Compatibilità climatica: il percorso verso un’industria dal minore impatto ambientale

Tobias Thelemann*, Product Manager Mechanical Components + Automation Technology, reichelt elektronik GmbH & Co. KG analizza la compatibilità climatica dei prodotti lungo il loro intero ciclo di vita, dal concept allo smaltimento e riutilizzo, prendendo in esame alcuni aspetti chiave per la riduzione dell'impatto ambientale in ogni fase della produzione e della logistica.

Nel processo di sviluppo dei prodotti è più che mai importante pensare alla loro compatibilità climatica, prendendo in considerazione molteplici aspetti e componenti in tema di impatto ambientale dell’industria.

Prima si soppesano i vari fattori per risolvere i conflitti di obiettivi con i migliori compromessi possibili, migliore sarà il risultato complessivo. Il metodo più efficace per farlo, è pianificare la produzione e la sua automazione già nella fase di definizione del prodotto.

Gli effetti del surriscaldamento globale sulle persone e sull’ambiente sono all’ordine del giorno e per tentare di arginare – o di limitare – gli effetti del cambiamento climatico, bisogna partire da un punto fondamentale: è necessario evitare ulteriori emissioni di gas serra legate al dispendio energetico.

Le azioni che determinano l’impronta ecologica dei prodotti

Quando parliamo di impatto ambientale dell’industria, è bene ricordare che ogni prodotto ha un proprio impatto sul clima che avviene in diverse fasi del suo ciclo di vita: durante il suo funzionamento, attraverso le emissioni dirette di gas a effetto serra o attraverso le emissioni che si verificano durante la generazione e lo stoccaggio dell’energia necessaria.

Anche la sua produzione e la logistica generano ulteriori emissioni equivalenti. A partire dall’estrazione dei materiali nelle miniere, passando per l’assemblaggio finale fino alla consegna al fornitore a monte: tutte queste fasi generano biossido di carbonio.

Bisogna, inoltre, tenere conto dell’impatto climatico legato alla catena di trasporto, dunque alla logistica, affinché il prodotto sia reso disponibile nel commercio al dettaglio e, infine, presso il cliente finale.

È altresì necessario includere anche gli effetti legati al (corretto) smaltimento alla fine del ciclo di vita del prodotto o al riciclo delle materie prime. Tutte queste azioni determinano l’impronta ecologica di un prodotto.

Ridurre l’impatto ambientale dell’industria: gli aspetti da tenere in considerazione nella definizione del prodotto

Vale la pena considerare tutti questi criteri già al momento della definizione dei requisiti del prodotto e proporli agli addetti allo sviluppo come obiettivi da rispettare. Un punto fondamentale con un potenziale effetto moltiplicatore, che consente di correggere i concetti senza incorrere in grandi perdite di tempo e di denaro.

1) Approccio olistico

Per molte aziende – e non solo per quelle di piccole dimensioni – l’innovazione più importante è la considerazione dell’intero ciclo di vita del prodotto, dal brainstorming allo sviluppo, dalla produzione all’uso, compresa la possibilità di riparazioni e manutenzioni in grado di estendere la vita utile del prodotto, fino allo smaltimento.

È essenziale includere gli obiettivi di sostenibilità nella formulazione delle caratteristiche del prodotto. Solo in questo modo è possibile valutare tempestivamente tutti i vari aspetti.

È consigliabile includere in questa definizione l’impronta di carbonio dei materiali e delle materie prime utilizzate. A prima vista, queste considerazioni aumentano il carico di lavoro della ricerca e sviluppo.

Tuttavia, le indagini necessarie possono spesso essere effettuate a un altro livello, che precede lo sviluppo vero e proprio, per poi essere trasferite in misura considerevole ai fornitori a monte.

2) “Less is more”

In tema di riduzione dell’impatto ambientale dell’industria, tutte le aziende manifatturiere che intendono rendere sostenibile lo sviluppo dei propri prodotti dovrebbero agire anche secondo il principio di “less is more”, risalente al periodo in cui le materie prime erano scarse e costose.

Anche se questo non si riflette sempre sul prezzo, ogni materiale o prodotto primario dovrebbe essere considerato come una risorsa scarsa in termini di sostenibilità. L’approccio inizia considerando il consumo di materiale dei componenti meccanici e termina con le proprietà del materiale richiesto e la quantità da produrre.

Ad esempio, un produttore di elettronica di consumo di alta qualità è passato da un materiale composito ad alta resistenza all’alluminio per gli alloggiamenti. Questo ha ridotto in modo significativo il consumo totale di energia impiegata nella produzione, nel trasporto e nella lavorazione dei materiali.

Di conseguenza, l’alloggiamento non è più resistente al calore. D’altra parte, il consumo totale di energia per la produzione, il trasporto e la lavorazione del materiale (pressofusione e finitura) è notevolmente inferiore e il materiale può essere fuso e riutilizzato tutte le volte che lo si desidera.

L’esempio mostra che, quando si progetta un prodotto, è consigliabile non concentrarsi soltanto sulla domanda di energia impiegata nella produzione.

3) Ridurre l’impatto ambientale dell’industria: la miniaturizzazione come fattore di successo

Nell’elettronica, la densità di potenza e funzionale di molti componenti è in costante aumento. In questo modo, gli sviluppatori possono ottenere lo stesso livello di funzionalità con un minor numero di componenti e, quindi, ridurre le dimensioni del prodotto nel lungo termine, riducendo già le emissioni di gas serra.

Inoltre, componenti più altamente integrati comportano solitamente un minore apporto di materiale e di energia, nonché un minore sforzo di trasporto nel processo a monte. Lo stesso vale per il prodotto finito, dove un alloggiamento più piccolo riduce di per sé il materiale e lo sforzo di lavorazione e trasporto.

Durante lo smaltimento si generano, poi, meno rifiuti elettronici. In questo modo si garantisce un minore impatto ambientale per l’intero ciclo di vita del prodotto.

4) Un quadro generale, tante piccole leve

Nell’elettronica, in particolare, è possibile raggiungere un certo livello di eco-efficienza con piccoli accorgimenti. Ad esempio, il costo del raffreddamento e della schermatura può essere ridotto disponendo abilmente i componenti attivi sulla scheda di circuito o all’interno di un involucro.

Inoltre, le isole di calore possono essere evitate separando i componenti e ripiegando su un ventilatore più piccolo. Se il calore è necessario in un altro punto della stessa unità, può essere fornito da uno scambiatore di calore integrato.

In tali considerazioni, l’approccio meccatronico è vantaggioso. I dispositivi di misura con alloggiamento in metallo anziché in plastica servono come dissipatori di calore per l’elettronica di potenza corrispondente e forniscono una schermatura.

In tema di riduzione dell’impatto ambientale dell’industria, questo riduce significativamente il numero di componenti da acquistare e installare, velocizzando e semplificando notevolmente il montaggio.

5) La producibilità come obiettivo di sviluppo

Per gli sviluppatori di prodotti, tali opportunità danno origine a complessi conflitti di interesse. Ad esempio, un materiale più eco-compatibile durante il funzionamento e lo smaltimento può causare notevoli spese aggiuntive nel processo di produzione.

Per trovare un equilibrio, è consigliabile che gli sviluppatori pianifichino la produzione e la sua automazione già nella fase di definizione del prodotto.

Solo nel caso di quantità molto elevate e con poche variazioni, può avere senso costruire una linea di produzione o di assemblaggio separata per il nuovo prodotto, come era pratica comune nell’industria automobilistica fino a pochi anni fa.

Nella maggior parte dei casi, le aziende devono ripiegare su impianti di produzione esistenti. Per una transizione produttiva rapida e senza intoppi, è vantaggioso conoscere con precisione le loro possibilità e i loro limiti e tenerne conto nella definizione dei nuovi prodotti.

6) Ridurre l’impatto ambientale dell’industria: adattare produzione e automazione

Allo stesso tempo, ciò consente di ottimizzare la producibilità attraverso diversi cicli di correzione già durante la fase di progettazione, contribuendo così in modo significativo alla riduzione dell’impronta di CO2 di un prodotto.

Se, inoltre, i macchinari vengono ammodernati per alcune fasi di produzione, ad esempio attraverso macchine di nuova acquisizione o adattamenti nella produzione degli impianti, il risultato aumenta ulteriormente.

Un’altra opzione è quella di colmare i gap di automazione tra le fasi di produzione che rimangono invariate. Un processo automatizzato spesso richiede complessivamente meno energia e risorse ed è quindi più eco-efficiente. Oltre a un numero ridotto di fasi di produzione separate, è essenziale anche l’ottimizzazione dei processi cinetici.

Grazie alle possibilità tecnologiche oggi disponibili, lo sforzo di programmazione – e quindi anche il bilancio ambientale risultante – possono essere ridotti al minimo. Quando si utilizzano moduli di controllo dotati di intelligenza artificiale è possibile realizzare un avvio molto rapido e al tempo stesso abbastanza efficiente fin dall’inizio.

L’ottimizzazione può essere effettuata nella fase di prova o anche durante il funzionamento produttivo in corso, grazie all’apprendimento automatico. È possibile risparmiare molta energia monitorando il consumo energetico e ottimizzando i processi.

I motori e le macchine possono così avviarsi nel modo migliore per utilizzare l’energia impiegata in maniera ideale e più efficiente. Una gestione mirata dell’energia può quindi contribuire a ridurre il consumo energetico e, dunque, l’impatto ambientale dell’industria.

La logistica come parametro determinante nel ridurre l’impatto ambientale dell’industria

Come già detto, lo sforzo di trasporto del prodotto finito può essere in parte influenzato dallo sviluppatore attraverso la miniaturizzazione. Il confronto tra acquisti e produzione interna è solitamente riservato a un altro livello in azienda. Anche la scelta dei materiali o dei prodotti intermedi ha un impatto sulle emissioni di CO2 durante il trasporto.

Soprattutto nel caso di materiali e prodotti primari richiesti in grandi quantità, è utile includere le vie di trasporto nella valutazione complessiva. Potrebbe risultare che il prodotto proveniente dall’UE compensi il prezzo leggermente più alto con un minore impatto ambientale.

Nel caso di piccoli componenti che spesso devono essere acquistati in fretta, ad esempio per l’elettronica, l’approvvigionamento da un unico fornitore offre il vantaggio che la merce richiesta possa arrivare in un unico carico di camion attraverso una consegna collettiva. In questo modo, le emissioni di gas a effetto serra e di particolato sono di solito molto più ridotte rispetto alla consegna di molti piccoli pacchi inviati tramite corriere.

Tutto ciò che serve è un partner affidabile con un’ampia gamma di prodotti e la disponibilità a integrare in un ordine componenti esterni al catalogo.

 * Tobias Thelemann, Product Manager Mechanical Components + Automation Technology, reichelt elektronik GmbH & Co. KG

Tobias Thelemann, Product Manager Mechanical Components + Automation Technology, reichelt elektronik GmbH & Co. KG

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