Studio su gestione circolare e chiusura del ciclo dei pannelli fotovoltaici

Gli anni passano e sempre più pannelli fotovoltaici giungono al loro fine vita utile: un tema di crescente importanza che non bisogna sottovalutare. Lo ha affrontato uno specifico studio nell’ambito del master di II livello in “Gestione e controllo dell’ambiente, management efficiente delle risorse”, della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, per cui è stato attivato in aprile 2023 un laboratorio che ha permesso lo studio del fine vita dei pannelli fotovoltaici.

pv magazine Italia ha intervistato la dottoressa e scienziata ambientale Maria Cristina Nanni, che con i colleghi Alessandra Moroni, Francesco Bormidoni e Michelangelo Poggi ha presentato lo scorso luglio il risultato del lavoro laboratoriale. “Dal team di ricerca è stato affrontato un lungo percorso di analisi, ricerche ed interviste agli attori del settore fotovoltaico, proponendo delle prospettive di riciclo e riuso dei pannelli, in ottica di transizione energetica e decarbonizzazione. I ricercatori si sono interfacciati con due delle aziende partner del master: Ancitel Energia e Ambiente ed Itelyum. Grazie alla supervisione di professori e docenti della scuola, in particolare Marco Frey, Eleonora Annunziata, Monia Niero e Nora Annesi, la dottoressa Nanni e i colleghi hanno delineato lo stato dell’arte della gestione del fine vita dei pannelli, ed analizzato le due alternative di riuso o riciclo”.

Dopo un’attenta analisi della normativa vigente, il gruppo di lavoro è passato all’analisi delle tecnologie di trattamento, alla mappatura impiantistica italiana, all’ecodesign del pannello e benchmarking tra paesi leader del settore fotovoltaico, e l’approfondimento di studi di Life Cycle Assessment su riuso e riciclo.

Sintetizzando lo studio, si nota che il settore del fotovoltaico in Italia ha vissuto una crescita disomogenea nel corso degli anni, con una maggiore diffusione nel Nord rispetto al Centro e al Sud del paese. Tra il 2008 e il 2011, l’Italia si è posizionata come il secondo paese al mondo per capacità installata nel fotovoltaico, grazie agli incentivi concessi per l’installazione di moduli fotovoltaici. Tuttavia, dopo il 2013, la crescita si è concentrata principalmente nel settore domestico, con oltre 670 mila impianti a fine 2018, prevalentemente situati nel Nord Italia.

Rifiuti RAEE

Nonostante la diffusione capillare degli impianti, la maggior parte di essi è di piccole dimensioni, rappresentando il 90% del totale, ma solo il 21% della potenza complessiva. Nel 2018, la rete di raccolta nazionale contava 4.883 centri di conferimento e 962 impianti di trattamento, ma la quantità di moduli fotovoltaici raccolti era inferiore agli obiettivi stabiliti dalla Direttiva Europea 2012/19/CE sui rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche (RAEE). Mentre la percentuale di RAEE che entra negli impianti di riciclaggio è dell’89%, la percentuale di “preparazione al riutilizzo” è molto bassa, raggiungendo solo l’1% nel 2015.

A livello normativo, nel 2012, il Gestore dei Servizi Energetici (GSE), in collaborazione con l’Istituto di Ricerca sul Sistema Energetico (RSE) e operatori del settore fotovoltaico, ha emanato un disciplinare tecnico per il recupero e il riciclo dei moduli fotovoltaici a fine vita, istituendo una rete di consorzi e fondi Trust. La Direttiva Europea 2012/19/UE ha incluso i moduli fotovoltaici tra i RAEE, disciplinandone il fine vita. Il decreto legislativo 49/2014 ha recepito internamente la direttiva e stabilisce che i produttori delle apparecchiature fotovoltaiche sono responsabili della gestione dei RAEE, compresi i moduli fotovoltaici.

Inoltre, il GSE ha introdotto la possibilità per i soggetti responsabili degli impianti fotovoltaici incentivati di evitare le trattenute da parte del GSE e di versare l’importo a un Trust collettivo riconosciuto e autorizzato dal Ministero della Transizione Ecologica per la gestione del fine vita dei moduli dismessi. Questa opzione offre vantaggi come la sicurezza nella gestione finanziaria, la trasparenza e la tracciabilità delle operazioni, nonché l’esonero da responsabilità operative e burocratiche.

Best practice

La filiera del riciclo dei moduli fotovoltaici presenta ancora alcune criticità riguardanti l’impatto ambientale, la presenza di rifiuti pericolosi e le emissioni di gas ad effetto serra. Tuttavia, paesi come la Germania e la Cina si sono distinti per l’efficacia dei loro sistemi di riciclo, con la Cina che mira a raggiungere il 100% di riciclo entro il 2030. L’Italia sta lavorando per migliorare la gestione dei RAEE, ma la sua capacità di riciclo è inferiore rispetto a questi paesi.

Nel 2020, l’ENEA, Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile, ha sviluppato un innovativo processo di separazione a basso consumo energetico e ridotto impatto ambientale, permettendo il recupero di varie componenti con alte percentuali di recupero.

Tecnologie ed ecodesign

Le tecnologie alternative agli impianti silicei classici includono i moduli TOPCon e la tecnologia PERC Half-cut; i primi offrono maggiore efficienza energetica grazie al contatto posteriore di tipo tunnel, mentre la tecnologia PERC Half-cut combina celle posteriori passivate e un design a metà taglio, migliorando l’efficienza complessiva e la resistenza alle ombre. Inoltre, l’ecodesign dei pannelli solari sta esplorando nuove possibilità, come i pannelli trasparenti, che potrebbero essere applicati in aree con vincoli paesaggistici, come edifici storici. Altre tipologie di pannelli solari includono quelli in gel di silicio, a base organica o a base di grafene, ognuno con le proprie caratteristiche e vantaggi. Nel campo dei materiali alternativi, la perovskite è stata studiata come possibile materiale per le celle fotovoltaiche, consentendo una maggiore efficienza e costi di produzione ridotti. Tuttavia, la stabilità chimica degli inchiostri a base di perovskite e la presenza di piombo, è una sfida da affrontare con attenzione.

Riflettori su Italia, Germania e Cina

Il benchmark tra Italia, Germania e Cina nel settore fotovoltaico rivela differenze significative nella crescita del mercato, nella capacità installata, nelle politiche di incentivi, nel riuso, recupero e riciclaggio dei moduli, nonché nell’efficienza e nelle tecnologie adottate. In generale, la mancanza di norme ad hoc sul riuso porta all’assenza di una vera e propria filiera, e quindi di dati sui volumi.

L’Italia ha avuto una capacità installata notevole nel passato, ma la sua posizione nel ranking globale è diminuita negli ultimi anni. La maggior parte degli impianti si trova nel settore domestico, offrendo incentivi sostanziali per l’installazione di moduli fotovoltaici, che hanno contribuito alla crescita iniziale del settore. Tuttavia, la riduzione degli incentivi negli anni successivi ha comportato un rallentamento della crescita del mercato. L’Italia ha affrontato alcune criticità nella gestione del fine vita dei moduli fotovoltaici, con una quantità di moduli riciclati inferiore agli obiettivi stabiliti dalla direttiva europea sui rifiuti RAEE. Il riutilizzo e il revamping degli impianti fotovoltaici in Italia sono strategie importanti per massimizzare il beneficio economico legato alla produzione di energia solare, e stanno crescendo le aziende che si occupano di questo.

La Germania è stata un pioniere nello sviluppo dell’energia solare ed ha raggiunto una crescita significativa nel fotovoltaico nei primi anni 2000 grazie a politiche di incentivi e tariffe feed-in garantite. Questo ha portato a una rapida espansione del settore, rendendo la Germania uno dei principali mercati fotovoltaici al mondo; tuttavia, negli ultimi anni, le tariffe sono state ridotte progressivamente a causa del successo del settore e dell’elevato costo del supporto finanziario. La Germania ha sviluppato infrastrutture e tecnologie avanzate per il trattamento dei rifiuti fotovoltaici, raggiungendo un alto tasso di riciclabilità e riducendo l’impatto ambientale, è stata all’avanguardia nello sviluppo di tecnologie fotovoltaiche ad alta efficienza ed ha investito nella ricerca e nello sviluppo di nuovi materiali per migliorare l’efficienza delle celle solari. Riguardo al riuso, qualche piattaforma on line sta emergendo sia nel mercato B2B che di vendita diretta al consumatore.

Dal canto suo la Cina ha sorpassato rapidamente altri paesi diventando il principale mercato fotovoltaico globale; il governo cinese ha investito massicciamente nel settore, fornendo incentivi finanziari, politiche di supporto e agevolazioni fiscali per la produzione e l’installazione di moduli fotovoltaici contribuendo alla rapida crescita e alla leadership del paese nel mercato globale del fotovoltaico. La Cina detiene la maggiore capacità installata di energia fotovoltaica al mondo grazie a grandi investimenti in progetti solari su larga scala e una produzione di moduli fotovoltaici di massa, diventando anche uno dei principali esportatori di pannelli solari. Il paese si è impegnato a migliorare il riciclaggio dei moduli fotovoltaici e mira a raggiungere il 100% di riciclo entro il 2030; ha promosso tecnologie ed impianti per il trattamento dei rifiuti fotovoltaici, puntando a ridurre la dipendenza dalle materie prime vergini e a ridurre l’impatto ambientale migliorando l’efficienza dei moduli. Tra le tecnologie di riciclo è bene sottolineare l’utilizzo di trattamento chimico, non ancora utilizzato o a regime in Italia e Germania. Non abbiamo trovato esperienze di riuso in Cina.

Cina, un mercato da modellare

In sintesi, il benchmark tra Italia, Germania e Cina nel settore fotovoltaico rivela che la Cina ha raggiunto una posizione di leadership globale nella messa a terra di impianti, grazie a politiche di incentivi spinte, grandi investimenti e una produzione di massa di moduli fotovoltaici, ma non per ultimo lo sviluppo tecnologico di riciclo di tipo sia meccanico, che termico e chimico. La Germania è stata un pioniere nello sviluppo del fotovoltaico e ha mantenuto una posizione di rilievo nel mercato europeo. L’Italia ha conosciuto una crescita significativa nel passato, ma sta affrontando sfide nella gestione del fine vita dei moduli e nella ricerca di tecnologie innovative per migliorare l’efficienza e la sostenibilità del settore. L’evoluzione tecnologica e la promozione di politiche sostenibili possono influenzare il futuro del fotovoltaico in questi paesi e contribuire alla transizione verso una produzione e utilizzo dell’energia più verde ed efficiente dal punto di vista energetico.

Guardando al futuro

Riguardo le prospettive future e proiezioni a lungo raggio, il periodo tra il 2033 e il 2042 sarà cruciale poiché ci si aspetta un alto numero di impianti a fine vita, che potrebbero generare circa 170.840 tonnellate di RAEE da fotovoltaico, rappresentando sei volte la quantità di tutto il comparto RAEE nel 2018. Questa previsione richiede soluzioni per il riuso, il recupero, il riciclaggio e lo smaltimento dei materiali in modo sostenibile, tenendo conto della scarsità di materie prime vergini e della necessità di una dotazione impiantistica adeguata per gestire i volumi di moduli dismessi.

In ottica di efficienza del pannello (stimate superiori al 50%) si ipotizza un’alta diffusione e commercializzazione a partire dal 2026, di celle tandem, ovvero l’accoppiamento tra celle trasparenti o semitrasparenti in perovskite e silicio, sovrapposte con diverse metodologie, con vita utile di 30 anni.

L’importanza di un approccio circolare

In conclusione, la gestione del fine vita dei pannelli fotovoltaici rappresenta una sfida che richiede soluzioni sostenibili; gli studi sulla Valutazione del Ciclo di Vita (LCA) indicano che il riutilizzo sembra essere l’opzione più sostenibile, poiché prolunga la vita utile dei dispositivi e riduce l’impatto ambientale. Tuttavia, la produzione su larga scala rende difficile riutilizzare tutti i moduli prodotti, e alcuni potrebbero subire danni non riparabili. Quindi la scelta delle soluzioni ottimali dipenderà dalle specificità di ciascun contesto e dalle opportunità offerte dal progresso tecnologico. In Italia il ruolo del GSE, la normativa vigente e le tecnologie alternative possono contribuire a rendere più efficiente e responsabile la gestione dei moduli fotovoltaici a fine vita. La promozione di un approccio circolare e sostenibile per il fotovoltaico è essenziale per ridurre l’impatto ambientale del settore e contribuire alla transizione verso un futuro più verde ed efficiente dal punto di vista energetico.