L'ENEA e il Fotovoltaico

Negli ultimi anni, alla modesta crescita dell’economia italiana ha corrisposto un limitato innalzamento della domanda complessiva d’energia e dell’intensità energetica: i consumi energetici del settore industriale e di quello dei trasporti sono restati sostanzialmente stabili, mentre si è verificato un incremento sostenuto della domanda di energia per usi civili (dovuto principalmente all’aumento degli impianti di climatizzazione nel settore residenziale).

L’Italia ricava da fonti fossili circa il 90% dell’energia che consuma pur non possedendone riserve significative, con una notevole quanto rischiosa dipendenza dall’estero. Le riserve mondiali di combustibili fossili, infatti, sono limitate e sotto il controllo di pochi Paesi sempre più consapevoli che il loro potere e il loro benessere sono strettamente collegati alla durata dei giacimenti stessi.

Le loro nuove politiche estrattive mirano ad evitare lo sfruttamento esasperato delle risorse, con un contenimento dell’offerta a fronte di un forte aumento della domanda, dovuta alla crescita vertiginosa delle economie di grandi Paesi come la Cina, l’India e il Brasile. La conseguenza è un aumento esponenziale del prezzo di gas e petrolio (oggi, ha raggiunto i 100$/barile), che si ripercuote pesantemente sulla bolletta energetica nazionale (50 miliardi di Euro nel 2006). La situazione è ulteriormente complicata dagli effetti che l’impiego massiccio di fonti fossili ha sull’ambiente.

La corrente immissione annua di CO2 in atmosfera è di oltre 25 miliardi di t (mediamente 3,0 tCO2/tep), pari a poco meno del 1% del suo contenuto attuale, compensata solo parzialmente dai meccanismi di riassorbimento naturale legati alla crescita della vegetazione sul pianeta. Ed ormai è dimostrato come il continuo incremento del contenuto globale di anidride carbonica in atmosfera a causa delle attività antropiche sia alla base dell’effetto serra e, quindi, dell’aumento della temperatura media terrestre e delle sue conseguenze: scioglimento dei ghiacci, innalzamento del livello del mare, estremizzazione dei fenomeni meteorologici, ecc. Allo scopo di scongiurare la crisi climatica e i suoi effetti economici e politici, difficilmente valutabili, è necessario “decarbonizzare” l’economia senza fermare lo sviluppo, producendo uno sforzo tecnologico per dotarsi di nuovi sistemi di produzione di energia carbon-free e per ridurre i consumi energetici in tutti i settori. L’entrata in vigore del Protocollo di Kyoto sancisce questa scelta impegnando i Paesi industrializzati aderenti, tra cui l’Unione Europea, a ridurre drasticamente le emissioni di CO2, stabilendo consistenti sanzioni pecuniarie per l’eventuale superamento delle quote assegnate a ciascuno di essi, con un conseguente ulteriore aggravio della bolletta energetica.

La transizione verso un mix di fonti di energia con un peso sempre maggiore di rinnovabili (oggi intorno al 7%) è dunque strategica per il nostro Paese e insieme ad esso per tutta l’Unione Europea che, nel marzo 2007, ha inteso imporre un’accelerazione in tal senso con l’adozione da parte del Consiglio Europeo del Piano d’Azione “Una politica energetica per l’Europa”. Il Piano, cosiddetto “20/20/20”, fissa i nuovi ambiziosi obiettivi in campo energetico per il 2020:

  • riduzione delle emissioni di gas serra del 20% rispetto ai valori di riferimento del 1990;
  • riduzione dei consumi energetici del 20% rispetto ai valori odierni;
  • impiego delle fonti rinnovabili per un valore del 20% dei consumi totali di fonti primarie.

Tra l’altro, ci si propone, come quarto obiettivo, di utilizzare nel settore trasporti biocarburanti per almeno il 10% del totale dei relativi consumi. 4 Il “Position Paper” del Governo Italiano, in corso di approvazione, fissa il potenziale massimo teorico per le rinnovabili al 2020 di 20,97 Mtep, di cui 8,96 per l’energia elettrica. Questi traguardi rappresentano una grande sfida per l’Europa, ma in particolare per l’Italia che, dal 1990 ad oggi, ha aumentato le proprie emissioni di CO2 di circa il 13% ed è caratterizzata da un singolare quadro energetico. Oltre alla già richiamata forte dipendenza dall’importazione di fonti fossili, il Paese presenta:

  • una bassa intensità energetica dovuto al discreto grado efficienza nei settori produttivi già raggiunto nel 1990 rispetto al resto della Unione Europea, e alla scarsa presenza di industrie energivore;
  • un largo impiego di gas naturale, che è il combustibile fossile con il minor contenuto specifico di carbonio (205 kgCO2/MWh);
  • consumi individuali contenuti;
  • risorse idrauliche e geotermiche disponibili già ampiamente sfruttate;
  • siti adatti per gli impianti eolici e per estese colture di biomasse limitati;

tutte condizioni che rendono particolarmente difficile e, comunque, onerosa ogni ulteriore riduzione di emissioni di gas serra.

Lo sviluppo economico dell’Italia, pertanto, non può prescindere da forti investimenti nella ricerca e nell’ innovazione tecnologica e industriale nel settore delle fonti rinnovabili e dell’energia solare in particolare, in quanto unica risorsa carbon-free di cui si dispone in misura adeguata alle esigenze.

E’ chiaro, quindi, che nella strategia complessiva sulle rinnovabili dell’ENEA le attività di Ricerca & Sviluppo nelle tecnologie per lo sfruttamento dell’energia solare occupano uno spazio di primaria importanza.

Tra queste, la tecnologia fotovoltaica, che consente di trasformare l’energia solare in energia elettrica immediatamente usufruibile, assume una elevata valenza strategica, riconosciuta ormai anche ai più alti livelli politici. Le azioni del Governo, infatti, vanno proprio nella direzione di favorire lo sviluppo un’industria nazionale di settore. Le opportunità del mercato italiano, grazie alla riformulazione del “Conto Energia” ed in particolare all’ultimo decreto (febbraio 2007), stanno emergendo e diventando sempre più interessanti per il settore industriale: a fine 2007 la crescita dell’installato è valutata dell’ordine del 100%, ( dai 51 MW, registrati a fine 2006, a oltre 100 MW). Il Position Paper, inoltre, stima al 2020 un potenziale di 8500 MW, di cui 7500 del tipo “integrato negli edifici” e 1000 di “centrali fotovoltaiche”.

Il tema del fotovoltaico è stato anche inserito tra le aree tecnologiche di interesse strategico per lo sviluppo e la competitività del sistema produttivo italiano del futuro, delineate da Industria 2015. Al primo bando per la raccolta di Idee Progettuali sull’efficienza energetica sono pervenute 1067 proposte, di cui ben 125 sul tema del solare fotovoltaico (11,7%). Questa grande attenzione dimostrata dall’imprenditoria italiana porrà il fotovoltaico certamente in prima priorità negli interventi che il governo programmerà per dar seguito all’iniziativa. La diffusione della tecnologia fotovoltaica, pure in presenza di una crescita della domanda, che negli ultimi 5 anni si è mantenuta costantemente sopra il 40%, è fortemente condizionata dalla distanza che ancora presenta rispetto alla competitività economica. Infatti, il costo attuale di produzione del kWh da fotovoltaico supera di un fattore 3-5 quello da fonte convenzionale. Una delle principali voci del costo di investimento degli impianti fotovoltaici è rappresentata dal prezzo del modulo fotovoltaico, circa 3 €/Wp, che a sua volta è influenzato dal costo del materiale per oltre il 40%. La dinamica del prezzo del Wp ha seguito fino agli anni scorsi una learning curve con un tasso di progressione del 80%, ossia per ogni raddoppio della produzione cumulata il prezzo è sceso di circa il 20%.

Attualmente, il mercato fotovoltaico è per oltre il 90% sostenuto dalla tecnologia del silicio cristallino, basata sulle stesse fonti di materia prima dell’industria elettronica. Negli ultimi anni, in concomitanza di una forte e crescente richiesta di mercato, si sta assistendo ad una carenza di feedstock con conseguenze sul soddisfacimento della domanda e un relativo aumento del prezzo dei moduli. Tale tecnologia è matura sia in termini di rendimento ottenibile (13-15% per i prodotti commerciali medi) che di costi di produzione (circa 2-2,5 €/Wp) e non sono prevedibili ulteriori progressi tecnologici o riduzioni sostanziali di costo, salvo miglioramenti marginali e ridotte economie di scala. La riduzione del costo del fotovoltaico è essenziale per la sua affermazione nel mediolungo termine perché i programmi di incentivazione, come quello attualmente in vigore in Italia, possono solo favorire nel breve termine l’avvio del circolo virtuoso: “crescita del mercato / aumento della produzione / diminuzione dei prezzi”.

Questi elementi sono alla base della necessità di guardare per il futuro a tecnologie diverse, in grado di condurre ad una sostanziale riduzione dei costi di sistema ed a superare il problema della disponibilità di materia prima. Scenari delineati da fonti autorevoli a livello internazionale (“A Vision for Photovoltaic Technology - Rapporto tecnico del Photovoltaic Technology Research Advisory Council – 2004”) sono concordi nel considerare le tecnologie dei film sottili e della concentrazione, che puntano a una drastica riduzione del materiale fotosensibile impiegato, come le soluzioni con le maggiori potenzialità nel breve-medio termine. Nel medio-lungo termine l’attenzione dovrà essere rivolta alle tecnologie basate su strutture quantistiche e su celle organiche per un rapporto qualità-prezzo più conveniente.

Le attività di ricerca dell’ENEA, in questi settori di interesse prioritario per il Paese, sono state inquadrate dal Piano Triennale 2008-2010 dell’ENEA nell’Area Tematica “Tecnologie emergenti” con il Progetto di Ente “Fotovoltaico di nuova generazione”, e nell’Area Tematica “Clean Energies” con l’Attività Dipartimentale “Nuove tecnologie per il fotovoltaico”, principali riferimenti per la Sezione Tecnologie Fotovoltaiche TER ENE- FOTO, che svolge attività di ricerca e sviluppo di tecnologie e di componenti ed impianti fotovoltaici innovativi con il compito di: abbattere i costi, favorire la competitività dell'industria nazionale e la diffusione delle applicazioni soprattutto nelle regioni meridionali, caratterizzate da una elevata radiazione solare sfruttabile, creando nuovi posti di lavoro.