[05/04/2013] News
Vivere in un material world
Efficienza energetica, riciclaggio spinto e prodotti pił duraturi per raggiungere gli obiettivi di riduzione di CO2 entro il 2050
Nella ricerca "The energy required to produce materials: constraints on energy-intensity improvements, parameters of demand" pubblicata su Philosophical Transactions of the Royal Society 3 ricercatori stunitensi, Timothy G. Gutowski e Sahil Sahni del Massachusetts institute of technology (Mit) e Julian M. Allwood dell'università di Cambridge e l'olandese Ernst Worrell dell'università di Utrecht passano in rassegna il fabbisogno energetico mondiale della produzione di materiali, concentrandosi sui cinque che ne assorbono di più in fase di produzione: acciaio, cemento, carta, plastica e alluminio. I ricercatori hanno poi valutato «La possibilità di ridurre in assoluto della metà l'energia per produzione di materiale», pensando che la produzione nel 2050 raddoppierà rispetto ad oggi. «L'obiettivo - scrivono - è quindi un 75% di riduzione dell'intensità energetica».
Indipendentemente dai costi, sono state studiate 4 strategie basate sulla tecnologia: 1) Diffusa applicazione delle migliori tecnologie disponibili (best available technology - Bat), 2) Dalle Bat alle tecnologie d'avanguardia, 3) il riciclaggio aggressivo, 4) miglioramenti significativi nelle tecnologie di riciclaggio. Ne è venuto fuori che «Nel loro insieme, queste strategie aggressive potrebbero produrre guadagni impressionanti, dell'ordine di una riduzione del 50 - 56% dell'intensità energetica, ma questo è ancora al di sotto del nostro obiettivo di un 75% di riduzione». I 4 ricercatori dicono che «In definitiva, ci troviamo di fronte alla termodinamica fondamentale ed a vincoli pratici per la nostra capacità di migliorare l'intensità energetica della produzione di materiale. Una strategia per ridurre la domanda, fornendo servizi materiali con meno materiale (chiamata "efficienza dei materiali") è descritta come un approccio per risolvere questo dilemma».
Il rapporto prende comunque atto che l'industria manifatturiera mondiale ha fatto passi da gigante in termini di efficienza energetica: la produzione di acciaio, cemento, carta, alluminio e plastica è sempre più semplificata, il che richiede molta meno energia rispetto a quando questi processi sono stati inventati. Ma, nonostante le produzione più efficienti, i ricercatori hanno scoperto questi processi sono ormai vicini ai loro limiti termodinamici: le opzioni disponibili per renderli molto più efficienti sono sempre più limitate. Il team americano-olandese evidenzia che «L'efficienza energetica per molti processi importanti nel manifatturiero si sta avvicinando al plateau».
Lo studio ha esaminato se le modalità di produzione di materiali soddisfino gli obiettivi di riduzione energetica previsti dall' Intergovernmental panel on climate change (Ipcc) che ha detto che entro il 2050 occorre ridurre del 50% le emissioni di CO2 per evitare ulteriori e catastrofici cambiamenti climatici. Nello stesso periodo gli economisti stimano che la domanda mondiale di materie raddoppierà.
Per ridurre il consumo energetico del 50% mentre raddoppia la produzione di materiali, il team guidato da Sahni del Department of materials science and engineering del Mit e da Gutowski del Department of mechanical engineering del MIt, ha cercato di capire se i processi produttivi potrebbero migliorare la loro efficienza del 75%. Dopo aver individuato le 5 produzioni più energivore, hanno delineato gli scenari di risparmio energetico e di materia nell'industria manifatturiera. Ma, come scrive Mit News, «Anche nello scenario più aggressivo, il team ha scoperto che era solo in grado di ridurre il consumo energetico di circa il 50%. Ben al di sotto del suo obiettivo del 75%».
Gutowski, che è a capo del gruppo di ricerca Environmentally benign manufacturing del Mit, spiega: «Quello che stiamo dicendo è che, quando si guarda veramente in grande, agli obiettivi globali per la limitare il cambiamento climatico, pensiamo che questo sembra essere al di là di ciò che l'industria può fare da sola. Se l'industria non è in grado di soddisfare questi obiettivi, potremmo avere bisogno di grandi tagli in altri settori». Il problema è che anche uno scenario ottimistico, non è sufficiente. Acciaio, cemento, carta, plastica e alluminio rappresentano circa la metà dell' energia utilizzata e più della metà di anidride carbonica emessa nel manifatturiero e i ricercatori hanno poi individuato i processi a più alta intensità energetica coinvolti nella produzione di ciascuno di questi materiali ed hanno cercato di capire come rendere questi processi più efficienti. Ad esempio, il team ha esaminato le migliori tecnologie disponibili per la produzione di materiali. Secondo Gutowski, «Non c'è una distribuzione efficiente di questi impianti in tutto il mondo. Alcuni impianti adottano le attrezzature più efficienti (e costose), mentre altri mantengono quelle vecchie, inefficienti in termini di processi energetici. Questi sono impianti enormi e ad alta intensità di capitale. Quando se ne costruisce uno, non si vuole rottamare il tutto e costruirlo nuovo. Così rimane sul posto per molto tempo».
I ricercatori hanno elaborato uno scenario ottimistico nel quale ogni impianto produttivo adotta le migliori tecnologie disponibili. Il team ha però volutamente ignorato i costi, che rappresentano spesso un grosso ostacolo per l'installazione di processi ad efficienza energetica. D'altronde il loro obiettivo era quello di trovare una soluzione in grado di migliorare l'efficienza energetica del 75%, ma capendo che non era in grado di raggiungere anche solo la metà di quella percentuale, Il team ha tentato un'altra tattica, cercando di ridurre l'alta intensità del consumo di energia del manifatturiero con un'ampia adozione di riciclaggio delle materie, dato che riciclare un materiale richiede molta meno energia di quanta ne occorra per produrlo da zero. Tuttavia, i 4 scienziati hanno trovato dei limiti nella fornitura di materiali riciclabili, in particolare nei Paesi in via di sviluppo che stanno crescendo a tassi elevati.
Il team ha dimostrato che il riciclo spinto di materiali come cemento, acciaio, alluminio, plastica e carta porterebbe anche ad un forte risparmio di denaro, visto che i materiali prodotti con meno intensità energetica sono spesso anche più economici, ma Gutowski sottolinea che «Le proprietà dei materiali sostituiti differiscono, portando a designs molto diversi, quindi le comparazioni non sono semplici. E, in generale, i trend attualmente vanno nella direzione opposta: stiamo sostituendo i materiali a più alta intensità energetica ai materiali a minore intensità energetica».
Insomma, l'industria manifatturiera nel suo complesso sarebbe solo in grado di ridurre il consumo energetico di circa il 50%, «Un vincolo importante - dice Gutowski - è limite termodinamico dei materiali: l'energia minima necessaria per la produzione di un materiale da materie prime. I produttori hanno già fatto passi da gigante e le migliori tecnologie disponibili si stanno avvicinando a questi limiti, in particolare per i cinque materiali studiati. Il che rende difficile, e costoso, ottenere ulteriori guadagni».
Ma, nonostante questi limiti, Gutowski ed il suo team sono convinti che questi vantaggi debbano essere perseguiti e che ci sono ulteriori modi per ridurre il consumo energetico: «Per esempio, i materiali possono essere fatti per durare più a lungo, o per servire più persone. Entrambi gli scenari possono servire a ridurre la domanda, e di conseguenza il consumo di energia e le emissioni di carbonio».
Sutherland, professore di ingegneria ambientale ed ecologica alla Purdue University, ha detto a Mit News di vedere i risultati ottenuti dal team americano-olandese come un necessario controllo della realtà: «Si sta solo cercando di essere più efficienti in termini di produzione non di avere l'impatto necessario per soddisfare gli obiettivi a lungo termine di riduzione dell'energia. Deve essere offerto e promesso un cambiamento di paradigma fondamentale, come la dematerializzazione: mettendo insieme i bisogni attraverso i servizi piuttosto che con prodotti material-intensive».
Gutowski conclude che anche le attività sociali devono svolgere un ruolo nella riduzione del consumo energetico: «Le persone possono scegliere il carpooling, o prendere il treno, piuttosto che guidare la propria auto per andare al lavoro: scelte che potrebbero migliorare l'efficienza dei materiali con una prospettiva più ampia di quella avuta fino ad oggi. In termini di efficienza energetica, la società non ha fatto tanti miglioramenti quanto l'industria. L'incentivo per l'industria è quello di ridurre i costi, per la società, per fare gli stessi tagli nell'uso dell'energia, gli incentivi necessari per la società possono essere diversi. Penso che il gioco sia quello di convincere la gente a far questo senza danneggiare troppo. Se si istituiscono gli incentivi, potremmo probabilmente sorprendere noi stessi su come potremmo essere in grado di fare grandi passi in avanti».