È responsabile del consumo del 37% di energia a livello globale e produce il 24% delle emissioni globali di anidride carbonica: l’impatto dell’industria sulla sostenibilità delle nostre società non è di certo trascurabile. I dati forniti dall’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) mostrano quanto il tema della sostenibilità dei nostri modelli produttivi sia centrale per poter raggiungere gli obiettivi climatici stabiliti con gli Accordi di Parigi e rafforzati con il Green New Deal europeo.
A fronte di una popolazione mondiale che si stima arriverà a contare 9,7 miliardi di persone entro il 2050 (dati del Dipartimento degli affari economici e sociali e delle dinamiche della popolazione delle Nazioni Unite), diventa sempre più essenziale transitare a nuovi metodi di produzione, più sostenibili ed efficienti nel consumo di energia.
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L’impatto dell’utilizzo dei motori elettrici sull’ambiente
I dati forniti dall’IEA mostrano una crescita di consumo energetico nell’industria dello 0,9% annuo dal 2010, un dato ancora ben lontano dal target dello 0,3% annuo previsto dagli SDG (Sustainable Development Goals, obiettivi di sviluppo sostenibile) definiti dall’Onu.
La crescita del consumo di energia è stata guidata in gran parte da una tendenza a lungo termine di aumento della produzione nei sottosettori industriali ad alta intensità energetica (cioè prodotti chimici, ferro e acciaio, cemento, cellulosa e carta e alluminio) e gran parte del consumo è associato ai motori elettrici (70%). Negli edifici commerciali, il 38% del consumo di energia deriva proprio dall’utilizzo di motori elettrici.
Tuttavia, proprio dai progressi fatti in questo ambito può trovarsi la chiave per la riduzione dell’energia consumata dal settore. Su questo tema si incentra un whitepaper di ABB, in cui si discute del ruolo che i moderni motori elettrici possono avere nella riduzione del consumo energetico dell’industria.
Il ruolo dell’innovazione dei motori nella riduzione del consumo di energia
La maggior parte dell’utilizzo di energia del settore proviene da motori di medie e grandi dimensioni: infatti, i motori di grandi dimensioni (che assorbono più di 375 kW di potenza) pur rappresentando lo 0,03% di tutti i motori utilizzati sono responsabili dell’utilizzo del 23% del consumo elettrico di energia dei motori a livello globale (e il 10% di tutto il consumo di energia), mentre i motori di piccole dimensioni (con una potenza inferiore a 0,75 kW) sono responsabili del 9% dell’energia utilizzata dai motori elettrici.
Una situazione dovuta, secondo ABB, al fatto che molti di questi motori di medie dimensioni sono più grandi del necessario rispetto alle loro applicazioni e sono spesso eseguiti a piena velocità, anche quando la potenza extra non è necessaria.
Negli ultimi anni, l’industria ha cercato di rispondere a queste problematiche sviluppando motori più piccoli e ottimizzandoli per le specifiche task da eseguire. Centrale è stato, ed è tutt’ora, il ruolo delle nuove tecnologie in questo percorso di efficientamento energetico, in risposta alla maggiore complessità dei motori utilizzati: grazie all’utilizzo di sensori intelligenti e di soluzioni di Industrial IoT, l’operatore può essere avvertito quando il motore mostra i primi segnali di malfunzionamento o di necessità di interventi di manutenzione.
Inoltre, sono stati fatti molti passi in avanti nel design di nuovi motori più efficienti in termini di consumo di energia: anche i motori a induzione a corrente alternata, nati nel diciannovesimo secolo, sono stati negli anni costantemente migliorati, sulla base di cambiamenti di materiale e del design delle componenti (statore e rotore).
I moderni motori a induzione hanno un alto tasso di efficientamento energetico: quelli che secondo i criteri di consumo energetico sono classificati dalla International Electrotechnical Commission (IEC) come IE3, ad esempio, riescono a raggiungere il 96% di efficienza, mentre i più moderni IE4 permettono una spreco di energia del 15% inferiore ai motori IE3. A questi si aggiunge il più recente motore IE5 “ultra-premium efficiency”, che rappresentano il più alto livello di efficienza che sia stato raggiunto da qualsiasi progetto attuale.
Da cosa è dovuto, quindi, l’alto consumo di energia da parte del settore? Il problema, secondo ABB, risiede nell’utilizzo di modelli troppo antiquati, come i motori IE1 e IE2, che spesso forniscono molta più potenza di quella richiesta.
Eppure l’utilizzo di motori più efficienti avrebbe un impatto significativo sul consumo di energia da parte dell’industria: si stima che, se l’80% dei motori industriali installati oggi fossero sostituiti con motori ultra-premium efficienti IE5, si risparmierebbero 160 terawatt-ora di energia all’anno, equivalenti a più del consumo annuale di energia della Polonia.
Anche se la scelta di passare a un motore che rispetta standard di efficienza più alta sarebbe la soluzione ottimale, anche l’utilizzo di azionamenti a velocità variabile può permettere di ridurre gli sprechi di energia. Gli esperti del settore hanno suggerito che circa il 50% dei motori industriali trarrebbe beneficio dall’essere accoppiato con un azionamento. Ad oggi, si stima che il 23% dei motori elettrici industriali è equipaggiato con un azionamento a velocità variabile, cifra che secondo gli esperti salirà al 26% nei prossimi anni.
I possibili vantaggi e le sfide da affrontare
Dei vantaggi sull’efficientamento dei motori elettrici nell’industria si discute da diversi anni: in un articolo scritto nel 2011 da Paul Waide and Conrad U. Brunner, ad esempio, si stimava che se tutti i 300 milioni di motori presenti nell’industria fossero stati ottimizzati, l’utilizzo energetico globale si sarebbe ridotto del 10%.
Tuttavia, i due autori avevano già individuato che in assenza di interventi regolatori ci sarebbero voluti dai 10 ai 20 anni per il processo di efficientamento energetico dei motori dell’industria.
Proprio questo è il nodo centrale per l’Agenzia Internazionale dell’Energia, che nel suo rapporto annuale del 2020 sottolinea la necessità di interventi governativi che impongano target di consumo energetico ed emissioni di Co2. La stretta collaborazione tra governi e imprese permetterebbe, inoltre, di passare a metodi di produzione secondaria, ossia basati sul riciclo di materie prime.
Le industrie, inoltre, potrebbero approfittare delle opportunità di simbiosi industriale, compreso l’utilizzo dei rifiuti o dei sottoprodotti di un processo per produrre un altro prodotto di valore, per aiutare a chiudere il ciclo dei materiali, ridurre l’uso di energia e ridurre le emissioni nel caso della cattura e dell’utilizzo del carbonio.
A questo deve, tuttavia, accompagnarsi una politica sulle energie rinnovabili che renda conveniente puntare sull’efficientamento energetico. Analizzando il calo delle emissioni di Co2 e dell’utilizzo energetico durante il 2020, come conseguenza alle restrizioni imposte in molti Paesi per fronteggiare la pandemia, l’IEA ha sottolineato la necessità di interventi governativi volti a rendere conveniente per le aziende investire in queste risorse.
“Per esempio, i bassi prezzi del petrolio e del gas che si vedono in diversi mercati del mondo rendono i combustibili e le tecnologie di riscaldamento rinnovabili meno competitivi dal punto di vista dei costi, portando potenzialmente al rinvio o alla cancellazione degli investimenti pianificati in questo settore, specialmente in assenza di un’azione politica più forte”, si legge nel rapporto “The Covid-19 crisis and the clean energy progress”.
A questi interventi regolativi vanno accompagnati target sulle emissioni di Co2 che renderanno sempre meno conveniente una produzione basata sul carbone, a favore di una che sfrutta energie rinnovabili. Un passaggio essenziale a livello globale e che ci riguarda da vicino, in vista dell’obiettivo europeo di raggiungere la neutralità carbonica entro il 2050.
Tra i vari interventi da compiere per promuovere un maggiore efficientamento energetico dell’industria, l’Agenzia individua inoltre:
- accelerare il processo innovativo, puntando su partnership pubblico-private in ambito di R&D. I partenariati pubblico-privato, insieme agli appalti pubblici verdi, ai contratti per la differenza e le quote di materiali a emissioni quasi zero, possono aiutare a generare una domanda iniziale e permettere ai produttori di acquisire esperienza e ridurre i costi. Il coordinamento governativo degli sforzi degli stakeholder può anche dirigere l’attenzione verso le aree prioritarie ed evitare sovrapposizioni
- adottare politiche obbligatorie di riduzione di emissioni di Co2, accompagnate da un graduale aumento dei prezzi del carbonio o da standard industriali che richiedano una quantità media di Co2 rilasciata per la produzione di ogni materiale più bassa. Politiche che devono essere concordate a livello internazionale per poter ottenere l’effetto desiderato
- migliorare la raccolta dei dati e promuovere una maggiore trasparenza sulle prestazioni energetiche e sulle emissioni di CO2 dell’industria
Le tecnologie ci sono, quindi, e la strada si conosce. La pandemia ha da un lato mostrato quanto progresso può essere raggiunto in poco tempo con una cooperazione internazionale in termini di ricerca. Il rischio, sottolinea l’IEA, è quello di vanificare gli sforzi prodotti finora in termini di efficientamento energetico dell’industria nel tentativo di recuperare i livelli produttivi del periodo pre-Covid.
