Life cycle assessment di un impianto fotovoltaico al tellururo di cadmio

Tesi di Marianna Falcone                          

Il lavoro di tesi è frutto di un tirocinio svolto presso l’ENEA (Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile) nella sede di Bologna. Con lo studio si è applicata la metodologia del Life Cycle Assessment (in seguito LCA) ad un impianto fotovoltaico da 2,14kWp al Tellururo di Cadmio (in seguito CdTe).

Uno dei problemi più gravi che affligge la società è quello di trovare il giusto equilibrio tra la salvaguardia dell’ambiente e i vantaggi che derivano dall’uso di tecnologie emergenti. Nel tempo è quindi aumentato l’interesse a determinare quantitativamente, e in modo rigoroso, se un particolare sistema produttivo agisce in maniera sostenibile. A questo proposito è stata elaborata la metodologia LCA, capace di valutare il danno ambientale causato da un qualsiasi prodotto, processo o sistema. Nello studio l’analisi è stata svolta con l’ausilio del software SimaPro 7.1.5, in grado di descrivere e analizzare prodotti complessi come un insieme di materiali e processi corredati dai relativi dati ambientali. Nella tesi è stato adattato un processo contenuto nella banca dati LCA Ecoinvent, utilizzando come unità funzionale l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico in 25 anni.

Dopo aver stilato l’inventario dei processi ritenuti maggiormente caratterizzanti, si è effettuata l’analisi con cinque metodi di valutazione: EcoIndicator 99, EPS 2000, Impact 2002, EDIP 2003, e IPCC 100a 2007. Per ognuno dei cinque metodi è stata effettuata la valutazione degli impatti attraverso l’individuazione delle categorie di impatto, la classificazione, la caratterizzazione, il damage assessment, la normalizzazione e la valutazione del danno.

L’LCA ha permesso di effettuare nel quinto capitolo una serie di analisi:

• il confronto tra i tradizionali moduli al silicio con i moduli al CdTe, evidenziando un maggior impatto di quest’ultimi;
• La quantificazione dell’emissione di cadmio durante l’intero processo, risultata pari a 0,002593 kg;
• Il calcolo della CO₂ eq risparmiata sulla base del confronto con l’elettricità generata da altre fonti non rinnovabili;
•  ed infine è stato ricavato l’Energy Pay Back Time (EPBT), un indicatore che esprime il tempo che l’impianto fotovoltaico deve funzionare per recuperare l’energia che è stata investita nella lavorazione.

Nel successivo capitolo della tesi si è preso in considerazione il problema legato allo smaltimento e riciclo dei moduli fotovoltaici giunti al fine vita. Difatti, da un lato la giovane età della tecnologia e dall’altro la durata dei moduli fotovoltaici (25-30 anni) hanno fatto si che il problema del riciclaggio fino a poco tempo fa non fosse preso in considerazione, ciò, in un paese come l’Italia dove la gestione dei rifiuti costituisce un problema più che mai attuale, è una mancanza che dovrebbe essere colmata. Pertanto sulla base del processo di riciclo fornito da First Solar (l’azienda leader mondiale nella produzione dei moduli a film sottile al CdTe) è stato elaborato un processo di riutilizzo. Tale processo, in ambito LCA, prevede un approccio definito “from cradle to cradle” secondo il quale il prodotto giunto a fine vita non è visto come un rifiuto ma il punto di partenza di un nuovo ciclo, riducendo così la quantità di rifiuti destinati alla discarica o all’incenerimento. In questo modo il processo di riciclo, recuperando materiali preziosi e rari, oltre ad essere eticamente e ambientalmente corretto risulta anche economicamente vantaggioso. Anche in questo caso l’LCA ha permesso di quantificare il così detto “danno evitato “ che risulterebbe pari a circa il 29% del danno totale; inoltre in caso di riciclo si avrebbe:

·       Una riduzione dell’emissione di CO₂eq pari a 707,42 kg.

·       Un abbassamento di quasi un anno dell’EPBT.

·       Una diminuzione di circa il 50% dell’emissione di cadmio.

L’ultimo capitolo della tesi ha riguardato l’analisi dei costi interni ed esterni dell’impianto. Per quanto riguarda i costi interni è stata effettuata un’analisi dell’investimento con i principali metodi di valutazione ricavando il VAN (pari a 12166€), il TIR, l’indice di profittabilità e il periodo di recupero monetario semplice e attualizzato. I costi esterni sono stati invece calcolati con il metodo EPS (ammontano a circa 10768€) ed è stata elaborata una proposta di incentivazione per il fotovoltaico che tenga in considerazione la differenza dei costi esterni generati da una fonte rinnovabile e i costi esterni prodotti dalle tradizionali forniture di energia elettrica.