22 Ottobre 2021
Circular economy Risorse e rifiuti Sostenibilità

Rifiuti emergenti: sfide e opportunità in un briefing dell’AEA

Basato su un Rapporto commissionato a Öko-Institut, un briefing dell’AEA esplora opportunità e sfide per procedere in futuro ad una corretta gestione e maggiore circolarità dei flussi di rifiuti emergenti derivanti dalle 3 principali tecnologie analizzate per la produzione energia rinnovabile (fotovoltaico, eolico e batterie per accumulo di energia ed elettromobilità).

Le tecnologie energetiche rinnovabili, come le turbine eoliche, i pannelli solari fotovoltaici e le batterie, sono essenziali per la transizione dell’Europa verso la neutralità climatica. 

Secondo il briefingRapid shift to evolving renewable energy technologies poses new waste challenge for Europe” che l’Agenzia Europea dell’Ambiente (AEA) ha pubblicato il 24 agosto 2021, l’implementazione, la manutenzione e la sostituzione di queste infrastrutture richiedono risorse significative, comprese molte sostanze incluse nell’elenco dell’UE delle materie prime critiche, per le quali la Commissione UE lo scorso anno ha adottato un Piano di azione  per ridurre la dipendenza dai Paesi terzi, rafforzare l’approvvigionamento migliorando l’efficienza e la circolarità delle risorse.

Si prevede che nei prossimi 10 anni i rifiuti derivanti dalle infrastrutture a fine vita per l’energia pulita aumenteranno fino a 30 volte, offrendo opportunità significative per ridurre il consumo di materie prime scarse, riciclando metalli e altre risorse preziose nei sistemi di produzione. 

Gli approcci all’economia circolare, come la riparazione e l’ammodernamento delle apparecchiature e il riciclaggio delle infrastrutture fuori uso possono sostenere le credenziali di sostenibilità della transizione europea alle energie rinnovabili.

Il briefing è supportato dal reportEmerging waste streams – Challenges and opportunities” commissionato dall’AEA a Öko Institut, per informare l’azione sui problemi riguardanti i rifiuti e le risorse derivanti da questa importante trasformazione, attraverso un’analisi dei flussi di rifiuti emergenti legati alla transizione energetica.

Il Briefing dell’AEA si concentra sull’aspetto dei rifiuti dei tre principali tipi di infrastrutture per le energie rinnovabili e delle principali opportunità di economia circolare:
celle solari fotovoltaiche per la produzione di energia elettrica;
turbine eoliche;
batterie per l’accumulo di energia

Fonte: AEA

Opportunità e sfide dell’economia circolare
L’Europa dispone di significative infrastrutture per la produzione di energia eolica e solare e per lo stoccaggio di energia e l’uso di batterie portatili. Poiché queste infrastrutture devono essere sostituite da strutture più moderne e il ciclo di manutenzione richiede la sostituzione delle parti, l’applicazione dei principi dell’economia circolare è la chiave per sfruttare il potenziale delle risorse dei rifiuti generati e ridurre al minimo le sfide della loro gestione. 

La produzione di rifiuti, relativa ai flussi emergenti dalle tre tipologie di infrastrutture energetiche analizzate, è attualmente piuttosto bassa, poiché gli impianti sono relativamente nuovi e, generalmente, non hanno ancora esaurito la loro vita utile. Tuttavia, la produzione di rifiuti in questo settore aumenterà drammaticamente in futuro e richiederà un’attenzione immediata da parte dei responsabili politici. Questo aumento sarà difficile da gestire, anche se ci sono forti potenziali benefici perché gran parte dei rifiuti derivanti o appartengono a sistemi di riciclaggio consolidati (ad es. acciaio, vetro, alluminio) o sono materie prime critiche di alto valore. 

Recuperare questi materiali e reintrodurli nei cicli produttivi presenta sfide come:
difficoltà di lavorazione dovute a: utilizzo di materiali compositi; presenza di sostanze pericolose, e/o basse concentrazioni di elementi di maggior pregio; 
apparecchiature non progettate per facilitare gli aspetti di fine vita/riciclabilità;
capacità e tecnologie di riciclaggio sottosviluppate;
condizioni di mercato che non valutano adeguatamente le esternalità dell’utilizzo di materiali vergini rispetto a quelli riciclati;
problemi logistici dovuti alle località remote, alle dimensioni e ai requisiti di sicurezza associati alle infrastrutture energetiche.

Anche l’implementazione di modelli di business circolari innovativi è ostacolata perché i benefici ecologici e climatici dell’utilizzo di materiali riciclati non sono ancora pienamente contabilizzati nei costi dei materiali, così che i materiali secondari adatti devono regolarmente competere sul prezzo con i materiali primari che sono spesso più economici. 

I tempi sono importanti anche nello sviluppo di politiche e protocolli per affrontare i futuri rifiuti generati da questo settore. Gran parte delle infrastrutture installate avrà una durata di esercizio relativamente lunga e pertanto è necessario pianificare ora gli impatti ambientali e finanziari del trattamento di questi rifiuti man mano che si presenteranno in futuro. 

Gli impatti per questo settore si ridurranno con l’adozione dei principi dell’economia circolare
– applicando modelli di business circolari per mantenere la responsabilità del produttore;
progettando l’infrastruttura in modo circolare per facilitare il riutilizzo dei componenti;
sostenendo lo sviluppo del riciclo per massimizzare il recupero dei materiali.

Una tabella riassume opportunità e sfide per le tre tecnologie energetiche analizzate.

Fotovoltaico (FV)
Opportunità: il 95% dei materiali può essere riciclato (es. vetro, rame, alluminio, ecc.).
Sfide:
– delaminazione, separazione e la purificazione del silicio dal vetro e dal film sottile del semiconduttore;
– presenza di sostanze pericolose come cadmio, arsenico, piombo, antimonio, fluoruro di polivinile e fluoruro di polivinilidene;
-difficoltà di accesso per lavorare su pannelli installati in quota, spesso non previsti in fase di progettazione degli impianti fotovoltaici.

Eolico
Opportunità:
– può essere riciclato il 90% della massa delle risorse (es. acciaio, alluminio, rame, ghisa e cemento);
– le materie prime critiche (neodimio, praseodimio, boro, disprosio e niobio) potrebbero rendere redditizio il riciclaggio dei generatori a magneti permanenti delle turbine eoliche, a seconda del futuro e della concentrazione.
Sfide:
– è ancora in fase di sviluppo l’infrastruttura di riciclaggio per le pale delle turbine realizzate con materiali leggeri come fibra di carbonio, fibra di vetro e materiali compositi, con ulteriori ricerche e implementazioni necessarie;
– l’applicazione del downcycling (materiale viene trattato per essere trasformato in qualcosa che ha meno valore del prodotto da cui deriva) di fibre di carbonio come europallet stampati in plastica e calcestruzzo polimerico, nonché altre applicazioni di costruzione come barriere antirumore o materiali di isolamento termico;
– le enormi dimensioni delle pale possono rendere proibitivi i costi per il trasporto a lunga distanza verso impianti di riciclaggio.

Accumulo di energia
Opportunità
:
– tutti i metalli utilizzati nelle batterie possono essere riciclati. Il cobalto e il nichel potrebbero essere abbastanza preziosi da rendere redditizio il riciclaggio, a seconda dei livelli di prezzo e delle quantità recuperabili all’interno delle batterie;
– una maggiore circolarità può essere supportata attraverso un design modulare/standardizzato per promuovere la rigenerazione; e maggiori informazioni sul contenuto di materiali ad alto impatto.
Sfide:
– esiste una varietà di diversi design di batterie che richiedono approcci logistici specifici e diversi;
– l’infrastruttura per il trasporto e lo stoccaggio del numero crescente di batterie di scarto è carente e deve essere costruita per far fronte ai previsti elevati volumi futuri di batterie;
– attualmente in Europa mancano le tecnologie di riciclaggio delle batterie e la capacità di riciclaggio su larga scala;
– l’efficienza economica del riciclaggio delle batterie può essere difficile da raggiungere, a causa delle fluttuazioni dei valori dei materiali;
– le misure per ridurre i rischi per la sicurezza di una “fuga termica” durante la logistica e il ritrattamento sono costose.

Un sistema circolare di energia pulita
Sfruttare l’opportunità di aumentare la circolarità delle tre tipologie di infrastrutture e dei loro flussi di rifiuti emergenti richiede l’applicazione dei principi dell’economia circolare durante tutto il ciclo di vita delle tecnologie di approvvigionamento energetico

Lo Studio dell’Öko-Institut, alla base del briefing dell’AEA ha definito i fattori che renderebbero più circolare il sistema delle energie rinnovabili. La Figura sottostante mette in evidenza alcune caratteristiche chiave di un sistema di energia pulita circolare.

Fonte: AEA


Materiali
Ridurre l’estrazione di materie prime attraverso un maggiore utilizzo di materie prime secondarie nella produzione. Ciò può essere caratterizzato attraverso criteri per il contenuto minimo di materiale riciclato nei nuovi prodotti generatori di energia (circuito chiuso); o dalla fornitura di materiali di scarto da utilizzare in altri settori manifatturieri (open loop).

Ecodesign
– Applicare i principi di progettazione circolare per facilitare il riciclaggio e il riutilizzo e migliorare significativamente la durabilità, la riparabilità e la riciclabilità delle future infrastrutture energetiche.
– Considerare il potenziale di riciclaggio e la pericolosità dei materiali utilizzati come principio fondamentale di progettazione.

Produzione e distribuzione
– Applicare pratiche di produzione efficienti in termini di risorse e approcci logistici ottimizzati. Implementare i passaporti digitali dei prodotti per le apparecchiature per fornire informazioni sui materiali costitutivi e per evidenziare la presenza di materiali ad alto impatto.
– Applicare modelli di leasing e altri contratti basati sui servizi per dare priorità agli approcci all’intera vita per il funzionamento e la manutenzione delle apparecchiature.

Consumo e scorte
– 
Estendere la durata dell’infrastruttura attraverso la manutenzione preventiva; riparare i componenti difettosi; aggiornare gradualmente i componenti modulari.
– Rigenerazione e riutilizzo di apparecchiature dismesse per applicazioni di livello inferiore. Deve essere evitata l’esportazione di tecnologie inadatte nei Paesi terzi e di attrezzature in luoghi in cui le pratiche di gestione dei rifiuti potrebbero essere non ottimali.

Rifiuti (e Riciclo)
– 
Garantire un’efficace gestione dei rifiuti per le infrastrutture a fine vita attraverso elevati tassi di raccolta e trattamenti appropriati. La rapida crescita del settore indica una pressante necessità di espansione della capacità e sviluppo di nuove tecnologie di trattamento.
– Massimizzare il riciclaggio di componenti e materiali per fornire materie prime secondarie per nuove infrastrutture energetiche e per altri settori manifatturieri. L’attuazione degli standard europei per il trattamento dei RAEE e di altri rifiuti è fondamentale per garantire materiali riciclati di costante ed elevata qualità.

Esistono molti approcci diversi per affrontare le sfide e promuovere le soluzioni identificate nel briefing, sottolinea l’AEA, che vanno dalle misure legislative alle azioni volontarie che devono essere intraprese dalle parti interessate. È inoltre necessario affrontare le lacune politiche e le barriere del mercato per ottimizzare il trattamento e la gestione di tali flussi di rifiuti.

L’attuazione di azioni nei tre sistemi energetici esaminati ridurrà la crescente produzione di rifiuti prevista nei prossimi anni. Questo, a sua volta, migliorerà in modo significativo la sostenibilità del settore delle energie rinnovabili e sosterrà le sue credenziali ecologiche. 

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