Appunti di Progettazione eco sostenibile

SERVIZIO PIU’ CHE DI UN PRODOTTO.

Strategia 1 : Utilizzo di materiali a basso impatto

Per ciascuna categoria di materiale, sono riportate le emissioni di co2

equivalente/kg di materiale.

Questo approccio però non è sufficiente, perché non si tiene conto della

funzionalità del materiale. È importante sapere l’odg di quanto impattano le

categorie di materiale. I materiali più impattanti sono le leghe, i compositi

con rinforzi in fibra di carbonio, e alcuni materiali polimerici. Qui si parla, in

questa tabella, di emissioni di co2, quindi non sono tenuti di conto altri gas

che contribuiscono all’effetto serra.

Utilizzo di materie prime a basso impatto le linee guida dicono, per prima

cosa, di usare materiali derivati da fonti naturali però il tutto va

contestualizzato. Finchè faccio bicchieri e posate ok, ma se faccio componenti

con caratteristiche strutturali devo rivedere un po' la scelta. Oppure viene

consigliato di usare materiali ad alto contenuto riciclato, ma di solito il

materiale riciclato non supera, in %, quello vergine. Il costo del riciclaggio è

alto. Per esempio, l’interno di uno sportello può essere fatto con materiali

naturali, che alleggeriscono il componente. Però, per esempio, il problema

delle fibre naturali può essere l’odore spiacevole che rilasciano.

Strategia 2 : Riduzione dei materiali Nel grafico, si può vedere quale è

l’andamento nel tempo dell’uso

di materiali, con un aumento del

3% annuale, e questo può

portare nei prossimi 23 anni a

usare il quantitativo di materiale usato negli scorsi 300 anni, quindi l’uso di materiali è

diventato INTENSIVO. Quali sono le linee guida? Individuare materiali alternativi a quelli

a rischio esaurimento.

Esistono varie linee guida. Una di queste dice di ridurre l’utilizzo di materiali a rischio di

esaurimento. I Critical Raw Materials sono materiali economicamente e

strategicamente importanti ma con alto rischio associato al loro approvvigionamento.

Non sono classificati critici perché scarsi ma perché:

- hanno una importanza economica significativa

- elevato rischio di approvvigionamento

- mancano sostituti

TERRE RARE= questi materiali si trovano in concentrazioni ridotte all’interno di altri.

Possiamo trovarli in circa 200 minerali diversi. Per tirarli fuori, devo estrarre una

quantità enorme di questi minerali. Un problema di questi materiali è anche di carattere

ambientale. La separazione è difficile e richiede alto uso di energia e acqua e questi

materiali sono separati con solventi, su base chimica, dannosi per l’ambiente e la

salute umana. Sono materiali diffusi oggi. Sono presenti nei magneti, nelle leghe

metalliche. Le terre rare si dividono in HREE e LREE, più leggere e più presenti nei

minerali. Questi provengono molto dai paesi sud asiatici e in sud America.

Nella tabella si vede l’uso dei materiali 75 anni fa per realizzare varie leghe, e oggi l’uso

è molto aumentato e molti di questi fanno parte della famiglia di terre rare. Il confronto

è abbastanza inquietante.

Un’altra linea guida dice di minimizzare il contenuto di materiale del prodotto:

- in fase di produzione:

Strategia 3 : Ottimizzazione della produzione

I processi produttivi sono energivori, partendo dall’estrazione delle materie

prime e passando per la produzione di semilavorato. Una soluzione può

essere evitare di utilizzare materie prime con alta EMBODIED ENERGY, cioè

l’energia primaria spesa per realizzare 1 kg di materiale. Ci sono materiali,

come l’alluminio, che hanno altissima embodied energy. Però, per esempio,

producendo materiale riciclato, come alluminio riciclato, comporta una

riduzione dell’embodied energy.

Al fine di soddisfare questa strategia, si passa anche da processi a basso

consumo energetico. Per esempio, meglio partire da un componente e

piegarlo che partire da due e saldarli. Un altro aspetto è minimizzare il tasso

di scarto.

Strategia 4 : Ottimizzazione del sistema di produzione

Strategia 5 : Riduzione dell’impatto ambientale durante l’uso

Una strategia possibile è minimizzare il consumo energetico durante l’uso,

alleggerire un componente, magari usando materiali a bassa densità ed alta

resistenza, come i compositi. Esempio telaio auto che è passata da essere

realizzata in alluminio, prima era in acciaio. L’effetto è una riduzione del peso

del 30%. Altre strategie per ridurre i consumi sono la frenata rigenerativa e

l’uso di pannelli.

Molte case auto oggi si stanno concentrando molto sui motori elettrici

nell’ottica del green deal al 2050. Vediamo un confronto tra veicoli ibridi e

termici. I veicoli elettrici hanno impatto 0 in fase locale, solo durante l’uso.

Nella fase WTT ci sono emissioni di co2, dovute all’estrazione di materia

prima, al trasporto. Nella fase TTW per un veicolo elettrico non ho emissione

nella fase d’uso, ma prima si, quindi va considerato il mix energetico usato a

produrre energia poi usata per movimentare il veicolo elettrico. Il mix

energetico riguarda tutto il cv del prodotto.

Si è ridotta molto la produzione di energia da carbone, mentre aumenta

l’energia prodotta da nucleare e rinnovabili. In Italia, l’energia è prodotta da

gas naturali, ma anche in piccola parte dalle rinnovabili.

Strategia 6 : Ottimizzazione della durata

Estensione della vita utile dei prodotti

Esempio fiat punto

Comprando la fiat punto nel 94, ho un impatto ambientale non nullo che poi cresce

all’usare del veicolo. Cambiando, dopo un tot anni, il veicolo, ho impatti in produzione e

fine vita più alti perché la punto si è evoluta, però questo comporta più impatti perché

ci sono più componenti. A fronte di ciò, però, in fase di uso ho veicoli con prestazioni e

materiali innovativi e miglior, che incidono su consumi migliori. La curva, quindi, è

meno ripida della precedente e quindi l’impatto iniziale è compensato in questa fase.

Da un certo punto in pii, il BEP, conviene cambiare veicolo(in termini di sostenibilità),

rispetto a quello più vecchio.

Intensificazione uso dei prodotti: intensificare l’utilizzo di un prodotto ha dei

vantaggi, sia se la vita del prodotto dipende da quanto il prodotto è stato usato sia no.

Prendiamo due esempi in cui confrontiamo i prodotti ad uso intensivo, cioè molto

utilizzati durante la loro vita con i prodotti ad uso non intensivo con tre utilizzatori A,

B, C.

Nel primo esempio riportato in figura, la linea del tempo è divisa in produzione, uso e

fine vita. In questo caso la vita utile non dipende da quanto il prodotto è stato usato,

per cui sia che uso un prodotto ad uso intensivo, sia che lo usi in modo non intensivo

dura lo stesso tempo. Le distinzioni saranno:

- Prodotti ad uso intensivo: Supponiamo che gli utilizzatori A,B,C utilizzino il

prodotto ad intervalli di tempo incastrati l’uno con l’altro (A1 significa che l’utilizzatore

A fa il primo utilizzo). In questo caso gli impatti evitati saranno nelle fasi di produzione

e dismissione del prodotto perché li devo fare solo per uno e non per tutti e tre.

- Prodotti ad uso non intensivo: In questo caso supponiamo che per soddisfare i

bisogni dei tre utilizzatori ci vogliano 3 prodotti, per cui ogni utilizzatore ha il proprio

prodotto che verrà usato molto meno rispetto a quello del caso intensivo.

In entrambi i casi il fine vita avviene a causa dell’obsolescenza tecnologica.

Nel secondo esempio avremo invece la vita utile dipende da quanto è stato usato il

componente per cui le distinzioni saranno:

Prodotti ad uso intensivo: Dura dopo ad esempio 9 utilizzi, ed il fine vita questa

• volta avviene per usura. La sua vita utile sarà molto breve e per questo dovremo

produrre altri prodotti nell’arco temporale pari a quello di prodotti non intensivi. In

questo caso avremo meno vantaggi in termini di impatto perché avremo sempre 3

produzioni e 3 dismissioni come ne caso non intensivo. Come vantaggi è che durante

l’arco di tempo è possibile migliorare il prodotto e ottimizzare i costi e consumi di

risorse sfruttando nuove tecnologie scoperte durante l’arco di vita del primo prodotto.

Prodotti ad uso non intensivo: In questo caso ogni prodotto viene utilizzato 9 volte

• la fine vita avviene sempre per obsolescenza tecnologica, perché il prodotto non viene

molto utilizzato.

Alcune linee guida per intensificare l’uso dei prodotti sono: progettare prodotti per

l’uso condiviso, progettare prodotti multifunzionali, progettare prodotti che possono

essere realizzati on-demand (su richiesta).

Strategia 7 : Ottimizzazione del fine vita

8 – La scelta dei materiali Questa immagine riassume il

ruolo legato al consumo dei

materiali e al consumo di energia

all’interno del ciclo di vita di un

prodotto. Con le frecce rosse sono

indicate le influenze positive che

le varie strategie possono avere

sul consumo dei materiali

piuttosto che sul consumo

energetico. Le frecce nere invece

indicano le influenze negative

mentre quelle tratteggiate

possono essere influenze sia

positive che negative.

Per quanto riguarda il consumo dei materiali , ad esempio, l’estensione della vita di un

prodotto può avere influenza sia positiva (risparmio materiale) che negativa (un

prodotto che dura a lungo richiede manutenzione e pezzi di ricambio che comportano

l’utilizzo di altro materiale).

Teoria di Ashby

Quando si sceglie un materiale ci si rifà a mappe del tipo in figura: sulle ordinate è

riportata l’embodied energy mentre sulle ascisse il tipo di materiale.

Esempio: realizzare una bottiglia. Qual è il materiale migliore da utilizzare?

A occhio il miglior materiale è il vetro. Una mappa del genere però non basta per

scegliere il materiale. Nella realtà dei fatti per la scelta dei materiali.

Secondo Ashby, per la scelta di un materiale, occorre identificare:

(recipiente di bevande fresche)

1. Funzione: cosa il componente deve fare. deve essere riciclabile)

2. Vincoli: quali condizioni devono essere rispettate? ( minimizzare l’embodied

3. Obiettivo: cosa deve essere minimizzato o massimizzato. (

energy per unità)

4. Variabili libere: parametri che possono essere scelti liberamente dal progettista.

(scelta del materiale)

Ashby misura la prestazione strutturale di un elemento attraverso un indice di

prestazione in funzione delle caratteristiche funzionali, dei parametri geometrici del

componente e dalle proprietà dei materiali:

Le mappe di Ashby sono diagrammi in scala logaritmica in cui