Da esperta nella scienza dei materiali ad ‘ambasciatrice’ dell’importanza dell’economia circolare. Questo il percorso di Alessia Le Donne, scienziata dei materiali all’Università degli Studi di Milano-Bicocca - la Scienza dei Materiali, disciplina scientifica relativamente giovane ma già affermata in Europa, nasce come corso di laurea in Italia nel 1994 proprio all’Università di Milano-Bicocca. Le Donne è tra i protagonisti della Notte dei Ricercatori del 27-28 settembre ai giardini Montanelli proprio con uno stand su Materie Prime: Risorse e Scarsità (Raw Matters & Circular Economy), tenuto in collaborazione con colleghi dell’Istituto ISTM del CNR e del Politecnico di Milano.

Un approccio a cui Le Donne è arrivata attraverso la ‘caccia’ a nuove generazioni di materiali e la consapevolezza che la disponibilità di alcune materie prime - in particolare le più utilizzate nei dispositivi elettrici ed elettronici di uso quotidiano (smartphone, tablet, schermi, cavi elettrici etc.) - è destinata a calare drasticamente. Con ricadute in campo economico e sociale.

“Per le celle solari sono allo studio diverse leghe quaternarie, ma guardando al rapporto efficienza/costo la tecnologia fotovoltaica basata sul silicio rimane al momento la più competitiva”.

Partiamo dalla sua attività: qual è il suo ambito di ricerca?

“Ho iniziato la mia attività occupandomi di silicio cristallino,  che è alla base dell’attuale industria fotovoltaica, come di quella microelettronica. Il silicio è un elemento abbondante in natura, visti i suoi molteplici impieghi però la sua richiesta è altissima. Per nostra fortuna, a oggi le celle solari hanno avuto una durata anche superiore a quella prevista: dai 15-20 anni stimati sono arrivate ai 30-35 anni. Rimane il fatto che le installazioni di pannelli solari sono cresciute moltissimo negli anni, e si pensa cresceranno ancora. Da qui lo sviluppo di celle solari a film sottile, basate su elementi diversi dal silicio: è questo di cui mi occupo, da circa dodici anni”.

Dunque come si cerca di sostituire il silicio?

“Intanto bisogna dire che le celle solari a film sottile garantiscono un risparmio di materiale pari a un fattore 100, perché se le celle in silicio massivo hanno uno spessore di 150-200 micron (cioè 0.15-0.2 mm), il film sottile arriva a circa 2 micron (cioè 0.002 mm). Il fatto però che sia fondamentale ottenere il miglior rapporto possibile tra efficienza di fotoconversione e costo, unito alla sempre crescente richiesta di pannelli fotovoltaici, ha orientato la ricerca verso dispositivi basati su elementi e architetture alternativi. Per dare un’idea: a oggi la potenza fotovoltaica installata a livello mondiale è di circa 500 Gigawatt, mentre secondo le previsioni nel 2050 la potenza richiesta al fotovoltaico sarà di ben 5 Terawatt, ovvero 10 volte la potenza attuale installata.

Si sono sperimentate diverse soluzioni, tra cui leghe di quattro elementi, come ad esempio rame, selenio, indio e gallio. Anche questi ultimi due però hanno moltissime applicazioni (nonché modesta abbondanza in natura) e dunque il problema si ripresenta anche con questa seconda opzione.

Sono oggetto di studio allora anche altre leghe quaternarie composte da rame, zolfo, stagno e alternativamente zinco ferro o manganese. Tra queste ultime, oggi la lega più performante comprende rame, zinco, zolfo, stagno e un po’ di selenio: garantisce un’efficienza di conversione della luce solare del 12-13%, a fronte del 26% circa del silicio. Poiché, come detto in precedenza, il rapporto efficienza/costo ha un grosso peso, da questo punto di vista la tecnologia fotovoltaica basata sul silicio rimane al momento la più competitiva.
Per ricollegarci al tema dello stand, i pannelli solari che nel prossimo e lontano futuro arriveranno a fine vita sono una vera miniera di materie prime talvolta rare, come ad esempio l’argento). Ecco perché è in corso lo sviluppo di tecniche di riciclo per i materiali presenti nelle celle solari e, anche da qui, nasce il mio interesse per l’economia circolare. Perché anche se la raccolta differenziata è cresciuta, troppo spesso dimentichiamo che le isole ecologiche nelle nostre città sono vere e proprie miniere. Così come lo sono a volte le nostre case, piene di piccoli elettrodomestici abbandonati, ricchi di elementi chimici utili e appunto magari già scarseggianti”.

“Non c’è ancora abbastanza consapevolezza della necessità di riciclare correttamente i RAEE come fonti preziose di nuove materie prime, reperite altrimenti a un costo maggiore, maggiore impatto ambientale e più difficoltà”

In effetti tutti ormai hanno uno smartphone e lo cambiano anche spesso. Eppure i nostri cellulari non sono ancora del tutto riciclati?

“Parlando con i ragazzi venuti al nostro stand - siamo infatti alla nostra seconda partecipazione a MeetMeTonight - mi sono accorta che su questo punto c’è ancora poca informazione, a volte una vera e propria disinformazione. Troppo spesso il vecchio smartphone rimane in un cassetto, e al suo smaltimento secondo un canale corretto si arriva per caso, magari perché l’apparecchio è in comodato d’uso e quindi viene restituito. Pochi sanno infatti che ormai il ritiro dei cosiddetti RAEE (rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche), anche piccoli, è gratuito. E se si porta il cellulare all’isola ecologica è più perché ingombra il cassetto che per un‘effettiva consapevolezza di quanto preziosi siano i materiali contenuti in ogni apparecchio. Ripeto: in ogni casa si nasconde una miniera, e ancora di questo non siamo abbastanza consapevoli e responsabili. Questo è uno dei messaggi che vogliamo portare al nostro stand alla Notte dei Ricercatori: riciclare correttamente è davvero una necessità per avere una nuova fonte di materie prime. Anche perché, pure nel caso in cui le materie prime non scarseggino ancora, può essere che siano distribuite in modo ineguale tra i diversi Paesi: vedi il caso delle cosiddette Terre Rare, elementi come ad esempio l’europio, il lantanio, il terbio, il praseodimio (tutti utilizzati negli schermi di smartphone, tablet e tv), che sono concentrate soprattutto in Cina”.

“Cosa porterete dunque al vostro stand?

“Kit educativi, app e giochi per spiegare l’importanza di un approccio di economia circolare al pubblico di tutte le età. Parleremo, tra le altre cose, dell’Earth Overshoot Day, ovvero del giorno in cui figurativamente l’umanità esaurisce il credito annuale di risorse naturali che la Terra ci rende disponibile, andando a intaccare il ‘capitale naturale’ futuro. L’esempio che facciamo ai ragazzi è quello di un frigo, che abbiamo la possibilità di riempire con la spesa per un anno. L’Earth Overshoot Day è quello in cui scopriamo che il frigo è vuoto - quest’anno è stato anticipato ancora, addirittura al 29 luglio - e in cui allora per arrivare fino a dicembre andiamo a rubare cibo dal frigo del nostro vicino, rappresentato dalle generazioni future.

Solleciteremo dunque la necessità di un approccio di economia circolare per tutti gli oggetti che possediamo, e che appunto magari ‘dimentichiamo’ nelle nostre case. Anche per motivi etici e ambientali: non solo le materie prime sono limitate, ma a parità di impiego di forza lavoro, ad esempio, l’estrazione mineraria di certi elementi ha un costo molto maggiore di quando ce li procuriamo grazie alla raccolta differenziata, senza contare l’impatto ambientale del tutto diverso e molto più pesante. Sono alcuni dei temi che con i colleghi di CNR e Politecnico affrontiamo nel progetto europeo RM@Schools 3.0 (finanziato dalla Knowledge Innovation Community Raw Materials, promossa dall'European Institute of Technology)  per coinvolgere i ragazzi fino ai 19 anni nella tematiche riguardanti le materie prime e l’economia circolare, stimolando contemporaneamente il loro interesse per le discipline scientifiche”.

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