La Terra intercetta una gran quantità di energia solare:
173.000 terawatt.
In pratica diecimila volte quella usata dagli abitanti del pianeta.
È possibile che un giorno
il mondo riesca a contare esclusivamente sull'energia solare ?
Per rispondere alla domanda,
dobbiamo prima esaminare in che modo i pannelli solari
convertono l'energia solare in energia elettrica.
I pannelli solari sono fatti di unità più piccole, chiamate celle fotovoltaiche.
Le celle fotovoltaiche più comuni sono di silicio,
un semiconduttore che è il secondo elemento più abbondante sulla Terra.
In una cella fotovoltaica, il silicio cristallino
si trova in mezzo a due strati conduttivi.
Ogni atomo di silicio è collegato a quelli circostanti attraverso 4 legami forti,
che tengono gli elettroni al loro posto, quindi la corrente non può fluire.
Ed ecco la chiave:
una cella fotovoltaica usa due diversi strati di silicio.
Un silicio di tipo n, che ha degli elettroni in più,
e un silicio di tipo p che ha spazi extra per gli elettroni, chiamati lacune.
Nel punto in cui i due tipi di silicio s'incontrano,
gli elettroni possono passare attraverso la giunzione p/n,
lasciando una carica positiva da un lato
e creando una carica negativa dall'altro.
Si può immaginare la luce come flusso di minuscole particelle
dette fotoni,
che fuoriescono dal sole.
Quando un fotone colpisce la cella fotovoltaica con energia sufficiente,
riesce a staccare un elettrone dal suo legame, creando una lacuna.
L'elettrone di carica negativa
e la posizione della lacuna di carica positiva,
sono ora libere di muoversi.
Ma a causa del campo elettrico alla giunzione p/n,
andranno in una sola direzione.
L'elettrone è attratto verso il lato n,
mentre la lacuna è attratta verso il lato p.
Gli elettroni in movimento vengono raccolti
da sottili dita metalliche alla sommità della cella.
Di qui, fluiscono attraverso un circuito esterno,
producendo un lavoro elettrico, come accendere una lampadina,
prima di riattraversare il foglio conduttore di alluminio sul retro.
Ciascuna cella fotovoltaica emette solo mezzo volt,
ma è possibile combinarle in moduli per ottenere una potenza maggiore.
Dodici celle fotovoltaiche bastano per ricaricare un cellulare,
ma ne servono diversi moduli per fornire energia a una casa.
Gli elettroni sono le uniche parti mobili in una cella fotovoltaica
e tutti ritornano al punto di partenza.
Non c'è nulla da usare o da consumare,
quindi le celle fotovoltaiche possono durare anche per decenni.
Ma allora, cosa ci impedisce di affidarci completamente all'energia solare?
Ci sono in gioco fattori politici, per non parlare poi delle imprese
che fanno pressione per mantenere lo status quo.
Ma per ora, concentriamoci sulle sfide fisiche e logistiche
la più evidente delle quali
è che l'energia solare non è distribuita uniformemente sul pianeta
Alcune aree sono più soleggiate di altre.
Ed è anche mutevole.
Di notte o in giorni nuvolosi, c'è meno energia solare a disposizione.
Per potersi affidare completamente al solare,
ci vorrebbero metodi efficaci per portare energia elettrica
dalle località soleggiate a quelle nuvolose
e anche un valido sistema per la conservazione dell'energia.
L'efficienza stessa della cella fotovoltaica viene messa a dura prova.
Se la luce del sole viene riflessa invece di essere assorbita,
o se gli elettroni che si distaccano vanno a ricadere in una lacuna
prima di attraversare il circuito,
quell'energia fotonica va perduta.
Anche la cella fotovoltaica più efficiente
converte solo il 46% della luce solare disponibile in energia elettrica
e gran parte degli impianti in commercio ha un'efficienza del 15-20%.
In realtà, nonostante questi limiti,
oggi sarebbe possibile
fornire energia al mondo intero usando la tecnologia solare disponibile.
Servirebbero fondi per la costruzione di infrastrutture
e anche un bel po' di spazio.
Le stime variano da decine a centinaia di migliaia di chilometri quadrati.
che sembrano tantissimi,
ma il solo deserto del Sahara, ad esempio,
ha una superficie di 8 milioni di chilometri quadrati.
Nel frattempo, le celle fotovoltaiche stanno migliorando, calano di prezzo
e sono in competizione con l'energia elettrica della rete.
Innovazioni come le fattorie solari galleggianti
potrebbero cambiare totalmente lo scenario.
Esperimenti a parte, però,
resta il fatto che più di un miliardo di persone
non hanno accesso a una rete elettrica affidabile,
specie nei paesi in via di sviluppo,
in molti dei quali il sole abbonda.
In questi luoghi,
l'energia solare è già molto più economica e sicura
rispetto alle alternative disponibili,
come il kerosene.
Per Paesi come la Finlandia o come Seattle, invece,
un sistema efficace di energia solare forse è ancora di là da venire.