• Andrea Daquino

Il solare fotovoltaico a basso costo contro il cambiamento climatico

Il rapido calo del prezzo dell'energia solare ha trasformato il modo in cui pensiamo all'energia pulita, ma deve ancora diventare molto più economico.

di Gernot Wagner 06-07-21
Alla fine del 2007, a meno di 10 anni dalla nascita dell'azienda, Google si è impegnata sul fronte dell'energia pulita. In una fanfara di applausi su e giù per la Silicon Valley e ben oltre, ha dichiarato a “RE: rendere l'energia rinnovabile più economica del carbone. L'azienda ha investito decine di milioni di dollari in attività di ricerca e sviluppo, dall'energia solare concentrata alla perforazione idrotermale. Quattro anni dopo, tutti i tentativi sono risultati vani.

Sarebbe fin troppo facile vederlo come un'ammissione di fallimento: la grande tecnologia che gioca in un'arena di cui non sapeva nulla, con l'arroganza per cui è nota la Silicon Valley. Ma stava succedendo qualcos'altro. Il cambiamento di strategia di Google è stato un riflesso del crescente successo del
settore solare. Google ha realizzato che le sue energie erano meglio indirizzate verso l'aumento massiccio delle tecnologie rinnovabili esistenti che erano crollate di prezzo, piuttosto che inventarne di nuove.

Mentre Google ha inchiodato il passaggio dalla ricerca e sviluppo all'implementazione, probabilmente ha ancora puntato sullo sviluppo della tecnologia sbagliata. All'inizio degli anni 2010, la corsa al solare sembrava una competizione serrata tra il solare fotovoltaico (PV) e il solare a concentrazione (CSP, concentrating solar power), che utilizza i fluidi riscaldati dal sole per azionare le turbine elettriche. 

Google ha investito rapidamente più di 1 miliardo di dollari in una sfilza di società e servizi pubblici di energie rinnovabili, inclusi grandi investimenti in BrightSource Energy ed eSolar. Un decennio dopo, tali scelte non sembrano promettenti, poiché anche il CSP ha perso terreno a causa del continuo rapido calo dei costi del fotovoltaico. 

Google non è l'unica ad aver giudicato erroneamente il prezzo in calo delle celle solari negli ultimi decenni e il suo impatto sulle prospettive dell'energia pulita. I costi del solare fotovoltaico sono diminuiti all'incirca di un fattore 10 nell'ultimo decennio, in aggiunta alla già impressionante discesa dei costi fino a quel momento, per un calo totale di circa un fattore cento da quando il presidente degli Stati Uniti Jimmy Carter installò i pannelli solari alla Casa Bianca nel 1979. (Ronald Reagan li tolse nel 1986, durante il suo secondo mandato come presidente.)

Per dirla in prospettiva, se la benzina fosse calata di prezzo in modo simile rispetto ai livelli del 1979, oggi costerebbe pochi centesimi al gallone. La benzina, ovviamente, è una merce, con prezzi fluttuanti per una serie di ragioni tecnologiche, economiche e politiche. Anche i prezzi del solare fotovoltaico sono guidati da tutti questi fattori, ma nel corso degli anni la tecnologia è stata chiaramente dominante. (Quest'anno, i prezzi dei moduli fotovoltaici solari sono aumentati di circa il 18 per cento a causa di una crisi temporanea nella catena di fornitura del silicio).

Nel suo ultimo World Energy Outlook annuale, la International Energy Agency ha dichiarato che il solare fotovoltaico è "la fonte di elettricità più economica della storia" per le località soleggiate con un basso costo di finanziamento. Queste due qualifiche sono importanti. Il solare sarà sempre più economico a Phoenix, in Arizona, che a New York City, ma il rapporto ha concluso che questa forma di energia ha ora un costo inferiore al carbone e al gas naturale in molti luoghi.

Il finanziamento è il motivo di base per cui questo avviene. Il solare fotovoltaico e altre energie rinnovabili come l'eolico hanno spese operative basse o prossime allo zero: i costi iniziali sono sempre stati il grande ostacolo e gli investimenti nel solare, grazie alle politiche governative, sono diventati molto meno rischiosi nell'ultimo decennio circa, liberando denaro a basso costo.

Di conseguenza, la diffusione del solare fotovoltaico è aumentata rapidamente. Ora è la fonte di elettricità in più rapida crescita a livello globale e sarà così per qualche tempo a venire. Si parte, però, da una base bassa di capacità installata, molto inferiore rispetto a carbone, gas, idroelettrico, nucleare, persino eolico, che è stato economico per lungo tempo. E qui sta uno dei maggiori problemi per il solare fotovoltaico. Potrebbe essere la forma di elettricità più economica per molti, ma di per sé non rende la transizione all'energia pulita abbastanza rapida.

Abbiamo bisogno di ulteriori progressi tecnologici. Perché fermarsi alla grid parity, il punto in cui è tanto economico costruire e far funzionare il solare fotovoltaico quanto fornire elettricità tramite fonti energetiche fossili? Perché non il 10 per cento in meno? Perché non cercare di ridurre i costi di un altro fattore di 10 entro un decennio? 

Tali riduzioni sono necessarie perché il “sacro” obiettivo della parità di rete è fuorviante: la vera domanda è a che punto le aziende di servizi pubblici abbandoneranno effettivamente le centrali a carbone esistenti e passeranno al solare, piuttosto che semplicemente evitare di aggiungere nuova capacità a carbone. 

Il solare deve essere così economico da avere senso dal punto di vista finanziario chiudere gli impianti a carbone e gas ancora attivi. Tutto ciò richiede che la politica spinga la tecnologia solare esistente e sostenga la ricerca e lo sviluppo nelle nuove tecnologie. L'intero pacchetto include ricerca, sviluppo, dimostrazione, implementazione e diffusione della tecnologia. Ogni passo lungo questa catena merita il sostegno diretto del governo, tenendo presente che i costi sono sempre più onerosi man mano che si scende lungo la catena.

Come risparmiare?

Per ottimizzare al meglio gli investimenti per arrivare a un solare ancora più economico, vale la pena capire quali fattori hanno ridotto il costo dell'energia rinnovabile negli ultimi decenni. L’esperta di sistemi energetici del MIT, Jessika Trancik, e il suo gruppo hanno scoperto che il drastico calo dei costi delle celle solari nel corso di tre decenni può essere in gran parte attribuito a tre fattori.

In primo luogo ricerca e sviluppo che portano direttamente a miglioramenti nell'efficienza dei moduli (quanta luce solare viene convertita in elettricità ) e altri progressi tecnologici fondamentali. In secondo luogo, economie di scala attribuite alle dimensioni degli impianti di produzione di celle solari e al crescente volume di input come il silicio. Infine, miglioramenti ottenuti in corso d’opera.

Niente di tutto ciò è particolarmente sorprendente, ma ciò che è meno ovvio è che il contributo relativo di ciascuno varia notevolmente nel tempo. Dal 1980 al 2000, la R&S ha rappresentato circa il 60 per cento del calo dei costi, con economie di scala del 20 per cento e miglioramenti in corso d’opera intorno al 5 per cento. 

I dati hanno un senso. E’ stato, infatti, un periodo di notevoli progressi nell'efficienza delle celle solari, ma non si sono visti progressi significativi nella produzione e distribuzione. Da allora, il pendolo è passato dalla ricerca e sviluppo e dai miglioramenti tecnologici fondamentali alle economie di scala nella produzione, che ora rappresentano oltre il 40 per cento del calo dei costi. Vale la pena notare, tuttavia, che i progressi della ricerca rappresentano ancora circa il 40 per cento delle economie. 

La lezione che ne viene per gli investimenti futuri che mirano a rendere il solare ancora più economico è l’esigenza di un supporto diretto a tutti e tre i fattori, orientato alle economia di scala. I risultati di Trancik considerano solo il modulo solare fotovoltaico in quanto tale. Restano ancora l'installazione, la connessione alla rete e altri fattori che compongono i costi totali del sistema. Queste sono aree che probabilmente verranno migliorate man mano che i tecnici e le aziende acquisiranno maggiore esperienza. 

Mentre i risultati dei sussidi per l'aumento delle installazioni solari fotovoltaiche sembrano essere nella migliore delle ipotesi contrastanti, politiche come le tariffe feed-in, che offrono contratti favorevoli a lungo termine ai produttori di energia solare fotovoltaica, e il portafoglio rinnovabile o gli standard di energia pulita, che fissano obiettivi quantitativi per le rinnovabili, mostrano risultati chiari nel guidare l'implementazione complessiva.

Nessuna forma di energia è gratuita

Nonostante il calo del prezzo del solare, il passaggio alle rinnovabili sarà ancora costoso. La grande domanda, ovviamente, è quanto sia oneroso rispetto a cosa: anche il cambiamento climatico comporta dei costi. Il solare economico diventa ancora più attraente dal punto di vista finanziario per gli sviluppatori se si considerano i costi sociali e ambientali delle emissioni di carbonio dai combustibili fossili.

Molto qui dipende dal costo sociale del carbonio (SCC, social cost of carbon), vale a dire un conteggio del danno finanziario che ogni tonnellata di anidride carbonica emessa oggi provoca all'economia, alla società e all'ambiente e, per estensione, quanto ogni tonnellata di CO2 emessa dovrebbe costare. È un numero che dice molto sul vero costo del carbone e di altri combustibili fossili e sul supporto appropriato per il solare fotovoltaico e altre energie rinnovabili.

L'ultimo US SCC, calcolato dall'amministrazione Biden, calcola circa 50 dollari per una tonnellata di CO2 emessa ora. Ma è sicuramente una sottovalutazione. Alcuni calcolano che l'SCC superi i 300 dollari per tonnellata di CO2, dopo aver tenuto conto dei danni futuri causati dalle emissioni di carbonio e delle incertezze sul cambiamento climatico.  

Qualunque sia il numero, significa che carbone, petrolio e gas naturale saranno molto più costosi se si considerano i costi totali delle emissioni di gas serra. Solo allora le tecnologie a basse emissioni di carbonio saranno competitive con i combustibili fossili. Un prezzo esplicito del carbonio attraverso una tassa o un sistema di scambio di emissioni dovrebbe essere tra questi passaggi, ma non dovrebbe fermarsi qui. Inoltre, anche il portafoglio delle rinnovabili o gli standard di energia pulita stabiliscono un prezzo sul carbonio. 

Gli attuali standard del portafoglio delle rinnovabili negli Stati Uniti a livello statale si traducono in prezzi del carbonio equivalenti da 60 a 300 dollari per tonnellata di CO2, ben all'interno della gamma delle recenti stime SCC. Uno standard federale per l’elettricità pulita, parte del piano americano per l'occupazione proposto dall'amministrazione Biden, potrebbe rientrare in un intervallo simile e sarebbe ugualmente giustificabile sulla base degli intervalli SCC aggiornati.

Un tale standard federale per l'elettricità pulita sarebbe una vera manna per il solare fotovoltaico e altre energie rinnovabili, ma la politica climatica non deve limitarsi al prezzo del carbonio. Deve anche includere sussidi diretti per l'implementazione e il supporto per la ricerca e lo sviluppo. 

La sequenza politica più produttiva potrebbe essere qualcosa del genere: prima ridurre il costo delle energie rinnovabili per creare un'alternativa economicamente praticabile ai combustibili ad alto contenuto di carbonio, quindi valutare il carbonio tramite un prezzo diretto, uno standard di elettricità pulita o qualcosa di simile. 

La combinazione dei due dovrebbe quindi portare a una rapida diffusione delle energie rinnovabili su larga scala. Per molti aspetti, questo è esattamente ciò che è successo, e indica la chiara necessità per l'amministrazione Biden e altri di spingere per un prezzo sul carbonio in qualsiasi forma ciò possa accadere. 

Ma se l'obiettivo è il solare fotovoltaico a basso costo, sarà anche fondamentale implementare la ricerca e lo sviluppo per guidare ulteriori miglioramenti nell'efficienza delle celle solari e trovare progressi nella produzione che consentano risparmi ancora maggiori. Ed è fondamentale continuare ad esplorare le frontiere scientifiche alla ricerca di altri materiali solari che un giorno potrebbero essere ancora più efficienti ed economici. Il solare fotovoltaico è economico, ma non è gratuito. Pagare il prezzo per renderlo sempre più economico ne varrà la pena.

Gernot Wagner insegna economia del clima alla New York University. È l'autore del libro in uscita Geoengineering: The Gamble.

(rp)