L’obiettivo di decarbonizzare entro il 2050 il sistema energetico dei singoli paesi e mondiale comporterà un aumento vertiginoso degli impianti fotovoltaici ed eolici, perché con le rinnovabili non bisognerà solamente fare fronte alla attuale domanda di energia elettrica, ma bisognerà aggiungere anche quella causata da altri quattro fattori. Primo, il passaggio, nei paesi a clima temperato, dalle caldaie a gas alle pompe di calore per il riscaldamento e la produzione di acqua calda. Secondo, la sostituzione dei veicoli a combustione interna con quelli elettrici. Terzo, l’elettrificazione di tutti i processi industriali, oggi basati su fonti fossili, che si prestano a questa trasformazione. Infine, la produzione di idrogeno verde, cioè prodotto mediante energia elettrica da fonte rinnovabile.
Questa trasformazione ha delle pesantissime ricadute sulla domanda di alcuni minerali-chiave. Crescerà infatti il consumo degli elementi delle terre rare per i magneti permanenti che sono vitali per le turbine eoliche e i motori elettrici; lo stesso avverrà per il rame che è essenziale per tutte le tecnologie legate all'elettricità, dagli interruttori, ai motori, alle reti elettriche, ai moduli fotovoltaici; aumenterà notevolmente pure la domanda di alluminio e, in misura minore, di silicone e argento per il fotovoltaico; crescerà enormemente il consumo di litio, nichel, cobalto, manganese e grafite che sono fondamentali per le batterie; la domanda di nichel, zirconio e metalli del gruppo del platino verrà incrementata dalla produzione di idrogeno verde mediante idrolizzatori e dalla sua trasformazione in elettricità mediante celle a combustibile.
Secondo l’IEA, se gli accordi di Parigi verranno rispettati, nelle prossime due decadi si avrà una crescita del 40% della domanda di rame e di elementi di terre rare, del 60-70% della domanda di cobalto, del 90% di quella di litio. Nel complesso la domanda dei minerali usati per le tecnologie “verdi” si quadruplicherebbe.

Materie prime critiche ed equilibri geopolitici

La rapidità con cui crescerà la domanda degli elementi sopra citati inevitabilmente si rifletterà sulla volatilità dei prezzi, sugli equilibri geopolitici e sulla continuità dell’approvvigionamento. Ci sono diversi fattori, infatti, che rendono critica sia la disponibilità sia la continuità di rifornimento di questi elementi.
Il primo è che i minerali che li contengono provengono da un piccolo numero di paesi produttori e ancora minore è il numero di paesi che hanno la capacità di lavorarli. Infatti, sempre secondo l’IEA, nel caso del litio, del cobalto e delle terre rare, i primi tre produttori mondiali (Australia, Cina, Congo) controllano ben oltre i tre quarti della produzione globale; il Congo e la Cina hanno estratto, nel 2019, rispettivamente circa il 70% e il 60% di tutto il cobalto e degli elementi delle terre rare prodotti al mondo. Inoltre circa il 35% dei minerali da cui si estrae il nichel, il 50-70% di quelli da cui si estrae il litio e il cobalto e quasi il 90% di quelli da cui si estraggono gli elementi delle terre rare viene lavorato/raffinato in Cina.
Questa concentrazione della produzione e del trattamento è aggravata da complesse catene di approvvigionamento, che aumentano i rischi che potrebbero derivare da interruzioni fisiche, restrizioni commerciali o altro nei principali paesi produttori.
Il secondo fattore riguarda la disponibilità delle quantità richieste. La IEA stima, per esempio, che la fornitura derivante dalle miniere esistenti e dalle nuove in via di attivazione potrà soddisfare, al 2030, solo la metà del fabbisogno previsto di litio e cobalto e l'80% del fabbisogno di rame. Occorre dunque investire in nuove attività minerarie e il tempo intercorrente fra la scoperta e l’operatività di una miniera supera in genere i 15 anni. In questo tempo, la scarsità di materia prima potrebbe innescare una forte volatilità dei prezzi, rinforzata dalla speculazione.
Poi c’è il problema della riduzione della qualità della risorsa mineraria estratta, cioè della concentrazione dell’elemento nel minerale che lo contiene. Per esempio, la qualità media del minerale di rame in Cile è diminuita del 30% negli ultimi 15 ann. L'estrazione del contenuto di metallo da minerali di qualità inferiore è più difficile e costosa, con conseguente pressione al rialzo sui costi di produzione. Lo stesso problema si comincerà a porre per tutti gli altri minerali, man mano che la quantità estratta andrà aumentando.
Pure da tenere presente è la crescente coscienza ambientale e sociale che può indurre i consumatori a escludere minerali che provengono da aree in cui l’ambiente non è preservato o le condizioni sociali dei lavoratori delle miniere non sono accettabili.

Disegnare un percorso di decarbonizzazione resiliente

Combinando tutti questi fattori appare chiaro come lo svolgimento dei programmi di decarbonizzazione sia come un campo minato da attraversare con grande attenzione. La domanda da farsi è: si può evitare di passarci attraverso, o almeno passarci in accettabile sicurezza? Ovvero – fuor di metafora – è possibile disegnare un percorso di decarbonizzazione che sia il più possibile resiliente, cioè capace di ridurre l’impatto negativo delle incertezze e degli eventi avversi?
Un fattore determinante che conduce all’aumento di resilienza è la riduzione della quantità di materiale occorrente per garantire la transizione energetica: minore la quantità necessaria, minore la criticità della dipendenza dalla fornitura. Questa riduzione può ottenersi con una doppia azione. Una è l’innovazione tecnologica, orientata alla diminuzione della quantità di materiale usata nelle singole apparecchiature o alla sostituzione di un materiale critico con uno meno critico. E in questa direzione la ricerca si è già mossa e sta andando avanti. La seconda si basa su un approccio sistemico che coniuga innovazione tecnologica, sociale e di governance. Proviamo a vedere in che modo.
Precondizione è il contenimento dell’aumento della domanda di energia elettrica: minore la domanda, minore l’estensione di fotovoltaico necessaria e minore il numero di turbine eoliche, da cui minore quantità di materiale. Per ottenere questo risultato le strade sono molteplici.
Nell’edilizia il contenimento della domanda di energia elettrica si ottiene attraverso l’efficienza energetica, cioè mediante opportuni interventi sull’involucro per ridurre le dispersioni in inverno e i guadagni solari in estate, sostituendo le caldaie con le pompe di calore e utilizzando sistemi di regolazione e controllo avanzati. Questa trasformazione deve necessariamente essere assistita dalle istituzioni pubbliche mediante regolamenti e finanziamenti appropriati.
Nel settore industriale, a parte il miglioramento dell’efficienza energetica dei singoli processi, la riduzione della domanda di energia e di materiali può derivare dalla piena applicazione dei principi dell’economia circolare: più un prodotto è durevole, riusabile, riparabile e riciclabile, meno prodotti nuovi sono necessari, quindi meno energia occorre consumare e meno materia prima si rende necessario estrarre. L’economia circolare dunque, se applicata fino in fondo è fattore-chiave per ridurre la domanda di materiali, sia quelli fin qui citati, sia tutti gli altri, con grandissimo vantaggio per l’ambiente; essa implica, però, una profonda trasformazione del sistema economico (meno produzione, più manutenzione), delle norme e degli stili di vita. Per questo, l’introduzione di adeguata normativa e di incentivi è essenziale.

Auto elettriche e nuove forme di mobilità

In questo quadro un posto importante occupano le auto elettriche, dato il peso che hanno sulla domanda di litio, cobalto, grafite e rame. Domanda che può essere significativamente ridotta se si riduce il numero di veicoli prodotti, attivando al contempo un efficace sistema di riciclo; col vantaggio aggiuntivo di ridurre la domanda di energia elettrica necessaria per la loro produzione e quindi la quantità di impianti fotovoltaici ed eolici da realizzare.
Per ottenere questo risultato senza ridurre la mobilità delle persone ci sono due soluzioni, che vanno integrate: una a costo quasi zero e a portata di mano subito, e l’altra un po’ più lontana.
La prima soluzione, valida per la mobilità urbana, è quella per la quale la sindaca di Parigi, Anne Hidalgo, ha creato lo slogan “la città dei 15 minuti”. Qualsiasi servizio di uso frequente deve trovarsi a non più di 15 minuti a piedi, o meno in bicicletta, da casa. Questa situazione rende di fatto inutile l’uso dell’auto nella stragrande maggioranza dei casi perché si fa prima a piedi. Fare a meno dell’auto implica anche che il consumo energetico derivante dal suo uso si azzera, riducendo quindi l’incremento della produzione elettrica rinnovabile derivante dalla elettrificazione del parco automobilistico. Per maggiori distanze occorre che sia disponibile un efficiente sistema di trasporto pubblico e di car sharing. Studi effettuati nel 2018 in Germania mostrano infatti che il car sharing induce una riduzione del numero di auto di proprietà.
Il futuro, però, può riservarci qualcosa di più, grazie all’impatto della diffusione dei cosiddetti “robotaxi”, cioè taxi elettrici a guida autonoma, che dovrebbero essere disponibili nei prossimi anni. Uno studio condotto per la città di Berlino, in cui si ipotizza l’esistenza di un servizio di robotaxi capace di garantire la stessa mobilità fornita dalle auto private allo stesso costo o minore, mostra che ogni robotaxi ne sostituirebbe 10. Cioè a Berlino il parco auto si ridurrebbe a un decimo di quello che è oggi, garantendo la stessa libertà e comodità di movimento.
È chiaro che questo costituirebbe un grosso problema per l’industria automobilistica, a meno che – come suggerisce McKinsey – essa non cambi pelle e si trasformi in fornitore del servizio mobilità, non limitandosi più alla sola produzione delle auto. C’è da dire che altri studi ritengono che la riduzione del numero delle auto circolanti sarebbe molto minore ma ovviamente ciò dipende dalle ipotesi di partenza e dal disegno urbano. Ad ogni modo, così come si è già cominciato a incentivare l’efficienza energetica degli edifici, allo stesso modo le politiche sui trasporti dovrebbero favorire la diminuzione del numero di veicoli, iniziando dalle “città dei 15 minuti”, concetto che implica la revisione del modello corrente di pianificazione urbana.
In conclusione, la resilienza di un paese nei confronti del rifornimento dei materiali necessari alla transizione energetica passa anche attraverso una significativa ristrutturazione del modo in cui otteniamo il comfort termico, del modo in cui produciamo e consumiamo, del modo in cui ci spostiamo con un mezzo motorizzato, e del quanto. Se il problema non si affronta in termini sistemici, il rischio di pagare duramente un forte aumento dei prezzi o l’interruzione della catena di approvvigionamento è estremamente alto, compromettendo lo svolgimento dei programmi di decarbonizzazione.