Le turbine eoliche sono una delle fonti di energia rinnovabile più diffuse e promettenti al mondo, e secondo l’International Energy Agency (IEA), la capacità eolica globale è aumentata del 18% nel 2023, raggiungendo i 743 gigawatt (GW), e si prevede che raggiungerà i 1.200 GW entro il 2025.
L’energia eolica offre numerosi vantaggi rispetto ai combustibili fossili, come la riduzione delle emissioni di gas serra, la diversificazione dell’approvvigionamento energetico, la creazione di posti di lavoro e lo sviluppo locale.
Tuttavia, le turbine eoliche non sono prive di sfide e impatti ambientali, e una di queste sfide riguarda l’uso di elementi delle terre rare, un gruppo di 17 metalli che sono essenziali per la produzione di magneti permanenti, che sono a loro volta fondamentali per il funzionamento dei generatori eolici. Gli elementi delle terre rare sono molto richiesti in vari settori, come l’elettronica, le telecomunicazioni, la difesa, la medicina e le energie rinnovabili, nonostante ciò la loro estrazione, lavorazione e smaltimento comportano gravi problemi ambientali, sociali ed economici.
Cosa sono gli elementi delle terre rare e perché sono importanti per le turbine eoliche?
Come accennato, questi elementi sono una serie di 17 metalli che si trovano nella tavola periodica, ovvero il lantanio, il cerio, il praseodimio, il neodimio, il promezio, il samario, l’europio, il gadolinio, il terbio, il disprosio, l’olmio, l’erbio, il tulio, l’itterbio, il lutezio, lo scandio e l’ittrio. Nonostante il nome, questi elementi non sono così rari in natura, ma sono difficili da separare e purificare a causa della loro somiglianza chimica e della loro dispersione geografica.
Oltre a quanto precedentemente detto, la maggior parte delle riserve note di elementi delle terre rare si trovano in pochi paesi, principalmente in Cina, che controlla circa il 70% della produzione mondiale.
Gli elementi delle terre rare hanno proprietà magnetiche, ottiche, elettriche e catalitiche uniche, che li rendono indispensabili per la realizzazione di dispositivi ad alta tecnologia, come smartphone, computer, schermi, batterie, veicoli elettrici, missili, satelliti, laser, scanner medici e, ovviamente, turbine eoliche.
In particolare, gli elementi delle terre rare come il neodimio e il samario sono usati per produrre magneti permanenti, che sono i magneti più potenti che esistano e che non richiedono alcuna fonte di energia esterna per mantenere il loro campo magnetico. Questi magneti sono utilizzati nei generatori eolici a magnete permanente (PMG), che sono una delle tecnologie più efficienti e affidabili per convertire l’energia cinetica del vento in elettricità.
I PMG hanno diversi vantaggi rispetto ai generatori tradizionali a induzione elettromagnetica, che richiedono una corrente elettrica per creare il campo magnetico, inoltre hanno una maggiore efficienza, una minore manutenzione, una maggiore durata, una minore rumorosità, una maggiore compattezza e una minore dipendenza dalla velocità del vento.
In aggiunta, i PMG consentono di ridurre il peso e le dimensioni delle turbine eoliche, il che è particolarmente importante per le applicazioni offshore, dove le condizioni ambientali sono più difficili e i costi di installazione e trasporto sono più elevati.
Secondo uno studio del 2022 dell’IEA, la quota di mercato dei PMG nelle turbine eoliche è aumentata dal 4% nel 2009 al 30% nel 2018, e si prevede che raggiungerà il 50% entro il 2025. Questo significa che la domanda di elementi delle terre rare per le turbine eoliche è destinata a crescere in modo significativo nei prossimi anni. Si stima che una turbina eolica da 3 megawatt (MW) richieda circa 600 chilogrammi di magneti permanenti, che a loro volta contengono circa 150 chilogrammi di elementi delle terre rare. Considerando che la capacità eolica globale dovrebbe raggiungere i 1.200 GW entro il 2025, il consumo di elementi delle terre rare per le turbine eoliche potrebbe superare le 60.000 tonnellate all’anno.
Quali sono i problemi ambientali, sociali ed economici legati agli elementi delle terre rare?
Nonostante i benefici che gli elementi delle terre rare offrono alle turbine eoliche e ad altre tecnologie verdi, il loro ciclo di vita presenta numerosi problemi e sfide, per di più questi problemi riguardano principalmente tre aspetti: l’estrazione, la lavorazione e lo smaltimento.
L’estrazione richiede grandi quantità di energia, acqua e prodotti chimici, che possono causare inquinamento dell’aria, dell’acqua e del suolo, perdita di biodiversità, erosione, deforestazione e cambiamenti climatici, per di più l’estrazione è spesso associata a violazioni dei diritti umani, come il lavoro forzato, il lavoro infantile, la corruzione, i conflitti armati e le violenze.
Questi problemi sono particolarmente gravi in Cina, dove la maggior parte delle miniere di elementi delle terre rare si trovano in aree rurali e remote, con scarsa regolamentazione e controllo ambientale e sociale.
La lavorazione è un processo complesso e costoso, che richiede diverse fasi di separazione, purificazione e raffinazione, con questo processo che genera grandi quantità di rifiuti solidi, liquidi e gassosi, che contengono sostanze tossiche e radioattive, come acidi, solventi, metalli pesanti, torio e uranio. Questi rifiuti possono contaminare l’ambiente e la salute delle persone, se non sono adeguatamente gestiti e smaltiti.
Anche in questo caso, la Cina è il paese che affronta i maggiori problemi, a causa della sua predominanza nella produzione di elementi delle terre rare e della sua mancanza di standard e normative ambientali.
Lo smaltimento è un altro problema che richiede attenzione e innovazione. Attualmente, il tasso di riciclaggio degli elementi delle terre rare è molto basso, inferiore all’1% a livello globale, questo significa che la maggior parte degli elementi delle terre rare finisce nelle discariche o negli inceneritori, dove possono causare ulteriori danni ambientali e sanitari.
Inoltre, lo smaltimento degli elementi delle terre rare comporta uno spreco di risorse preziose e limitate, che potrebbero essere riutilizzate e ridurre la dipendenza dalle importazioni, tra l’altro il riciclaggio è ostacolato da vari fattori, come la mancanza di incentivi economici, la complessità tecnica, la scarsa raccolta e tracciabilità, la bassa consapevolezza e la frammentazione del mercato.
Quali sono le possibili soluzioni per rendere le turbine eoliche più verdi e sostenibili?
Per affrontare i problemi legati agli elementi delle terre rare e migliorare la sostenibilità delle turbine eoliche, sono necessarie diverse azioni e strategie, che coinvolgono diversi attori e livelli, ed alcune di queste soluzioni sono:
- ridurre la domanda attraverso l’innovazione tecnologica. Una possibile soluzione è sviluppare e adottare tecnologie alternative che riducano o eliminino l’uso di elementi delle terre rare nei generatori eolici, ad esempio, si potrebbero usare magneti sintetici, magneti ibridi, magneti a base di ferro, magneti superconduttori o generatori senza magneti.
Queste tecnologie potrebbero offrire vantaggi in termini di prestazioni, costi, disponibilità e impatto ambientale, tuttavia richiedono anche ulteriori ricerche, sviluppo e test per dimostrare la loro fattibilità e scalabilità; - aumentare l’offerta attraverso la diversificazione delle fonti e dei fornitori. Un’altra possibile soluzione è ampliare e diversificare le fonti e i fornitori di elementi delle terre rare, al fine di ridurre la dipendenza dalla Cina e aumentare la sicurezza e la resilienza dell’approvvigionamento.
Questo potrebbe implicare l’esplorazione e lo sfruttamento di nuove miniere di elementi delle terre rare in altri paesi, come l’Australia, il Brasile, il Canada, l’India, il Kazakistan, il Sudafrica e gli Stati Uniti, e potrebbe anche implicare il recupero di elementi delle terre rare da altre fonti secondarie, come le scorie metallurgiche, i fanghi rossi, le ceneri volanti, i rifiuti elettronici, le batterie esauste e i fondali marini.
Queste fonti potrebbero rappresentare una risorsa potenzialmente abbondante ed economica di elementi delle terre rare, ma richiedono anche lo sviluppo di tecnologie e processi adeguati per il loro recupero e raffinazione;
- migliorare l’efficienza e la sostenibilità del ciclo di vita degli elementi delle terre rare attraverso la cooperazione e la regolamentazione. Una terza possibile soluzione è migliorare l’efficienza e la sostenibilità del ciclo di vita degli elementi delle terre rare, dal momento della loro estrazione fino al loro smaltimento.
Questo potrebbe richiedere una maggiore cooperazione e coordinamento tra i diversi attori coinvolti nella catena del valore degli elementi delle terre rare, come i produttori, i consumatori, i riciclatori, i governi, le organizzazioni internazionali e la società civile, inoltre potrebbe richiedere l’adozione e l’attuazione di standard e normative ambientali, sociali ed economiche per garantire una gestione responsabile e trasparente degli elementi delle terre rare, nonché per prevenire e risolvere eventuali conflitti e dispute.
Oltre a tutto ciò, potrebbe essere necessario promuovere la sensibilizzazione e l’istruzione degli stakeholder e del pubblico sui problemi e le soluzioni legati agli elementi delle terre rare, al fine di stimolare la domanda e l’offerta di prodotti e servizi più verdi e sostenibili.
Le turbine eoliche sono una fonte di energia rinnovabile che offre numerosi vantaggi per l’ambiente, la società e l’economia, malgrado ciò richiedono anche l’uso di elementi che sono metalli essenziali per la produzione di magneti permanenti, che sono a loro volta fondamentali per il funzionamento dei generatori eolici, ma dannosi per l’ambiente.
Questi elementi presentano diversi problemi e sfide, che riguardano la loro estrazione, lavorazione e smaltimento, e che hanno implicazioni ambientali, sociali ed economiche. Per rendere le turbine eoliche più verdi e sostenibili, sono necessarie diverse soluzioni, che coinvolgono l’innovazione tecnologica, la diversificazione delle fonti e dei fornitori, la cooperazione e la regolamentazione. Queste soluzioni potrebbero contribuire a ridurre la domanda, aumentare l’offerta, migliorare l’efficienza e la sostenibilità del ciclo di vita degli elementi delle terre rare, e quindi a promuovere una transizione energetica più pulita e resiliente.
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