. Frequentemente le turbine a trasmissione diretta impiegano un generatore con magneti permanenti al neodimio-ferro-boro, talvolta utilizzando un rotore eccitato elettricamente, costruito con una maggiore quantità di rame. La differenza tra queste tecnologie ha evidenti implicazioni sulla domanda di minerali. Scrive Brussato: “Una turbina eolica da 5 MW pesa complessivamente circa 900 t, a cui si sommano oltre 2.500 t di calcestruzzo. Per costruirla occorrono: 750 t di acciaio e di minerale di ferro, 35 t di fibra di vetro, 25 t di zinco, 1,5 t di nichel oltre a molti altri metalli rari la cui quantità dipende, come abbiamo visto, da tipo di turbina”.

Meglio poi non affrontare la questione delle auto elettriche, non perché non siano necessarie – io, del resto, giro in monopattino – ma perché, anche qui, senza alcuni minerali non si viaggia. E va bene, Musk aveva promesso 20 milioni di auto elettriche entro il 2030, ma strada facendo ha cambiato idea, tuttavia se l’intento è togliere di mezzo gran parte dei veicoli a combustione, cioè rinnovare almeno il 30 per cento mondiale del parco auto, allora dovremmo prepararci a estrarre grandi, direi immense, quantità di grafite, di litio, di cobalto, di nichel di ossidi di terre rare, in particolare di quelle che vengono definite magnetiche, cioè neodimio, praseodimio, disprosio e terbio. Materie prime necessarie per costruire i magneti permanenti e migliorare l’efficienza. Ovviamente nell’elenco, c’è anche il buon vecchio rame, come dimenticarlo? (tra l’altro sotto forma di solfato di rame è un ottimo antifungino, e i prodotti che hanno questo principio attivo vengono utilizzati come agrofarmaci sia nel biologico sia nel convenzionale). Giusto per dare un’idea, se un veicolo a combustione richiede circa 20/25 chili di rame (utili per il cablaggio elettrico, per i motorini di avviamento, ecc.), un veicolo elettrico richiede una quantità più che doppia di rame, diciamo dai 60 agli 85 chili. Ora, due conti: al mondo i veicoli a combustione stimati sono 1,6 miliardi, quindi il 30 per cento del parco auto elettrico entro il 2030 significa 480 milioni di veicoli nuovi. Dunque, 42 milioni di tonnellate di rame: oltre il doppio dell’attuale produzione annua. E poi, mica si scava e così semplicemente si trova il rame. Per arrivare a ottenere una singola tonnellata di rame vengono scavate, spostate, frantumate e lavorate oltre 200 t di roccia.

E per complicare il quadro: per le terre rare vengono trattate da 20 a 160 t di roccia per tonnellata di elemento. Per il cobalto vengono estratte e processate circa 1500 t di roccia per arrivare a 1 t di minerale puro. E’ vero che si sta cercando di produrre batterie senza cobalto, ma finora nisba. Siamo riusciti a ridurre la quantità di cobalto ma, secondo gli analisti, la batteria funzionerà con il classico catodo nichel-cobalto-manganese per ancora molto tempo.

Questi sono i problemi tecnici che abbiamo di fronte e che sporcano un po’ i facili slogan legati all’arcobaleno e alle energie per la pace. Per non parlare del fatto che se uno è verde, tutto il processo dovrà essere verde, altrimenti si arriva al paradosso per cui facciamo le auto elettriche e, per produrre i materiali con cui si assemblano, usiamo i fossili. Per rispettare alcuni obiettivi (quelli annunciati alla Cop26), dovremmo ridurre le emissioni globali di anidride carbonica derivanti dalla combustione di fonti fossili del 50 per cento entro il 2030, rispetto al livello di 30,4 miliardi di tonnellate del 2010. Per spiegare la difficoltà dell’industria nel rinnovare il proprio hardware, Vaclav Smil, nel suo libro “Invenzione e innovazione” (Hoepli, 2024), scrive: “Nel 2019 la produzione globale di ghisa in altoforni alimentati da coke prodotto da carbone metallurgico era pari a 1,28 miliardi di tonnellate. Questa ghisa viene inserita in forni a ossigeno basico per produrre circa il 72 per cento dell’acciaio globale (il resto proviene prevalentemente da forni elettrici ad arco che fondono i rottami metallici). Nel 2022 non c’è una sola acciaieria commerciale che abbia ridotto il minerale di ferro con impiego di idrogeno. Inoltre, quasi tutto l’idrogeno oggi è prodotto mediante il reforming di gas naturale, e il ferro privo di carbonio richiederebbe un’elettrolisi dell’acqua su vasta scala che ancora non esiste, con l’impiego di energie rinnovabili. Per ottenere un taglio del 40 per cento nella dipendenza odierna dal carbonio, entro il 2030 dovremmo fondere più di mezzo miliardo di tonnellate di ferro – cioè più della produzione annuale attuale di tutti gli altiforni del mondo esclusa la Cina – usando idrogeno verde invece di coke. Quante possibilità ci sono che ciò avvenga?” Capite che bel trucco? E senza fare ulteriori conti ci sarebbe da chiedersi: se venissero davvero prodotte i 480 milioni di auto elettriche nel 2030, e queste assorbissero tutto il rame disponibile, gli altri elementi, per le restanti ma indispensabili tecnologie green, dove li prenderemmo?

Per non parlare – perché ci vorrebbe un saggio a sé – ricordare le questioni geopolitiche. Cioè, chi ha la maggior parte dei minerali utili e delle terre rare. La Cina, ovvio. Ormai lo sanno anche i bambini, ma non i politici, che la Cina è il più grande produttore di metalli utilizzati nel solare fotovoltaico e nelle tecnologie eoliche, producendo alluminio, cadmio, gallio, indio, selenio, tellurio e terre rare. Niente male, secondo gli ultimi report, anche l’influenza che la Cina ha sul mercato del cobalto e del litio per batterie. L’influenza è così massiccia, che quando qualche altro continente, come l’Australia, si mette in mezzo e diventa un grande produttore di litio, la Cina se lo fa spedire direttamente a casa, per elaborarlo. Oppure attraverso la sua Tianqi Lithium Corp acquista la Greenbushes, la più grande miniera di litio e prende il controllo della maggioranza. Così come accade con quei materiali estratti in Africa, ma che vengono esportati in Cina per la raffinazione. Peccato, dunque, parlare di arcobaleno, senza mai porci il problema della miniera. La miniera del resto ci aiuterebbe a stare sul piano di realtà: un’economia è debole quando ha un debito alto (noi 3000 miliardi di buffi) e non è autosufficiente dal punto di vista energetico (e anche questo ci riguarda).

Magari uno pensa: aridatece il carbone vegetale, era così bello quando si bruciavano le foreste, tanto quelle sono risorse sostenibili, le bruci e quelle ricrescono. Ma no, al contrario, a parte che con quella energia a stento, nel mondo, campavano un miliardo di persone (con l’85 per cento di poveri e analfabeti), ma l’innovazione è di fondamentale importanza. Se stiamo su questa terra tocca impegnarci a trovare soluzioni migliori di quelle trovate da nostri avi, visto che viviamo in una incessante tensione: sogniamo, realizziamo i sogni, e spesso all’orizzonte, per colpa dei sogni realizzati, si profila un incubo, tocca di nuovo sognare e prospettare nuove soluzioni. Quindi niente carbone vegetale, ma vale la pena ripetere allo sfinimento che l’energia si abbevera di materiali e questi materiali vanno estratti. Non possiamo, per amore di patria, continuare a dar retta a politici specialisti negli slogan, che sognano marxianamente di cambiare il mondo, ma sono reticenti nello spiegare come funziona il mondo. Se manca questa parte della storia, poi non cambia niente, tranne i like sui loro social, nonché il posizionamento – per carità, aspetto fondamentale, ma che non muove il destino dell’Italia.

Bisogna affrontare il buio della miniera. Una pratica, quella estrattiva, che nell’ultimo secolo ha cambiato il mondo: pensate al carbone spalato dai poveri minatori italiani che è servito ad accendere le rudimentali centrali a carbone, con le quale abbiamo elettrificato l’Italia, consentendo a tanti di studiare senza il lume di candela, agli elettrodomestici di funzionare, alla lavatrice di girare e dunque a togliere il peso del bucato a una generazione di donne che col tempo libero ha finalmente pensato alle proprie passioni. Ma la miniera ha causato danni gravissimi che probabilmente saranno irreversibili. A parte l’inquinamento da fossili, che ci resterà sul groppone per un altro secolo (ammesso che facciamo le cose giuste), l’Ocse ha calcolato nove fattori di impatto ambientale di cui l’estrazione mineraria dei metalli è responsabile. Li elenco: acidificazione, cambiamento climatico, domanda energetica cumulativa, eutrofizzazione, ecotossicità in ambiente acquatico (acqua dolce), ecotossicità dei suoli, ossidazione fotochimica, uso del suolo e tossicità umana. Per estrarre sono stati distrutti gli habitat e la biodiversità, contaminando e impoverendo l’acqua dei corpi idrici e privando, cosa non da poco, le comunità della terra quale loro mezzo di sussistenza. Poi bisognerebbe aggiungere il grandissimo numero di persone morte (il Sindacato Nazionale dei Minatori stima che 46 mila persone abbiano perso la vita dall’inizio del secolo nelle miniere d’oro del Sud Africa), tra cui bambini.

Il buio della miniera non stimola nessuno ad andarci, non le persone che bloccano le strade, né i nuovi ingegneri. Eppure, ce ne fossero di nuovi esperti. Avremmo bisogno non certo di santoni e intellettuali dediti all’oroscopo su giornali progressisti, oppure di umanisti, frequentatori di fiere che, come i religiosi, sono concentrati solo a interpretare all’infinito testi di narrativa ottocentesca. Avremmo bisogno di un sapere tecnico-scientifico di base, l’amor che move il sole e l’altre stelle. Altrimenti le applicazioni specifiche e le innovazioni non arrivano. Abbiamo bisogno di una nuova generazione di scienziati e ricercatori. I chimici, gli ingegneri, i geologi, gli intellettuali dovranno, con uno sforzo senza pari, affrontare il buio della miniera. Cercare e inventare nuove modalità di estrazione, stoccaggio e conversione dell’energia, che vanno dalla produzione di idrogeno verde (un gas oggi prodotto esclusivamente dal reforming dei combustibili fossili, del gas naturale e, in misura inferiore, del carbone), allo stoccaggio di elettricità ad alta densità energetica su vasta scala. Quest’ultima è una necessità particolarmente urgente, in quanto la transizione energetica in atto verso l’elettricità carbon free (in cui prevalgono i sistemi a concentrazione eolica, fotovoltaica e solare) e i carburanti carbon free (idrogeno, ammoniaca, carburanti sintetici derivanti dalla cattura del carbonio) trarrebbero grande beneficio da modalità più nuove ed efficienti di stoccaggio dell’elettricità su vasta scala. E’ uno sforzo grande, un impegno collettivo. Come scrive spesso Vaclav Smil sarà la convenienza di una risorsa a spingerci a usarla, le transizioni energetiche funzionano così, altrimenti resta tutto teorico, e teorizzando non ci avvediamo della serietà di alcuni problemi: “Se ottenessimo – scrive Smil – batterie con una densità energetica di un ordine di grandezza superiore alle migliori batterie al litio di oggi, la loro densità energetica sarebbe comunque pari a meno di un quarto della densità energetica dei carburanti liquidi raffinati (benzina, cherosene, diesel) che oggi prevalgono in ogni tipo di trasporti. Peraltro, le nuove batterie ad alta densità energetica dovrebbero anche raggiungere capacità inedite per accumulare energia sufficiente a rifornire le megalopoli nei periodi in cui la produzione eolica e solare non è disponibile (le megalopoli asiatiche su cui spesso si abbattono i tifoni sono un ottimo esempio dell’enorme necessità di stoccaggio)”.

Nella speranza che arrivi la fusione nucleare o che grazie un nuovo strumento di perforazione, il girotrone (un dispositivo che utilizza un cannone elettronico e un campo elettromagnetico per creare un fascio di energia regolabile, grazie al quale, a conti fatti si può tagliare il basalto tholeiitico, a una velocità di quasi 20 metri) la geotermia possa fornire dalle viscere della terra, opportunamente raggiunte, una bella ondata di calore energetico, insomma nella speranza di nuove forme energetiche e di un efficace processo di riciclo dei materiali (anche perché finiscono), dovremmo fare i conti con fallimenti inevitabili, dovuti all’eccezionalità della sfida e alla mancanza di esperienza, ma anche con fallimenti ripetuti e colossali, dovuti alle umane preferenze, priorità, pregiudizi e a un attaccamento irrazionale a certi obiettivi e certe fissazioni, tipo energia per la pace. Ma se ci pensate bene, noi, per nostra natura, non smetteremo di inventare nuovi materiali, prodotti, processi e procedure, dovremo continuare, con maggior inquietudine a ricercare e innovare, ma sempre tenendo conto dell’oscurità della miniera, e combattendo anche contro ogni falsa pretesa di un’accelerazione nel campo delle invenzioni. Tanto sarà guadagnato quando invece degli inviti a convegni con l’arcobaleno che fa da corona, capiremo che le cose umane sono ancora cose minerarie. Da lì si deve partire.