La multidisciplinarietà dell’innovazione per lo sviluppo sostenibile post-pandemico

La pandemia di Covid-19 ha sconvolto lo status quo dei mercati, facendo fallire le previsioni economiche con il risultato di un aumento esponenzialmente del clima d’incertezza.

La diffusione del virus ha frenato tutte le attività economiche (nel periodo aprile – giugno 2020 in Italia il PIL è calato del 12,4%) e prodotto un aumento rilevante dei costi, mentre la ridotta capacità predittiva ha provocato una maggiore avversione al rischio imprenditoriale.

Questo è il momento, però, di sfruttare ogni opportunità d’innovazione che possa portare ad una società sostenibile con livelli più elevati di benessere per tutti. Le imprese che investono in ricerca e sviluppo sono le uniche che possono creare le condizioni per garantire orizzonti economici duraturi.

Innovare nella direzione di una società sostenibile vuol dire innovare per raggiungere la sostenibilità economica, la sostenibilità sociale e la sostenibilità ambientale. Le misure per la ripresa economica attuate dalla Commissione Europea (il fondo SURE, il fondo Next Generation o Recovery Fund) in aggiunta al Quadro Finanziario Pluriennale, sono stati varati proprio per investire e innovare nei settori della digitalizzazione, transizione ambientale (Green Deal), sostenibilità sociale (sanità, cassa integrazione, lavoro, scuola, ecc.) e riforma della Pubblica Amministrazione.

L’utilizzo adeguato di queste misure sarà un’opportunità concreta per le aziende per sostenere gli investimenti in innovazione, ideando e realizzando soluzioni capaci di rispondere alle grandi sfide dello sviluppo sostenibile e, in particolare, per la sostenibilità ambientale.

Idealmente, la sostenibilità ambientale viene raggiunta quando il ritmo di sfruttamento delle risorse e di emissione d’inquinanti permette di mantenere un’alta qualità ambientale a lungo termine. Un’interazione con l’ambiente responsabile comporta investimenti per decarbonizzazione, efficienza energetica e economia circolare. Queste sono tematiche tra loro interagenti che possono essere affrontate efficacemente solo con competenze multidisciplinari.

Per rendere sostenibile e ad emissioni zero il processo produttivo di un’unità manifatturiera devono essere sviluppati sistemi di produzione di energia ibridi. Il ricorso ad una singola fonte di energia rinnovabile tende ad essere problematico in termini di rendimento energetico, disponibilità e costi operativi.

Per questo sono in corso di sviluppo gli HRESs – Hybrid Renewable Energy Systems (Solare-Diesel, Solare-Geotermico, Eolico-Diesel, Solare-Eolico-Diesel, Solare-Eolico, Idroelettrico-Solare-Eolico, ecc.) ovvero sistemi di produzione dell’energia che prevedono l’integrazione di due o più fonti energetiche, rinnovabili e non. Affinché siano efficienti ed efficaci è necessario che questi impianti riducano al minimo le perdite per ciascuna unità di produzione.

Occorre non solo ridimensionare l’unità di produzione in funzione dei dati caratteristici delle fonti rinnovabili presenti nel luogo di installazione, ma anche una strategia di produzione e distribuzione intelligente dell’energia basata su un Cyber Physical System (CPS) con funzione di piattaforma tecnologica di base per l’IoT (Internet of Things), che prevede l’utilizzo di sensori e l’impiego di algoritmi di Intelligenza artificiale e apprendimento automatico per realizzare un sistema di automazione e controllo auto-organizzato.

Un altro settore in cui si attendono importanti risultati per la sostenibilità ambientale è quello delle costruzioni. L’innovazione di miscele e metodi di posa già mostrano ad un notevole contenimento delle emissioni di CO2, ma i progressi ottenuti con i nanomateriali aprono ad un ventaglio di miglioramenti prestazionali e funzioni aggiuntive inimmaginabili fino a pochi anni fa. Il calcestruzzo fibrorinforzato ad altissime prestazioni UHP-FRC (Ultra High Performance FiberReinforced Concrete) permette già oggi una sostanziale riduzione delle emissioni di CO2, ma i nuovi materiali in fase di sviluppo faranno un ulteriore step.

Questi materiali hanno prestazioni ulteriormente migliorate (durabilità, resistenza meccanica, leggerezza, isolamento termico e resistenza agli aggressivi chimici), nonché proprietà fotocatalitiche, auto-pulenti, auto-riparanti e auto-monitoranti. I primi nano-compositi sono già in commercio: il cemento “mangia smog”, ad esempio, che neutralizza gli agenti inquinanti e ha una funzione antibatterica, oppure il cemento innovativo in grado di lasciar filtrare la luce.

Inoltre, i nuovi calcestruzzi innovativi permettono anche l’impiego di tecniche di posa robotizzate (stampa 3D) che ridurranno sensibilmente i tempi di realizzazione. I vantaggi attesi dallo sviluppo dei nuovi calcestruzzi innovativi sono più che auspicati, alla luce del fatto che il calcestruzzo è il prodotto artificiale più utilizzato al mondo nelle costruzioni.

Relativamente all’economia circolare, l’Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA) indica che nel 2018 la produzione totale di rifiuti in Italia è cresciuta a 152,6 Mton di rifiuti speciali

e a 0,3 Mton di rifiuti urbani.

La produzione di rifiuti è destinata a crescere sempre più se non si svilupperanno soluzioni adeguate. Lo scenario è ulteriormente peggiorato con la pandemia di Covid-19, per la presenza di rifiuti sanitari a rischio infettivo tra i rifiuti pericolosi e per l’incremento dei rifiuti da imballaggio dovuti agli acquisti on-line tra i rifiuti urbani.

Una risposta concreta al problema dei rifiuti è da un lato l’ideazione di sistemi di riqualificazione dei materiali che realizzino la “fine dello spreco” (o end of waste) tramite riuso, riciclo e conversione; dall’altro lo sviluppo di prodotti ideati per minimizzare l’impatto ambientale con riferimento all’intero ciclo di vita.

I nuovi sistemi di trattamento dovranno essere sviluppati con soluzioni di automazione avanzata e sistemi di gestione che utilizzino informazioni derivanti dal tracciamento della vita dei prodotti, in modo da poter implementare la migliore strategia di trattamento possibile.

Inoltre, collegati all’end of waste dei materiali vi sono gli aspetti tecnici legati al processo di trattamento del rifiuto per la sua nobilitazione, legati alla logistica per la raccolta e per l’imballaggio del materiale riciclato e di quello di scarto, nonché gli aspetti tecnici relativi alle metodologie di intelligenti di differenziazione al momento della raccolta (di primaria importanza per l’ottenimento di materiale riciclato di qualità). Per sviluppare prodotti dal ridotto impatto ambientale o altamente riciclabili è necessario pensare al loro intero ciclo di vita modellando ciascun prodotto come un insieme di operazioni, flussi di materiali ed energia con la metodologia del Life Cycle Assessment (LCA).

Il LCA permette di analizzare e successivamente rendere eco-sostenibili le differenti attività umane, sviluppando soprattutto interventi di natura preventiva.

Questa metodologia permette di stimare gli impatti positivi e negativi sull’ambiente e sulla salute delle persone per l’intero arco di vita di un prodotto. A seconda dello scopo dello studio e degli obiettivi prefissati, un LCA può essere condotto anche per interventi mirati solo ad una specifica situazione operando a livello “Gate to gate” (per il miglioramento della produzione) o “Cradle to gate” (per le prime fasi del ciclo di vita del prodotto).

La sostenibilità ambientale, nell’ambito di un più generale obiettivo di sviluppo sostenibile della società, comporta il ricorso a competenze multidisciplinari specialistiche e non potrà prescindere dall’applicazione delle tecnologie abilitanti di Industria 4.0 in tutti i settori dell’attività produttiva.