Progettare in modo ecocompatibile

ECODESIGN –

Uno sviluppo eco-sostenibile deve partire necessariamente da un approccio alla progettazione che tenda a minimizzare le risorse per la realizzazione del prodotto e che utilizzi fonti rinnovabili, bio-compatibili e locali.

La crescita economica, sotto certi aspetti incontrollata, iniziata con la rivoluzione industriale, ha portato benessere al mondo occidentale senza tuttavia tenere in conto la sostenibilità dello sviluppo. Il nuovo secolo, con i continui mutamenti del panorama geo-politico e la recente crisi economica, ha tuttavia dimostrato, se mai ve ne fosse bisogno, e senza ombra di dubbio, l'insostenibilità di un tale approccio. L'evidenza degli impatti disastrosi sull'economia mondiale delle calamità naturali legate al cattivo sfruttamento delle risorse ha sottolineato ancora di più la necessità di un drastico cambio di prospettiva e la ricerca di un nuovo modello di sviluppo e produzione. La soluzione passa attraverso una nuova sfida che si pone oggi dinanzi al mercato globale: trasformare le problematiche ambientali in opportunità economiche.

Una progettazione eco-compatibile
Eco-design è la nuova filosofia di progetto che sta affermandosi nel mondo industriale, un approccio al prodotto che tenga in conto la variabile ambiente lungo l'intero ciclo di vita per coniugare competitività economica e sostenibilità ambientale. Diversamente da quello che ci si potrebbe attendere, oltre l'80% dell'impatto ambientale di un prodotto è direttamente legato alle scelte adottate nella fase dell'idea. Il problema deve tuttavia essere posto in una visione olistica che consideri gli impatti di tali scelte in tutte le fasi del ciclo di vita, dalla produzione fino alla dismissione, passando per la distribuzione, l'uso e il consumo del bene. Uno sviluppo ecosostenibile, in questo senso, deve partire necessariamente da un approccio alla progettazione che tenda a minimizzare le risorse per la realizzazione del prodotto e che utilizzi fonti rinnovabili, bio-compatibili e locali. Fondamentali, nel contempo, sono gli sforzi tesi a migliorare l'affidabilità e la manutenibilità del prodotto; prodotti più sicuri e più facilmente aggiornabili finiscono per soffrire meno di problemi di obsolescenza oltre ad essere oggetto di un uso più intenso. Tutto questo conduce a una visione della progettazione orientata al Design per Componenti in cui il prodotto finale è visto come il risultato, flessibile, di un assieme di macro-costituenti integrabili tra loro, individualmente sostituibili e riciclabili. Tale approccio include una filosofia di Design for Disassembly, in cui ogni aspetto del problema è visto nell'ottica del riciclo delle risorse impiegate. La progettazione eco-compatibile richiede un vero e proprio cambio dei paradigmi classici: non dobbiamo guardare, in definitiva, a cosa possiamo estrarre dalla natura, ma a cosa possiamo imparare da essa (Benyus). L'obiettivo è giungere a un'economia non soltanto eco-efficiente ma soprattutto eco-efficace, in cui la produzione è armonizzata alla natura e non soltanto soggetta ai vincoli da essa imposta. La principale spinta verso un'industrializzazione eco-sostenibile è certamente una nuova coscienza ambientalista che si è imposta anche alla luce dei cambiamenti climatici degli ultimi anni. è interessante tuttavia osservare come un ruolo analogamente importante sia giocato dai cambiamenti più recenti del mercato globale che sta spostando lentamente l'attenzione dai prodotti ai servizi. È opinione più o meno condivisa che nel prossimo futuro le aziende forniranno non prodotti ma servizi, basati su beni di consumo di proprietà dell'azienda stessa e non, come invece accade oggi, dell'utente. In questa nuova prospettiva è evidente l'interesse del produttore a migliorare l'intero ciclo di vita del prodotto riducendo i costi di ogni fase. Questo implica una riduzione delle materie prime impiegate, oltre che dei consumi energetici, un taglio delle inefficienze nelle attività di produzione e distribuzione, un aumento del tempo di vita utile del prodotto grazie a una maggiore affidabilità e una semplificazione delle procedure di manutenzione, ritiro dal mercato e riciclo. Tutti questi aspetti vanno appunto nella direzione di una progettazione eco-compatibile. Altro stimolo importante da non trascurare è l'apertura di nuovi mercati, sulla scia delle iniziative che i diversi governi nazionali e comunitari hanno iniziato a mettere in piedi. È stato stimato, ad esempio, che settori come la gestione dei rifiuti, la riduzione dell'inquinamento, la ricerca di fonti di energia rinnovabili, le ecocostruzioni creeranno un mercato da 2,2 miliardi di euro entro il 2020.

Un approccio comunitario condiviso
Avendo riconosciuto la necessità di una visione olistica del problema resa impellente anche dalla libera circolazione del mercato (l'adozione di iniziative regionali potrebbe porre limiti a questa filosofia comunitaria), l'Unione Europea ha emesso nel 2005 la direttiva 2005/32/EC per il progetto eco-compatibile di prodotti EuP (Energy using Product). Nell'ottobre 2008 la direttiva è stata estesa a tutti i sistemi ErP (Energy related Products), intendendo con questo termine "ogni bene che abbia impatto sul consumo di energia durante il suo utilizzo"; in questo modo la definizione include non soltanto i prodotti che consumano energia ma anche i sistemi in grado di produrla o risparmiarla. Contestualmente è stata rivista la direttiva 92/75/EC sull'Energy Labelling; i requisiti definiti nelle direttive di eco-design serviranno per individuare i livelli di classificazione rispetto a cui catalogare prodotti e componenti. La 2005/32/EC è una direttiva quadro nel senso che prevede la definizione di specifiche vincolanti mediante misure d'esecuzione specifiche da applicare in ognuno dei campi soggetti alla normativa. Tuttavia la direttiva europea non introduce direttamente i requisiti di eco-design per i prodotti ma piuttosto le condizioni e i criteri da cui questi possano scaturire. Inoltre l'introduzione delle misure esecutive eventualmente preventivate viene presa in considerazione solo qualora non siano già state adottate autonomamente nel settore interessato iniziative adeguate ad assicurare una produzione eco-sostenibile. L'articolo 15 stabilisce poi che soltanto i nuovi prodotti con una distribuzione annua superiore alle 200 mila unità all'interno della Comunità Europea debbano essere soggetti a tali normative e restrizioni. La definizione dei requisiti deve passare attraverso una serie di iniziative, tra cui:

  • la conclusione di uno studio preparatorio;
  • la costituzione di un Forum di Consultazione;
  • una valutazione dell'impatto delle regolamentazioni proposte sul mercato;
  • la costituzione di una commissione di controllo votata dagli Stati Membri;
  • l'approvazione della normativa da parte del Parlamento Europeo.


Per il triennio 2009-2011 è stato quindi definito un piano di lavoro che stila una lista dei prodotti EuP per i quali è ritenuto prioritario definire misure esecutive di eco-sostenibilità. Questi includono :

  • sistemi di ventilazione e condizionamento dell'aria;
  • apparecchiature di riscaldamento elettriche o basate su carburanti fossili;
  • apparecchiature di preparazione del cibo;
  • forni e fornaci di laboratorio e industriali;
  • macchine;
  • sistemi di rete, data processing e memorizzazione dati;
  • apparecchiature di refrigerazione e congelamento;
  • sistemi audio e video;
  • trasformatori;
  • apparecchiature che usano acqua.


La maggior parte delle applicazioni riguarda sistemi caratterizzati da elevata dissipazione di potenza (> 1000 PJ/ora) e lungo tempo di funzionamento (oltre le 24 ore) ma per i quali si ritiene ci siano alte potenzialità di risparmio energetico (fino anche al 30%). Alcuni interessanti iniziative sono già partite. Bio Intelligence Service, ad esempio, è stata incaricata di condurre lo studio preparatorio per quanto concerne i sistemi di refrigerazione in ambito industriale; uno studio analogo è stato invece commissionato a Aea nel settore dei sistemi audio/video per verificare l'applicabilità di regolamentazioni di eco-design ad apparecchiature quali Dvd, proiettori e console di gioco. Un riferimento infine nel settore dei trasformatori è la belga Vito. Il piano di lavoro indicato è stato preceduto da una serie di 19 studi di settore condotti durante il periodo transitorio tra l'approvazione della normativa e l'avvio del piano stesso e che hanno portato alla definizione delle misure d'esecuzione per televisori, illuminazione domestica, frigoriferi e congelatori domestici, lavatrici, lavastoviglie, caldaie e scaldacqua, computer, apparecchiature per il trattamento di immagini, frigoriferi commerciali, motori elettrici, pompe, ventilatori, circolatori e condizionatori d'aria per ambienti.
L'aspetto normativo è solo una delle tante iniziative che, all'interno di una visione più globale, dovrebbe condurre a definire una politica comunitaria di sviluppo eco-sostenibile. Nel luglio 2008, ad esempio, è stata adottata una comunicazione (Green Public Procurement) che auspica il raggiungimento di una quota di almeno il 50% di prodotti eco-compatibili negli acquisiti pubblici che ogni stato comunitario dovrebbe raggiungere entro il 2010. è stato raggiunto un accordo di massima per precludere l'accesso a forme di finanziamento pubblico per progetti che non rispettino adeguati standard ambientali. è stato inoltre definito lo schema Emas (Eco-Management and Audit Scheme) di gestione dei progetti che fornisce alle società uno strumento oggettivo di valutazione dell'eco-sostenibilità dei programmi.

L'ecocompatiblità nell'industria elettronica
La società moderna è a tutti gli effetti l'incarnazione dell'era dell'informazione. Ed è altrettanto innegabile che l'elemento fondamentale di tale società sia proprio l'industria dei semiconduttori, allo stesso modo in cui il grano è stato l'elemento fondamentale della società agraria e il ferro dell'era industriale. è quindi evidente come il problema di una progettazione eco-compatibili tocchi molto da vicino tale settore. La questione può essere posta sotto due diversi punti di vista. Da un lato, ci sono i vantaggi che l'impiego di tecnologie microelettroniche porta a un prodotto nella direzione delle sua eco-sostenibilità; dall'altro vi sono gli aspetti di sostenibilità ambientale dell'industria dei semiconduttori stessa e delle iniziative che possono essere intraprese per migliorarla.
In merito al primo punto, è innegabile che la diffusione delle tecnologie micro-elettroniche abbia portato una serie di innovazioni e miglioramenti che hanno reso la maggior parte delle applicazioni più ecosostenibili. L'adozione, ad esempio, delle reti di comunicazione low-speed come Can, Lin e FlexRay nel settore automotive in sostituzione di meno flessibili connessioni punto-punto ha determinato una riduzione di ingombri e volumi. Si può stimare che questo abbia portato a una riduzione delle emissioni di CO2 in media di 15 megatoni su base annua. Più in generale, negli ultimi dieci anni la crescita nell'uso dei dispositivi microelettronici nelle auto ha permesso di ridurre le emissioni del 15% nonostante un incremento del 20% del peso delle auto conseguente alla crescita dell'impatto dei sistemi per la protezione dei passeggeri; questi dati sono destinati certamente a migliorare se si considera il crescente interesse verso le tecnologie X-by-Wire o le trasmissioni wireless. Le moderne e più complesse centraline elettroniche che controllano i motori delle auto e le reti di sensori che monitorano lo stato del veicolo consentono di avere un significativo risparmio energetico. Una serie di studi, in questa ottica, ha mostrato che fino quasi il 75% dell'energia erogata dal motore viene dispersa proprio come risultato di inefficienze dei cicli di combustione e delle linee di distribuzione. Fino a 1.3 miliardi di galloni di petrolio ogni anno potrebbero essere risparmiati semplicemente avendo cura di controllare la corretta pressione delle ruote; fino a 70 chilotoni di anidride carboniche vengono emessi su base giornaliera a causa del traffico.
Un altro settore dove l'industria microelettronica supporta efficacemente la realizzazione di soluzioni eco-compatibili è quello dei sistemi multimediali. Il mercato ha visto negli ultimi anni una rapida diffusione della tecnologia Lcd che ha ormai quasi del tutto sostituito i vecchi schermi Crt, grazie ad una migliore qualità dell'immagine e ingombri inferiori. Negli Lcd, tuttavia, oltre il 75% dell'energia dissipata viene usata per l'illuminazione dello schermo. Ricerche degli ultimi anni hanno iniziato a studiare per questo l'impiego di soluzioni di illuminazione a stato solido. In questo caso, la capacità di creare matrici di Led con possibilità di dimming del singolo pixel consentirebbe di regolare localmente la brillantezza dell'immagine, in funzione ad esempio della gradazione di colore; questo porterebbe a un notevole risparmio energetico. Piuttosto analogo è il problema della gestione della potenza delle apparecchiature domestiche in stand-by. Si pensi che il consumo in tale modalità, negli Stati Uniti, è pari all'1,5% di quello complessivo; poter ridurre tale spreco significherebbe risparmiare fino a 4 miliardi di dollari.
Per quanto riguarda, invece, la sostenibilità ambientale dell'industria elettronica, è interessante notare come in realtà il settore non sia ad oggi reputato tra i principali responsabili per la produzione di gas serra; è stato stimato, ad esempio, che nel 2006 il contributo alle emissione è stato solo dello 0.001%. Ciononostante l'industria ha da sempre mostrato una attenzione particolare al problema. Il World Semiconductor Council con le sue organizzazioni regionali in Cina, Europa, Giappone, Corea, Stati Uniti e Taiwan, ad esempio, è un organo internazionale creato per definire politiche comuni di riduzione delle emissioni di gas serra oltre quelle che sono le direttive del protocollo di Kyoto. Uno degli impegni presi su base volontaria è quello di ridurre entro il 2010 le emissioni di Pfc del 10% rispetto ai livelli del 1995; i gas Pfc sono purtroppo indispensabili per l'industria microelettronica in quanto entrano in diversi processi di etching o per la produzione di sostanze chimiche utilizzate per la pulitura delle camere di deposizione. Questo si aggiunge alle note iniziative di progressivo abbandono dell'uso del piombo (normative RoHS) e alle proposte per la riduzione di Pfo, una sostanza nociva per l'ambiente usata in piccole quantità in alcuni processi di lavorazione in applicazioni critiche - come quelli di coating foto-resistivo e antiriflettivo - ma per il quale al momento non esistono alternative. Anche in questo caso, il WSC ha conseguito un accordo per ridurre l'uso di queste sostanze alle sole applicazioni critiche.

Soluzioni ecocompatibili
Interessanti iniziative sono poi state attuate dai diversi produttori per rendere maggiormente eco-compatibili l'intera catena di produzione, distribuzione e ritiro dal mercato. La fabbrica Amd a Dresda, ad esempio, usa un impianto unico per la generazione dell'energia elettrica e i sistemi di condizionamento dell'aria caldo/freddo denominato Evc che è stato eletto “Cogeneration Plant of the year” nel 2007. Negli anni scorsi l'uso combinato delle due installazioni Evc-I ed Evc-II ha consentito di ridurre l'emissioni di gas serra di oltre 48600 Mtce, il che equivale al 3.6% del totale delle emissioni della città. Innovativi sistemi di ventilazione dell'aria per le camera pulite sono stati installati anche presso le fabbriche di Infineon. NXP, presso la sua sede di Nijmegen in Olanda, in collaborazione con High Tech Packaging, ha sviluppato un nuovo sistema di packaging dei wafer di silicio che non utilizza più schiume di poliestere non riciclabile ma semplice cartone con una riduzione di fino al 60% di pesi e ingombri di imballaggio. Parallelamente è stata istituita una politica interna di Dark Green che impone la realizzazione e l'uso di sistemi RoHS compliant che non usino alogeno o ossido di antimonio e che dovrebbe interessare oltre il 75% dei prodotti entro la fine del 2009. Presso la sede di Amburgo dell'azienda, invece, sono stati condotti progetti pilota per valutate soluzioni basate sulla tecnologia dei bio-filtri nel trattamento dei Voc, composti organici volatili, derivanti dai processi di lavorazione dei materiali a semiconduttore. I sistemi a bio-filtro prevedono che i Voc siano assorbiti in materiali naturali che funzionano appunto come filtro e quindi completamente degradati da microbi in CO2 ed H2O. Questa tecnologia è già usata in altri ambiti, come ad esempio nell'industria del cibo e in quella automobilistica, ma è relativamente nuova per il mondo dell'elettronica, dove sono tipicamente impiegati sistemi Rto (Regenerative Thermal Oxidation) in cui i Voc sono convertiti mediante processi di combustione con gas naturali in diossido di carbonio e acqua, con residui di diossido di nitrogeno e monossido di carbonio. Rispetto ai metodi Rto, la tecnologia dei bio-filtri ha un costo di almeno un ordine di grandezza inferiore e consente una riduzione delle emissioni di CO2 di oltre il 90%.
Fortemente impegnata dal punto di vista dell'eco-compatibilità, è anche STMicroelectronics. L'azienda ha, ad esempio, incoraggiato i propri fornitori ad aderire alle certificazione Iso 14001 ed Emas, e ha recentemente adottato il codice di comportamento Eicc. Nel 2007 ha acquistato energia elettrica per le proprie installazioni che per il 28,6% è stata prodotta senza emissione di CO2 e ha finanziato l'installazione di pannelli fotovoltaici e termici presso le proprie sedi in Sud-Africa per favorire la diffusioni di fonti rinnovabili. Intel ha invece creato un vero e proprio programma di finanziamento di progetti interessati al risparmio energetico la cui messa in opera ha consentito nel solo 2006 di risparmiare fino a 160 milioni di kilo-watt.

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