Pubblicato il: 13 marzo 2025 / Aggiornato il: 13 marzo 2025 – Autore: Konrad Wolfenstein
Si prevede che le nuove super celle solari (perovskite) accelereranno la transizione energetica del Giappone – Strategia solare giapponese con Sekisui Chemical – Immagine: Xpert.Digital
Tecnologia energetica del futuro: la svolta giapponese con le celle a perovskite
Energia solare avanzata: il percorso del Giappone verso la transizione energetica
Il Giappone sta compiendo passi da gigante nella tecnologia dell'energia solare con lo sviluppo di celle solari a perovskite (PSC), che hanno il potenziale per trasformare radicalmente il panorama energetico del Paese. Si prevede che questa tecnologia innovativa non solo supporterà gli ambiziosi obiettivi climatici del Giappone, ma ridurrà anche la sua dipendenza dai combustibili fossili e dall'energia nucleare. Grazie alle loro proprietà flessibili, leggere e altamente efficienti, queste super celle solari potrebbero raggiungere una capacità di generazione di elettricità equivalente a 20 reattori nucleari entro il 2040, dando così un contributo cruciale alla transizione energetica del Giappone.
La rivoluzionaria tecnologia della perovskite
Le celle solari a perovskite differiscono fondamentalmente dalle celle solari convenzionali e promettono una rivoluzione nel modo in cui l'energia solare viene sfruttata. A differenza dei tradizionali pannelli solari a base di silicio, le celle a perovskite sono caratterizzate da elevata adattabilità, peso ridotto e flessibilità produttiva. Queste proprietà le rendono particolarmente preziose per il Giappone densamente popolato, dove i pannelli solari convenzionali sono spesso poco pratici a causa dello spazio limitato disponibile.
La versatilità delle celle solari a perovskite apre possibilità applicative completamente nuove. Grazie al loro design semitrasparente e leggero, possono essere installate su pareti e finestre di edifici, sui tetti delle auto e sui lampioni stradali, consentendo di utilizzare queste superfici per la produzione di energia. Questa flessibilità è particolarmente importante nelle città con spazi limitati, dove è fondamentale massimizzare la produzione di energia senza richiedere ulteriore terreno.
In termini di efficienza, le celle solari a perovskite hanno compiuto progressi impressionanti. Con un'efficienza del 26,1%, sono ora alla pari con i tradizionali pannelli monocristallini in silicio, e questo valore continua a crescere, mentre la tecnologia al silicio sembra aver raggiunto i suoi limiti. La possibilità di utilizzare le PSC in combinazione con i pannelli in silicio è particolarmente promettente, poiché attualmente consente di raggiungere un'efficienza superiore al 35%. Inoltre, la flessibilità delle PSC consente lo sviluppo di sistemi ibridi che combinano energia eolica e solare, il che può migliorare ulteriormente l'efficienza delle energie rinnovabili.
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Il vantaggio strategico del Giappone attraverso la produzione di iodio
Un fattore chiave che rafforza la posizione del Giappone nello sviluppo di celle solari a perovskite è il suo ruolo di secondo produttore mondiale di iodio. Lo iodio è un componente necessario nella produzione di celle solari a perovskite. Questo vantaggio in termini di risorse consente al Giappone di stabilire una filiera di approvvigionamento indipendente e offre promettenti opportunità di sviluppo per la sua industria nazionale. Utilizzando questa risorsa naturale, il Giappone potrebbe creare una filiera produttiva ampiamente autosufficiente per produrre le enormi quantità di celle solari a perovskite richieste.
L'ambizioso piano solare del Giappone
Il governo giapponese ha presentato un ambizioso piano per l'utilizzo della tecnologia perovskite. Il Paese punta a installare 20 gigawatt di capacità solare entro l'anno fiscale 2040, equivalenti alla potenza di circa 20 reattori nucleari. Con questa capacità, il Giappone potrebbe non solo smantellare i suoi reattori nucleari attivi, ma anche evitare di costruire nuove centrali nucleari per soddisfare il futuro fabbisogno energetico, con la graduale dismissione delle centrali a combustibili fossili.
Questa iniziativa fa parte di un piano energetico più ampio. Il 13 marzo 2025, il governo giapponese ha finalizzato una bozza di politica energetica fondamentale volta ad aumentare la quota di energie rinnovabili nel mix elettrico fino al 50% entro il 2040 per soddisfare la crescente domanda di elettricità. Il Giappone aveva già aggiornato il suo piano energetico nell'ottobre 2021, con le energie rinnovabili come principale beneficiario. Il sesto "Piano Energetico Strategico" stabilisce per la prima volta l'obiettivo di far sì che l'energia solare, eolica e idroelettrica, nonché la biomassa, diventino le principali fonti di produzione energetica in Giappone dal 2030 in poi, con una quota prevista del 36-38% del mix energetico.
Il ruolo trainante di Sekisui Chemical
Un attore chiave nell'attuazione della strategia solare giapponese è Sekisui Chemical. Con il supporto della Banca di Sviluppo del Giappone (DBJ), Sekisui ha fondato una nuova società all'inizio del 2025 per sviluppare, produrre e vendere celle solari a perovskite su licenza di Sekisui Chemical. Il costo totale del progetto è stimato in oltre 310 miliardi di yen (1,97 miliardi di dollari), con metà del finanziamento fornito da sovvenzioni governative.
Sekisui prevede una strategia di investimento graduale, che inizierà con 90 miliardi di yen per la costruzione di una linea di produzione da 100 megawatt entro il 2027, seguita da una linea di produzione da gigawatt entro il 2030. Per questo progetto, l'azienda acquisterà e utilizzerà attrezzature presso lo stabilimento Sharp di Sakai, nel Giappone occidentale. L'obiettivo è raggiungere una capacità produttiva di 1 gigawatt all'anno per celle innovative, principalmente celle solari a perovskite, entro l'anno fiscale 2030.
L'azienda ha già definito chiari ambiti di applicazione per la sua tecnologia: "Vogliamo sfruttare le proprietà di leggerezza e flessibilità del sistema per promuoverne l'utilizzo, soprattutto nel settore pubblico, ad esempio nei palazzetti dello sport che fungono da centri di evacuazione in caso di calamità", ha dichiarato l'azienda. A lungo termine, Sekisui prevede di espandere la propria attività riducendo i costi attraverso la produzione di massa e aumentando al contempo la domanda, concentrandosi su tetti e pareti esterne di fabbriche e magazzini nel settore privato.
Investimenti e piani di produzione
Sekisui Chemical prevede di raggiungere una capacità produttiva di 1 gigawatt all'anno per celle solari a perovskite entro il 2030. L'azienda investirà complessivamente circa 2 miliardi di dollari in questo progetto, con il governo giapponese che coprirà la metà dei costi.
Il primo passo è la costruzione di una linea di produzione con una capacità di 100 megawatt all'anno dal 2025 al 2027. Per questo, Sekisui Chemical investirà 90 miliardi di yen (circa 570 milioni di dollari USA) e utilizzerà parti di un ex stabilimento Sharp a Osaka.
Supporto e partnership governative
Il governo giapponese sostiene attivamente il progetto:
- Il Ministero degli Affari Economici ha concesso a Sekisui Chemical una sovvenzione nell'ambito del programma per ampliare le catene di fornitura per la trasformazione verde.
- La Banca di sviluppo del Giappone (DBJ), di proprietà statale, detiene una quota del 14% nella neonata società Sekisui Solar Film, che realizzerà lo stabilimento di produzione.
Tecnologia e applicazioni
Sekisui Chemical è specializzata nella produzione roll-to-roll di celle solari in perovskite sottili e flessibili. Le attuali proprietà delle celle sono:
- Efficienza: 15%
- Durata di conservazione: 10 anni
- Larghezza del rotolo: 30 centimetri
Gli obiettivi futuri includono un'efficienza del 20% e una durata di vita di 20 anni. Le celle solari leggere e flessibili saranno inizialmente installate sui tetti di edifici pubblici, come le palestre. In seguito, sono previste applicazioni su tetti e pareti di fabbriche e magazzini.
Obiettivi a lungo termine
Il governo giapponese punta a far sì che i nuovi tipi di celle solari contribuiscano alla produzione di energia per circa 20 gigawatt entro il 2040. Sekisui Chemical intende svolgere un ruolo chiave nel raggiungimento di questo obiettivo governativo di avviare una produzione su scala di gigawatt entro il 2030.
Svolta nelle celle solari in perovskite: più economiche e durature che mai
Nonostante il loro enorme potenziale, le celle solari a perovskite devono ancora affrontare diversi ostacoli. La loro durata di vita notevolmente limitata rispetto al silicio e gli elevati costi iniziali rappresentano due delle maggiori sfide per le PSC. Tuttavia, la tecnologia è in costante miglioramento e i ricercatori stanno lavorando a soluzioni come una tecnologia di passivazione migliorata e combinazioni di materiali più stabili.
Un notevole passo avanti è stato compiuto nel 2024, quando un produttore cinese ha presentato le prime celle perovskite commerciali progettate per funzionare per 12 anni senza alcuna perdita di prestazioni, con una garanzia di dieci anni offerta dal produttore. In un periodo di 25 anni, si prevede che il degrado delle prestazioni sarà lineare anziché improvviso, migliorando così la prevedibilità.
Anche per quanto riguarda i costi si sta delineando un trend positivo. Le previsioni indicano che in Giappone i costi scenderanno dagli attuali 20 yen (circa 12 centesimi di euro) a 10 yen (circa sei centesimi di euro) per watt entro il 2040. Questa riduzione dei costi aumenterà ulteriormente la competitività della tecnologia e ne promuoverà l'adozione su larga scala.
In Germania, il fisico Felix Lang ha scoperto una straordinaria proprietà dei semiconduttori perovskiti: la loro capacità di autoripararsi. Questa scoperta potrebbe prolungare significativamente la durata delle celle solari in perovskite e contribuire al miglioramento delle celle solari e delle apparecchiature a raggi X, con applicazioni sia sulla Terra che nello spazio.
La rinascita solare del Giappone
Un tempo il Giappone era leader mondiale nella produzione di pannelli solari, ma la sua quota di mercato è scesa al di sotto dell'1% a causa della concorrenza dei produttori cinesi. Con la tecnologia PSC, il Giappone mira a riconquistare una posizione più forte sul mercato globale. Questo ricorda il periodo successivo alla crisi petrolifera del 1973, quando il settore pubblico e privato giapponese collaborò alla ricerca e allo sviluppo di energie rinnovabili e la sua quota di mercato globale per i pannelli solari superò temporaneamente il 50%, prima di essere superata dalle aziende cinesi con prezzi più bassi.
Dal disastro nucleare in Giappone nel marzo 2011, il settore dell'energia solare del Paese si è sviluppato rapidamente. Oggi, la produzione di energia solare contribuisce a quasi il 10% della produzione totale di energia, rispetto a solo l'1,9% nel 2014. L'attuale piano energetico mira ad aumentare questa quota tra il 36 e il 38% entro il 2030, con la tecnologia della catena di approvvigionamento energetico (PSC) che svolgerà un ruolo chiave nel superamento di queste cifre entro il 2040.
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Diversificazione delle energie rinnovabili in Giappone
Sebbene le celle solari a perovskite siano al centro della strategia energetica giapponese, il Paese sta investendo anche in altre fonti di energia rinnovabile per diversificare il proprio mix energetico e aumentare la sicurezza energetica. Il Giappone mira a diventare una società basata sull'idrogeno e dal 2017 persegue una strategia sull'idrogeno, che supporta anche il suo obiettivo di decarbonizzazione entro il 2050. Il governo giapponese prevede di investire circa 15 trilioni di yen (circa 107 miliardi di dollari) nella filiera dell'idrogeno in un periodo di 15 anni.
Inoltre, il Ministro dell'Ambiente Shinjiro Koizumi ha annunciato che il Ministero assumerà la guida dell'accelerazione dello sviluppo dell'energia geotermica. Il Ministro della Riforma Amministrativa Taro Kono ha annunciato l'obiettivo di raddoppiare le centrali geotermiche giapponesi entro il 2030. Si prevede che le tariffe feed-in favorevoli e la promozione delle energie rinnovabili porteranno a un numero crescente di progetti geotermici.
Inoltre, il Giappone sta esplorando l'energia da fusione come fonte energetica a lungo termine. Il Paese sta collaborando con l'UE e gli Stati Uniti per accelerare lo sviluppo dell'energia da fusione, con investimenti privati e collaborazione che svolgono un ruolo chiave. Alla fine di marzo 2024, 21 aziende hanno fondato il Japan Fusion Energy Council – J-Fusion in breve – con l'obiettivo di promuovere congiuntamente la tecnologia e gli standard.
Implicazioni per la transizione energetica globale
L'ingente investimento del Giappone nelle celle solari a perovskite potrebbe avere implicazioni di vasta portata per il panorama energetico globale. Se la tecnologia venisse implementata con successo su scala industriale, potrebbe fungere da modello per altri Paesi, in particolare per le nazioni densamente popolate con spazio limitato per i parchi solari tradizionali.
Il governo giapponese è fiducioso che i suoi investimenti nelle celle solari a perovskite avranno successo. Dopo aver rifornito il proprio mercato interno, il Giappone prevede di esportare questa tecnologia innovativa in altri Paesi, il che potrebbe contribuire alla transizione energetica globale e rafforzare la posizione del Giappone come leader tecnologico.
Lo sviluppo di celle solari a perovskite rientra anche in una più ampia strategia giapponese volta a riconquistare la leadership tecnologica in diversi settori. Oltre alle energie rinnovabili, il Giappone sta investendo massicciamente anche in altre tecnologie del futuro, come i veicoli software-defined (SDV), con l'obiettivo di raggiungere una quota del 30% del mercato globale entro il 2030.
Un progresso solare per il futuro energetico del Giappone
L'investimento del Giappone nelle celle solari a perovskite segna una tappa cruciale nella trasformazione del suo panorama energetico. Gli ambiziosi piani di installare una capacità equivalente a 20 reattori nucleari entro il 2040 dimostrano la fiducia del Paese in questa tecnologia innovativa e nel suo contributo alla transizione energetica.
La tecnologia della perovskite offre vantaggi unici grazie alla sua flessibilità, leggerezza ed efficienza, soprattutto per un paese densamente popolato come il Giappone. Sebbene permangano sfide in termini di durata e costi, i continui progressi nella ricerca e nello sviluppo dimostrano che questi ostacoli sono superabili. La strategia di implementazione graduale, che punta a una produzione di gigawatt entro il 2030, getta le basi per ambiziosi obiettivi a lungo termine.
L'adozione diffusa delle celle solari a perovskite potrebbe non solo aiutare il Giappone a raggiungere i suoi obiettivi climatici e a ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e dall'energia nucleare, ma anche a ripristinare la sua posizione di fornitore leader di tecnologia solare. L'uso strategico della produzione nazionale di iodio e i consistenti investimenti governativi sottolineano la determinazione del Giappone a raggiungere il successo in questa tecnologia all'avanguardia.
Con questo approccio globale, che abbraccia sia l'innovazione tecnologica che la strategia economica, il Giappone si posiziona come pioniere nella transizione energetica globale e indica un percorso promettente verso una produzione energetica sostenibile per il futuro. Il successo di questo piano potrebbe essere di grande importanza non solo per il Giappone, ma anche per l'impegno globale per raggiungere un futuro energetico sostenibile.
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