L’imminente carenza di rame: nanotubi di alluminio o di carbonio in soccorso?

È improbabile che l'uso dell'alluminio nei cablaggi porti un sorriso sul volto di chiunque abbia avuto a che fare con esso in una casa degli anni '60 o dei primi anni '70. Le cause dietro gli incendi e altri incidenti sono state una miriade, inclusa la mancata gestione della maggiore dilatazione termica dell'alluminio, la natura elettricamente isolante dell'ossido di alluminio e la generale fragilità dell'alluminio quando attorcigliato.

Tuttavia, sebbene il rame sia superiore all’alluminio in termini di conduttività elettrica e facilità di installazione, i prezzi del rame sono saliti alle stelle a partire dagli anni ’70 e sono sul punto di decollare fino alla luna. Gran parte del motivo è il crescente utilizzo del rame in ogni ambito, dall’elettronica ai motori elettrici fino ai generatori, spinto dall’impiego su larga scala di turbine eoliche e veicoli elettrici.

Mentre il mondo si muove per espandere in modo massiccio l’uso delle auto elettriche e l’installazione di turbine eoliche, si prevede che la domanda di rame supererà l’attuale offerta di rame. Dato che l'alluminio probabilmente avrà un grande ritorno, vale la pena dare un'occhiata ai moderni cablaggi a base di alluminio, compreso l'alluminio rivestito in rame e all'uso di sostituti a base di carbonio.

Col senno di poi, i prezzi del rame non erano ancora così negativi negli anni '60 e '70, come possiamo vedere nel seguente grafico dei prezzi del rame degli ultimi 45 anni:

Questi aumenti dei prezzi sono guidati in gran parte da una crescente domanda di veicoli elettrici e turbine eoliche, che nei prossimi anni sembra accelerare, esercitando ulteriore pressione sulle forniture esistenti. Sebbene l’USGS abbia identificato probabili risorse di rame non scoperte, ciò richiede che venga avviata un’operazione di estrazione e non tutto il minerale di rame può essere estratto economicamente e trasformato in rame grezzo.

All’inizio di quest’anno l’Agenzia internazionale per l’energia (IEA) ha pubblicato un rapporto sul ruolo dei minerali critici nella transizione energetica verso fonti a basse emissioni di carbonio. Tratto da questo rapporto, nelle immagini sottostanti possiamo vedere i relativi requisiti di metallo per tipo di fonte, per capacità di potenza nominale, nonché i requisiti di materiale per i veicoli elettrici (EV) rispetto alle auto convenzionali (ICE):

Nel frattempo, si prevede che la curva di domanda prevista per il rame alla luce delle attuali politiche di sviluppo sostenibile assomiglierà a quella dell’immagine seguente, in contrasto con l’attuale produzione delle miniere di rame e le previste nuove operazioni minerarie.

Non sorprende che molte di queste politiche siano entrate in vigore intorno al 2000 e, parallelamente alla crescente domanda da parte di altri settori, i prezzi del rame siano in costante aumento, ben oltre i massimi degli anni ’60 che portarono i potenziali proprietari di casa a decidere tra l’installazione di cavi in ​​rame o in alluminio.

Di questo passo, potremmo vedere la fine dell’uso comune e la facile disponibilità del rame nel giro di pochi anni. Allo stesso tempo, poiché le proprietà del rame lo rendono ideale per determinate applicazioni, altri usi che potrebbero andare bene con alternative potrebbero dover cercare altrove. Molto probabilmente ciò significherebbe che tutto, dal cablaggio domestico all’elettronica per i clienti, potrebbe presto essere escluso dal mercato del rame. Quali alternative esistono e come si confrontano con il rame?

Il rame è uno dei materiali preferiti per i cavi elettrici per una serie di ragioni, non ultima la sua eccellente conduttività termica ed elettrica. Questo è il motivo per cui il rame è il materiale preferito per i dissipatori di calore e per i cavi elettrici sia nelle case che nei dispositivi elettrici. In confronto, l’alluminio puro ha solo il 61% della conduttività elettrica del rame in termini di sezione trasversale.

Eppure l'alluminio ha un grande vantaggio rispetto al rame, ovvero che è due volte più conduttivo elettricamente in massa, grazie alla densità del rame a temperatura ambiente di 8,96 g/cm3, contro 2,70 g/cm3 dell'alluminio. Per questo motivo applicazioni in cui il peso è più importante, come i cablaggi di trasmissione e distribuzione. Soprattutto quando si utilizzano grandi fasci di cavi tra piloni, il rapporto più elevato conduttanza/peso dell’alluminio offre grandi vantaggi.