Il Dipartimento dell’Energia americano ha pubblicato la lista delle materie prime critiche per i fabbisogni energetici americani, sulla base di un report approfondito e di una metodologia dedicata. Con lo sguardo a breve e medio termine, sono diciotto gli elementi cruciali per la decarbonizzazione e la sicurezza delle forniture… Ma serve stabilire priorità
Dopo più di un mese dal rilascio del draft report, il Department of Energy (DoE) ha pubblicato ufficialmente la lista definitiva, a seguito del Critical Materials Assessment (2023 CMA), dei materiali e minerali ritenuti ‘critici’ per le supply chain delle tecnologie rinnovabili sulla base di un ampio studio prospettico (2025-2035).
A differenza dell’Unione Europea, gli Stati Uniti prevedono una doppia classificazione, la quale il più delle volte vede sovrapporre alcuni elementi. Tuttavia, la differenza sostanziale giace nella diversa analisi prospettica, che distingue la lista finale dei materiali o minerali critici non in aggregato, ma distinguendoli quelli per il consumo in più settori economici o industriali o per la sicurezza nazionale (un criterio che, nella metodologia europea, non è contemplato) da quelli valutati, nello specifico, per il settore energetico.
L’Energy Act of 2020 definisce, ai fini legislativi, un “materiale critico” come qualsiasi minerale, elemento, materiale o sostanza che il Segretario dell’Energia determini: a) ad alto rischio sulle forniture; b) funzionale ed essenziale in una o più tecnologie, incluse quelle che producono, trasportano, accumulano o conservano l’energia. Un “minerale critico”, invece, è definito come in precedenza ma designato, in questo caso, dal Segretario degli Interni attraverso la direzione dello US Geological Survey (USGS).
Nella sua ultima lista, il DoE ha incluso i seguenti materiali: alluminio, cobalto, rame, disprosio (REE), acciaio elettrico, fluoro, gallio, iridio, litio, magnesio, grafite naturale, neodimio (REE), nichel, platino (PGM), praseodimio (REE), silicio, carburo di silicio e terbio. Poiché i mercati dei materiali e delle tecnologie connesse sono fortemente globalizzati, la valutazione del Dipartimento ha una portata globale, inserendovi gli interessi nazionali degli Stati Uniti. Inoltre, per ciascuno dei materiali critici identificati in questa valutazione, il DOE svilupperà una strategia integrata per affrontare i rischi specifici che emergono dal mercato e dal contesto geopolitico.
Questa valutazione è un aggiornamento delle analisi condotte nei precedenti rapporti sulla strategia per i materiali critici, il primo dei quali è stato pubblicato dal DeE nel 2010. Si tratta, inoltre, di un rapporto complementare ad altre valutazioni di criticità condotte dal governo statunitense, come quelle dell’US Geological Survey (USGS) per conto del Dipartimento degli Interni degli Stati Uniti, oltre ad estendere alcuni importanti contributi del DoE sulla catena di approvvigionamento per le tecnologie rinnovabili datate febbraio 2022.
La lista dell’USGS è molto più ampia: comprende 50 elementi, inclusi i precedenti, che si aggiungono ad antimonio, germanio, niobio, palladio etc. Si tratta di un gruppo di minerali e metalli sempre più monitorati per il loro utilizzo nei semiconduttori, nella decarbonizzazione del sistema elettrico così come per il dominio che la Cina ha costruito su molte delle loro filiere.
La lista, così concepita sulla base della matrice che combina l’importanza economica dei settori di consumo (alcuni caratterizzati con bassi margini di profitto e maturi, come l’industria automobilistica convenzionale e l’elettronica di consumo) e dal rischio lungo le catene di approvvigionamento, è molto lunga e non aiuta a stabilire vere e proprie gerarchie di priorità verso settori strategici o centrali per la sicurezza nazionale Usa. Per esempio, la maggior parte dei 50 (45 elementi) sono considerati minerali strategici d’interesse per la US Defense Logistics Agency (Usdla), il comitato del Pentagono incaricato di gestire le filiere della base industriale-militare statunitense. Altri 17 materiali – tra cui leghe metalliche di litio, alluminio e rame, boro, cadmio, tellurio di cadmio e zinco, rame, ferromanganese, quarzo, carburo di silicio – sono inclusi nella lista dell’Usdla, ma non considerati critici dallo Usgs.
Questa sovrapposizione e sovrannumero rischia di creare confusione, oltre a riflettere diverse priorità per quanto concerne le necessità di ogni specifico Dipartimento o settore industriale. Inoltre, la diversa struttura di mercato per ogni minerale o materiale rende gli interventi federali molto complessi per gestire una vera e propria strategia di de-risking. Prendiamo, per esempio, la bauxite, principale minerale per la produzione di alluminio. Sono 380 milioni le tonnellate metriche prodotte nel 2022 secondo lo USGS, con risorse stimate in 55-57 miliardi. Nonostante l’ampia disponibilità produttiva e di raffinazione in Africa, in Nord e Sud America, in Asia, Europa e Oceania, secondo la metodologia americana si tratta di una risorsa potenzialmente critica. In contrasto, la produzione globale di gallio, altro materiale critico e sottoposto a restrizione da Pechino in ritorsione alle misure degli Usa e alleati sui chip, era soltanto di 550 tonnellate metriche, di cui il 98.1% avvenuto in Cina, per un mercato che non supera i 300 milioni di dollari. Nonostante l’importanza economica relativa più ridotta, tuttavia, i suoi prodotti raffinati, in particolare il nitruro di gallio (GaN), sono ampiamente utilizzati nei moderni dispositivi militari, tra cui radar e nelle comunicazioni satellitari.
Possiamo dunque sostenere che la criticità di bauxite e gallio sia comparabile? È in questo senso che il report di analisi del Dipartimento dell’Energia rappresenta un primo passo per una compartimentazione della criticità di materiali o minerali a seconda del loro utilizzo finale e per stabilire gerarchie di criticità.
Infatti, oltre a informare le priorità trasversali del DoE, tra cui il programma di ricerca, sviluppo, dimostrazione e commercializzazione dei materiali critici (RDD&CA), l’elenco dei materiali critici del Dipartimento sarà una guida per l’ammissibilità ai crediti d’imposta previsti dalla sezione 48C dell’Inflation Reduction Act. L’amministrazione Biden ha infatti designato, tra le sue priorità politiche ed economiche, di fare degli Stati Uniti una superpotenza delle batterie elettriche e degli EV, il che già impone di setacciare in un’ottica top-down la lista dello Usgs verso materiali e metalli (litio, cobalto, nichel, manganese e grafite) funzionali a quel specifico piano industriale. L’utilità delle valutazioni di criticità, oltre che un mero esercizio accademico, dovrebbe proprio essere quella di guidare soluzioni (e investimenti).
Tra i punti chiave emersi dal 2023 CMA, sono da enfatizzare i seguenti: i materiali delle terre rare (neodimio Nd, praseodimio Pr, disprosio Dy e terbio Tb) utilizzati nei magneti dei motori EV e dei generatori di turbine eoliche continuano a essere critici. Sebbene Dy e Tb siano entrambi elementi di terre rare pesanti che svolgono la stessa funzione nei magneti, la criticità del Tb è leggermente inferiore a quella del Dy nel breve termine a causa dell’uso diffuso del Dy nei magneti di alta qualità e dell’attuale ruolo del Tb come sostituto. Allo stesso modo, il Pr è critico nel medio termine, ma solo quasi critico nel breve termine perché è più sostituibile nei magneti rispetto all’Nd.
I materiali utilizzati nelle batterie per i veicoli elettrici e per l’accumulo domestico e industriale sono ora considerati critici. Mentre il cobalto (Co) è risultato critico in questo e nei precedenti rapporti, il litio (Li) diventa critico nel medio termine a causa del suo uso più ampio nei vari catodi delle batterie e della crescita dilagante dell’industria dei veicoli elettrici. La grafite naturale è una nuova aggiunta in questa valutazione e risulta anch’essa critica.
I metalli del gruppo del platino, utilizzati negli elettrolizzatori per la produzione di idrogeno, come il platino (Pr) e l’iridio (Ir), sono critici a causa della maggiore attenzione alle tecnologie dell’idrogeno in un’ottica net-zero, mentre quelli utilizzati nei convertitori catalitici, come il rodio (Rh) e il palladio (Pd), sono stati esclusi a causa della minore importanza dei convertitori catalitici nel medio termine.
Il gallio, come anticipato, continua a essere fondamentale in una serie di industrie: per il suo utilizzo nei diodi a emissione luminosa (Led), ma in un’ottica futura aumenterà il suo impiego nella produzione di semiconduttori in materiali compositi, come l’arseniuro di gallio (GaAs) o il nitruro di gallio (GaN).
Materiali che già godono di un mercato consolidato come l’alluminio (Al), il rame (Cu), il nichel (Ni) e il silicio (Si) passano da non critici nel breve termine a quasi critici nel medio termine a causa della loro importanza nell’elettrificazione in generale (da un massiccio dispiegamento delle reti elettriche e dei cavi sottomarini per gli impianti eolici offshore, all’aumento del consumo negli EV). Infine, l’acciaio elettrico risulta quasi critico a causa del suo utilizzo nei trasformatori e nei generatori elettrici.
In conclusione, la valutazione dei materiali critici 2023 da parte del DoE rappresenta un importante contributo scientifico, seppur calibrato sugli interessi nazionali statunitensi, in questo settore emergente. L’analisi è stata gestita e finanziata dall’Advanced Materials and Manufacturing Technologies Office (Ammto) dell’Energy Efficiency and Renewable Energy (Eere) ed è stata condotta dall’Argonne National Laboratory e dall’Idaho National Laboratory, in consultazione con i membri del DoE Critical Minerals and Materials Science and Energy Technology Team.
