Energia solare: la fonte energetica sempre più economica #finsubito prestito immediato

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Articolo pubblicato su The Economist

Una cella fotovoltaica è un dispositivo molto semplice: un quadrato di silicio, generalmente di 182 millimetri per lato e spesso circa un quinto di millimetro, con sottili fili sulla parte anteriore e un contatto elettrico sul retro. Se esposto alla luce, si genera un potenziale elettrico, ovvero una tensione, attraverso il silicio: da qui il termine “fotovoltaico” o PV. Collegando un circuito tra la parte anteriore e quella posteriore, alla luce diretta del sole, quel potenziale può fornire circa sette watt di energia elettrica.

Quest’anno, il mondo produrrà circa 70 miliardi di queste celle solari, la maggior parte delle quali realizzate in Cina. Verranno incastonate tra lastre di vetro per creare ciò che l’industria chiama moduli, ma che la maggior parte delle persone chiama pannelli: da 60 a 72 celle per modulo, tipicamente, per i pannelli che finiscono sui tetti residenziali, e anche di più per quelli destinati agli impianti commerciali. Questi pannelli forniranno energia alle case, alle comunità elettriche locali, a impianti industriali specifici e a grandi reti elettriche; saranno silenziosi sui tetti, affascinanti sopra le scuole rurali, controversi nei deserti incontaminati, e comuni sui balconi dei condomini e in quasi ogni altro ambiente immaginabile.

Una volta installati, questi pannelli rimarranno operativi per decenni, senza emettere rumore, fumi, senza consumare risorse e senza costare quasi nulla, generando energia. È la rivoluzione più discreta che si possa immaginare. Ma pur sempre una rivoluzione.

Nel 2023, le celle solari del mondo, distribuite su pannelli che coprono attualmente meno di 10.000 chilometri quadrati, hanno generato circa 1.600 terawattora di energia (un terawatt, o 1 TW, corrisponde a un trilione di watt). Questo ha rappresentato circa il 6% dell’elettricità mondiale e poco più dell’1% del consumo energetico primario globale. Sebbene quest’ultima cifra sembri marginale, appare meno irrilevante se si considera che i combustibili fossili, che forniscono la maggior parte dell’energia primaria, sono molto meno efficienti. Più della metà dell’energia contenuta in carbone e petrolio viene persa come calore di scarto, piuttosto che convertita in elettricità o movimento.

Questa straordinaria crescita si basa su tre fattori semplici. Quando un’industria aumenta la produzione di un bene, riesce a produrlo a un prezzo inferiore. Quando i prezzi diminuiscono, la domanda aumenta. E con l’aumento della domanda, si produce di più. Nel caso dell’energia solare, la domanda è stata inizialmente sostenuta da sussidi concessi nei primi anni del XXI secolo, mantenuti abbastanza a lungo da far notare il calo dei prezzi, diventati poi prevedibili. Questo ciclo di feedback positivo ha avviato una crescita esponenziale su scala globale.

Ciò che rende rivoluzionaria l’energia solare è proprio questo tasso di crescita. Michael Liebreich, un esperto di tecnologie ed economia dell’energia pulita, spiega così la rapidità: nel 2004, il mondo ha impiegato un anno per installare un gigawatt di capacità solare (1 GW è un miliardo di watt, un millesimo di terawatt); nel 2010 ci è voluto un mese; nel 2016, una settimana. Nel 2023, ci sono stati giorni in cui è stato installato un gigawatt in un solo giorno. Nel 2024, secondo Bloomberg NEF, si prevede l’installazione di 520-655 GW di capacità: fino a due “2004” al giorno.

Questa crescita straordinaria è sostenuta dai tre fattori già citati. Quando la produzione di un bene aumenta, il suo costo cala. Questo rende i prodotti più accessibili, incrementando ulteriormente la domanda, e stimola un aumento della produzione. Nel caso del solare, il ciclo di crescita è stato favorito inizialmente dai sussidi, ma poi sostenuto dal calo dei costi e dall’efficienza tecnologica.

E non sembra fermarsi, né rallentare. L’acquisto e l’installazione di pannelli solari è attualmente la più grande categoria di investimenti nella produzione di energia elettrica, secondo l’Agenzia Internazionale per l’Energia (IEA): si prevede che nel 2024 saranno investiti 500 miliardi di dollari, una cifra non molto distante dalla somma spesa nel settore petrolifero e del gas. La capacità installata raddoppia ogni tre anni. Secondo l’International Solar Energy Society, l’energia solare genererà più elettricità di tutte le centrali nucleari mondiali entro il 2026, supererà le turbine eoliche nel 2027, le dighe idroelettriche nel 2028, le centrali a gas nel 2030 e quelle a carbone nel 2032. In uno scenario dell’IEA che prevede emissioni nette di CO2 pari a zero entro la metà del secolo, l’energia solare diventerà la principale fonte di energia primaria del pianeta entro il 2040.

La crescita dell’energia solare non dipende esclusivamente dagli sforzi per contrastare i cambiamenti climatici. Se continuerà a diventare più economica, crescerà anche se carbone e petrolio saranno ancora utilizzati. In uno studio pubblicato nel 2022, Rupert Way dell’Università di Oxford e colleghi hanno cercato di prevedere cosa accadrebbe se i costi del solare e di altre tecnologie innovative continuassero a scendere con l’aumento dell’utilizzo. Nel loro scenario di “transizione rapida”, hanno scoperto che entro il 2070 il mondo potrebbe ottenere più energia utile dalle celle solari di quanta ne abbia prodotta da tutte le fonti energetiche insieme lo scorso anno.

Aspettarsi che una crescita esponenziale continui indefinitamente non è però una base solida per previsioni. A un certo punto, sia la domanda che l’offerta incontrano limiti inevitabili, trasformando un grafico di crescita da esponenziale in una curva a S. Ci sono molti potenziali ostacoli: produttori in fallimento, parchi solari non connessi alle reti, reti instabili alimentate prevalentemente dal solare, o reti talmente sature di energia solare da non attrarre più investimenti.

Tutti questi sono problemi reali. Ma negli ultimi 20 anni, la crescita del solare ha regolarmente superato previsioni conservative. Nel 2009, quando la capacità solare installata nel mondo era di 23 GW, l’IEA aveva previsto che entro il 2030 sarebbe arrivata a 244 GW. Quella soglia è stata raggiunta nel 2016, in soli sei anni. Secondo Nat Bullard, durante gran parte degli anni 2010, le installazioni solari hanno superato del 235% le previsioni quinquennali dell’IEA. Persino le previsioni di gruppi ambientalisti, spesso criticate per ottimismo eccessivo, si sono rivelate modeste: Greenpeace aveva stimato 921 GW di capacità solare entro il 2030, ma il mondo ha già superato i 1.400 GW lo scorso anno.

Questa performance indica che l’energia solare è diversa dalle altre fonti energetiche. La storia dimostra lo stesso. Dal 1800 al 2020, l’energia prodotta dal carbone è aumentata di circa 400 volte, ma il costo del carbone, tenuto conto dell’inflazione, è rimasto stabile. Lo stesso si può dire del petrolio e, più recentemente, del gas naturale. L’uso di questi combustibili ha sostenuto la crescita economica, ma i loro costi in termini reali non sono cambiati.

Dagli anni ’60, il costo livellato dell’energia solare, ovvero il costo necessario per recuperare un investimento, è sceso di un fattore di oltre 1.000, e la tendenza continua. Ora che il solare rappresenta una parte significativa dell’energia mondiale, il calo dei costi continuerà a ridurre il prezzo dell’energia in molte applicazioni. Questo porterà innovazioni che cambieranno intere industrie e ne creeranno di nuove.

Le prime macchine a vapore di Boulton e Watt non venivano prodotte interamente in-house: i cilindri venivano fusi nella fonderia di John Wilkinson, mentre la fabbrica di Boulton forniva accessori e supervisionava l’assemblaggio. Oggi, le fonderie di silicio in Cina offrono qualcosa di simile, fornendo al mondo il materiale necessario per generare potenza. Riscaldano sabbia di quarzo a 1.900 °C in forni ad arco elettrico con un po’ di carbonio, creando “polisilicio” fuso e pronto per l’uso in pannelli solari, il tutto con tecnologie molto meno complesse rispetto ad altre fonti di energia.

I membri del partito dei Verdi nella coalizione tedesca, che avviarono i grandi sussidi per stimolare la domanda nei primi anni 2000, apprezzavano la decentralizzazione offerta dall’energia solare; i socialdemocratici, invece, vedevano in essa l’opportunità di sviluppare una nuova industria manifatturiera. Entrambe le parti consideravano i pannelli solari uno strumento per decarbonizzare l’economia, ma non li vedevano necessariamente come una soluzione particolarmente potente. I pannelli offrivano una forma di energia sostenibile che avrebbe funzionato solo se le persone avessero ridotto radicalmente i loro consumi.

Ci è voluto del tempo affinché chi guidava la transizione energetica comprendesse che l’energia solare poteva diventare molto di più. Quando Adair Turner, influente tecnocrate, divenne il primo presidente del Comitato britannico per il Cambiamento Climatico, un ente incaricato dal parlamento di tracciare il percorso verso le emissioni nette pari a zero, l’energia solare non occupava un posto centrale nei suoi piani. “Non avevamo previsto che i costi del solare sarebbero scesi così tanto”, afferma. “Nel 2008 pensavamo che i costi di capitale sarebbero scesi del 19% entro il 2020. In realtà, entro il 2020 erano diminuiti del 95%.” Nel rapporto del 2014 che preparava l’agenda per l’Accordo di Parigi del 2015, l’Intergovernmental Panel on Climate Change attribuiva molta più importanza alla cattura del carbonio dagli impianti a combustibili fossili e alla biomassa rispetto al fotovoltaico.

Da allora, però, l’energia solare si è dimostrata la migliore opzione. Nel 2015, Bloomberg NEF stimava che il costo livellato dell’elettricità (LCOE) per l’energia solare, su scala globale, fosse di 122 dollari per MWh, quasi il 50% in più rispetto all’LCOE dell’eolico terrestre, che all’epoca era di 83 dollari. L’LCOE del carbone in regioni senza prezzi sul carbonio era allora di 50-75 dollari. Oggi, sia l’energia solare che quella eolica terrestre si attestano intorno ai 40 dollari, mentre il carbone rimane agli stessi livelli di allora.

Non solo i pannelli solari sono diventati più economici rispetto all’energia eolica, ma lo hanno fatto senza essere troppo invasivi. Migliorare l’efficienza dell’energia eolica richiede di costruire turbine sempre più grandi e alte, mentre i pannelli solari, essendo bidimensionali, sono molto meno visibili da lontano e possono essere facilmente trasportati: 300 pannelli possono essere inseriti in un container standard. Sebbene alcune persone siano contrariate dalla presenza di pannelli solari in aree rurali, in generale, essi godono di un elevato consenso sociale, maggiore rispetto a qualsiasi altra forma di generazione di energia, sia essa rinnovabile, fossile o nucleare.

Energia economica, abbondante, accettabile e priva di emissioni durante la generazione; sembrerebbe che la crisi climatica sia risolta. Ma c’è un problema, o meglio due. I consumatori vogliono poter accedere all’energia anche di notte, e le reti funzionano in base a un “ordine di merito”, in cui l’energia viene pagata al prezzo necessario per attrarre il fornitore marginale. Quando c’è molta energia solare in rete, i prezzi a metà giornata possono scendere a zero o persino sotto. Negli ultimi mesi, reti ricche di energia solare come quelle di Spagna, Portogallo, Germania, Francia, California e Texas hanno tutte sperimentato prezzi dell’elettricità negativi. Con l’aumentare della produzione solare, altri mercati potrebbero trovarsi nella stessa situazione, limitando i potenziali profitti di ulteriori investimenti solari.

Esistono però modi per superare questi limiti, come le connessioni a lunga distanza, lo stoccaggio (soprattutto tramite batterie), l’aumento della domanda e l’innovazione che i prezzi bassi solitamente stimolano. Le connessioni a lunga distanza consentono ai luoghi soleggiati di alimentare quelli meno luminosi. Per esempio, l’Inghilterra potrebbe essere alimentata dai pannelli solari in Marocco, e il New England potrebbe ricevere energia dai pomeriggi del Nevada. Anche se la realizzazione di queste infrastrutture richiede tempo e denaro, quando l’energia è abbondante e conveniente, le connessioni diventano sensate.

Le batterie permettono di spostare l’elettricità nel tempo invece che nello spazio: l’energia generata a mezzogiorno, quando i prezzi sono bassi, può essere venduta quando il sole tramonta e i prezzi salgono. Come le celle solari, le batterie possono essere prodotte su larga scala, e la Cina ne sta accelerando lo sviluppo. Secondo il Rocky Mountain Institute, il costo dell’accumulo tramite batterie è sceso del 99% negli ultimi 30 anni.

Le batterie aumentano la domanda di pannelli solari. In California, ad esempio, i prezzi negativi per l’energia solare si sono verificati per la prima volta nel 2017, quando erano installati circa 19 GW di solare. Da allora, la capacità solare è più che raddoppiata, anche grazie ai 10 GW di capacità di stoccaggio tramite batterie. Recentemente, le batterie sono diventate la più grande fonte di energia della rete californiana durante le ore serali. In Texas, nel 2023, gli operatori di batterie hanno generato ricavi per 532 milioni di dollari.

È possibile che le batterie rivoluzionino la gestione dell’energia elettrica, permettendo di spostarla sia nello spazio che nel tempo. Secondo il Lawrence Berkeley National Laboratory, ci sono 2,6 TW di capacità di generazione e stoccaggio in attesa di connessione alla rete negli Stati Uniti, inclusi 1 TW di energia solare.

Un’altra innovazione interessante riguarda il progetto SunTrain, in cui l’azienda Planetary Technologies, guidata dal dott. Carlson, ha investito. Questo progetto prevede l’utilizzo di fattorie solari situate vicino a linee ferroviarie per caricare batterie integrate nei vagoni merci. Un treno da 100 vagoni potrebbe fornire 3 GWh di energia. Invece di costruire costose linee di trasmissione, SunTrain propone di trasportare energia con pochi treni al giorno.

Per i mercati più tradizionali, l’espansione solare su larga scala si sta verificando principalmente nel Sud del mondo, dove ci sono ampi spazi disponibili, maggior accesso al sole e una crescente domanda energetica. In India, Adani Green Energy ha ottenuto i diritti per costruire parchi solari in Gujarat e Rajasthan, ciascuno dei quali potrebbe produrre fino a 30 GW di energia solare. Questa espansione è guidata da due fattori: la sicurezza energetica e le finanze nazionali. L’India vuole ridurre la sua dipendenza da gas e petrolio importati, che contribuiscono al deficit delle partite correnti. Tuttavia, la transizione solare dell’India non si basa solo sulla decarbonizzazione, ma anche sulla necessità di più energia da fonti diversificate.

Nel frattempo, nei paesi a medio reddito, l’energia solare potrebbe aumentare la capacità complessiva, sostituendo in parte il carbone e altre fonti di energia pulita o costosa, ma non eliminando completamente le centrali a carbone esistenti. È plausibile immaginare un futuro in cui paesi alimentati principalmente da energia solare e carbone coesistano.

In Africa, dove il consumo di elettricità pro capite è il più basso al mondo, l’energia solare potrebbe avere un impatto decisivo. Le piccole reti solari off-grid sono già diffuse, e in molti casi, l’energia solare con batterie potrebbe sostituire i generatori diesel, che sono molto più costosi.

Il costo in calo dell’energia solare stimolerà l’innovazione anche in altri settori, come l’idrogeno verde, prodotto tramite elettrolizzatori alimentati da energie rinnovabili. L’azienda Terraform Industries sta esplorando nuovi approcci per ridurre i costi di produzione dell’idrogeno, utilizzando elettrolizzatori più semplici ed economici alimentati direttamente dai pannelli solari.

Infine, un calo drastico del costo dell’energia globale potrebbe aprire nuove possibilità di innovazione in settori come la ventilazione degli edifici o la rimozione di CO₂ dall’atmosfera. Se l’energia diventa realmente abbondante e accessibile, il potenziale per nuove applicazioni diventerà immenso.