IoT per l’efficienza energetica nell’industria manifatturiera: l’Europa avvia un progetto per realizzare una piattaforma eco-innovativa

ICT e digitalizzazione possono ridurre i consumi energetici dell’industria manifatturiera e la sua impronta ambientale. Per questo è nato il progetto europeo ECOFACT che intende realizzare una piattaforma eco-innovativa di gestione energetica per l’industria.

TAKEAWAY

  • ICT e digitalizzazione possono contribuire a ridurre i consumi energetici del manifatturiero, il settore industriale più energivoro.
  • Serve una visione olistica che combini innovazione tecnologica e attenzione all’impronta ambientale: per questo è nato il progetto ECOFACT.
  • L’obiettivo di ECOFACT è realizzare una piattaforma eco-innovativa di gestione energetica per l’industria basata su una migliore dinamica, sia in termini di analisi del ciclo di vita che di costo del ciclo di vita stesso.

Quale ruolo può svolgere l’IoT per l’efficienza energetica nell’industria manifatturiera? Essenziale, ma in uno scenario più complesso, che contempla anche intelligenza artificiale, Digital Twin, Big Data Analytics.

ICT e digitalizzazione possono contribuire a ridurre i consumi energetici del comparto industriale più energivoro. Negli Stati Uniti, il comparto della manifattura rappresenta la quota maggiore del consumo annuale di energia industriale. Come segnala EIA, nel 2020 ha rappresentato il 33% del consumo totale di energia degli Stati Uniti.

Non è diverso in Europa, dove la manifatturiera – e l’industria in generale – è attesa a una riduzione importante del proprio fabbisogno d’energia. È un discorso che vale per tutti i Paesi UE, ma per il nostro assume un’importanza particolare. Infatti, l’Italia è la seconda forza europea (e sesta al mondo per export di prodotti dello specifico comparto, registra PWC). Non solo: il manifatturiero, insieme al suo indotto, pesa più del 50% del PIL oltre a essere da sempre il cardine dell’economia nazionale.

L’UE si è data obiettivi ambiziosi in termini di decarbonizzazione e di efficienza energetica. Per centrarli l’innovazione tecnologica può fornire un aiuto importante. Di strumenti oggi sul mercato ce ne sono molti. Mancano però una visione olistica e una soluzione omogenea integrate a un supporto per sistemi di produzione flessibili e ad alte prestazioni.

Da qui parte ECOFACT, progetto europeo da 12 milioni di euro, dieci dei quali sono stati stanziati dall’UE. Il consorzio comprende venti partner. Ne fanno parte università, istituti di ricerca e partner tecnologici e industriali di vari Paesi: Spagna (che coordina, con la Fundación CARTIF), Germania, Grecia, Turchia, Paesi Bassi, Irlanda e Italia. Il nostro Paese conta ben 4 partner tra i quali la Fondazione LINKS.

Cos’è ECOFACT

ECO-innovative Energy FACTory Management System based on enhanced LCA and LCCA towards resource-efficient manufacturing. Questo è il significato di ECOFACT, progetto avviato da qualche mese e che si concluderà nel 2024. Si pone l’obiettivo di realizzare una piattaforma eco-innovativa di gestione energetica per l’industria basata su una migliore dinamica sia in termini LCA (analisi del ciclo di vita) e LCCA (costo del ciclo di vita) verso la sostenibilità olistica della produzione.

Il rendimento energetico dei sistemi di produzione industriale rappresenta una sfida significativa per il settore manifatturiero. ECOFACT intende sostenere le imprese del settore nel fare efficienza energetica. Per la precisione, vuole contribuire a ottimizzare le prestazioni energetiche dei loro sistemi di produzione, tenendo conto di due fattori: tempo e risorse. Il progetto introdurrà un metodo innovativo di green marketing basato sul concetto di energia e sulla “firma ambientale” dei prodotti.

Come spiegano gli stessi attori del consorzio, esso applicherà un metodo guidato dai dati capace di sfruttare le tecnologie ICT avanzate per adattarsi meglio alle richieste dei consumatori attraverso una produzione sostenibile personalizzata. Infine, scrivono:

“… stabilirà una piattaforma di alto livello in un approccio multi-servizio, fornendo un’innovativa combinazione integrata di funzionalità per l’efficienza energetica avanzata, i processi sostenibili e la gestione della produzione”

Riguardo al ruolo dell’IoT per l’efficienza energetica, certamente l’Internet delle Cose svolgerà un compito importante. Ma uno dei “pilastri” fondanti del progetto è l’interoperabilità per combinare tutte le tecnologie disponibili (sensori intelligenti, Internet of Things e Industrial IoT, intelligenza artificiale ecc.) attraverso una comunicazione efficace tra i livelli IT/OT e i diversi dispositivi grazie all’uso di protocolli standard, modelli di dati comuni e interfacce adeguate.

IoT per l’efficienza energetica e miglioramento dell’impronta ambientale

La struttura operativa del progetto conta dieci aree di lavoro (Work Packages). LINKS Foundation, in particolare, ha il compito di supportare la co-progettazione e la validazione della soluzione. Inoltre si occupa di analizzare l’impiego di algoritmi di intelligenza artificiale per estrarre modelli di energia dai processi industriali con un minore dispiegamento di infrastrutture di misurazione e coordinare le attività del WP5. In particolare, tali attività hanno la finalità di progettare e sviluppare la piattaforma ECOFACT e l’infrastruttura ICT necessaria.

Il responsabile del gruppo di lavoro specifico è Claudio Pastrone, Head of IoT and Pervasive Technologies Research Area della fondazione torinese. Oltre a lui, sono attivi nel progetto anche Davide Conzon, Maurizio Fantino, Piero Macaluso, Hamidreza Mirtaheri, Maurizio Spirito, Agata Tringale. Il team dell’ente torinese che si sta dedicando a tale progetto contribuisce con competenze che includono l’IoT, l’AI, l’energia e l’analisi dei requisiti.

ECOFACT risponde a una specifica call europea Energy-efficient manufacturing system management finalizzata a ridurre in modo sostanziale i consumi energetici dell’industria manifatturiera e migliorarne le operazioni di LCA e LCCA attraverso l’impiego di tecnologie ICT – illustra Pastrone – L’adozione e combinazione di soluzioni di Digital Twin, big data analytics, Internet of Things, tecnologie cloud e intelligenza artificiale permetteranno di innovare il controllo del consumo e del costo dell’energia nella manifattura agendo in modo proattivo su base previsionale”.

Come ricordato dallo stesso Pastrone, entra in gioco anche l’IoT per l’efficienza energetica. Ma tutto fa parte dalla volontà di fare energy efficiency, raccogliendo in tempo reale e sfruttando i dati sul campo per fare previsioni e ottimizzare l’uso delle risorse energetiche, tenendo in considerazione tutti gli aspetti utili.

Dalla energy disaggregation al Digital Twin

Di soluzioni relative a piattaforme per il monitoraggio energetico, che contano anche su soluzioni IoT per l’efficienza energetica, sul mercato ce ne sono molte. Cosa aggiunge e in cosa è differente ECOFACT? Spiega Pastrone:

Il progetto si pone l’obiettivo di realizzare una soluzione olistica che integri in un’unica piattaforma alcune tecnologie già presenti sul mercato con funzionalità innovative per analizzare meglio i processi produttivi, identificare possibilità di ottimizzazione e suggerirle agli stakeholder rilevanti”

In particolare, una funzionalità che stanno sviluppando sfrutta l’applicazione a livello industriale dell’energy disaggregation, una tecnologia assai importante e normalmente impiegata in ambito domestico, che utilizza soluzioni basate su sensori e Software-as-a-Service (SaaS) per identificare i dati di consumo energetico particolari e complessivi dell’abitazione.

Sarebbe utile – continua – poter impiegare l’energy disaggregation a specifici step di un processo produttivo per ottenere informazioni più dettagliate sui consumi energetici dei singoli sottosistemi limitando gli investimenti sull’infrastruttura di monitoraggio. Bisogna anche considerare che la digitalizzazione impone anche costi considerevoli”.

Per questo occorre pensare a tecniche che permettano di ridurre l’adozione di nuova strumentazione, contando però sulla possibilità di una gestione altrettanto efficace ed efficiente dei dati a supporto delle decisioni.

Il sistema integra funzionalità legate al Digital Twin che abilita la parte di elaborazione dati mediante tecniche di AI, contemplando anche funzionalità di visualizzazione 3D già presenti sul mercato. Mediante il Digital Twin è possibile ottenere info dell’impianto in una maniera più intuitiva.

Non solo IoT per l’efficienza energetica: sfruttando l’IIOT, viene costruita una versione digitale, aggiornata in tempo reale, dei processi. Una volta esistente, si cerca di arricchirla con ulteriori informazioni e previsioni che sono il frutto della raccolta ed elaborazione dei dati.

A tal scopo, ECOFACT svilupperà servizi per la simulazione dei processi anche dal punto di vista energetico, la pianificazione della produzione, la gestione della flessibilità energetica nei processi produttivi, il calcolo dinamico di LCA, LCCA e dell’impronta energetica dei processi, nonché servizi per identificare opportunità di ottimizzazione. 

Indutrial Internet of Things (IIoT) e IoT per l’efficienza energetica

Molte sono le sfide da affrontare da ECOFACT. In ambito industriale sono presenti sistemi caratterizzati da una certa eterogeneità. Inoltre, in alcuni casi, i dati disponibili di monitoraggio dei processi non sono sufficienti per realizzare valutazioni e previsioni affidabili sui processi, né per identificare possibili ottimizzazioni. Entra dunque in gioco, per esempio, l’IIoT (Industrial Internet of Things) sotto forma di nuovi sensori sul campo in grado di monitorare parametri utili per efficientare un processo produttivo.

Il ruolo di IIoT e IoT per l’efficienza energetica e per l’intero processo è prezioso: sono loro i primi, essenziali elementi della raccolta dati. La gestione dell’interoperabilità a basso livello, ovvero l’integrazione di diversi protocolli e dati provenienti dal campo, da sistemi legacy oppure da sensori IoT che raccolgono informazioni finora non disponibili, ma utili per le procedure di efficientamento energetico in un approccio multiservizio ai più alti livelli, offerto dalla piattaforma, è una sfida complessa, ma necessaria per puntare a una rappresentazione digitale che contempli tutti gli aspetti del processo produttivo.

IoT per l’efficienza energetica: impatti e prospettive

Dalla teoria alla realtà, le soluzioni sviluppate all’interno del progetto saranno testate. ECOFACT sarà infatti validato in linee pilota – in particolare al CIM4.0 Competence Center di Torino – in modo da testarlo, condividendo la visione di tutte le parti interessate: l’approccio multidisciplinare comprende il centro di ricerca, i technology provider e gli utenti finali per rilevare i possibili problemi reali, provenienti dall’ambiente industriale, da superare.

I quattro siti industriali contemplano una fabbrica di biscotti europea, un’azienda automobilistica, una fabbrica di birra e una di elettrodomestici. Gli impatti e i benefici attesi dal progetto sono ambiziosi.

Grazie all’impiego della tecnologia (dalle soluzioni IoT per l’efficienza energetica all’AI) si intende arrivare a una riduzione dei consumi energetici per i processi di produzione del 25% e un decremento del costo del ciclo di vita pari al 15%.

Inoltre si prevedono migliori prestazioni ambientali legati ai prodotti coinvolti, considerando parametri quali il consumo di acqua, le emissioni di CO2, la quantità di rifiuti prodotti. Quanto sarà implementato con ECOFACT porterà allo sviluppo di best-practice per l’efficienza energetica a livello europeo per superare le barriere che attualmente ne limitano la loro applicazione nel settore manifatturiero.

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Andrea Ballocchi
Giornalista specializzato in tecnologia, focalizzato su temi che riguardano l'Internet of Things e le tecnologie emergenti che hanno un impatto significativo sulla vita quotidiana e su quella futura. Oltre alla tecnologia si occupa anche di temi legati alla sostenibilità ambientale e non solo (edilizia, architettura, design...)
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