Sostenibilità: nuova ricerca sul life cycle assessment del fotovoltaico

Qual è l’impatto di un impianto fotovoltaico, in termini di realizzazione e smaltimento? È la domanda che un gruppo di ricercatori si è posta ipotizzando le conseguenze del life cycle assessment del fotovoltaico, il suo ciclo di vita. 

La ricerca “Renewable Energy Report” 2022 dell’Energy & Strategy Group del Politecnico di Milano ha fornito un prospetto sul tema, oltre che una panoramica dettagliata degli investimenti e delle opportunità di crescita del mercato delle rinnovabili in Italia.

Per capire come un impianto fotovoltaico può incidere sulla sostenibilità, è opportuno cominciare dalla suddivisione in fasi, dalla produzione (Beginning of Life), fino allo smaltimento (End of Life), concentrandoci specialmente su queste due, poiché la fase di utilizzo (Middle of Life) comporta energia assorbita ed emissioni tutto sommato trascurabili.

Il principio del Life Cycle Assessment del fotovoltaico

Le fasi di Beginning of Life (BoL) includono l’estrazione delle materie prime per la costruzione, la fabbricazione e l’assemblaggio dei componenti e il trasporto al luogo di installazione dell’impianto fotovoltaico.

L’impatto ambientale delle fasi di BoL viene determinato in termini di kgCO2eq/kW; inoltre, viene fornita la misura di Energy Payback Time (Epbt), considerando una producibilità pari a 1.250 ore equivalenti e una vita utile dell’impianto pari a 25 anni. 

Nelle fasi iniziali del processo, molta energia viene impiegata nella lavorazione della materia prima come il silicio, per ottenere una struttura policristallina, trasformarla poi in in lingotti di silicio multicristallino o crescerla in silicio monocristallino. 

Oltre alla trasformazione, in questa fase vengono realizzati i wafer attraverso processi meccanici, poi vengono depositati i contatti elettrici e le celle vengono unite tramite i ribbon; viene aggiunto il vetro, il backsheet e il telaio in alluminio. 

Secondo il report del Politecnico, dell’energia utilizzata nella produzione di 1 kW di fotovoltaico, la maggior parte è richiesta dai processi di trasformazione del silicio nella struttura policristallina (219,3 kWh/kW) e nella produzione del wafer (193,8 kWh/kW). Per l’assemblamento del modulo i flussi più importanti sono rappresentati dalla lavorazione del vetro (40,4 kg/kW) e alluminio (6,1 kg/kW).

Il peso della logistica nel life cycle assessment del fotovoltaico

La ricerca indica che per calcolare l’impatto energetico delle operazioni di trasporto dall’impianto di produzione di un modulo fino al luogo di installazione, è opportuno ipotizzare l’utilizzo di due mezzi: 

• nave cargo per il trasporto marittimo; 
• camion o tir per trasporto via terra.

Lo spostamento via nave viene utilizzato nel caso di produzione dei moduli in Cina per esempio, prevedendo una percorrenza pari ad almeno 20.000 km. 

Per il trasporto via terra trans-europeo (nel caso di produzione dei moduli in Europa) si può calcolare una distanza media pari a 1.500 km per raggiungere il confine italiano. Inoltre, in entrambi gli scenari bisogna andare ad aggiungere ulteriori 500 km come distanza media per il trasporto dei moduli all’interno del territorio italiano fino a raggiungere la località di installazione. 

L’incidenza della logistica è quindi notevole sull’ambiente, ma sicuramente inferiore rispetto alla mobilitazione dei tradizionali combustibili fossili, più pesanti e più ostici da maneggiare.

Cosa accade nell’ultimo stadio di vita dell’impianto fotovoltaico?

Quando il ciclo di vita di un pannello o di un impianto sta per esaurirsi (End of Life), le ricerche ci dicono che in Italia il riutilizzo e la riparazione ricoprono un ruolo importantissimo nell’estensione della vita utile dei moduli fotovoltaici, prevenendo lo scarto prematuro di questi dispositivi.

La normativa UE in materia stabilisce l’85% di raccolta e l’80% di riciclo dei materiali utilizzati nei moduli fotovoltaici, quote che vengono raggiunte con il vetro e la cornice di alluminio. Ad oggi, la quota massima recuperabile è pari a quasi il 95%.

C’è da sottolineare però che la riparazione del pannello porta a una riduzione dell’efficienza pari a circa l’1-2% soltanto. 

Il recupero dei materiali degli impianti fotovoltaici a fine vita è quindi preferibile allo smaltimento sia in termini di riduzione degli impatti ambientali sia per la gestione efficiente delle risorse utilizzate. Il riciclaggio, infatti, quando svolto con processi efficienti, riduce il consumo di energia e le emissioni legate alla produzione di materiali primari.

Il recupero delle componenti di un impianto a pannelli solari

Il trattamento di fine vita tramite riciclaggio si compone di due fasi principali. In primis, i moduli di scarto vengono trasportati in impianti gestiti da riciclatori o trasformatori intermedi, dove avviene la separazione dei materiali come vetro, metalli e materiali composti. 

Il processo di separazione prevede tre step: 

• disassemblaggio del modulo, in cui la cornice in alluminio, i cavi e la scatola di giunzione vengono rimossi;
• rimozione dello strato di incapsulante in EVA, che viene separato da vetro, cella e backsheet tramite trattamento termico, chimico, meccanico, o una combinazione di essi; 
• recupero dei metalli preziosi contenuti nella cella, quali argento, alluminio e rame. In secondo luogo, i materiali recuperati vengono utilizzati per nuovi prodotti dopo la purificazione e la raffinazione da parte dei produttori di materiali. D’altra parte, i materiali di scarso valore e le polveri vengono smaltiti nelle discariche.

A fronte di questi processi quindi si può e si deve immaginare un nuovo futuro per le componenti: i moduli di “second-life” possono infatti raggiungere una nuova vita utile lunga fino a 15 anni, e i moduli fotovoltaici ricondizionati possono essere rivenduti come moduli usati a un prezzo vantaggioso per tutti. 

La crescita dei rifiuti fotovoltaici rappresenta senz’altro una sfida a livello ambientale, ma anche l’opportunità di creare nuovo valore con il recupero dei materiali e l’adozione di modelli di business legati al riutilizzo.