Perché l'industria eolica europea ha bisogno di acciaio decarbonizzato
Si prevede che il futuro sistema energetico europeo sarà costituito da una combinazione di energie rinnovabili, nucleare e combustibili fossili abbattuti. È probabile che le fonti rinnovabili costituiscano una parte sostanziale di questo mix, con l'energia eolica in particolare destinata a una rapida espansione nei prossimi decenni. Alcuni studi suggeriscono che l'energia eolica da sola fornirà il 50% della domanda energetica del blocco entro il 2050.
Da qualsiasi punto di vista la si guardi, nei prossimi decenni ci aspetta un boom di costruzioni di infrastrutture energetiche. Le turbine eoliche sono realizzate prevalentemente in acciaio, una delle industrie europee ad alta energia che deve affrontare le sfide della decarbonizzazione.
A livello globale, la maggior parte dell'acciaio fresco (in contrapposizione a quello riciclato) viene attualmente prodotta con altiforni a combustibili fossili, che dipendono dal carbone da coke o dal gas fossile per raggiungere le alte temperature e le reazioni chimiche necessarie per fondere il minerale di ferro. Al momento non è stato raggiunto alcun risultato alternativo per la produzione di acciaio fresco su scala senza combustibili fossili, anche se si stanno sperimentando diversi metodi alternativi, tra cui forni alimentati a idrogeno e acciaio prodotto tramite elettrolisi. A meno che questi metodi alternativi non riescano a raggiungere la scala e i bassi costi necessari per mantenere competitivi i produttori di acciaio europei, assisteremo a emissioni estremamente elevate dovute all'aumento della domanda di acciaio.
L'industria siderurgica europea ha bisogno di un quadro politico adeguato per garantire la transizione verso un'attività neutrale dal punto di vista climatico, mantenendo al contempo la propria competitività. Ciò include l'elettricità eolica in una catena del valore decarbonizzata.
L'energia eolica, un affare europeo di lunga data
Le gigantesche turbine eoliche moderne avrebbero causato lo stupore di Don Chisciotte. Non avrebbe potuto attaccare le loro pale rotanti come fece delirando nel romanzo classico del XVII secolo di Miguel de Cervantes, semplicemente perché la sua umile lancia non avrebbe potuto raggiungere le pale rotanti di questi giganti moderni.
L'Europa utilizza l'energia eolica fin dal Medioevo. I mulini a vento restaurati nei bucolici paesaggi olandesi ci ricordano di un'epoca in cui l'energia eolica veniva sfruttata per drenare l'acqua dalle pianure e prevenire le inondazioni. I mulini a vento venivano utilizzati anche per molte altre attività, tra cui la macinazione dei cereali, la segatura del legno e la spremitura dei semi per l'olio. In Castilla de la Mancha, in Spagna, alcuni dei mulini a vento che hanno ispirato Cervantes possono essere visitati dai turisti che seguono le orme di Don Chisciotte. Nella società digitalizzata di oggi, ci affidiamo a una versione modernizzata di questa tecnologia familiare per passare a un nuovo sistema energetico. Tuttavia, se da un lato siamo riusciti a sfruttare l'energia eolica per generare elettricità rinnovabile, dall'altro l'acciaio che utilizziamo per costruire queste moderne turbine eoliche non viene prodotto in catene di valore decarbonizzate.
L'acciaio è al centro della produzione di turbine eoliche
Il processo di costruzione delle turbine eoliche richiede notevoli quantità di energia, in parte perché sono costituite per almeno il 70% da acciaio. Le industrie ad alta intensità energetica, tra cui il ferro e l'acciaio, sono state responsabili del 15% delle emissioni totali di gas serra dell'UE nel 2015. Queste industrie sono fondamentali nella transizione verso la neutralità climatica. Producono i mattoni per la transizione delle società verso sistemi energetici più rispettosi dell'ambiente e sono una fonte essenziale di occupazione in Europa.
Oggi le turbine eoliche sono prodotte con l'eredità dei sistemi energetici della Seconda Rivoluzione Industriale e le relative emissioni di gas serra. Nonostante decenni di miglioramenti dell'efficienza, l'industria siderurgica è ancora lontana dall'essere neutrale dal punto di vista climatico. A titolo di esempio, nel 2020 le emissioni ammontavano a 1,85 tonnellate di CO2 per tonnellata di acciaio prodotto. L'Unione Europea è il secondo produttore mondiale di acciaio, con una produzione di circa 150 milioni di tonnellate all'anno, che rappresenta 2,6 milioni di posti di lavoro diretti e indiretti nel blocco. Germania, Italia, Francia e Spagna sono i maggiori produttori europei di acciaio e rappresentano oltre il 50% della produzione totale dell'UE. L'industria siderurgica europea emette 221 milioni di tonnellate di gas serra all'anno, pari a circa il 6% delle emissioni totali di gas serra dell'UE.
Remscheid, città in cui si producono componenti per turbine eoliche
Remscheid è una città situata nella regione industriale tedesca della Renania Settentrionale-Vestfalia. Una città con una solida eredità industriale e una lunga storia di produzione di utensili e macchinari. Prendiamo ad esempio Dirostahl, un'azienda a conduzione familiare con sede a Remscheid, con oltre 400 anni di tradizione nella forgiatura. Impiega circa 500 persone e produce tra le 50.000 e le 70.000 tonnellate di prodotti in acciaio all'anno. Oggi, il 50% del suo portafoglio prodotti è destinato all'industria della generazione di energia elettrica rinnovabile, in quanto produce ruote dentate e cuscinetti che sono essenziali nel processo di costruzione delle turbine eoliche. Dirostahl è un esempio di azienda in cui il know-how e i prodotti si sposano perfettamente con la visione europea del Green Deal. Tuttavia, mentre le aziende di forgiatura dell'acciaio come Dirostahl producono alcuni componenti necessari per costruire il futuro sistema energetico, non è affatto facile per loro passare a un modello operativo a basse emissioni nell'attuale panorama di politiche, mercati e finanziamenti.
Le industrie ad alta intensità energetica sono difficili da decarbonizzare perché la loro domanda di energia non può essere soddisfatta commercialmente solo attraverso l'elettrificazione. Un'azienda di forgiatura dell'acciaio come Dirostahl riscalda i suoi forni a 1200 gradi Celsius con gas fossile. Forgiano parti di acciaio di grandi dimensioni (ricordiamo che stiamo parlando di turbine eoliche giganti) che non possono essere prodotte in forni elettrici a causa della combinazione delle loro dimensioni e dei requisiti energetici del processo.
Per forgiare le enormi parti delle turbine eoliche è necessario un approvvigionamento energetico affidabile, sicuro e conveniente. Oggi il gas fossile soddisfa tutti questi requisiti. Possono aziende come Dirostahl utilizzare altre tecnologie di decarbonizzazione, come la cattura del carbonio per abbattere le emissioni o l'idrogeno come combustibile a zero emissioni al posto del gas naturale? La risposta è sì. Devono impiegare tecnologie di decarbonizzazione o le loro attività non saranno redditizie in un'Europa neutrale dal punto di vista climatico. La sfida consiste nel creare un ecosistema adeguato in cui le industrie ad alta intensità energetica possano passare a operazioni a basse emissioni senza perdere competitività nei confronti di produttori extra-UE che non sono vincolati a obiettivi ambiziosi di decarbonizzazione.
Dalla teoria alla pratica
Facciamo un passo indietro. Aziende come Dirostahl sono riuscite a modernizzare le loro attività e a migliorare i sistemi energetici per ridurre le emissioni e l'inquinamento nel corso del tempo. Nel caso di Dirostahl, gli antenati dell'attuale proprietario erano quasi tutti fabbri fin dal XVI secolo. Cioè un secolo prima che Don Chisciotte e il suo cavallo finissero sbalzati a terra dopo aver dato una spinta alla vela di un mulino a vento in funzione.
Un'azienda con 400 anni di tradizione familiare dovrebbe essere abbastanza resistente da passare a un sistema energetico a basse emissioni. Dopo tutto, a metà del secolo scorso è passata dal carbone al petrolio pesante. Negli anni '70 è passata dal petrolio pesante al gas naturale. Attualmente utilizza una tecnologia di forgiatura dell'acciaio all'avanguardia e ha adottato misure di efficienza per ridurre il consumo energetico. Il passo successivo, l'adozione di combustibili a zero emissioni di carbonio o di tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio, è più dirompente e costoso.
Dirostahl consuma circa 200 GWh all'anno di gas naturale. Se utilizzasse l'idrogeno rinnovabile per soddisfare la sua domanda energetica, avrebbe bisogno di 20 tonnellate di idrogeno al giorno o l'equivalente di 30 MW di capacità installata di elettrolizzatori. L'installazione di elettrolizzatori in loco comporta sfide enormi. Alcune di queste includono il funzionamento degli elettrolizzatori, l'ingombro aggiuntivo richiesto e, infine, il sistema di trasmissione dell'elettricità necessario per fornire l'energia rinnovabile al sito. Per non parlare dell'aumento dei costi di produzione, che sono proibitivi nell'attuale mercato globale.
Al momento non ci sono gasdotti che forniscono idrogeno alla regione, il che rende difficile prendere in considerazione l'acquisto di idrogeno da terzi nel prossimo futuro. Non ci sono condutture per trasportare la CO2 in un luogo di stoccaggio geologico adeguato se la cattura e lo stoccaggio del carbonio vengono scelti come tecnologia di decarbonizzazione preferita nella regione della Renania Settentrionale-Vestfalia. Tuttavia, un recente studio dell'Istituto Wuppertal per il clima, l'ambiente e l'energia ha rilevato che un'infrastruttura di condutture per il trasporto della CO2 verso siti di stoccaggio all'estero potrebbe rivelarsi determinante per la decarbonizzazione dell'intero settore industriale della zona. Infatti, 30 delle 50 fonti puntuali di CO2 identificate nella Renania Settentrionale-Vestfalia potrebbero essere collegate per la cattura e lo stoccaggio del carbonio, mitigando così il 97% delle emissioni del settore. Lo sviluppo dei necessari gasdotti per l'idrogeno e la CO2 è una priorità fondamentale per il governo della Renania Settentrionale-Vestfalia, che ha sviluppato la propria strategia di gestione del carbonio come primo passo fondamentale per la decarbonizzazione del settore industriale della regione.
Quali sono le esigenze critiche per accelerare la decarbonizzazione dell'industria siderurgica?
Le infrastrutture sono uno degli aspetti chiave necessari per la transizione delle industrie ad alta intensità energetica verso sistemi a basse emissioni. I combustibili a zero emissioni, come l'idrogeno, devono essere trasportati dai produttori o dai terminali di importazione agli utenti finali. Con la proposta del Pacchetto Gas, pubblicata nel dicembre 2021, la Commissione europea cerca di creare il quadro normativo per un sistema del gas decarbonizzato. L'infrastruttura necessaria per trasportare le molecole di anidride carbonica catturate dagli impianti industriali a luoghi di stoccaggio geologico adeguati dovrebbe essere supportata dai regolamenti TEN-E e TEN-T.
È inoltre necessaria la commercializzazione di tecnologie come i bruciatori a idrogeno alla capacità necessaria per le industrie ad alta intensità energetica. In assenza di ciò, non esiste un'opportunità commerciale positiva per la transizione di queste industrie verso combustibili a zero emissioni di carbonio. In un recente evento sulla decarbonizzazione industriale organizzato da Future Cleantech Architects, il dottor Roman Diederich, amministratore delegato di Dirostahl, ha indicato che la transizione dal gas naturale all'idrogeno rinnovabile si tradurrebbe in un aumento di circa 700-800 euro per tonnellata di acciaio, rendendo i loro prodotti non competitivi in un mercato globalizzato.
La decarbonizzazione dell'industria siderurgica è fondamentale per garantire che l'intera catena di valore dell'elettricità eolica sia a basse emissioni di carbonio. Il sostegno degli Stati membri allo sviluppo delle infrastrutture per l'idrogeno sarà essenziale nei prossimi anni. Questo vale anche per le infrastrutture di trasporto di CO2. Politiche come i contratti di carbonio per differenza (ad esempio, SDE++ nei Paesi Bassi) saranno fondamentali per colmare il divario di commercializzazione delle tecnologie decarbonizzate e realizzare i progetti di decarbonizzazione.
La notizia incoraggiante è che il nuovo accordo di coalizione tedesco ha riconosciuto la necessità di un quadro di sostegno per consentire la transizione verso un'industria neutrale dal punto di vista climatico, la creazione di mercati guida e la necessità di prezzi competitivi dell'energia per l'industria.
Un altro pezzo del puzzle della decarbonizzazione sarà al suo posto quando le gigantesche turbine eoliche che generano parte dell'elettricità rinnovabile in Europa saranno prodotte con acciaio a basso contenuto di carbonio o rinnovabile. La lunga relazione dell'Europa con i mulini a vento sarà portata a un livello tale da sfruttare la potenza del vento in modo realmente sostenibile.
