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La grande sfida delle materie prime

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L’aumento esponenziale del consumo di materie prime, sempre meno disponibili, è sul lungo periodo insostenibile. Senza contare l’impatto ambientale della loro estrazione e trasformazione. Una riflessione sulle strategie di approvvigionamento sicuro e sostenibile.  

La crescita della popolazione e l’adozione di stili di vita improntati al consumismo comportano un uso sempre più elevato di materie prime. La popolazione mondiale è aumentata con ritmo esponenziale negli ultimi 100 anni: da 2,5 miliardi di abitanti nel 1950 abbiamo raggiunto, nel 2022, gli 8 miliardi, con proiezioni di oltre 10 miliardi di persone al 2100. Oggi l’economia mondiale consuma 100 miliardi di tonnellate di materiali all’anno e l’andamento di aumento nel consumo di risorse porterà, secondo l’OCSE, ad un consumo di 190 miliardi di tonnellate di materiali al 2060.

Secondo uno studio UNEP (Programma delle Nazioni Unite per l’Ambiente) il consumo delle risorse naturali complessive è più che triplicato dal 1970 al 2017 ed il consumo pro-capite è quasi raddoppiato: il consumo di minerali non metallici (per la maggior parte sabbia, ghiaia e argilla) è passato da 9 a 44 miliardi di tonnellate, il consumo di combustibili fossili (carbone, petrolio e gas naturale) è più che raddoppiato ed il consumo di biomassa è quasi triplicato.

Questo elevato consumo di risorse ha un impatto socio-economico e ambientale non trascurabile, se si considera che le risorse non vengono prodotte in maniera omogenea in tutti i Paesi del globo, con potenziali distorsioni sul loro mercato e la loro disponibilità. Inoltre, i processi di estrazione e trasformazione delle risorse sono responsabili per il 90% della perdita di biodiversità e dello stress idrico e per circa metà delle emissioni di gas serra globali.

E’ urgente mettere in campo azioni per promuovere la transizione verso modelli di produzione e consumo più sostenibile e circolari, basati su un approccio che dia più valore alle risorse e che allunghi la vita di materiali e prodotti, adottando uno stile di vita più virtuoso, fondato sulla cultura dell’efficienza, del riuso e del riciclo.

Le iniziative dell’Europa e dell’Italia per le materie prime

L’attenzione dell’Europa sul tema delle materie prime nasce circa 15 anni fa, con l’Iniziativa europea sulle materie prime del 2008. Da allora, sono stati messi in funzione diversi strumenti operativi per affrontare il tema dell’approvvigionamento sicuro e sostenibile delle materie prime, secondo un approccio basato su tre pilastri principali:

  • estrazione primaria sostenibile;
  • riciclo;
  • sostituzione.

Sono inoltre state individuate le cosiddette materie prime critiche, ovvero quelle materie prime necessarie per il sistema produttivo europeo il cui approvvigionamento è dipendente da Paesi extra europei a rischio di instabilità geo politica. La lista, elaborata la prima volta nel 2011 con l’individuazione di 14 materie, viene aggiornata ogni tre anni, e nel 2023 è arrivata ad identificare  34 materie prime critiche.

La crisi pandemica prima, e la guerra in Ucraina successivamente, hanno acuito la criticità delle catene di approvvigionamento di numerose materie prime, indispensabili non solo per la transizione energetica e digitale, ma anche per la sicurezza nazionale.

L’iniziativa di rilievo più recente è il Critical Raw Materials Act, il Regolamento europeo sulle materie prime che diventerà cogente a partire dal 2024. Il Regolamento, sulla base dei principi di sostenibilità, stabilisce che:

  • almeno il 10% delle materie prime critiche consumate dovrà essere estratto in Europa;
  • almeno il 25% delle materie prime critiche dovrà arrivare da attività di recupero e riciclo.

In Italia, la tematica delle materie prime critiche è seguita dal Tavolo nazionale italiano sulle materie prime critiche, che opera sotto il coordinamento del Ministero delle Imprese e del Made in Italy e del Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza energetica, mediante 4 Gruppi di Lavoro: “Analisi dei fabbisogni” coordinato da RSE (Ricerca sul sistema energetico) e Confindustria, “Mining” coordinato da ISPRA, “Ecodesign” e “Urban mining” coordinati da ENEA.

La Piattaforma italiana del fosforo, istituita con Decreto del Ministero per l’Ambiente nel novembre 2018 e gestita da ENEA, è un tavolo tematico al quale partecipano imprese, istituzioni e associazioni, che mira a chiudere il ciclo del fosforo, materia prima critica per l’Europa e di fondamentale importanza in molteplici applicazioni, con l’obiettivo finale di ridurre la dipendenza del nostro Paese nel suo approvvigionamento. L’approccio è esteso all’intera catena di valore, con approfondimenti su aspetti di mercato, normativa e migliori tecnologie disponibili.

Le fonti di approvvigionamento delle materie prime critiche

L’Italia dipende da importazione extra europea per oltre il 99% delle materie prime critiche, in molti casi anche da Paesi politicamente instabili, per contro, oltre il 35% del nostro PIL è collegato alla loro disponibilità. L’estrazione primaria non può essere però, per il nostro Paese, la strada maestra per risolvere la criticità di approvvigionamento in tempi congrui rispetto alle previste esigenze dei prossimi anni.

In Italia infatti, a differenza dei Paesi del nord Europa ricchi di giacimenti di materie prime, le attività di estrazione mineraria sono praticamente ferme da oltre 30 anni e mancano ormai le competenze tecniche adeguate e una mappatura geomineraria recente; la riapertura delle miniere è percorribile, ma con tempi molto lunghi di realizzazione, data la necessità di una preliminare mappatura geomineraria, l’identificazione dei potenziali giacimenti e i tempi necessari all’autorizzazione delle attività estrattive, che potrebbero richiedere anche 15 anni di tempo.

Una valida soluzione alternativa di approvvigionamento, soprattutto in un Paese come il nostro, eccellente nel settore del riciclo, è quella da fonti secondarie. Le città rappresentano – in questo ambito – delle vere e proprie miniere urbane; anche se in Europa la capacità di riciclaggio di alcune materie prime critiche è ancora mediamente molto bassa, sotto l’1% della quantità potenzialmente riciclabile.

Un esempio molto concreto è rappresentato dai Rifiuti da Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche (RAEE), che contengono decine di materiali tra metalli preziosi, metalli speciali, materie prime critiche (terre rare, cobalto, litio…), plastiche, vetro, ceramiche e molti altri. Una moderna apparecchiatura elettronica può contenere più di 60 elementi della tavola periodica e si stima che ogni cittadino europeo produca, in media, oltre 18 kg di rifiuti hi-tech l’anno. Tuttavia, la percentuale media della raccolta a fine vita è sotto il 40% (intorno al 20% per piccoli RAEE).

Le tecnologie per il recupero delle materie prime critiche  

Per una migliore valorizzazione di queste risorse devono essere messi in campo strumenti adeguati, da una mappatura delle fonti secondarie ad iniziative per migliorare la capacità della raccolta dei prodotti a fine vita contenenti le materie prime critiche, fino alla pianificazione e realizzazione degli impianti.

Bisogna passare dal concetto di impianti di gestione dei rifiuti al concetto di impianti per la produzione di materie prime utili per il nostro sistema produttivo e, con questa finalità, promuovere l’implementazione di tecnologie di riciclo ad elevata efficienza e selettività, a basso impatto ambientale e ridotto consumo energetico, basate su un approccio prodotto centrico. Uno sviluppo possibile attraverso la realizzazione di impianti flessibili e modulari, adattabili al recupero di diverse tipologie di materie prime e resilienti nel tempo. Impianti che devono anche essere accettati dalle comunità locali: alle scienze tecnologiche vanno quindi affiancate competenze in scienze sociali, che permettano di realizzare scelte territoriali condivise.

ENEA persegue da anni l’approccio prodotto centrico per il riciclo delle materie prime critiche da prodotti complessi a fine vita, sviluppando tecnologie combinate che consentano di massimizzare il recupero delle materie prime e, nel contempo, minimizzare le emissioni, i consumi e gli scarti.

La tecnologia idrometallurgica, basata su una serie di trattamenti chimico-fisici che separano le diverse materie prime in funzione delle loro caratteristiche chimiche, presenta una serie di vantaggi rispetto alla più diffusa tecnologia pirometallurgica, in quanto opera a temperatura ambiente e a ciclo chiuso, con consumi ed emissioni quasi zero.

ENEA possiede due brevetti per tecnologie idrometallurgiche per il recupero di oro, argento, rame, stagno e piombo da schede elettroniche. Sulla base di questi brevetti, è stato realizzato presso il Centro di ricerca di Casaccia l’impianto pilota ROMEO, per testare e ottimizzare le tecnologie di riciclo di varie materie prime critiche da diversi prodotti complessi, quali batterie, magneti permanenti, pannelli fotovoltaici. E verificarne la scalabilità industriale.

L’approvvigionamento sostenibile delle materie prime critiche  

Per sfruttare appieno tutto il potenziale dell’economia circolare è necessario però, oltre al riciclo, intervenire su tutte le fasi della catena di valore dei prodotti: dall’eco-progettazione, alla diagnosi delle risorse nella produzione, alla riparazione e riuso, alla proposta di modelli di consumo innovativi e circolari (sharing economy, pay for use).

L’eco-design è in linea con le più recenti normative europee, in termini di sostituzione delle materie prime critiche, riparabilità e allungamento della vita utile dei prodotti, facile disassemblaggio e riciclabilità. Si dovrebbe investire anche nell’innovazione finalizzata alla sostituzione, laddove possibile, delle materie prime critiche e promuovere la responsabilità estesa dei produttori.

Il piano di approvvigionamento sostenibile delle materie prime dovrebbe prevedere soluzioni che integrino estrazione primaria (locale se possibile o remota, nell’ambito di cooperazioni internazionali) con riciclo di materie prime: il principio guida nella scelta delle soluzioni deve essere la sostenibilità e, laddove possibile, il riciclo deve essere una soluzione prioritaria rispetto all’estrazione di nuove risorse, avendo un ridotto impatto ambientale, una maggiore efficienza di estrazione e, dunque, un minor costo.

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