Raggiungere gli obiettivi di energia pulita dell’amministrazione Biden significherà una significativa espansione dell’energia eolica. Ma la costruzione di questi impianti per l’energia eolica richiede molto di più del semplice vento. Le tecnologie energetiche sono costruite da una varietà di materie prime, come cemento e nichel. E le scorte di alcuni di questi materiali non sono così abbondanti come il vento che alimenta le centrali elettriche.
Oggi, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) ha rilasciato un database unico nel suo genere che cataloga materiali specifici, come minerali e altri componenti di base, utilizzati per costruire turbine eoliche e pannelli solari.
Grafica di Nicole Leon, NREL
Insieme al nuovo database REMPD (Renewable Energy Materials Properties), i ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del DOE hanno pubblicato un rapporto riassuntivo e analisi approfondite per aiutare sviluppatori, servizi pubblici e altre parti interessate a comprendere in che modo lo sviluppo attuale e futuro dell’energia eolica potrebbe influire domanda e offerta globale di materiali.
Il rapporto NREL Materiali utilizzati nelle tecnologie per l’energia eolica degli Stati Uniti: quantità e disponibilità per due scenari futuri fornisce l’analisi più completa finora dei materiali necessari per supportare due futuri scenari di energia eolica: uno scenario Current Policies che incorpora gli effetti del recente Inflation Reduction Act e uno scenario High Deployment che è coerente con il raggiungimento degli obiettivi dell’amministrazione Biden del 100% di elettricità pulita entro il 2035 e un’economia netta zero entro il 2050. Questo rapporto valuta come la domanda di energia eolica degli Stati Uniti per determinati materiali si confronta con l’attuale disponibilità nazionale e globale e raccomanda modi per alleviare la pressione sulle catene di approvvigionamento aumentando il riciclaggio o utilizzando materiali alternativi prontamente disponibili.
“Per raggiungere una rete elettrica priva di emissioni di carbonio entro il 2035, l’industria dell’energia eolica dovrà installare molti più impianti eolici, aumentando il loro tasso di sviluppo di un fattore da 5 a 10”, ha affermato Patrick Gilman, program manager di DOE’s Wind Ufficio Tecnologie Energetiche. “Questo database completo e unico nel suo genere aiuta a identificare le possibili sfide future della supply chain e, grazie a queste informazioni, possiamo sviluppare in modo proattivo soluzioni e accelerare l’implementazione”.
Il rapporto calcola il tipo e la quantità di materiali, come la fibra di carbonio, di cui il Paese avrebbe bisogno per costruire un numero sufficiente di centrali eoliche nei loro due scenari di sviluppo, che vanno entrambi dal 2020 al 2050.
Principali risultati e raccomandazioni
Una scoperta chiave di questo rapporto è che potrebbe essere necessario aumentare le forniture di fibra di carbonio, che fornisce resistenza e rigidità alle pale delle turbine eoliche, per supportare l’accelerazione della diffusione del vento. Le forniture di fibra di carbonio non sono solo limitate; sono anche molto richiesti per altri prodotti, dagli aeroplani alle attrezzature sportive. Con la crescita accelerata dell’energia eolica, la domanda di fibra di carbonio potrebbe superare le forniture globali.
Gli elementi delle terre rare utilizzati in alcune turbine eoliche, come il neodimio, il disprosio e il praseodimio, sono vulnerabili alle interruzioni della catena di approvvigionamento. La produzione di elementi delle terre rare è altamente concentrata, con quasi il 60% originaria di un singolo paese (Cina). La raffinazione dei minerali delle terre rare in metallo è ancora più concentrata, con circa l’80% dell’attuale fornitura di elementi delle terre rare degli Stati Uniti importata dalla Cina. Inoltre, sono anche molto richiesti per l’uso in telefoni cellulari, sistemi radar e molti altri dispositivi elettronici.
La domanda di nichel e acciaio elettrico per la diffusione dell’energia eolica negli Stati Uniti potrebbe superare il 5% della produzione globale. Anche se il 5% potrebbe non sembrare molto, rappresenta più di 5 volte la produzione nazionale di questi materiali nel 2020. Nello scenario High Deployment, la domanda di materiali aggiuntivi legata all’energia eolica potrebbe essere significativa rispetto alla produzione nazionale, con la domanda di alluminio, rame e cobalto ha superato il 20% della produzione statunitense del 2020.
Ma non sono tutte cattive notizie. Gli autori hanno scoperto che, fino al 2050, la domanda annuale per la maggior parte dei materiali utilizzati nelle turbine eoliche richiederebbe ancora meno del 5% di ciò che il mondo produce in un anno.
“Ci sono alcuni modi in cui il paese potrebbe garantire che la domanda non superi le forniture”, ha affermato Gilman. “Potremmo aumentare la produzione interna, ad esempio, di fibra di carbonio e altri materiali molto richiesti. Potremmo utilizzare o sviluppare sostituti più facilmente disponibili per questi materiali. Potremmo diversificare le nostre fonti di importazione. E potremmo costruire un’economia circolare più solida, che ci consentirebbe di riciclare e riutilizzare più materiali”.
Gli autori suggeriscono anche altre opzioni innovative per ridurre la pressione su alcuni materiali molto richiesti. Le alternative ai generatori a magneti permanenti, ad esempio, includono progetti di generatori ibridi o superconduttori.
Ulteriori valutazioni
Anche i ricercatori del NREL hanno pubblicato il rapporto Grandi fusioni per turbine eoliche, utilizzando il REMPD per quantificare quanti altri mozzi e piastre di base – due grandi componenti in ghisa utilizzati nelle turbine eoliche – il paese avrebbe bisogno per raggiungere i suoi obiettivi di energia pulita. Oggi gli Stati Uniti importano e installano circa 5.000 di ciascuno di questi componenti all’anno. Ma l’industria dell’energia eolica avrà bisogno di 12.000-20.000 all’anno nel prossimo decennio. Lo sviluppo della produzione interna potrebbe essere un modo per tenere il passo con questa crescita.
Attualmente, il REMPD si concentra sulle industrie statunitensi dell’energia eolica e solare, ma il database ha il potenziale per espandersi aggiungendo altre tecnologie di energia rinnovabile, come impianti geotermici e sistemi di accumulo di energia a batteria, nonché informazioni sulle emissioni e altri impatti ambientali.
“Il database può aiutarci a comprendere meglio i vincoli e le vulnerabilità associati ai materiali necessari per raggiungere gli ambiziosi obiettivi di energia pulita dell’amministrazione”, ha affermato Gilman.
Esplora il database delle proprietà dei materiali di energia rinnovabile.
Il team dietro il rapporto e il database comprende esperti del National Renewable Energy Laboratory del DOE, che ha guidato lo sforzo, l’Ufficio per le tecnologie per l’energia eolica e l’Ufficio per le tecnologie per l’energia solare del DOE, che hanno finanziato il progetto, e l’Oak Ridge National Laboratory, Sandia National Laboratories, Lawrence Berkeley Laboratorio Nazionale e Arizona State University.
Per gentile concessione dell’Ufficio per le tecnologie dell’energia eolica.
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