Il futuro dell'energia, le cleantech e la sostenibilità

Di Kimberly Blakemore, Director of Environmental Sustainability, Analog Devices e Fiona Treacy, Senior Director, Industrial Automation, Analog Devices.

Elettrificazione ed efficienza energetica

Per oltre vent'anni, scienziati e climatologi hanno messo in guardia sugli effetti del riscaldamento globale e sul legame con le emissioni di gas a effetto serra (GreenHouse Gas – GHG), ma ora l'attenzione si è rivolta all'azione e al modo in cui noi, come società globale, possiamo affrontare sia le cause che gli effetti del cambiamento climatico. I semiconduttori sono il cervello dei dispositivi moderni, dei veicoli elettrici (EV), degli smartphone, dei robot e non solo, e potrebbero essere la chiave per risolvere la crisi della sostenibilità attraverso l'innovazione mirata e l'intelligenza periferica (edge intelligence) adattativa.

Questo è il primo articolo di una serie che si propone di illustrare come le piattaforme tecnologiche innovative e le soluzioni software stanno abilitando le cosiddette cleantech, o tecnologie pulite, oltre a invitare al dialogo con altri sul futuro dell'energia e della sostenibilità.

Creazione dello scenario (caldo e sempre più caldo)
La disponibilità di energia è stata alla base della crescita sociale ed economica fin dagli albori della rivoluzione industriale, quando tecnologie come quella del motore a combustione interna, del motore a vapore e dei motori elettrici hanno portato a una dipendenza mondiale dalla produzione energetica accessibile e centralizzata. Negli ultimi due secoli, tale energia è stata fornita attraverso la combustione di fonti basate sugli idrocarburi.

Se da un lato ciò ha consentito una grande crescita economica, dall'altro questa crescita ha avuto un costo elevato. Dal 1820, le emissioni di gas serra sono cresciute di 686 volte,1 portando a un riscaldamento globale medio di circa 1,1 °C2 e a una serie di significative conseguenze ecologiche, economiche e sociali. Questi effetti vanno da 166 milioni di persone che hanno richiesto aiuti alimentari a causa di crisi climatiche nel 2015-20193 a 3 trilioni di dollari in perdite economiche legate a disastri nel periodo 2000-2019.

Mantenendo le tendenze attuali, entro il 2050, per sostenere la traiettoria di sviluppo globale prevista, il mondo avrà bisogno del doppio dell'energia che consuma oggi. In assenza di modifiche alle nostre fonti di energia e di strategie di efficienza energetica complessiva, si prevede che la nostra attuale traiettoria di emissioni porterà a un aumento della temperatura di 1,9-2,9 °C entro il 2050 (rispetto ai livelli preindustriali). Secondo gli esperti, le conseguenze associate potrebbero anche causare la migrazione del 33% della popolazione mondiale,5 una riduzione dell'11-18% del PIL globale6 e fino a 23 trilioni di dollari di perdite annuali dovute a disastri climatici.

Mentre la società cerca di affrontare problemi urgenti, come quello della povertà globale, l'energia sarà fondamentale per garantire l'accesso universale a servizi essenziali come l'elettricità e il cibo nutriente. Tuttavia, per evitare i peggiori effetti del cambiamento climatico, il mondo deve raggiungere emissioni-nette-zero entro il 2050 e limitare il riscaldamento globale a 1,5 °C. La chiave per raggiungere questi obiettivi è la crescita energetica e la decarbonizzazione rapida.



La crescita energetica e la decarbonizzazione rapida richiedono la sostituzione massiccia dei combustibili fossili con le energie rinnovabili (cioè una crescita della domanda pari a 9 volte da oggi al 2050) e un netto miglioramento dell'efficienza energetica globale (cioè un aumento pari a 2 volte da oggi al 2050).

"Esiste un'opportunità senza precedenti di promuovere la transizione verso l'energia pulita, eliminando le tecnologie che generano gas a effetto serra attraverso l'elettrificazione a energia rinnovabile delle varie applicazioni. Un esempio lampante, già in atto, è l'eliminazione graduale dei veicoli con motore a combustione interna a favore dei veicoli elettrici", ha dichiarato Greg Henderson, Senior Vice President of Automotive and Energy, Communications and Aerospace Group. "Man mano che un maggior numero di prodotti viene progettato per essere alimentato dall'elettricità, entra in gioco un ampio ecosistema che comprende la generazione, la distribuzione e lo stoccaggio dell'energia. A livello globale, abbiamo bisogno di un sistema energetico flessibile, resiliente, efficiente e sicuro."

"Contemporaneamente alla riprogettazione della rete energetica per le fonti rinnovabili, è necessario concentrarsi sulla promozione dell'efficienza energetica in tutte le applicazioni. Nel contesto delle emissioni totali, circa il 50% dell'energia globale è consumata dall'industria.9 Attraverso l'implementazione di tecnologie digitali per la fabbrica connessa, possiamo migliorare il controllo delle attività industriali all'interno delle fabbriche dismesse esistenti e, così facendo, incrementare la produttività che porta benefici all'intera catena del valore e consente una differenziazione competitiva", ha dichiarato Martin Cotter, Senior Vice President Industrial and Multimarkets Group.

"Investire negli obiettivi di sostenibilità e promuovere la redditività non si escludono a vicenda: investendo nell'efficienza industriale, abbiamo la possibilità di ridurre il consumo di energia ma anche di aumentare la competitività. Il mondo ha bisogno di fabbriche, sia nuove che riadattate, e le fabbriche digitali connesse e adattive sono progettate per risparmiare energia e quindi ridurre le emissioni."

Elettrificazione ed efficienza
Si prospetta all'orizzonte una crescita enorme della spesa per beni a bassa emissione8.




Da oggi al 2035, McKinsey stima un aumento di 4,5 trilioni di dollari nella spesa annuale per beni materiali a sostegno della transizione verso le basse emissioni, per un totale di 78,4 trilioni di dollari di spesa cumulativa in questi anni8. In tutti i mercati serviti da ADI, ci aspettiamo di vedere investimenti a livello mondiale per l'efficienza industriale e la riqualificazione degli edifici, oltre che per il continuo sostegno alla diffusione degli EV e delle relative infrastrutture, alla generazione di energia verde e alla modernizzazione della rete elettrica.

ADI confida nella portata e nella probabilità di questa maggiore spesa di capitale, grazie a una confluenza di tendenze secolari. Tra queste, l'aumento della regolamentazione, l'incremento degli sforzi pubblici e privati, la crescita degli investimenti privati, la maturazione dei mercati del carbonio e la diminuzione dei costi complessivi di gestione per applicazioni come i pannelli solari.

Cosa succederebbe se questi beni a basse emissioni fossero adottati su larga scala?
La spesa prevista per i beni a basse emissioni offre l'opportunità di considerare uno scenario in cui le soluzioni più ecologiche vengano pienamente adottate e scalate. Per ridurre le emissioni globali di gas serra dall'attuale livello di 51 miliardi di tonnellate (o 51 Gt) all'anno a zero, è necessaria più di una soluzione.

"Ci siamo impegnati a comprendere l'entità della decarbonizzazione che soluzioni come quelle di ADI potrebbero potenzialmente consentire, se queste applicazioni fossero adottate e diffuse pienamente. Come è emerso, è circa la metà", ha dichiarato Tony Montalvo, Vice President of Tecnology e ADI Fellow. "Abbiamo cercato di collegare l'impatto abilitante del nostro più ampio portafoglio di soluzioni, concentrandoci su quelle applicazioni in cui la nostra tecnologia è un fattore abilitante critico."

Un'opportunità per eliminare e ridurre le emissioni



Se le applicazioni, rese possibili in parte da tecnologie come quelle di ADI, venissero adottate e scalate pienamente, potrebbe essere eliminata o ridotta circa la metà delle emissioni.

La nostra valutazione ha portato a due categorie principali di soluzioni: quelle che sostituiscono le tecnologie tradizionali che generano GHG o quelle che rendono la tecnologia più efficiente dal punto di vista energetico. Tra gli esempi di tecnologie sostitutive vi sono i veicoli elettrici, la transizione energetica e gli elettrolizzatori alimentati da energie rinnovabili. Esempi di prodotti finali più efficienti dal punto di vista energetico sono i motori industriali, le comunicazioni wireless 5G e i sistemi HVAC connessi.

Riconosciamo che le tecnologie di ADI non rappresentano i prodotti finali stessi. In molti casi, tuttavia, senza di esse l'applicazione finale non sarebbe realizzabile. Un esempio è rappresentato dagli EV, che si basano su batterie agli ioni di litio e non sarebbero utilizzabili senza una tecnologia di gestione della batteria che valuti costantemente lo stato di salute di ciascuna cella, bilanciando le celle all'interno del pacco e garantendo che la batteria non venga mai sotto o sovra-caricata.

La gestione della batteria, tecnologia in cui ADI è leader di mercato, è quindi una tecnologia abilitante per i veicoli elettrici. Immaginando un mondo in cui la piena adozione dei veicoli elettrici sia una realtà, riconosciamo che i progressi nell'hardware e negli algoritmi di gestione della batteria si affiancheranno ai progressi su altri fronti tecnologici, tra cui la chimica di batteria e i gruppi di trasmissione efficienti, economici e affidabili.

Un altro esempio di come le soluzioni ADI stiano potenzialmente contribuendo a ridurre le emissioni di CO2 è rappresentato dall'impiego di azionamenti a frequenza variabile che utilizzano la tecnologia di controllo di precisione di ADI. Questi vengono utilizzati in combinazione con sistemi di motori il cui carico o la cui velocità variano. La tecnologia ADI consente di regolare con precisione la velocità e la coppia del motore in base al carico da gestire. In questo modo si risparmia energia, adeguando la capacità del motore all'attività da svolgere. L’installazione degli azionamenti elettronici su tutti i motori potrebbe far risparmiare, ipoteticamente, il 10% delle emissioni globali.

Se le applicazioni (come gli EV o gli azionamenti a frequenza variabile) abilitate in parte dalla tecnologia di ADI dovessero essere scalate e adottate universalmente, la società potrebbe realizzare un risparmio di circa 26 Gt di GHG.10 Questa rivelazione sottolinea il nostro desiderio di sfruttare la nostra leadership unica sui mercati finali per contribuire alla decarbonizzazione di molteplici settori.

È il momento di agire



Variazione del ghiaccio marino e dell'assorbimento solare nei mesi estivi nell'Artico tra il 2000 e il 2014. Il blu indica i punti in cui il ghiaccio marino è diminuito e il rosso quelli in cui l'assorbimento della radiazione solare è aumentato.

La realtà del cambiamento climatico è che ne stiamo vedendo le prove ovunque: lo scioglimento del ghiaccio marino artico a un ritmo di quasi il 13% per decennio,11 la perdita di ossigeno negli oceani che ha un impatto sulle barriere coralline tropicali,12 l'aumento dei livelli di CO2 e il declino della biodiversità in regioni di tutto il mondo.13 Per ridurre drasticamente le emissioni di gas serra entro il 2050, sono necessari tecnologia, infrastrutture e i giusti impegni. Esiste tuttora un notevole potenziale non sfruttato e i prossimi anni saranno fondamentali per sviluppare le soluzioni esistenti su larga scala e investire in innovazioni rivoluzionarie.

ADI non è estranea alle rivoluzioni tecnologiche. La nostra storia (e il nostro futuro) come catalizzatore di progressi rivoluzionari si basa sulla nostra ricca esperienza nel settore e sulla nostra capacità di collaborare con i nostri clienti per sviluppare soluzioni complete ai loro problemi – e a quelli del mondo – tra i più difficili. Non c'è momento migliore di questo per sfruttare tali competenze e progettare insieme ai nostri partner le soluzioni necessarie per la transizione a emissioni-nette-zero.

www.analog.com

  Richiedi maggiori informazioni…