Litio, silicio e rame: un trio strategico per l'energia pulita

SPAGNA - I cosiddetti minerali critici o strategici sono elementi chimici presenti in natura, soggetti a un'elevata domanda, ma la cui offerta è scarsa, a causa del fatto che la quantità disponibile nella crosta geologica del pianeta è molto limitata o a causa di questioni legate alle diverse geopolitiche dei paesi o ai blocchi commerciali.

Litio, silicio e rame sono tre minerali essenziali per la transizione dagli attuali metodi di produzione, distribuzione e consumo di energia basati sui combustibili fossili (gas, petrolio e carbone) ad altri modelli basati sull'elettricità generata da fonti energetiche rinnovabili e meno inquinanti (idrogeno, vento, luce solare e calore terrestre).

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Il gruppo di esperti delle Nazioni Unite sui minerali essenziali per la transizione energetica avverte che "un mondo alimentato da energie rinnovabili sarà privato di minerali essenziali, con una domanda che si prevede quasi triplicherà entro il 2030, man mano che passeremo dai combustibili fossili alle energie rinnovabili per ridurre le emissioni di anidride carbonica".

I TRE SOSTENITORI DELLA SOSTENIBILITÀ ENERGETICA

Secondo Manuel Moral, professore di master in Energie rinnovabili e Transizione energetica presso l'Università Europea (UE), un istituto privato con sede a Madrid, in Spagna, la questione riguardante litio, silicio e rame è se esista una capacità di estrazione e lavorazione sufficiente per questi minerali a soddisfare la crescente domanda globale di energia rinnovabile.

"Piuttosto che un problema di produzione attuale, dobbiamo analizzare le previsioni sulla capacità di soddisfare i consumi futuri, tenendo conto dei giacimenti che sappiamo essere economicamente sostenibili", osserva il professore dell'UE .

"I minerali critici rappresentano uno dei pilastri principali della transizione energetica, ma dobbiamo garantire che la loro estrazione non crei nuovi problemi ambientali o geopolitici", avverte l'esperto.

Per Moral è anche importante tenere presente che le risorse disponibili sono distribuite in modo non uniforme e che per accedervi entrano in gioco politiche geostrategiche a lunghissimo termine.

Secondo Moral, alcune nazioni hanno impiegato decenni per posizionarsi in paesi con minerali essenziali a prezzi competitivi, mentre altre devono sviluppare alleanze e posizionarsi in mercati strategici per accedere a queste materie prime.

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Sottolinea che "le tecnologie di generazione di energia rinnovabile si basano sulla fornitura di energia sotto forma di elettricità, che richiede enormi quantità di rame (generazione e trasmissione di elettricità), silicio (generazione fotovoltaica) e litio (stoccaggio)".

Pertanto, secondo alcuni esperti, "potremmo correre il rischio di passare da un'economia basata su una risorsa finita – l'attuale sistema energetico basato sui combustibili fossili, come petrolio e carbone – a un'altra economia in cui l'energia potrebbe non avere tali limitazioni, ma che, ancora una volta, richiede materiali finiti e ha costi ambientali", riflette.

Inoltre, "da una prospettiva sociale, i siti di estrazione, pur potendo rappresentare centri di occupazione, alimentano la paura dell'inquinamento ambientale che potrebbe in ultima analisi allontanare il turismo o il settore agricolo", sottolinea.

Attualmente sono allo studio vari processi alternativi per l'estrazione mineraria, il recupero e il riciclo di questi tre minerali, nonché altri sistemi, materiali o miglioramenti per generare, trasportare e immagazzinare elettricità con un impatto ambientale inferiore, ma non sono ancora competitivi a livello economico o industrialmente sostenibili, spiega.

Il professore spiega poi l'uso di questi tre elementi, il loro processo di estrazione, il loro impatto ambientale e come potrebbe essere ridotto.

LITIO: ESSENZIALE PER LE BATTERIE

Utilizzo tecnologico. “Questo elemento chimico metallico è alla base delle batterie agli ioni di litio utilizzate nei veicoli elettrici, quindi senza di esso la mobilità di cui il pianeta ha bisogno sarebbe seriamente compromessa”, spiega il professor Manuel Moral.

Processo estrattivo. "La forma di estrazione più comune è nelle miniere a cielo aperto" (operazioni minerarie effettuate sulla superficie terrestre, utilizzando mezzi meccanici, chimici o esplosivi per rimuovere il terreno che ricopre o circonda la formazione geologica che costituisce il giacimento minerale).

Impatto ambientale. "Il processo di estrazione presenta problematiche ambientali sia locali, come l'impatto visivo o la distruzione del paesaggio e del territorio, sia estese, come la potenziale contaminazione delle falde acquifere o l'impatto sull'avifauna", sottolinea.

Alternative all'estrazione attuale. "Per risolvere i problemi causati dalla dipendenza dal litio, stiamo studiando sistemi di accumulo elettrico basati su altri materiali più facili da estrarre, con un impatto ambientale inferiore e/o costi inferiori, come le batterie al sodio, e che utilizzano altri vettori energetici, come l'accumulo di energia sotto forma di idrogeno", spiega Moral a EFE.

Sono allo studio anche sistemi per l'estrazione diretta della salamoia, l'estrazione selettiva della salamoia, l'estrazione geotermica della salamoia e l'estrazione di acqua di mare e argilla, nonché il recupero del litio dalle celle delle batterie che hanno raggiunto la loro vita utile, spiega.

SILICIO: CHIAVE NEI PANNELLI SOLARI

Utilizzo tecnologico. "Questo elemento chimico metalloide costituisce il materiale di base per la maggior parte dei pannelli solari fotovoltaici, rendendolo il protagonista di una tecnologia che è già leader nella generazione di energia rinnovabile a livello globale", secondo Moral.

Processo di estrazione. "Il primo passo per ottenere e purificare il silicio è l'estrazione e l'estrazione della quarzite, un composto che contiene questo minerale essenziale. La quarzite viene poi fusa a temperature estremamente elevate per ottenere silicio di grado metallurgico attraverso un processo chimico", spiega.

Questo silicio di grado metallurgico viene poi sottoposto a varie purificazioni e trattamenti per ottenere forme del minerale che consentono una maggiore efficienza nel processo fotovoltaico (utilizzato dai pannelli solari), sottolinea.

Impatto ambientale. "La difficoltà principale è che si consuma molta energia nei processi di estrazione del silicio dai minerali di cui è composto, così come nella sua purificazione e nella produzione di wafer di silicio utilizzati nelle celle fotovoltaiche", secondo il professor Manuel Moral.

Alternative all'estrazione attuale. Il professor Moral spiega che "si stanno sviluppando tecnologie che aumentano l'efficienza delle celle fotovoltaiche" e che "ad esempio, se questa efficienza potesse essere raddoppiata, il consumo energetico necessario per produrre un dato numero di celle fotovoltaiche potrebbe essere ridotto della metà".

RAME: RETI ELETTRICHE EFFICIENTI

Utilizzo tecnologico. "Grazie alla sua eccellente conduttività, questo metallo è essenziale per realizzare reti elettriche più efficienti", osserva il professore dell'UE.

Processo di estrazione. L'estrazione del rame consiste nell'ottenere questo metallo dai minerali presenti nella crosta terrestre utilizzando due metodi principali: l'estrazione a cielo aperto o l'estrazione sotterranea, a seconda della posizione e della concentrazione del giacimento, spiega.

Il minerale da cui verrà estratto il rame viene poi sottoposto a vari processi fino all'ottenimento dei lingotti di rame.

Impatto ambientale. "Gli impatti dell'estrazione del rame sono intrinseci ai processi utilizzati per estrarlo dalla Terra, sia tramite miniere a cielo aperto che sotterranee, e spaziano dall'impatto visivo sull'ambiente naturale ai potenziali impatti sull'ambiente acquatico, sulle falde acquifere e ai rischi di fuoriuscite di sostanze chimiche, tra gli altri", spiega.

Alternative all'attività estrattiva attuale. "Si stanno studiando alcuni miglioramenti ai sistemi attuali, come misure per ridurre il consumo energetico per tonnellata estratta o per evitare le emissioni di CO2, e per il ripristino ambientale dei siti di estrazione mineraria una volta esaurito il giacimento, riportando l'habitat naturale allo stato precedente all'attività estrattiva", osserva.

Si sta inoltre studiando la "riduzione dell'uso di alcuni composti chimici dannosi per l'ambiente utilizzati durante l'estrazione, la selezione, la purificazione e la raffinazione del rame, nonché l'aumento del riciclaggio di questo metallo per ridurre la necessità di attività estrattive", conclude il professor Manuel Moral.

PUNTI SALIENTI :

- Secondo le Nazioni Unite, il trio litio, silicio e rame è considerato fondamentale o strategico per la transizione verso fonti di energia più pulite e rinnovabili, perché è essenziale per la produzione di veicoli elettrici, turbine eoliche, pannelli solari e batterie per l'accumulo di elettricità.

- Il ruolo di questi minerali strategici è fondamentale nella transizione verso un'energia più pulita, ma la crescita esponenziale della loro domanda, nonché della loro disponibilità e dei rischi ambientali e sociali associati alla loro estrazione, sollevano dubbi su questa soluzione, secondo l'Università Europea (UE).

"Il litio è la base delle batterie utilizzate nei veicoli elettrici; il silicio è il materiale di base per la maggior parte dei pannelli solari fotovoltaici; e il rame è essenziale per realizzare reti elettriche più efficienti", afferma Manuel Moral, professore del Master in Transizione Energetica dell'UE.

Di Ricardo Segura Rapporti EFE.