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Cristiano Crosera

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GRAFICA seconda edizione

Tecnologie e tecniche di rappresentazione grafica

EDUCAZIONE CIVICA ROBOTICA E INDUSTRIA 4.0 STAMPA 3D

equilibri

TECNOLOGIA

#PROGETTOPARITÀ

Il piacere di apprendere

Gruppo Editoriale ELi

Cristiano Crosera

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GRAFICA seconda edizione

Tecnologie e tecniche di rappresentazione grafica

TECNOLOGIA Gruppo Editoriale ELi

Il piacere di apprendere © Casa Editrice G. Principato

SEZIONE

Indice INDUSTRIA 4.0

SICUREZZA

CAPITOLO 1

CAPITOLO 3

industria 4.0 e ROBOTICA

Indicazioni sulla sicurezza della persona e dei luoghi di lavoro

1.1 Industria 4.0 ........................................................................................................... 1.2 Le rivoluzioni industriali ............................................................. 1.3 Intelligenza artificiale e robotica .................................... 1.4 Macchine intelligenti ........................................................................... 1.5 La stampa 3D ........................................................................................................ 1.6 Evoluzione della stampa 3D e smart materials .......................................................................................... 1.7 Realtà virtuale e realtà aumentata ................................ VERIFICA LE CONOSCENZE

13 15 16

Sostenibilità e

3.1 Quadro normativo: sicurezza e salute .................. 3.2 Segnaletica di sicurezza e di salute sul luogo di lavoro ..................................................................................... 3.3 Malattie professionali .......................................................................... 3.4 Dispositivi di protezione individuale (DPI) .......................................................................................... 3.5 Locali di lavoro e loro caratteristiche .................... 3.6 Barriere architettoniche ................................................................... 3.7 Protezione dagli incendi ................................................................. 3.8 Obblighi e responsabilità nella scuola ................. 3.9 Utilizzo del videoterminale ..................................................... VERIFICA LE CONOSCENZE

SVILUPPO

SEZIONE

Test interattivi ............

6 8 9 10 11

CAPITOLO 2

sostenibilità AMBIENTale 2.1 La questione ambientale ................................................................. 2.2 Le fonti energetiche ................................................................................. 2.3 Evoluzione del concetto di sostenibilità ......... 2.4 L’Agenda 2030 ................................................................................................... 2.5 Standard nZEB e diagnosi ........................................................ 2.6 L’APE e la progettazione ............................................................... 2.7 Due modelli di economia ............................................................. VERIFICA LE CONOSCENZE

Test interattivi ............

18 20 24 25 26 27 28 30

Test interattivi ............

32 35 37 37 39 40 42 43 47 50

Materiali:

PROPRIETÀ E PROVE

CAPITOLO 4

Proprietà dei materiali 4.1 Che cos’è la tecnologia meccanica .............................. 4.2 Le norme UNI ..................................................................................................... 4.3 Le principali caratteristiche dei materiali .... 4.4 Proprietà chimico-strutturali ................................................. 4.5 Proprietà fisiche ............................................................................................. 4.6 Proprietà meccaniche .......................................................................... 4.7 Proprietà tecnologiche ....................................................................... VERIFICA LE CONOSCENZE

52 53 53 54 57 61 64

Test interattivi ............

INDICE

Prove sui materiali 5.1 I controlli non distruttivi ............................................................... 5.2 I controlli distruttivi ...............................................................................

Test interattivi ............

69 74 77

METALLICI

CAPITOLO 6

Materiali ferrosi 6.1 Differenza tra ghisa e acciaio .................................................. 6.2 Produzione della ghisa ....................................................................... ...................................................... 6.3 Produzione dell’acciaio 6.4 La colata dell’acciaio .............................................................................. 6.5 La ghisa ............................................................................................................................ 6.6 L’acciaio .......................................................................................................................... Test interattivi ............

80 80 82 84 85 87 89

CAPITOLO 7

Materiali non ferrosi 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

Il rame (Cu) ................................................................................................. .................................................................................. L’alluminio (Al) Il titanio (Ti) ............................................................................................................ ................................................................................ Il magnesio (Mg) La metallurgia delle polveri .....................................................

VERIFICA LE CONOSCENZE

Test interattivi ............

90 93 93 94 94 96

CONTENUTI DIGITALI INTEGRATIVI NEL VOLUME Acciaio verde, 82 • Alluminio: sostenibile o no?, 93 • Il riciclo delle materie plastiche, 102 • La riciclabilità del vetro, 108 • Bilancio ecologico del legno, 117 Stagno e zinco, 92 • Carbonio e grafene, 94 • Le terre rare e il litio, 94

NON METALLICI

Altri materiali per l’ingegneria

Materiali

VERIFICA LE CONOSCENZE

Materiali

CAPITOLO 8

8.1 I prodotti del petrolio ............................................................................ 98 8.2 La gomma naturale e la gomma sintetica ......... 101 ................................................................... 102 8.3 Le materie plastiche 8.4 I materiali compositi ................................................................................ 105 8.5 I ceramici ....................................................................................................................... 107 ................................................................................................................... 108 8.6 Il vetro 8.7 I leganti .............................................................................................................................. 111 8.8 Il calcestruzzo ....................................................................................................... 114 .................................................................................................................. 115 8.9 Il legno 8.10 Conduttori, semiconduttori e isolanti .................. 118 VERIFICA LE CONOSCENZE

SEZIONE

VERIFICA LE CONOSCENZE

SEZIONE

CAPITOLO 5

Test interattivi .............. 120

METROLOGIA

CAPITOLO 9

Misurazioni e strumenti 9.1 Le grandezze fondamentali ......................................................... 122 9.2 Gli errori .......................................................................................................................... 125 9.3 Classificazione degli strumenti di misura ...... 126 9.4 Piani di riscontro, truschini, righe e squadre ... 126 9.5 Blocchetti pianparalleli ..................................................................... 129 9.6 Il calibro a corsoio ........................................................................................ 130 9.7 Il micrometro centesimale ............................................................ 132 9.8 Il comparatore centesimale a quadrante ............ 134 9.9 Il goniometro .......................................................................................................... 136 9.10 Termini e definizioni ............................................................................ 138 9.11 Misurazioni in 3D ....................................................................................... 139 VERIFICA LE CONOSCENZE

INDICE © Casa Editrice G. Principato

Test interattivi .............. 142

SEZIONE

INDUSTRIA 4.0 CAPITOLO 1 INDUSTRIA 4.0 E robotica

CAPITOLO

industria 4.0 e Robotica CI OCCUPEREMO DI... 1. Industria 4.0 2. Le rivoluzioni industriali 3. Intelligenza artificiale e robotica 4. Macchine intelligenti

1.1 Industria 4.0 L’espressione “Industria 4.0” è stata usata per la prima volta nel 2011 alla Fiera di Hannover, in Germania. Con questa espressione l’Unione Europea definisce Industria 4.0 “ogni metodo di lavoro idoneo a integrare uomini, processi produttivi e macchinari”.

1.1.1 LE CARATTERISTICHE DELL’INDUSTRIA 4.0 Industria 4.0 è un processo che scaturisce dalla quarta rivoluzione industriale e che sta portando alla produzione industriale verso la totale automatizzazione e interconnessione. Le nuove tecnologie digitali avranno un impatto profondo nell’ambito di quattro direttrici di sviluppo. La prima riguarda l’utilizzo dei dati, la potenza di calcolo e la connettività, e si declina in big data, open data, Internet of Things, machine-to-machine e cloud computing per la centralizzazione delle informazioni e la loro conservazione. La seconda è quella degli analytics, ossia una volta raccolti i dati, bisogna ricavarne valore. Oggi solo l’1% dei dati raccolti è utilizzato dalle imprese, che potrebbero invece ottenere vantaggi a partire dal “machine learning”, cioè dalle macchine che perfezionano la loro resa “imparando” dai dati via via raccolti e analizzati. La terza è l’interazione tra uomo e macchina, che coinvolge le interfacce “touch”, sempre più diffuse, e la realtà aumentata.

5. La stampa 3D 6. Evoluzione della stampa 3D e smart materials 7. Realtà virtuale e realtà aumentata

La quarta riguarda il settore che si occupa del passaggio dal digitale al “reale” e che comprende la manifattura additiva, la stampa 3D, la robotica, le comunicazioni, le interazioni machine-to-machine e le nuove tecnologie per immagazzinare e utilizzare l’energia in modo mirato, razionalizzando i costi e ottimizzando le prestazioni. Le tecnologie che convenzionalmente caratterizzano Industria 4.0 sono: JJ robotica avanzata: macchine interconnesse, programmabili in poco tempo e dotate di intelligenza artificiale (IA); JJ manifattura additiva: stampa 3D, fabbricazione digitale; JJ realtà aumentata: dispositivi con cui sperimentare una realtà sovrapposta alla nostra (➜ Fig. 1); JJ integrazione orizzontale/verticale: tutti gli step che vanno dal produttore al consumatore relativi alla catena del valore comunicano tra di loro; JJ simulazione: è possibile simulare nuovi processi produttivi prima di metterli in pratica nella realtà; JJ Internet delle cose applicate all’industria: oggetti (cose) riconoscibili e intelligenti in grado di poter comunicare dati su se stessi; JJ cloud: gestione di una grande quantità di dati in rete; JJ cyber-security: garanzia di sicurezza durante le operazioni in rete e su sistemi in cloud;

SEZIONE A INDUSTRIA 4.0 © Casa Editrice G. Principato

INDUSTRIA 4.0

JJ big data e analitiche: analisi di moltissimi dati necessari alla produzione in real time di informazioni utili per ottimizzare prodotti e processi produttivi.

1.1.2 LE NUOVE FIGURE PROFESSIONALI Le imprese incontrano crescenti difficoltà nell’individuare le competenze necessarie per Industria 4.0. Servono competenze digitali, cioè quel vasto insieme di abilità tecnologiche che consentono di individuare, valutare, utilizzare, condividere e creare contenuti grazie alle tecnologie informatiche e a Internet. I profili professionali più richiesti in un ambito così innovativo e a elevata competenza sono i profili tecnici, che però, rispetto al passato, devono inglobare conoscenze informatiche e digitali. Si tratta perciò di professionisti che hanno seguito percorsi formativi che incrociano diverse competenze, da utilizzare in maniera integrata perché le competenze trasversali sono la risposta alle nuove esigenze professionali delle imprese. Esaminiamo quali sono oggi i profili più richiesti. OPERAI 4.0

Sezione A

MANUTENTORI 4.0

Manutentori che conoscano le macchine su cui operano, ma anche i dati necessari alla cosiddetta manutenzione predittiva, quella cioè che basandosi sull’osservazione di determinati parametri porta a interventi mirati prima che si verifichi il guasto vero e proprio, evitando o riducendo al minimo il fermo (➜ Fig. 2). PROJECT MANAGER 4.0

Soggetti che hanno il compito di accompagnare impresa e forza lavoro nell’introduzione dei processi innovativi, concentrandosi su produzione e supply chain. Figura con competenze in materia di algoritmi predittivi e analisi dei big data. DATA SCIENTIST

I dati sono la nuova materia prima che si affianca alle altre materie tangibili di Industria 4.0. Una materia prima che va gestita nella sua complessità per trarne il maggior beneficio possibile in termini di produttività, attraverso la conoscenza e l’interpretazione dei numeri su prodotti, processi, mezzi di produzione, supply chain ecc.

Si tratta di operai impegnati in produzioni a elevato contenuto tecnologico, dove non bastano più né l’operaio generico né quello specializzato. Serve una figura professionale che si adatti a processi produttivi flessibili, con competenze tecnologiche di alto livello e trasversali.

Professionisti in grado di coniugare competenze tecnologiche e legali, di mappare il percorso dei dati all’interno dei processi aziendali e gestirli nel rispetto delle disposizioni nazionali e comunitarie.

➜ Fig. 1 • Applicazione della realtà aumentata alla produzione industriale.

➜ Fig. 2 • Manutentrice 4.0 mentre controlla i parametri di un veicolo.

DATA PROTECTION OFFICER

INDUSTRIA 4.0 E ROBOTICA Capitolo 1 © Casa Editrice G. Principato

1.2 Le rivoluzioni industriali Passiamo in rassegna le rivoluzioni industriali che hanno segnato il mondo occidentale (➜ Fig. 3). JJ La prima rivoluzione industriale parte dall’Inghilterra, un paese ricco di carbone. Per la prima volta, nel 1784, il carbone è usato come fonte di energia e nasce la macchina a vapore. La potenza prodotta dal lavoro umano o da quello animale è quindi sostituita da una nuova fonte di energia. Tale innovazione comporta numerosi cambiamenti di carattere sociale ed economico. La prima rivoluzione industriale è anche detta fase della meccanizzazione.

JJ La seconda rivoluzione industriale avviene tra il 1870 e il 1878 ed è legata all’introduzione dell’energia elettrica, a cui seguirono numerose innovazioni in campo scientifico e tecnologico in tutto il mondo. Alcune di queste sono l’invenzione della lampadina, del telefono e del cinematografo; l’estrazione del petrolio dà slancio all’industria chimica e compare la catena di montaggio cioè un sistema meccanizzato, che divideva un lavoro complesso in tanti lavori semplici. La seconda rivoluzione industriale è chiamata anche fase dell’industrializzazione.

➜ Fig. 3 • Schema che illustra le diverse fasi del progresso industriale.

INDUSTRIA 3.0 INDUSTRIA 1.0 Meccanizzazione, macchine a vapore, telai meccanici

INDUSTRIA 2.0 Lavoro e produzione di massa, energia elettrica

Automazione, computer ed elettronica

SEZIONE A INDUSTRIA 4.0 © Casa Editrice G. Principato

INDUSTRIA 4.0 Utilizzo dei sistemi cyber-fisici, internet delle cose, reti digitali

INDUSTRIA 4.0

JJ La terza rivoluzione industriale è iniziata dopo la Seconda guerra mondiale, e ha come caratteristica principale alcune grandi scoperte scientifiche nel campo dell’industria chimica e molte innovazioni tecnologiche nel campo dell’astronautica e dell’informatica. Il cuore della terza rivoluzione industriale è l’integrazione dei computer, delle telecomunicazioni e dell’analisi dei dati nei processi di produzione industriale. La terza rivoluzione industriale è anche chiamata fase dell’automazione. JJ La quarta rivoluzione industriale iniziata nel 2011 con una produzione industriale del tutto automatizzata e interconnessa, è denominata anche Industria 4.0. La flessibilità è stata migliorata, in modo che i produttori possano soddisfare al meglio le richieste dei clienti utilizzando la personalizzazione di massa, cercando, in definitiva, di raggiungere l’efficienza con l’impiego, in molti casi, di una sola persona. Raccogliendo più dati dal reparto di produzione e combinandoli con altri operativi dell’azienda, una fabbrica intelligente può ottenere trasparenza delle informazioni e di conseguenza prendere decisioni migliori. La quarta rivoluzione industriale è anche chiamata fase della computerizzazione.

artificiale 1.3 Ientelligenza robotica

Sezione A

colti da una videocamera, li processa e infine fornisce una risposta. Inoltre, i sistemi di IA sono in grado di modificare il proprio comportamento in funzione degli effetti dovuti alle azioni precedenti, così da autoapprendere per poter fare la cosa giusta al momento giusto. Nella vita di tutti i giorni ci sono molte applicazioni che utilizzano l’IA come, ad esempio, gli acquisti in rete. L’IA fornisce suggerimenti basati su precedenti acquisti, su ricerche e su altri comportamenti dell’utente registrati online dai motori di ricerca per offrire poi risultati pertinenti. Anche i telefoni cellulari usano l’IA, quando si interrogano gli assistenti virtuali che rispondono a domande, forniscono suggerimenti e aiutano a organizzare l’agenda agli utenti. Esistono anche i software di traduzione automatica, basati su testi audio o scritti, che usano l’IA per migliorare le traduzioni o per i sottotitoli automatici dei video. Per avere l’IA si devono unire un programma informatico e un hardware, un computer oppure un robot, che ha il compito fisico di eseguire i calcoli (➜ Fig. 4).

1.3.2 I COLLABORATIVE ROBOT I cobot (collaborative robot) sono robot particolarmente sicuri, con a bordo sensori che garantiscono la sicurezza dell’operatore. La robotica è una disciplina già in uso da molto tempo. Per molte aziende del mondo del manufacturing la robotica rappresenta la fabbrica del futuro dove la presenza umana è sempre più ridotta. La produzione sarà automatizzata, gestita via software dalla ottimizzazione del design del prodotto fino alla produzione stessa, grazie alle nuove

1.3.1 INTELLIGENZA ARTIFICIALE Per intelligenza artificiale, spesso scritta con l’acronimo IA o nella versione inglese AI (Artificial Intelligence), si intende quella branca dell’informatica che sviluppa sistemi e programmi capaci di assolvere funzioni che di norma necessiterebbero dell’intelligenza umana, come il ragionamento, la pianificazione, la creatività. L’IA è l’abilità di una macchina di ragionare, apprendere, pianificare e creare, ossia di mostrare capacità umane. L’IA permette ai sistemi di capire l’ambiente in cui si trovano a operare, si relaziona con quello che percepisce risolvendo i problemi che incontra e agendo per un obiettivo specifico. Il computer riceve i dati raccolti dai sensori, come ad esempio i dati rac-

➜ Fig. 4 • Intelligenza artificiale utilizzata in medicina e chirurgia.

INDUSTRIA 4.0 E ROBOTICA Capitolo 1 © Casa Editrice G. Principato

tecniche di additive manufacturing. Non si potrà però automatizzare ogni cosa e uscendo dal campo del manufacturing ci sono molti altri processi di lavorazione per i quali i robot possono essere di aiuto al personale umano senza sostituirlo completamente. Questa collaborazione, da cui il termine cobot, è comunque molto complessa e per questo motivo i cobot sono un settore della robotica in forte sviluppo, anche se magari meno evidente rispetto ai robot autonomi. La peculiarità dei cobot è che sono pensati per operare vicino al personale umano, cosa che rende il loro funzionamento più critico rispetto a quello dei classici robot industriali, che possono muoversi e operare senza preoccuparsi di ferire nessuno. Invece un cobot non deve correre il rischio di urtare o peggio colpire il suo collega umano e per questo è abbondantemente dotato di sensori fisici e visivi. Anche le sue superfici sono lavorate in modo da non essere pericolose o spiacevoli al tatto. Il ruolo dei robot industriali è quello di sostituire il personale umano nei compiti automatizzabili, ripetitivi e potenzialmente pericolosi. Il compito dei cobot, invece, è quello di spartirsi il lavoro con i colleghi umani: al cobot sono assegnate le mansioni pericolose o che richiedono sforzi eccessivi o ripetuti, mentre al personale umano sono assegnate quelle che richiedono decisioni o valutazioni non programmabili. Le applicazioni principali sono per ora nel campo della logistica, dell’assemblaggio di componenti e nel trasporto, ma si incominciano a vedere anche applicazioni in quei settori in cui inizialmente i cobot erano ritenuti troppo limitati, come nella saldatura (➜ Fig. 5).

1.4 Macchine intelligenti Le prime sperimentazioni per la realizzazione di macchine intelligenti risalgono agli inizi degli anni Cinquanta del secolo scorso, quando si inizia a pensare di utilizzare i metodi probabilistici per realizzare macchine che possano prendere decisioni basandosi sul calcolo delle probabilità di accadimento di un evento. Il primo che ipotizza la necessità di algoritmi specifici per realizzare macchine in grado di apprendere è Alan Turing, oggi considerato uno dei padri dell’informatica.

1.4.1 MACHINE LEARNING La machine learning (apprendimento automatico), è una particolare branca dell’informatica molto vicina alla branca dell’IA. Quando si parla di machine learning si intende un insieme di differenti meccanismi che permettono a una macchina intelligente di migliorare le proprie capacità e prestazioni nel tempo. La macchina, quindi, può imparare a svolgere determinati compiti migliorando, tramite l’esperienza, le proprie capacità, le proprie risposte e funzioni. Alla base dell’apprendimento automatico ci sono una serie di differenti algoritmi che, partendo da nozioni primitive, prendono una specifica decisione piuttosto che un’altra o effettuano azioni apprese nel tempo. A seconda delle modalità con cui la macchina impara e accumula dati e informazioni, si possono distinguere tre diversi sistemi di apprendimento automatico: supervisionato, non supervisionato e per rinforzo. JJ L’apprendimento supervisionato fornisce al sistema informatico della macchina modelli ed esempi che permettono di costruire un vero e proprio database di informazioni e di esperienze. Così, quando la macchina affronta un problema, attinge alle esperienze presenti nel proprio sistema, analizzandole e decidendo la risposta da dare sulla base di esperienze già codificate. Questi tipi di algoritmi sono utilizzati anche in settori come quello medico e quello di identificazione vocale.

➜ Fig. 5 • Cobot per saldatura.

JJ L’apprendimento non supervisionato prevede che la macchina attinga a determinate informazioni senza avere alcun esempio del loro utilizzo e, quindi, senza conoscere i risultati attesi a seconda della scelta effettuata. Sarà la macchina stessa a catalogare tutte le informazioni in proprio possesso, a organizzarle, a imparare il loro signi-

SEZIONE A INDUSTRIA 4.0 © Casa Editrice G. Principato

INDUSTRIA 4.0

ficato, il loro utilizzo e, soprattutto, il risultato atteso. Questo tipo di apprendimento permette alla macchina maggiore libertà di scelta, dovrà organizzare le informazioni in modo intelligente e imparare quali sono i risultati migliori per le diverse situazioni che si presentano. JJ L’apprendimento per rinforzo prevede che la macchina possieda sistemi e strumenti in grado di migliorare il proprio apprendimento e di comprendere le caratteristiche dell’ambiente circostante. Alla macchina sono forniti una serie di elementi di supporto, come sensori, telecamere, GPS ecc., che permettono di rilevare quanto avviene nei dintorni ed effettuare scelte per un migliore adattamento all’ambiente. Questo tipo di apprendimento è ancora in fase sperimentale ed è tipico delle auto senza pilota (➜ Fig. 6), che sono in grado di percorrere strade trafficate, riconoscere eventuali ostacoli e molto altro.

1.4.2 LE CHATBOT La proliferazione delle chat e della messaggistica ha favorito il fenomeno chatbot, cioè un software che, attraverso l’uso di algoritmi, simula ed elabora le conversazioni umane, scritte o parlate, consentendo agli utenti di interagire con i dispositivi digitali come se stessero comunicando con una persona reale. I chatbot possono essere semplici programmi che rispondono a una semplice query con una singola riga, oppure sistemi sofisticati come gli assistenti digitali, che apprendono e si evolvono per fornire livelli crescenti di personalizzazione quando raccolgono ed elaborano le informazioni. Le chatbot imparano dal comportamento dell’utente e forniscono conversazioni più personalizzate, interpretano ed elaborano le richieste degli utenti e danno risposte tempestive e pertinenti. Le chatbot possono essere distribuite su siti web, su Facebook Messenger, Twitter o WhatsApp.

➜ Fig. 6 • Prototipo di auto senza pilota.

Sezione A

1.5 La stampa 3D La stampa 3D è conosciuta anche con il nome di produzione additiva (additive manufacturing). Il termine “additivo” infatti permette di intuire che l’oggetto che si intende produrre si ottiene depositando il materiale uno strato dopo l’altro. I materiali più comunemente utilizzati per la stampa 3D sono le leghe di plastica e il metallo, ma ultimamente è stato possibile lavorare qualsiasi tipo di materiale, dal calcestruzzo al tessuto vivente.

1.5.1 IL FUNZIONAMENTO DELLA STAMPANTE 3D La parte fondamentale resta la progettazione dell’oggetto da costruire, che viene eseguita con appositi software al computer. Il file da mandare in stampa contiene tutti i dettagli del prodotto finale, tutte le dimensioni dell’oggetto e il materiale da utilizzare. In genere, il formato usato per salvare un progetto da mandare in stampa è il formato STL (Standard Triangulation Language to layer), un formato che scompone il progetto in triangoli grafici in modo che per la stampante sia facile riprodurre il disegno iniziale. La differenza principale tra una stampante 2D e una 3D, sta nella testina che, nel caso di una stampante 3D è sostituita da un estrusore che, invece dell’inchiostro come nella stampante 2D, impiega i polimeri dei materiali scelti, in forma di fili avvolti in bobine fino a 2 kg (➜ Fig. 7). I filamenti sono riscaldati, quindi fusi e stratificati ad alta temperatura fino alla fine del processo di costruzione dell’oggetto.

➜ Fig. 7 • Bobine di fili in materiale polimerico.

INDUSTRIA 4.0 E ROBOTICA Capitolo 1 © Casa Editrice G. Principato

1.5.2 I MATERIALI UTILIZZATI DALLA STAMPANTE 3D I materiali usati nella stampa 3D sono oggi disponibili in diverse forme, come polvere, filamenti, pallet, granuli, resine ecc., che variano a seconda dell’utilizzo che se ne deve fare. Le stampanti 3D sono utilizzate anche in campo alimentare. I materiali più usati al momento sono il cioccolato e lo zucchero, per realizzare particolari decorazioni su torte e dolci. IL NYLON

È uno dei materiali più utilizzati nel processo di stampa 3D e può essere lavorato in due modi. Se impiegato nel processo di sinterizzazione, le particelle di polvere di nylon vengono fatte solidificare e poi sono unite mediante un raggio laser. Se impiegate nel processo FDM (Filament Deposition Manufactoring), il filamento della cartuccia viene prima fuso dall’estrusore e poi depositato strato su strato sino a costruire l’oggetto desiderato. Il nylon è flessibile e resistente, di colore bianco e quindi si presta a essere colorato prima o dopo la stampa. Inoltre, può essere mescolato con l’alluminio originando un altro materiale detto alumide. PLA (ACIDO POLILATTICO – POLILATTATO)

I vantaggi dell’uso di questo materiale riguardano la grande varietà di colori, la poca dilatazione termica, la biodegradabilità e la non emissione di odori durante la stampa. Di contro, è fragile, è sensibile all’umidità e all’invecchiamento. È uno dei materiali più diffusi grazie alla sua bassa temperatura di stampa, attorno ai 200 °C, e all’ottima resa visiva e fisica. Ammorbidendosi a temperature relativamente basse, 50-60 °C, teme però il calore che si genera, per esempio, in una vettura lasciata al sole.

getto meccanico. È un materiale largamente utilizzato soprattutto per la produzione di oggetti duri e resistenti. Il filamento fonde a circa 250 °C prima di poter essere depositato strato su strato, per la produzione di oggetti di qualunque genere, e si trova praticamente in ogni sfumatura di colore. È un materiale riciclabile anche se non particolarmente resistente o flessibile. L’ACCIAIO

È tra i materiali metallici più utilizzati ed è impiegato nei processi di sinterizzazione o fusione. È di color argento ma può essere rivestito con altri materiali per assumere toni dorati o bronzei. Anche oro e argento sono spesso usati nella stampa 3D per creare particolari gioielli stampati da artisti e artigiani, mentre per chi cerca la resistenza il materiale più usato e consigliato è il titanio.

1.5.3 L’ESTRUSORE DELLA STAMPANTE 3D L’estrusore è il cuore di una stampante 3D, dal momento che si occupa delle tre fasi fondamentali nel processo di stampa: 1. il passaggio dei polimeri dal serbatoio alla fase di riscaldamento, 2. la fusione dei filamenti attraverso il riscaldatore e 3. la fuoriuscita degli stessi dall’ugello per la fabbricazione dell’oggetto. L’estrusore, come la testina, è mobile e si muove su e giù, a destra e a sinistra. Una bobina di filamento viene caricata nella stampante e quindi alimentata alla testa di estrusione, che è dotata di un ugello riscaldato. Una volta che l’ugello raggiunge la temperatura desiderata, un motore guida il filamento attraverso di esso, fondendolo (➜ Fig. 8). Filamento Spessore filamento

ABS (ACRILONITRILE BUTADIENE STIRENE)

È il materiale con cui è iniziata la stampa 3D FDM e conta, quindi, su decine di anni di esperienze pregresse. Oltre a ciò, tra le sue qualità troviamo la robustezza; inoltre, è facile da rifinire e da lavorare anche dopo la stampa attraverso solventi e resiste bene agli agenti atmosferici. Di contro richiede una temperatura di stampa elevata, ha un elevato ritiro durante il raffreddamento, necessita di piatto riscaldato e camera chiusa, emette odori e fumi durante la stampa. Con l’ABS si possono stampare parti adatte a un impiego pratico, come quelle di un modellino radiocomandato o elementi di un pro-

Motore passo-passo

Corona

Ruota dentata Cuscinetto Punto caldo

Estrusore Termistore o termocopia

Riscaldatore Spessore di estrusione ➜ Fig. 8 • Schema di estrusore per stampante 3D.

SEZIONE A INDUSTRIA 4.0 © Casa Editrice G. Principato

INDUSTRIA 4.0

Sezione A

La stampante grazie a motori passo-passo sposta la testa di estrusione, appoggiando il materiale fuso in punti precisi, dove si raffredda e si solidifica. Al termine di un livello, la piattaforma (o la struttura) di creazione si sposta verso il basso e il processo si ripete fino al completamento della parte. Dopo la stampa, la parte è di solito pronta per l’uso, ma potrebbe richiedere una post-elaborazione, come la rimozione delle strutture di supporto o la levigatura della superficie.

1.5.4 LA STAMPANTE PER CALCESTRUZZO Una stampante 3D per calcestruzzo (cls) standard funziona in modo molto simile a una stampante FDM standard, in quanto entrambe le tecnologie sono basate sull’estrusione del materiale (➜ Fig. 9). Il processo inizia con la creazione di un modello 3D digitale, utilizzando un software di modellazione 3D che guida l’estrusore, il quale deposita, a strati, il materiale pompato da una betoniera fino a produrre il pezzo finale. Una tipica stampante 3D per calcestruzzo è concepita per la produzione additiva dei pezzi tramite estrusione del materiale ed è composta da un braccio robotico con un capo fissato alla testa di stampa e l’altro a una gru o a un sistema a braccio robotico simile a una gru (➜ Fig. 10). La NASA inoltre sta studiando la possibilità di utilizzare la stampante 3D per calcestruzzo per la costruzione di edifici da adibire a basi spaziali su altri pianeti. Si tratta di inviare sulla superficie del pianeta un robot capace di mescolare i prodotti del suolo al fine di produrre in loco il calcestruzzo e poi estruderlo per la costruzione della base spaziale (➜ Fig. 11).

➜ Fig. 9 • Estrusione di calcestruzzo (cls) per stampante 3D.

➜ Fig. 10 • Stampante 3D per calcestruzzo con braccio robotico a sei assi.

1.6 Evoluzione della stampa 3D e smart materials

Di norma, una stampante tridimensionale sfrutta un modello 3D disegnato al computer per sviluppare una serie di strati in sezione trasversale, che vengono poi stampati l’uno sopra l’altro per generare l’oggetto fisico. Da alcuni anni le straordinarie funzionalità della stampa 3D hanno trovato terreno fertile un po’ ovunque, dall’ambito medico a quello aerospaziale, favorendo anche la nascita di una comunità sempre più ampia di maker casalinghi.

➜ Fig. 11 • Costruzione in calcestruzzo con stampante 3D di una possibile base lunare.

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LA STAMPA IN 4D

Per quanto concerne la stampa in 4D, la quarta dimensione è quella del tempo. I progetti realizzati con una stampante 4D hanno infatti la capacità di cambiare forma nel tempo (➜ Fig. 12). In pratica, un oggetto creato in 4D viene stampato come qualsiasi forma realizzata con la tecnologia 3D ma utilizzando materiali avanzati e programmabili, in grado di offrire funzionalità diverse una volta a contatto con acqua calda, luce o calore. Insomma, un oggetto in 4D cambia forma e/o comportamento nel corso del tempo. Un esempio è la valvola termostatica sviluppata da un team di ricercatori australiani, che si apre e si chiude in autonomia in funzione della temperatura dell’acqua che la lambisce. LA STAMPA IN 5D

Quando si parla di stampa in 5D s’intende una stampante che sfrutta cinque assi diversi, creando così dei prodotti con strutture più complesse e più resistenti rispetto alle precedenti realizzate con la più diffusa stampa 3D. Con un macchinario di questa portata è possibile personalizzare il prodotto in ogni singola parte, creando anche i modelli a forma concava che precedentemente erano difficilmente realizzabili.

1.6.2 SMART MATERIALS Gli smart materials o materiali intelligenti sono materiali dotati di proprietà che possono essere cambiate e controllate tramite degli stimoli esterni, come una forza esterna, la temperatura, l’umidità, il PH, il campo elettrico o magnetico. Ci sono molti tipi di materiali intelligenti; tra questi c’è il Nitinol, una

lega di nichel e titanio con una percentuale atomica circa uguale dei due elementi, che manifesta un’elevata biocompatibilità. L’effetto memoria di forma del Nitinol lo si può osservare attraverso un grafico (➜ Fig. 13): il materiale possiede un lungo tratto a comportamento elastico durante il quale può recuperare la forma originale se si smette di allungarlo. Questa caratteristica lo rende adatto per essere impiegato in strumenti di microchirurgia e chirurgia ortodontica, per attrezzature che realizzano microtagli e strumenti come frese, lime, alesatori ecc. Solitamente uno stent, un tubicino inserito negli organi cavi come i vasi sanguigni, è realizzato in una lega metallica biocompatibile (acciaio inox, titanio ecc.) e, una volta inserito, si espande contro le pareti gonfiando un palloncino, spesso rischiando di plasticizzarlo. Uno stent realizzato in Nitinol invece si inserisce nel vaso in forma contratta. La temperatura del corpo lo espanderà in seguito (stent autoespandibili), evitando eventuali plasticizzazioni del materiale (➜ Fig. 14). Regione di Regione dell’Austenite trasformazione

Regione della Martensite

Punto di rottura Punto di snervamento

Forza

1.6.1 LE EVOLUZIONI DELLA STAMPA 3D

Comportamento elastico

Comportamento plastico

Allungamento

➜ Fig. 13

➜ Fig. 12 • La stampa 4D è applicata anche al settore delle scarpe sportive che mutano prestazioni a seconda delle sollecitazioni che ricevono.

➜ Fig. 14 • Inserimento di uno stent in Nitinol per il trattamento di una angioplastica coronarica.

SEZIONE A INDUSTRIA 4.0 © Casa Editrice G. Principato

INDUSTRIA 4.0

1.7 Realtà virtuale

Sezione A

1.7.2 REALTÀ AUMENTATA

e realtà aumentata

1.7.1 REALTÀ VIRTUALE La realtà virtuale è la combinazione di dispositivi hardware e software che collaborano tra di loro per creare uno spazio virtuale all’interno del quale l’individuo può muoversi liberamente. L’accesso a questo mondo digitale è reso possibile dai visori VR (Virtual Reality) e dagli accessori, come guanti, scarpe e altro, sviluppati appositamente per interagire e vivere all’interno della realtà virtuale. In questo modo si crea un mondo simulato e tridimensionale che agli occhi degli utenti appare come reale, all’interno del quale si può esplorare ogni singolo centimetro e spostarsi in ogni direzione. All’utente sarà sufficiente voltare la testa per vedere cosa accade ai suoi lati o sollevarla verso l’alto per vedere la pioggia scendere sulla propria testa. Il visore, e i software che utilizza, tengono traccia dei movimenti della testa così da adattare prospettiva e visuale alla posizione e offrire immagini realistiche. Per una perfetta immersione nella realtà virtuale servono tre ingredienti (➜ Fig. 15): JJ un visore integrato con un display che avvolge la vista dotato di un sistema audio surround; JJ un computer, una console o uno smartphone; JJ un controller, o altro dispositivo di input, per interagire con questa nuova dimensione.

La realtà virtuale e la realtà aumentata sono due cose ben distinte. I termini spesso sono erroneamente utilizzati come sinonimi perché, in entrambi i casi, si utilizzano dei visori, per alcuni versi simili. Mentre le tecnologie e i software utilizzati nella realtà virtuale permettono di immergersi in un mondo digitale che però è completamente scollegato da quello fisico esterno, nella realtà aumentata viene sovrapposto il mondo fisico a quello virtuale, fornendo, a chi usufruisce del servizio, informazioni aggiuntive relative all’ambiente che lo circonda. I visori per la realtà aumentata sfruttano i loro sensori e la connettività alla rete per dare, ad esempio, le indicazioni su come raggiungere a piedi o in bici la piazza o la stazione ferroviaria che si stava cercando. Sfruttando ologrammi e altre animazioni grafiche, sono in grado di arricchire la realtà, aumentandola appunto, con informazioni altrimenti difficilmente reperibili (➜ Figg. 16, 17). La realtà aumentata trova larga applicazione anche nella didattica. Molti testi scolastici sono arricchiti da animazioni e contenuti digitali che possono essere fruiti inquadrando con lo smartphone la pagina del testo.

Il cervello si rende conto che è tutta una finzione, ma i sensi vengono comunque ingannati perché credono a tutto quello che vedono, che sentono e che toccano. La realtà virtuale ha però un effetto negativo sull’individuo, perché se da un lato rappresenta una sorta di evasione dalla quotidianità per ritagliarsi un luogo fantastico ai confini del mondo, dall’altro può creare dipendenza nell’individuo che vi ricorre di frequente.

➜ Fig. 16 • Realtà aumentata: inquadrando il Colosseo a Roma si ottengono informazioni aggiuntive.

➜ Fig. 15 • Realtà virtuale: simulatore di guida.

➜ Fig. 17 • Esempio di realtà aumentata nei libri di scuola.

INDUSTRIA 4.0 E ROBOTICA Capitolo 1 © Casa Editrice G. Principato

VERIFICA LE CONOSCENZE 1. La sigla IA significa:

7. Gli smart materials sono materiali: strusi da una stampante 3D. a e on proprietà che reagiscono agli stimoli esterni. b c sati per le apparecchiature informatiche. c u d r esistenti alla trazione.

a I ndustria Aerospaziale. b I ntelligenza Artificiale. c I nformatica Aerospaziale. d I nformatica Avanzata.

2. Per machine learning si intende: a l a capacità delle macchine di apprendere per

migliorare la propria prestazione. b l o studio del funzionamento delle

apparecchiature industriali. c i l mantenimento dell’efficienza di una macchina

attraverso controlli da remoto.

na forma di robotica collaborativa. d u 3. L’espressione “Industria 4.0” indica:

na produzione industriale completamente a u automatizzata. b l a quarta rivoluzione industriale. c l ’obiettivo nazionale di quadruplicare la

produzione industriale. d l ’affiancamento della tecnologia al lavoro umano.

4. La quarta direttrice di sviluppo di Industria 4.0 si occupa di: a i nterazione tra uomo e macchina. b passaggio dal digitale al reale. c big data.

nalisi dei dati. d a 5. La seconda rivoluzione industriale è stata caratterizzata dall’uso:

el carbone. a d el vapore. b d el computer. c d el petrolio. d d 6. La differenza principale tra una stampante 3D e una 2D è: a l a grandezza. b i l peso. c l ’estrusore che sostituisce la testina

a inchiostro. d l a velocità di stampa.

Test interattivi

8. Per realtà aumentata si intende: a l a percezione di elementi che si aggiungono a quelli della realtà. b l a realtà che si percepisce con un visore. c l a percezione di uno spazio virtuale diverso dalla realtà che ci circonda. na tecnica fotografica attraverso smartphone. d u 9. I cobot sono: tampanti 5D. a s b r obot che collaborano con gli esseri umani per svolgere mansioni pericolose. trumenti della realtà virtuale. c s istemi di comunicazione digitale. d s 10. Il project manager 4.0 si occupa di: a i ntrodurre processi innovativi e analizzare big data. ettare il funzionamento di una macchina. b s nalizzare i parametri di una macchina c a e prevederne i guasti. niformare i processi produttivi alle disposizioni d u nazionali. 11. L’apprendimento per rinforzo attualmente è sperimentato: elle chatbot. a n elle auto senza pilota. b n ei cobot. c n ei controller della realtà virtuale. d n 12. La stampa 3D è conosciuta anche come: anifattura collaborativa. a m roduzione di rinforzo. b p m c anifattura intelligente. roduzione additiva. d p 13. Per immergersi nella realtà virtuale servono: n computer e uno smartphone. a u n computer, un visore e un controller. b u n visore con sistema audio surround. c u no smartphone e un controller. d u

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SEZIONE

SOSTENIBILITÀ E SVILUPPO

Sezione B

SOSTENIBILITÀ E SVILUPPO CAPITOLO 2 SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE

SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE Capitolo 2 © Casa Editrice G. Principato

CAPITOLO

SOSTENIBILITà AmbientALE CI OCCUPEREMO DI... 1. La questione ambientale 2. Le fonti energetiche 3. Evoluzione del concetto di sostenibilità 4. L’Agenda 2030

2.1.1 EFFETTO SERRA E BILANCIO TERMICO TERRESTRE La Terra ha un comportamento molto simile a una serra. Una serra è una struttura chiusa con pareti e tetto di vetro trasparente che permettono solo l’attraversamento delle radiazioni infrarosse. Tali radiazioni rimangono intrappolate all’interno della serra contribuendo a creare un ambiente più caldo rispetto alla temperatura dell’aria esterna. Anche nel caso della Terra, quando le radiazioni solari, che hanno una lunghezza d’onda piccola, colpiscono la troposfera (343 W/m2, Watt al m2), si ha che una parte di esse (103 W/m2) viene riflessa da quest’ultima, mentre un’altra parte (240 W/m2) filtra attraverso di essa raggiungendo la superficie terrestre che viene così riscaldata. A sua volta la Terra emette delle radiazioni infrarosse. Una parte di queste attraversa la troposfera disperdendosi nello spazio, ma un’altra parte, 168 W/m2, è assorbita e riemessa dalle molecole di anidride carbo-

Una parte dei raggi si disperde nello spazio

103 W/m2

343 W/m2

gas

serr

240 W/m2

Il decennio 2010-2019 è stato il più caldo da quando esistono registrazioni attendibili e regolari della temperatura del globo terrestre. Dagli anni Ottanta, tornando indietro fino al 1850, ogni decennio è stato più caldo di tutti i precedenti. Questo fenomeno chiamato riscaldamento globale (global warming) è la causa dei sempre più frequenti eventi atmosferici catastrofici, dello scioglimento dei ghiacciai e delle calotte polari, e del cambiamento nei comportamenti di molte specie animali e vegetali.

nica, metano e vapore acqueo e inviata nuovamente verso la superficie terrestre, riscaldandola (➜ Fig. 1). Il bilancio termico si mantiene in pareggio quando l’energia irradiata dal Sole è compensata da quella che la Terra disperde nello spazio. Quando l’energia trattenuta dalla superficie terrestre aumenta, aumenta anche la temperatura media dell’atmosfera. Questo processo di assorbimento e riflessione delle radiazioni ha il merito di mitigare il clima della Terra che altrimenti avrebbe una temperatura media attorno ai -20 °C, incompatibile con la maggior parte delle forme di vita. L’effetto serra “naturale” si basa sulla percentuale di gas serra presenti in atmosfera. Quando, però, c’è un eccesso di gas serra in atmosfera, tale effetto positivo si trasforma nel fenomeno negativo che va sotto il nome di riscaldamento globale.

ca lo

2.1 La questione ambientale

5. Standard nZEB e diagnosi 6. L’APE e la progettazione 7. Due modelli di economia

168 W/m2

raggi infrarossi ➜ Fig. 1 • Bilancio termico della superficie terrestre.

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SOSTENIBILITÀ E SVILUPPO

2.1.2 I GAS SERRA Il primo responsabile dell’effetto serra è l’inquinamento atmosferico dovuto all’eccessivo uso dei combustibili fossili come carbone, petrolio e gas naturale a scopo energetico. Il problema è che i combustibili fossili hanno immagazzinato al loro interno, nel corso di secoli, una grande quantità di anidride carbonica che viene rilasciata in atmosfera nel processo di trasformazione dei combustibili fossili in energia. Un altro fattore che turba gli equilibri dell’effetto serra naturale è la deforestazione; infatti, la scomparsa delle foreste e delle piante ha fortemente ridotto la capacità degli alberi di assorbire l’anidride carbonica (CO2). A ciò si aggiunge l’allevamento intensivo che produce una grande quantità di metano (CH4) a causa delle deiezioni del bestiame. Il principale gas serra tuttavia è il vapore acqueo (H2O), che da solo è responsabile per oltre i due terzi dell’effetto serra e che rappresenta un elemento fondamentale del ciclo idrologico terrestre. Altri gas serra sono il protossido di azoto (N2O), l’ozono (O3) e gli alocarburi (gas emessi dai processi industriali).

2.1.3 LE INIZIATIVE INTERNAZIONALI PER MITIGARE IL RISCALDAMENTO GLOBALE La prima iniziativa internazionale in cui si affronta il problema del riscaldamento globale è stata la Convenzione delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici, nota anche come Accordi di Rio, che si è tenuta a Rio de Janeiro nel 1992. Il trattato, originariamente, non poneva limiti obbligatori per le emissioni di gas serra. Il suo obiettivo era “raggiungere la stabilizzazione delle concentrazioni dei gas serra in atmosfera a un livello abbastanza basso da prevenire interferenze

Sezione B

antropogeniche dannose per il sistema climatico”. Nel 1997, 160 paesi firmano il protocollo di Kyoto che prevede l’obbligo di ridurre le emissioni di gas serra nel periodo 2008-2012 del 5% rispetto alle emissioni del 1990. Il protocollo prevede che i paesi debbano raggiungere i propri obiettivi di riduzione principalmente attraverso misure nazionali. Tuttavia, il protocollo consente di ridurre le emissioni anche attraverso dei meccanismi basati sul mercato, i cosiddetti crediti di carbonio, secondo due meccanismi: JJ il commercio internazionale delle emissioni, che consente lo scambio di crediti di emissione tra paesi industrializzati e a economia in transizione; un paese che abbia conseguito una diminuzione delle proprie emissioni di gas serra superiore al proprio obiettivo può così cedere tali “crediti” a un paese che, al contrario, non sia stato in grado di rispettare i propri impegni di riduzione delle emissioni di gas-serra; JJ il meccanismo di sviluppo pulito, che consente ai paesi industrializzati e a economia in transizione di realizzare progetti nei paesi in via di sviluppo, che producano benefici ambientali in termini di riduzione delle emissioni di gas-serra e di sviluppo economico e sociale dei paesi ospiti e nello stesso tempo generino crediti di emissione per i paesi che promuovono gli interventi. Nel 2015, con la Conferenza di Parigi, è stato fatto un ulteriore passo avanti: 196 paesi hanno firmato un patto climatico globale e condiviso, non vincolante ma basato sulla responsabilità di ogni paese (➜ Fig. 2). Nella Conferenza di Parigi furono fissati tre obiettivi: JJ soglia per il riscaldamento globale: mantenere l’aumento della temperatura media terrestre al disotto di 2 °C;

➜ Fig. 2

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JJ riduzione delle emissioni di CO2: equilibrio tra le emissioni derivanti da attività umane e rimozione dei gas serra; JJ finanziamenti dei paesi ricchi a quelli in via di sviluppo: 100 miliardi di dollari entro il 2020. La conferenza sul clima tenutasi a Glasgow nel 2021 non ha portato i risultati sperati. Molti paesi hanno rimandato la data del totale abbandono dei combustibili fossili, soprattutto del carbone. Il movimento Fridays for Future di Greta Thunberg (➜ Fig. 3) ha accusato i governi mondiali di non essere capaci di risolvere le loro divergenze per trovare accordi efficaci sulla questione climatica. All’ultima conferenza sul clima che si è tenuta a novembre 2022 a Sharm-elSheikh, è emersa l’urgenza di trasformare in impegni concreti i buoni propositi in materia di salvaguardia dell’ambiente.

2.1.4 ABITUDINI DI VITA SOSTENIBILI Per contrastare l’effetto serra è possibile adottare scelte di vita sostenibili e semplici abitudini quotidiane che siano funzionali a sviluppare anche un’economia circolare. Ne citiamo alcuni: JJ optare per energia verde e rinnovabile; JJ scegliere i mezzi pubblici oppure optare per la mobilità green ed elettrica; JJ diminuire gli sprechi di energia elettrica; JJ riciclare in maniera corretta; JJ ridurre l’uso della plastica e dei prodotti usa e getta; JJ usare lampadine a basso consumo e a lunga durata.

➜ Fig. 3 • Un momento di una manifestazione di Fridays for future.

2.2 Le fonti energetiche Esistono diverse fonti di energia, che vanno sfruttate al meglio per assicurare il pieno rispetto dell’ambiente. Il prezzo dell’energia è diventato così elevato da essere spesso insostenibile, quindi diventa una necessità scegliere prodotti poco energivori o alimentati da fonti sostenibili.

2.2.1 CLASSIFICAZIONE DELLE FONTI DI ENERGIA Le fonti energetiche si possono classificare in: JJ fonti primarie: rientrano in questa categoria tutte quelle fonti energetiche già presenti in natura, che possono essere utilizzate senza ricorrere a processi di trasformazione. Esse sono: il petrolio (➜ Fig. 4), il carbone, il gas naturale, l’acqua dei fiumi e dei laghi, il sole, il vento, il calore della Terra, il moto ondoso del mare, i combustibili nucleari come l’uranio; JJ fonti secondarie: in questa categoria rientrano tutte quelle fonti energetiche che non possono essere sfruttate in maniera diretta, ma devono essere sottoposte a trasformazioni da forme di

➜ Fig. 4 • Pozzi per l’estrazione del petrolio.

SEZIONE B SOSTENIBILITÀ E SVILUPPO © Casa Editrice G. Principato

SOSTENIBILITÀ E SVILUPPO

energia primaria. La benzina (➜ Fig. 5) rappresenta il combustibile più usato negli ultimi anni e proprio da essa dipendono i trasporti su strada, via aerea e via mare. È una fonte di energia di tipo secondario perché viene prodotta dalla raffinazione del petrolio grezzo estratto dai profondi strati della crosta terrestre. Anche l’energia elettrica può essere secondaria, quando essa viene ottenuta a partire dall’energia eolica o da quella del mare;

Sezione B

JJ fonti rinnovabili: sono tutte quelle fonti energetiche ottenute tramite trasformazioni chimiche, o processi fisici, ma nel rispetto di archi temporali in linea con l’effettivo utilizzo. In questa categoria rientrano l’energia solare, l’energia eolica, quella geotermica, quella idroelettrica e marina e quella da biomasse (➜ Fig. 7). energia

energia dalle biomasse

energia geotermica energia solare

➜ Fig. 5 • Benzina, fonte di energia di tipo secondario.

energia idroelettrica

JJ fonti non rinnovabili: si tratta di fonti di energia presenti sul pianeta ma in quantità limitata. Esse sono destinate a esaurirsi con il passare del tempo, in mancanza di interventi mirati. Queste fonti richiedono tempi di rinnovo lunghi rispetto al ritmo con le quali vengono consumate. Oltre ai combustibili fossili, le energie non rinnovabili includono l’uranio e altri combustibili nucleari (➜ Fig. 6 ); energia

combustibili nucleari

combustibili fossili

carbone gas naturale

➜ Fig. 6 • Fonti non rinnovabili.

energia eolica

➜ Fig. 7 • Fonti rinnovabili.

2.2.2 LE PREVISIONI PER IL 2040 Secondo l’edizione 2016 di World Energy Outlook, la pubblicazione annuale dell’Agenzia internazionale per l’energia, nei prossimi anni aumenterà la domanda di energia, ma diminuirà la carbon intensity, cioè la quantità di emissioni di gas a effetto serra. Secondo il rapporto, il gas naturale andrà a soddisfare circa il 40% della crescita del fabbisogno globale di energia e la sua domanda aumenterà del 50%. Il nucleare e le fonti rinnovabili andranno, invece, a soddisfare circa il 40% dell’aumento della domanda mondiale di energia entro il 2040, rappresentando il 25% (un terzo nucleare) dell’offerta di energia. Il petrolio e il gas naturale rimarranno le principali fonti energetiche, rappresentando circa il 60% dell’offerta globale di energia. Nel 2040 la quota di energia elettrica prodotta dal carbone scenderà a circa il 30%, rispetto al 40% del 2014. In base alle previsioni, è ipotizzabile che le emissioni globali di anidride carbonica correlate all’energia raggiungeranno il loro picco intorno al 2030 e poi cominceranno a ridursi. SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE Capitolo 2

2.2.3 LA SITUAZIONE ENERGETICA IN ITALIA L’importazione di petrolio, gas ed elettricità espone l’Italia alla crescita dei prezzi e al rischio sulla sostenibilità economica, in particolare per le imprese industriali. Occorre investire in energie rinnovabili nazionali, fotovoltaico, eolico, dal mare e dal nucleare sicuro di nuova generazione, per ridurre quanto possibile la dipendenza dall’estero. I consumi di energia elettrica in Italia oscillano negli ultimi venti anni fra i 300 e i 330 terawattora (1 TWh corrisponde a un milione di megawatt ogni ora) con riduzioni in corrispondenza delle crisi come nel 2008, e con un calo di circa 18 TWh nel 2020, pari al 6,3% rispetto al 2019 (➜ Fig. 8). Si impone quindi una svolta responsabile per una maggiore autonomia energetica, investendo risorse economiche e tecnologie in energia green. Si tratta quindi di cercare di assicurare, in futuro, energia elettrica di tipo green e di farlo in autono-

mia, senza cioè dipendere troppo dall’estero, dai rischi legati alla sua mancanza o dai rischi di aumento del prezzo che potrebbero mettere in seria difficoltà l’industria. Ogni anno l’Italia importa mediamente il 14% di energia elettrica dall’estero, una percentuale destinata ad aumentare in futuro a causa dell’aumento dei consumi di energia elettrica per la sempre maggiore diffusione di auto elettriche e forni elettrici per la siderurgia green. L’assenza di investimenti nel settore dell’idroelettrico e la mancanza di centrali nucleari hanno finora imposto l’uso di fonti non rinnovabili come il carbone (anche se sempre meno), petrolio, gas (sempre più) e solo nel periodo 2010-2015 si è aggiunto il contributo di circa il 15% delle fonti rinnovabili come il fotovoltaico e l’eolico, che hanno raggiunto il 15,6% nel 2020 (➜ Fig. 9). Bisogna quindi investire risorse in ricerca e studio delle fonti energetiche alternative, per migliorare e rendere resiliente il sistema energetico del paese.

TWh

nel 2020, 284 TWH

280

➜ Fig. 8 • Consumi di energia elettrica in Italia nei diversi comparti.

85 TWh

agricoltura 140

125 TWh

domestico industria

70 0 2000

66 TWh 6 TWh 2002

2004

2006

2008

2010

2012

2014

2016

2018

servizi fonte: Terna

2020

➜ Fig. 9 • Percentuale di

TWh

energia da fonti rinnovabili sulla domanda energetica totale in Italia.

12 000 10 000

altre rinnovabili

8 000

fotovoltaico eolico

6 000

rinnovabili non idroelettriche

4 000

idroelettrico tutte le rinnovabili

2 000

eolico + fotovoltaico

0 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025

SEZIONE B SOSTENIBILITÀ E SVILUPPO © Casa Editrice G. Principato

fonte: IEA

SOSTENIBILITÀ E SVILUPPO

2.2.4 L’IDROGENO COME GENERATORE DI ENERGIA L’idrogeno è un gas completamente incolore, ma gli si attribuisce una convenzione cromatica (➜ Fig. 10), condivisa a livello mondiale, che identifica i diversi processi chimici o fisici con i quali si produce e con riferimento alle diverse fonti di energia impiegate. L’idrogeno non esiste mai come elemento chimico isolato. Grazie a nuove applicazioni dei principi elettrochimici, è ormai possibile trasformare l’idrogeno in energia elettrica grazie alle pile a combustibile. JJ Idrogeno verde: si ottiene dall’elettrolisi, tecnologia che scinde, tramite l’elettricità, le molecole d’acqua in ossigeno (O2) e idrogeno (H2). L’energia elettrica è fornita esclusivamente da impianti rinnovabili. A oggi è la forma più costosa. JJ Idrogeno giallo: è una sottocategoria di quello verde. In questo caso si ha elettrolisi alimentata dall’energia solare, anche in maniera diretta. Non è però una classificazione condivisa da tutti perché talvolta si usa questo colore per indicare l’idrogeno generato dall’elettrolisi dell’acqua con elettricità della rete, che è fornita da fonti miste, comprese le fossili. JJ Idrogeno rosa o idrogeno viola o idrogeno rosso. Questo colore identifica la produzione da elet-

Sezione B

trolisi alimentata da energia nucleare. Sebbene ci siano poche emissioni di carbonio prodotte con questo metodo, c’è però il problema delle scorie nucleari radioattive. JJ Idrogeno blu: idrogeno prodotto attraverso lo steam reforming, cioè si utilizza il vapore per separare le molecole di H2 dal gas naturale, con cattura del carbonio generato. JJ Idrogeno grigio: si produce attraverso lo steam reforming del metano allo stesso modo dell’idrogeno blu. In questo caso le emissioni generate dal processo sono rilasciate in atmosfera. JJ Idrogeno marrone: è prodotto tramite gassificazione del carbone. È la versione più dannosa per l’ambiente dal momento che il processo rilascia monossido di carbonio (CO) e anidride carbonica. JJ Idrogeno nero: è ottenuto dall’elettrolisi dell’acqua utilizzando l’energia da fonti fossili. Ha un elevato impatto ambientale. JJ Idrogeno bianco: si genera con un processo geochimico naturale nelle profondità della crosta terrestre. Durante la sua produzione, si creano poche emissioni di carbonio ma, come l’idrogeno rosa, potrebbe possedere altri impatti ambientali. L’idrogeno quindi risulta essere un ottimo generatore di energia anche se per ora è penalizzato da un rapporto costi-benefici negativo.

IDROGENO VERDE

IDROGENO GIALLO

IDROGENO ROSA

Elettrolisi dell’acqua usando energia rinnovabile. Nessuna emissione.

Elettrolisi dell’acqua usando energia solare o energia da fonti fossili.

IDROGENO GRIGIO

IDROGENO MARRONE

IDROGENO BIANCO

IDROGENO NERO

Steam reforming del metano con rilascio di emissioni in atmosfera.

Gassificazione del carbone.

Processo geochimico naturale.

Elevate emissioni di CO e CO2.

Nessuna emissione.

Elettrolisi dell’acqua utilizzando l’energia da fonti fossili.

Elettrolisi dell’acqua usando energia nucleare. Nessuna emissione.

IDROGENO BLU Steam reforming del metano con cattura di CO2 e riuso.

Emissione C02.

➜ Fig. 10 • I colori dell’idrogeno.

2.3 Evoluzione del concetto di sostenibilità

2.3.1 LO SVILUPPO SOSTENIBILE Il processo di espansione economica iniziato in Italia nei primi anni Cinquanta del secolo scorso e che si sviluppò all’inizio degli anni Sessanta, cambiò lo stile di vita degli italiani. Sono gli anni del “miracolo economico”, di solito identificato con il quinquennio 1958-1963 dove ci fu una fase di grande crescita. In Italia la crescita fu spettacolare, tanto da meritare l’appellativo di boom o miracolo economico. Tutto questo benessere però portò a successivi chiari segnali di degrado e di inquinamento che ebbero il merito di allertare il mondo scientifico sulla limitatezza delle risorse. Si iniziò a cercare una soluzione per far convergere due obiettivi apparentemente opposti, ossia la tutela ambientale e lo sviluppo economico. Alla fine degli anni Ottanta, si arrivò alla formulazione del concetto di sviluppo sostenibile. Esso indica una modalità di funzionamento dell’economia capace di assicurare la sopravvivenza delle generazioni presenti senza mettere a rischio quella delle generazioni future. L’idea di sviluppo sostenibile universalmente riconosciuta risale al 1987 ed è inserita nel Rapporto Brundtland (dal nome della presidente della commissione, la norvegese Gro Harlem Brundtland), dal titolo Our common future, il quale pone l’attenzione sui principi di equità intergenerazionale e intragenerazionale. Il rapporto identifica per la prima volta la sostenibilità come la condizione di uno sviluppo in ➜ Fig. 11 • Il rapporto Our Common Future rientra nel grado di “assicurare il sodprogramma delle Nazioni disfacimento dei bisogni Unite per l’ambiente. della generazione presente senza compromettere la possibilità delle generazioni future di realizzare i propri”. Quindi le generazioni presenti hanno il dovere morale nei confronti di quelle future di lasciare un’eredità sufficiente a consentire loro di raggiungere un livello di benessere non inferiore a quello goduto dalla generazione presente. La scienza economica, poi, deve provvedere al rispetto ambientale se si vogliono assicurare gradi di benessere accettabili e condivisibili a livello intra e intergenerazionale. In molti paesi la rapidità e l’estensione dei processi

di urbanizzazione, la pressione generata dalle attività agricole, industriali, turistiche, dai traffici marittimi, hanno prodotto effetti negativi sulla qualità della vita. Infatti già le crisi energetiche del 1973 e 1979 dimostrarono quanto la comunità globale fosse dipendente dalle risorse energetiche non rinnovabili e che si fosse prossimi a un livello di allarme. Sviluppo sostenibile vuol dire imparare a vivere nei limiti di un solo pianeta, in maniera equa e dignitosa per tutti, senza sfruttare, fino a depauperare, i sistemi naturali da cui traiamo risorse e senza oltrepassare le loro capacità di assorbire scarti e rifiuti, generati dalle nostre attività. Schematizzando si può affermare che la sostenibilità si poggia su tre pilastri: ambientale, sociale ed economico.

sviluppo sociale sviluppo sviluppo vivibile sviluppo equo sostenibile

sviluppo ambientale

sviluppo realizzabile

sviluppo economico

➜ Fig. 12 • Lo sviluppo sostenibile è l’area risultante dall’intersezione di tre elementi essenziali: la crescita economica, l’inclusione sociale e la tutela dell’ambiente.

Scopo primario della sostenibilità ambientale è quello di preservare le risorse del pianeta, e ciò è raggiungibile adottando fonti di energia sostenibili e rinnovabili, quindi abbandonando le fonti fossili. L’obiettivo è quello di mantenere uno sviluppo economico compatibile con l’equità sociale e gli ecosistemi, che opera quindi in regime di equilibrio ambientale. Ecco perché lo sviluppo sostenibile si può definire come un processo socio-ecologico caratterizzato da un comportamento alla ricerca dell’ideale rispetto dell’ecosistema. Una ulteriore e successiva definizione di sviluppo sostenibile, in cui vi è invece una visione più globale, è stata fornita, nel 1991, da World Conservation Union (WCU), che lo identiﬁca come “un miglioramento della qualità della vita, senza eccedere la capacità di carico degli ecosistemi di supporto, dai quali la vita stessa dipende”.

SOSTENIBILITÀ E SVILUPPO

2.4 L’Agenda 2030 Il 25 settembre 2015 i governi dei 193 paesi membri delle Nazioni Unite hanno sottoscritto un programma per lo sviluppo sostenibile da attuarsi entro il 2030. In questa occasione l’assemblea dell’ONU ha espresso un chiaro giudizio sull’insostenibilità dell’attuale modello di sviluppo e per la prima volta il problema ambientale è stato trattato insieme ai temi sociali ed economici, superando definitivamente l’idea che la sostenibilità sia unicamente una questione ambientale. Questo accordo, chiamato sinteticamente Agenda 2030, prevede delle azioni nei confronti del nostro pianeta per renderlo più prospero nel rispetto dell’ecologia.

2.4.1 I 17 OBIETTIVI PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE L’Agenda 2030 prevede 17 Obiettivi per lo Sviluppo Sostenibile (Sustainable Development Goals) che si articolano in 169 target. Il raggiungimento degli obiettivi verrà monitorato attraverso 232 indicatori, non sempre uguali per tutti i paesi perché si tiene conto delle diverse realtà nazionali, di cui ogni nazione periodicamente riferirà all’ONU (➜ Fig. 13). I 17 obiettivi fanno riferimento a un insieme di questioni importanti per lo sviluppo che prendono in considerazione in maniera equilibrata le tre dimensioni dello sviluppo sostenibile: economica, sociale

Sezione B

ed ecologica, e mirano a porre fine alla povertà, a lottare contro le disuguaglianze, ad affrontare i cambiamenti climatici, a costruire società pacifiche che rispettino i diritti umani. Uno degli obiettivi più importanti è il numero 8: “Lavoro dignitoso e crescita economica”. L’intento è quello di far sì che sempre più persone nel mondo abbiano un lavoro dignitoso. Ciò comporterebbe anche una crescita economica più inclusiva. Infatti, grazie all’impiego di maggiori risorse per creare posti di lavoro dignitosi, ci sarebbe maggiore crescita. Il lavoro dignitoso crea vantaggio non solo per i singoli lavoratori e per le loro famiglie ma per tutta l’economia locale. Goal 8 e Goal 9 sono strettamente connessi perché la crescita del potere di acquisto delle famiglie alimenta la crescita e lo sviluppo di imprese sostenibili, in particolare delle piccole imprese, che a loro volta sono in grado di assumere più lavoratori, migliorandone la retribuzione e le condizioni. Un lavoro dignitoso inoltre aumenta il gettito fiscale dello Stato, che è quindi in grado di finanziare politiche sociali per proteggere le fasce deboli o coloro che sono inabili al lavoro. Il lavoro dignitoso per tutti riduce le disuguaglianze e accresce le capacità di resistenza. Inoltre, le politiche sviluppate attraverso il dialogo sociale sostengono popoli e comunità nel far fronte all’impatto dei cambiamenti climatici (Goal 13), agevolando la transizione verso un’economia più sostenibile. Non da ultimo, la dignità, la speranza e il senso di giustizia sociale che scaturiscono dalla possibilità

➜ Fig. 13 • I 17 Obiettivi per lo Sviluppo Sostenibile dell’Agenda 2030.

di avere un lavoro dignitoso promuovono la costruzione e il mantenimento della pace sociale (Goal 16). Come si può osservare, gli obiettivi fissati per lo sviluppo sostenibile hanno una validità globale, riguardano e coinvolgono tutti i paesi e le componenti della società: dalle imprese private al settore pubblico, dalla società civile agli operatori dell’informazione e della cultura. Nelle parole del Segretario Generale delle Nazioni Unite Ban Ki-moon, gli obiettivi 2030 intervengono sulla necessità che tutti gli esseri umani siano in grado di vivere una vita libera da povertà, fame e disuguaglianze, per far sì che tutti gli uomini e tutte le donne, le ragazze e i ragazzi siano in grado di sviluppare appieno il proprio potenziale. Ciascuno di noi ha un ruolo da svolgere per garantire che nessuno venga escluso da questo processo di crescita.

2.5 Standard nZEB e diagnosi In Italia, a partire dal 2021, tutti gli edifici nuovi o da ristrutturare devono adeguarsi allo standard europeo nZEB (nearly Energy Zero Building, edifici a energia quasi zero) con livelli di prestazione energetica molto elevati che puntano a sostenibilità e risparmio energetico. L’edificio a energia quasi zero è un edificio ad altissima prestazione energetica in cui il fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo è coperto in larghissima misura da energia da fonti rinnovabili prodotta in loco.

anche nZEB. Un edificio nZEB è realizzato secondo i principi della progettazione sostenibile e bioclimatica, correttamente orientato, in grado di sfruttare al meglio le risorse naturali come il sole e il vento, ben isolato, alimentato con energie rinnovabili e dotato di impianti tecnologicamente avanzati. Il calore deve essere catturato il più possibile in inverno e fermato in estate. È importante garantire un buon livello di ventilazione naturale e di raffrescamento passivo e fare in modo che le dispersioni siano minime. L’edificio a energia quasi zero in inverno deve sfruttare al massimo il calore del sole, massimizzare l’accumulo e garantire l’isolamento termico. In estate si deve schermare bene l’edificio per assicurare un clima fresco e tener conto dei sistemi di ombreggiamento. L’ulteriore energia necessaria per il funzionamento dell’edificio può essere fornita da fonti rinnovabili. Ovviamente le caratteristiche che deve avere un edificio nZEB saranno diverse se costruito in un clima caldo rispetto a un edificio costruito in un clima freddo. Esempi italiani che si sono impegnati a introdurre standard e protocolli con la massima attenzione nei confronti dell’efficienza energetica sono quello di CasaClima (Agenzia per l’Energia Alto Adige) e la certificazione Casa Passiva (➜ Fig. 14). split

pannelli solari termici

radiatore

2.5.1 STANDARD nZEB E IL RISPARMIO ENERGETICO Gli edifici hanno ancora un elevato dispendio energetico e producono una grande quantità di emissioni. I principali consumi degli edifici sono dovuti al riscaldamento, al raffrescamento, alla produzione di acqua calda sanitaria, all’elettricità per illuminazione, per i dispositivi elettronici e alla ventilazione meccanica controllata. pompa di calore Grazie a interventi di riqualificazione efficiente, come l’adozione di una pompa di calore, di un impianto di riscaldamento a pavimento, di pannelli impianto a pavimento solari termici e altro, è possibile trasformare un’abitazione da energivora ad abitazione di classe A o

chiller

➜ Fig. 14 • Schema di impianto ibrido in pompa di calore e fotovoltaico.

SOSTENIBILITÀ E SVILUPPO

Sezione B

2.6 L’APE e la progettazione

2.5.2 LA DIAGNOSI ENERGETICA NEGLI AMBIENTI DI LAVORO I Sistemi di Gestione Ambientale SGA (ISO 14001 e 15001) sono un importante e autorevole strumento di verifica utilizzato da tutte le organizzazioni, sia pubbliche sia private, per analizzare e migliorare le performance ambientali delle proprie attività e dei propri servizi. L’adozione e l’implementazione di un SGA è volontaria e rappresenta una scelta strategica importante di assunzione di impegno da parte dell’organizzazione, finalizzata a garantire la tutela dell’ambiente nei confronti dei clienti, dei fornitori, dei dipendenti, dei cittadini, delle pubbliche amministrazioni, degli istituti di credito ecc. La gestione degli aspetti e degli impatti ambientali finalizzata a ridurre e prevenire l’inquinamento è percepita dalle imprese come un costo derivante da attività come lo smaltimento dei rifiuti, la manutenzione degli impianti di depurazione acque e abbattimento fumi, la bonifica e il ripristino di siti e solo di rado è considerata un’opportunità. L’adozione di un SGA può invece consentire la riduzione di una serie di costi quali ad esempio quelli derivanti dalla gestione dei rifiuti, dal consumo di acqua, dal consumo di energia elettrica, nonché quelli dei premi assicurativi. Altri benefici derivano dal riutilizzo degli scarti e dalla creazione di un’immagine green dell’impresa che contribuisce a migliorare i rapporti con le comunità locali e le Pubbliche Amministrazioni (➜ Fig. 15).

La classe energetica di un edificio fornisce il fabbisogno di energia necessario per il riscaldamento, per la produzione di acqua calda sanitaria e per l’illuminazione, e di conseguenza informazioni sui consumi e sui costi. La classe energetica di un edificio è obbligatoria per legge dal 2005 ed è utile per fornire ad acquirenti e locatari un’informazione trasparente riguardo le caratteristiche e le spese energetiche dell’immobile di loro interesse. Serve inoltre a incoraggiare i proprietari a eseguire interventi migliorativi come il rifacimento del cappotto termico o l’installazione di una pompa di calore per veder riconosciuto il proprio investimento da un aumento del valore dell’immobile.

2.6.1 APE: ATTESTATO DI PRESTAZIONE ENERGETICA La classe energetica di un immobile si calcola secondo quanto stabilito dal DM 26-06-2015 che definisce le prescrizioni e i requisiti minimi degli edifici. La classe energetica è determinata da un valore preciso: l’indice di prestazione energetica globale non rinnovabile EPgl,nren, che indica l’energia totale consumata dall’edificio climatizzato per metro quadro di superficie ogni anno. L’unità di misura per EPgl,nren è il kWh/m2 anno cioè i kilowattora al metro quadro necessari per riscaldare l’unità abitativa d’inverno, raffrescarla d’estate, produrre acqua calda, illuminarla e ventilarla per un anno. La classe energetica e l’EPgl,nren insieme definiscono la targa energetica dell’edificio. La targa energetica si utilizza anche per identificare la classe energetica delle apparecchiature elettriche. Le classi energetiche sono dieci e vanno dalla A4, per gli edifici più efficienti, alla G che identifica quelli meno efficienti. Classe

➜ Fig. 15 • Impianto fotovoltaico sul tetto di un edificio industriale.

EPgl

Classe

EPgl

EPgl ≤ 0,4

1,2 < EPgl ≤ 1,5

0,4 < EPgl ≤ 0,6

1,5 < EPgl ≤ 2,0

0,6 < EPgl ≤ 0,8

2.0 < EPgl ≤ 2,6

0,8 < EPgl ≤ 1,0

2,6 < EPgl ≤ 3,5

1,0 < EPgl ≤ 1,2

3,5 < EPgl

Ogni classe è definita da un intervallo di consumo misurato in EPgl. Moltiplicando l’EPgl per i metri quadri dell’appartamento si può ottenere invece il consumo ipotetico annuo. Il calcolo della classe SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE Capitolo 2

energetica di un immobile è piuttosto complesso e deve essere svolto da un tecnico abilitato, di solito un architetto, un ingegnere o un geometra. L’Attestato di Prestazione Energetica, chiamato comunemente APE, è un documento che indica il livello di efficienza energetica degli edifici tenendo conto di diversi parametri come l’isolamento termico, la posizione e la presenza di impianti che garantiscono comfort e salubrità all’interno dell’ambiente domestico (➜ Fig. 16). L’APE è un documento necessario per una compravendita immobiliare, se si affitta una unità abitativa, se si vendono edifici di nuova costruzione e se si effettuano lavori di riqualificazione per oltre il 25% della superficie dell’edificio. L’Attestato di Prestazione Energetica è un documento ufficiale che resta valido per 10 anni e deve essere aggiornato se si svolgono lavori di ristrutturazione, come ad esempio la sostituzione della caldaia, del pavimento o degli infissi. Nell’APE, oltre alla classe energetica, si indicano anche tutti i lavori di miglioria da effettuare per far aumentare la classe dell’edificio.

2.6.2 IL TUA E LA PROGETTAZIONE BATNEEC L’acronimo BATNEEC significa Best Available Techniques Not Entailing Excessive Costs, ossia le migliori tecniche disponibili che non comportano costi eccessivi. Questo concetto è stato introdotto nel 1984 con la direttiva 84/360/CEE concernente le emissioni di inquinanti in atmosfera dei grandi impianti industriali. In Italia tale direttiva è stata recepita con il Testo Unico Ambientale (TUA) il D.Lgs. 3 aprile 2006, n.152, che contiene le principali norme di disciplina ambientale relativamente ad acque e difesa del suolo, rifiuti e bo-

nifiche, emissioni in atmosfera, danno ambientale. Si tratta di soluzioni tecniche impiantistiche, gestionali e di controllo che interessano le fasi di progettazione, costruzione, manutenzione, esercizio e chiusura di un impianto o della sua installazione, finalizzate a evitare o a ridurre le emissioni nell’aria, nell’acqua, nel suolo, oltre alla produzione di rifiuti. La prescrizione di adottare certe tipologie di BAT da parte dei gestori delle installazioni deve garantirne l’applicazione in condizioni economicamente e tecnicamente idonee nell’ambito del relativo comparto industriale, prendendo in considerazione i costi e i vantaggi.

2.7 Due modelli di economia Il tradizionale modello economico lineare è fondato sullo schema estrarre, produrre, utilizzare e gettare via, e contrasta con i principi dell’economia circolare, che mira invece alla sostenibilità di un prodotto salvaguardando l’ambiente con il riutilizzo degli oggetti e il riciclaggio dei materiali, al fine di ridurre lo sfruttamento intensivo di risorse ed energie non rinnovabili.

2.7.1 L’ECONOMIA LINEARE Alla base dell’economia lineare vi è la produzione di un bene che solitamente produce, alla fine della sua vita utile, un rifiuto o comunque uno scarto che quasi certamente non verrà riutilizzato in alcun modo nel processo produttivo. Questo modello economico tradizionale parte dal presupposto di avere la disponibilità di grandi quantità di materiali ed energia, facilmente reperibili e a basso costo, con un’eccessiva

➜ Fig. 16 • Prestazione energetica globale di un appartamento di circa 80 m2.

Sezione B

SOSTENIBILITÀ E SVILUPPO

ECONOMIA LINEARE

RISORSE

RIFIUTI ESTRARRE

PRODURRE

USARE E GETTARE

➜ Fig. 17 • Schema di economia lineare.

emissione di anidride carbonica nell’ambiente, perché l’obiettivo ultimo di questo sistema economico è la produzione di massa e quindi la sovrapproduzione. Questo modello si è dimostrato insostenibile per la limitatezza delle materie prime, l’inquinamento generato e la produzione di rifiuti (➜ Fig. 17).

JJ riciclaggio: recupero dei materiali, limitando la quantità di rifiuti, risparmio di materia ed energia inserendo nei cicli produttivi i materiali recuperati (➜ Fig. 18). I vantaggi dell’economia circolare sono i seguenti: JJ prodotti durevoli e innovativi per risparmiare senza perdere in qualità; JJ un drastico taglio delle emissioni; JJ più sicurezza circa la disponibilità di materie prime; JJ impulso all’innovazione e alla crescita economica; JJ aumento della competitività.

ECONOMIA CIRCOLARE RISORSE

JJ estensione del ciclo di vita: utilizzo di un oggetto più volte; JJ recupero: utilizzo per la sua funzione o per altre funzioni di un oggetto o di un materiale che è già stato adoperato e ha perciò già compiuto la sua funzione;

Nell’economia circolare invece si cerca di eliminare lo scarto a favore di una maggiore ecosostenibilità del processo produttivo. Infatti essa si basa su un ciclo continuo che parte dalla produzione, passa al consumo del prodotto e poi al riciclo e al suo riutilizzo consapevole e a favore dell’ambiente. L’economia circolare è un modello di produzione e consumo che pone al centro la sostenibilità del sistema e che implica condivisione, prestito, riutilizzo, riparazione, ricondizionamento e riciclo dei materiali e prodotti esistenti il più a lungo possibile. Non ci sono prodotti di scarto e le risorse vengono costantemente riutilizzate generando un risparmio in termini di costi di produzione e di utilizzo delle risorse. L’economia circolare è, per sua natura, un’economia di recupero. Non si tratta tanto di “fare di più con meno” ma, piuttosto, di fare di più con ciò di cui già disponiamo. Rappresenta una delle opportunità più semplici per tagliare le emissioni, ponendo al centro dell’attenzione il bisogno di cambiare il modo di usare le risorse, passando dallo sfruttamento di risorse vergini all’uso di prodotti riciclati e riciclabili. L’economia circolare si basa su:

RICICLO

2.7.2 L’ECONOMIA CIRCOLARE

RIFIUTI

U SO

S IU R E

➜ Fig. 18 • Schema di economia circolare.

VERIFICA LE CONOSCENZE 1. Il riscaldamento globale comporta:

7. APE è l’acronimo di:

a l o scioglimento dei ghiacciai.

ttestazione Preventiva Energetica. a A

b l ’abbassamento del livello dei mari.

utorizzazione Programmata Europea. b A

c l a riduzione di anidride carbonica in atmosfera.

ttestato di Prestazione Energetica. c A

na minore radiazione solare assorbita dalla Terra. d u 2. L’obiettivo previsto dalla Conferenza di Parigi era: a i l mantenimento dell’aumento della temperatura

media terrestre al disotto di 5 °C. b i l mantenimento dell’aumento medio del livello

dei mari al disotto di 5 m. c i l mantenimento dell’aumento della temperatura

media terrestre al disotto di 2 °C. d i l mantenimento dell’aumento medio del livello

dei mari al disotto di 2 m.

8. Le fonti energetiche secondarie sono: a quelle che possono essere usate direttamente.

uelle che per essere usate devono prima essere b q trasformate.

uelle presenti in natura. c q uelle inesauribili. d q 9. L’idrogeno rosa è prodotto:

ttraverso lo steam reforming del metano. b a

a i l gas naturale.

er elettrolisi usando energia nucleare. c p

b i l sole.

ttraverso la pirolisi del metano. d a

c i l petrolio.

10. La sostenibilità può essere rappresentata come l’intersezione di:

d i l carbone.

4. La sigla nZEB significa:

rescita economica e attenzione all’ambiente. a c

uove risorse energetiche. a n

ttenzione all’ambiente e inclusione sociale. b a

difici a energia quasi zero. b e

rescita economica e inclusione sociale. c c

c r idotti costi energetici.

rescita economica, attenzione all’ambiente d c

uovi costi energetici. d n

e inclusione sociale.

5. L’Agenda 2030 si compone di:

11. L’obiettivo numero 8 dell’Agenda 2030 è:

a 1 7 obiettivi declinati in 169 target.

configgere la fame. a s

b 1 7 obiettivi.

arantire acqua pulita a tutti. b g

c 1 69 obiettivi.

reare città sicure e sostenibili. c c

d 1 69 obiettivi declinati in 17 target.

are un lavoro dignitoso a tutti. d d

6. Per economia circolare si intende:

n’economia dove gli scarti non sono riutilizzati. a u n modello economico non sostenibile. b u n’economia dove gli scarti sono riutilizzati. c u d i l processo “estrarre, produrre, utilizzare

e gettare via”.

ssociazione Progettazione Energetica. d A

ttraverso la gassificazione del carbone. a a

3. Una fonte energetica rinnovabile è:

Test interattivi

12. L’effetto serra è:

empre negativo. a s empre positivo. b s ositivo quando naturale. c p egativo quando naturale. d n