Raggiungere l'obiettivo Net Zero entro il 2050 significa essenzialmente eliminare completamente i combustibili fossili in meno di 30 anni. Non possiamo farlo senza il rame, affermano Bruno De Wachter e Fernando Nuño, rappresentanti dell'International Copper Association e membri del comitato consultivo della fiera internazionale fiera internazionale dell'ingegneria elettricaCWIEME Berlin. Qui discutono delle sfide che dobbiamo affrontare nel nostro rapporto con questo metallo antico.

La storia dell'umanità con il rame risale a circa 10.000 anni fa. I popoli neolitici utilizzarono per la prima volta il rame nativo per realizzare utensili, armi e oggetti decorativi, e la fusione del rame diede inizio all'età del bronzo circa 5.000 anni fa. I Romani lo importavano principalmente da Cipro, chiamandolo aes cyprium, "metallo di Cipro". Successivamente il nome è diventato cuprum, l'origine della parola inglese copper.

In epoca romana, il rame era utilizzato prevalentemente nelle monete dell'impero e per produrre ottone destinato ad usi specifici, come ornamenti e alcuni elementi idraulici e architettonici. Oggi, invece, oltre due terzi (70%) della produzione moderna di rame è destinata ad applicazioni elettriche. Il rame è presente in ogni fase del sistema elettrico: nella generazione, nel trasferimento e nell'utilizzo dell'energia elettrica.

Perché il rame?

Nel percorso verso l'azzeramento delle emissioni nette, l'elettricità è il nostro strumento principale e il rame è la colonna portante del nostro sistema elettrico.

Il rame è il secondo metallo più conduttivo dopo l'argento e più conduttivo dell'oro, ma la scarsità e il prezzo di questi due metalli preziosi li rendono inadatti per i milioni di tonnellate necessarie per una rete energetica globale. Le proprietà fisiche del rame, come la sua duttilità e resistenza alla corrosione, lo rendono ideale per innumerevoli componenti come cavi, connettori e bobine. Infine, è il 25° elemento più abbondante nella crosta terrestre e può essere riciclato senza alcuna perdita significativa di qualità.

Le proprietà uniche del rame consolidano la sua posizione di materiale essenziale per l'elettrificazione, il sistema di trasferimento dell'energia che sostiene il percorso dell'umanità verso l'obiettivo Net Zero.

Più potenza, più velocità

Con lo sviluppo delle infrastrutture elettriche e il miglioramento degli standard di vita in tutto il mondo, avremo naturalmente bisogno di più megawatt di energia per soddisfare la domanda. Tuttavia, un effetto collaterale della transizione verso l'energia verde è che ogni megawatt di elettricità utilizzato richiederà un maggiore impiego di rame rispetto alle alternative basate sui combustibili fossili.

Il motivo principale è che la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili è molto più dispersiva rispetto alla produzione termica convenzionale da combustibili fossili, rendendola più intensiva in termini di materiali. Ad esempio, ogni turbina eolica da 1 a 5 MW ha un proprio generatore, mentre una centrale termica a carbone ha un generatore che in genere produce 400 MW. Una produzione più dispersiva significa anche che la rete per il trasferimento dell'energia elettrica dal luogo di produzione a quello di consumo deve essere ampliata.

Inoltre, la produzione di energia elettrica da fonti sostenibili dipende spesso dalle condizioni meteorologiche. Mentre il carbone può bruciare quasi 24 ore su 24, 7 giorni su 7, l'energia eolica necessita di una brezza costante e l'energia solare funziona solo durante il giorno. Per compensare i periodi di bassa produzione naturale, avremo bisogno di una capacità di produzione e di stoccaggio supplementare per stare al passo con la domanda, il che significa più rame per più sistemi di energia rinnovabile. Questo è un altro motivo per cui abbiamo bisogno di una rete più forte: migliore è l'interconnessione tra tutti i siti di produzione e consumo, più facile diventa attingere l'elettricità da dove è disponibile in quel momento.

La generazione è una cosa, ma Net Zero significa decarbonizzare l'energia anche all'altra estremità della catena: l'utente finale. L'energia senza emissioni di carbonio per l'uso finale sulle strade, ad esempio, significa più veicoli elettrici, ma ciascuno di essi richiede 2-3 volte più rame rispetto a un veicolo alimentato da un motore a combustione interna.

Entro il 2040 l'elettricità pulita sarà il principale consumatore di rame, ma il rame viene utilizzato anche in alcuni sistemi non elettrici che favoriscono la transizione verso l'obiettivo Net Zero. Ad esempio, essendo un eccellente conduttore termico, il rame viene spesso utilizzato nei sistemi di riscaldamento e raffreddamento, come quelli presenti nelle pompe di calore, che svolgono un ruolo importante nella riduzione dell'uso di combustibili fossili per il riscaldamento.

Infine, la ricerca dell'efficienza energetica stessa richiede un uso intensivo di rame. Secondo la legge di Joule, l'energia persa sotto forma di calore in un cavo elettrico è proporzionale alla resistenza e la resistenza è inversamente proporzionale al diametro del cavo: quindi, più spesso è un cavo di rame, meno energia viene sprecata sotto forma di calore e quindi più efficiente è il sistema. Ciò include gli avvolgimenti dei trasformatori e dei motori elettrici. In sostanza, più rame utilizziamo in ogni applicazione, più energia risparmiamo.

Ce n'è abbastanza?

L'Agenzia internazionale per l'energia ha pubblicato due scenari relativi alla domanda futura di rame. Lo scenario delle politiche dichiarate (STEPS) si basa su quanto già promesso dai governi, mentre lo scenario di sviluppo sostenibile (SDS), più aggressivo, si basa sul raggiungimento dell'obiettivo Net Zero entro il 2050. Entrambi gli scenari prevedono un aumento della domanda annuale di rame a 40 Mt entro la metà del secolo (dagli attuali 26 Mt circa), nel 2050 per lo scenario STEPS e nel 2040 per lo scenario SDS.

Considerando queste cifre elevate, è naturale chiedersi se la Terra disponga di una quantità di rame sufficiente a soddisfare il nostro fabbisogno. La risposta breve è sì. Esistono risorse sufficienti per sostenere la transizione energetica e soddisfare le esigenze della società. La domanda è se saremo in grado di estrarre il rame abbastanza rapidamente da allinearci con STEPS o SDS.

La produzione primaria di rame è attualmente pari a 22 milioni di tonnellate (Mt) all'anno. Insieme ai 4 Mt di rame riciclato, questo soddisfa la domanda attuale di 26 Mt. La domanda è cresciuta di circa il 3,3% all'anno per oltre un secolo, raddoppiando circa ogni 30 anni. In passato, i fattori che determinavano la domanda di rame erano la crescita demografica, la diffusione dell'elettrificazione e il consumo di energia elettrica. Oggi sono invece la transizione verso l'energia verde e il miglioramento degli standard di vita globali. Attualmente disponiamo di riserve di rame pari a circa 41 anni (il rame presente nel sottosuolo delle miniere operative) e di risorse previste, ma attualmente non sfruttate, pari a 250 anni.

Sorprendentemente, il numero di anni di riserve di rame è rimasto pressoché invariato per decenni. Proprio come per il petrolio, più diventa scarso, più ci si impegna per trovarne altro.

Potrebbe essere possibile ridurre la nostra dipendenza dal rame sviluppando alternative come l'alluminio. L'alluminio è circa tre volte più leggero del rame, quindi potrebbe essere vantaggioso per l'uso nelle linee elettriche aeree, ad esempio. D'altra parte, nelle applicazioni con vincoli di spazio e peso, l'aumento di volume dell'alluminio e della struttura circostante necessaria per fornire la stessa funzionalità del rame lo rende inadatto.

Un altro settore di ricerca è il grafene, che è anche tre volte più leggero del rame ma più di il doppio più conduttivo e realizzato in carbonio, che è dieci volte più abbondante. È promettente, ma gli usi del grafene nell'industria elettrica sono un campo attualmente dominato dalla ricerca e probabilmente ci vorranno decenni prima che il grafene diventi un'alternativa mainstream al rame.

Se la crescita continua ai ritmi storici e la produzione di rame aumenta di pari passo, come è avvenuto per oltre 100 anni, non c'è nulla di cui preoccuparsi. Nel frattempo, vengono introdotti cambiamenti nel modo in cui produciamo il rame.

Produzione a basso impatto ambientale

È fondamentale massimizzare il riciclaggio del rame per mantenere in circolazione il rame secondario. Le proprietà del rame elettrico, come la purezza, favoriscono il riciclaggio, che ha un impatto molto minore rispetto all'estrazione mineraria. Tuttavia, l'attuale riciclaggio dei rottami pre e post-consumo (10 Mt) soddisfa solo un terzo della domanda odierna e un quinto dell'SDS del 2040. Inoltre, i rottami post-consumo diventano disponibili solo dopo che l'apparecchiatura ha esaurito il suo ciclo di vita, che è di circa 30 anni per un trasformatore, ad esempio.

Rame verde

Per ora, almeno, l'estrazione delle risorse esistenti per il rame primario è essenziale. Infatti, senza l'estrazione mineraria non può esserci Net Zero. Sebbene l'estrazione mineraria a impatto zero sia impossibile, l'estrazione deve essere responsabile, con un attento equilibrio tra sfide economiche, ambientali, politiche e sociali.

In alcuni casi, tale equilibrio è difficile da raggiungere, come dimostra la chiusura di una delle più grandi miniere di rame a cielo aperto del mondo alla fine del 2023. In risposta alle proteste nazionali che andavano dalle preoccupazioni ambientali ai sospetti di corruzione, la Corte Suprema di Panama ha dichiarato incostituzionale il contratto della società mineraria canadese First Quantum Minerals con Cobre Panama e l'ha costretta a chiudere le attività della miniera. Il sito di Donoso impiegava 7.000 persone, rappresentava circa il cinque per cento del prodotto interno lordo di Panama e l'uno per cento della produzione mondiale di rame.

Collaborazione internazionale e condivisione di idee e competenze in occasione di eventi come CWIEME Berlinaiutano il settore a collaborare e a fare la propria parte per massimizzare i vantaggi dell'uso del rame e ridurre l'impatto ambientale della sua produzione.

Ad esempio, lo 0,2% delle emissioni globali di carbonio proviene dal ciclo produttivo del rame, dall'estrazione alla raffinazione e alla produzione. Sebbene si tratti di una quantità molto inferiore alle emissioni che il rame contribuisce a prevenire, i membri dell'International Copper Association si sono impegnati a raggiungere l'ambizioso obiettivo di azzerare le emissioni di Scope 1 e 2 entro il 2050. Oppure si consideri il Copper Mark, uno standard a livello industriale che incoraggia la produzione, l'approvvigionamento e il riciclaggio responsabili del rame e di altri metalli critici. Basata su 32 indicatori, la certificazione è stata concepita per coprire tematiche sociali e ambientali, dall'impegno sociale e la prevenzione del lavoro minorile all'uso responsabile dell'acqua e alla gestione delle risorse.

Gli esseri umani utilizzano il rame da migliaia di anni per migliorare la propria vita e, con il giusto approccio, potremo continuare a utilizzarlo per altre migliaia di anni: forse il suo periodo di massimo splendore deve ancora arrivare.