Tecnologia dei cicli produttivi

Tecnologia dei cicli produttivi

Lezione 1: La produzione

La produzione, in senso tecnico, è l’attività che consente la combinazione di input (fattori di produzione) e la loro trasformazione in output (prodotti). In senso economico, è l’attività diretta a ottenere, in termini di valore, un output superiore agli input.

Gli input sono rappresentati da fattori naturali (es.: terra, acqua, minerali), da fattori riproducibili (es.: macchinari, edifici) e dal lavoro (sotto forma di differenti specializzazioni). Gli output sono beni (agricoli e industriali) e servizi (es.: trasporti, spettacoli, ecc.).

Il rapporto tra input impiegati ed output ottenuti prende il nome di «rendimento» del processo produttivo. Si hanno in effetti tre possibilità: rendimenti crescenti (o economie di scala); rendimenti decrescenti; rendimenti costanti; a seconda che il rapporto tra input e output sia meno che proporzionale, più che proporzionale e proporzionale.

Il prodotto è il risultato del processo di produzione. I prodotti congiunti sono quelli ottenuti da uno o più fattori produttivi in un unico processo di produzione. Esempi di produzione congiunta possono essere:

• I mulini, che dal grano ottengono congiuntamente farina e crusca;
• I caseifici, che dal latte ottengono burro e formaggi;
• Raffinazione del petrolio da cui si ottengono contemporaneamente benzina e oli combustibili.

Nella produzione congiunta i ricavi della vendita di ciascun prodotto sono dello stesso ordine di grandezza. Se invece il ricavo derivante dalla vendita di uno dei prodotti è molto superiore ai ricavi derivanti dalla vendita degli altri, il primo prende il nome di prodotto principale e gli altri di sottoprodotti. In tutti i processi si ottengono, oltre ai prodotti, gli scarti.

L’acqua è un input fondamentale per i processi industriali e viene utilizzata per molti scopi: come materia prima, come mezzo di raffreddamento, per la produzione di vapore, per il lavaggio delle macchine o per usi sanitari. A seconda della funzione svolta nel processo, le caratteristiche dell’acqua utilizzata variano. Per es., per poter essere impiegata nella produzione di vapore, deve essere privata di tutti i sali ed i metalli presenti (demineralizzata, deionizzata). Un’acqua si dice dura quando è ricca di ioni calcio e magnesio. Le acque dure danno incrostazioni a caldaie, sistemi di refrigerazione e di irrigazione, ecc. Altri cationi come il ferro, l’alluminio, il rame, lo zinco, il manganese conferiscono durezza. La durezza carbonatica esprime la durezza temporanea, che scompare in seguito ad ebollizione dell’acqua.

L’energia può essere definita come la capacità o attitudine di un sistema a compiere lavoro. Si misura in joule (J) ed è il prodotto del tempo e della potenza. 1 joule equivale a 1 wattsecondo (Ws). La potenza è il lavoro compiuto nell’unità di tempo. Si misura in watt. L’energia si manifesta sotto forma di flusso nel momento in cui esiste una differenza (un salto di livello). L'energia è una grandezza che si conserva: in un sistema chiuso, l’energia complessiva resta costante. Dal punto di vista fisico, l'energia non può essere né creata né distrutta. Può però essere trasformata da una forma energetica in un'altra.

Il Primo Principio della Termodinamica afferma che in un sistema la somma di tutti i tipi di energia è costante. Ossia nelle trasformazioni di energia da una forma ad un’altra, la quantità di energia prima e dopo la trasformazione è sempre la stessa. Il Secondo principio afferma che qualsiasi trasformazione di energia da una forma ad un’altra si paga consumando energia. Ossia parte dell’energia iniziale si trasforma in energia di bassa qualità (calore a bassa temperatura). Il Terzo Principio afferma che non è possibile raggiungere lo zero assoluto, ossia il completo arresto del moto delle molecole. Una pessima qualità dell’energia può essere associata ad un’elevata “entropia”. L’entropia esprime il grado di disordine di un sistema.

Nei cicli produttivi l’energia è l’unica merce che non può essere sostituita, al contrario delle altre materie prime; è l’unica merce che non può essere riciclata. A seconda della forma in cui si manifesta, l’energia viene chiamata:

• Meccanica: come nella caduta di una massa solida (energia cinetica) o di una massa d’acqua da un livello superiore ad uno inferiore (energia potenziale);
• Termica: come quando il calore passa da una sorgente calda ad una meno calda sviluppando lavoro;
• Chimica: è l’energia sviluppata nelle reazioni chimiche in seguito al rompersi e al formarsi di legami chimici;
• Elettromagnetica o radiante: si trasmette nello spazio fisico in forma di onde trasversali di frequenza variabile in tutta la gamma dello spettro elettromagnetico;
• Nucleare: ossia energia ottenibile secondo la reazione di Einstein (E=mc²).

L’energia può essere suddivisa in categorie in base all’ordine della sua utilizzazione. Per energia primaria s’intende il potenziale energetico presentato dai vettori energetici nella loro forma naturale. Nella maggior parte dei casi, l’energia primaria deve essere trasformata in energia secondaria in centrali elettriche, raffinerie, ecc., attraverso un processo di trasformazione e con una perdita di energia. L’energia finale è la forma di energia utilizzata direttamente dai consumatori. Tra le forme di energia secondaria più conosciuta abbiamo l’energia elettrica. L’energia elettrica è la forma di energia più versatile: si trasporta a grandi distanze dal luogo di produzione e si distribuisce agli utilizzatori mediante reti capillari. L'utilizzo diretto di energia primaria si ha nel caso del gas naturale. L’energia elettrica è misurata in chilowattora. La tensione, o differenza di potenziale, è la forza che consente la circolazione di corrente tra due punti di un circuito o di una rete elettrica. È misurata in volt (V).

Il processo produttivo richiede interazione tra le diverse componenti: quelle interne al sistema (che assicurano il processo di trasformazione) e quelle esterne che lo motivano (clienti) e lo alimentano (fornitori). Un processo produttivo è condizionato dai seguenti elementi:

• Acquisizione di input esterni;
• Disponibilità di risorse interne al sistema (uomini, tecnologie, capitali);
• Output (prodotti, servizi).

Un sistema di produzione è costituito dall’intreccio di due sottosistemi:

1. Un complesso di mezzi e di unità che determinano la trasformazione fisica del prodotto;
2. Un complesso di mezzi che assicurano il flusso delle materie prime, dei semilavorati e dei componenti nel processo produttivo, fino al completamento del prodotto finito.

Possiamo dare la definizione di macchina: un dispositivo tecnico che converte una forma di energia in un lavoro utile. Classifichiamo le macchine a seconda della loro funzione:

• Macchine trasformatrici di energia:
  • Macchine motrici o motori, che convertono energia chimica, termica, elettrica in energia motrice;
  • Macchine generatrici, che trasformano energia motrice in energia elettrica, idraulica, ecc.;
• Macchine operatrici: sono quelle che realmente svolgono la trasformazione del materiale;
• Macchine trasmettitrici: fanno da tramite tra chi dà la forza e chi deve effettuare il lavoro meccanico.

Galileo ha definito le macchine come «sistemi formati da due elementi, cioè un motore (una forza) ed un congegno meccanico in grado di usare tale forza per conseguire lo specifico scopo desiderato».

Nella prima rivoluzione industriale si usavano macchine tradizionali che sostituivano i muscoli dell’uomo. Nella seconda rivoluzione industriale c’era l’uso di macchine cibernetiche, dotate di autocontrollo, che sostituiscono il cervello dell’uomo. Le macchine, nella loro gran varietà di tipologia, presentano come aspetto comune la continua richiesta di competitività che dal loro utilizzo le industrie si aspettano. Produttività e costo delle macchine sono i due fattori che sanciscono il livello competitivo di ogni bene strumentale.

Il sistema produttivo può essere schematizzato in due modi diversi. Con un primo schema si può delineare un “sistema produttivo in senso stretto”: in questo caso vengono presi in considerazione, come fattori, principalmente il capitale ed il lavoro; combinati tra loro da uno o più processi tecnologici. Il secondo schema prende in considerazione anche altri elementi, esterni al «sistema produttivo in senso stretto»: questi elementi sono le risorse naturali; dal punto di vista dei risultati del processo produttivo, tali elementi sono i rifiuti, i quali vengono scaricati nell’ambiente e che si potrebbero definire «merci ad utilità negativa». La convenienza del riciclaggio degli scarti industriali può influenzare notevolmente la scelta della tecnologia: un processo tecnologico, anche se produce elevati scarti, può risultare più conveniente di un processo alternativo che produce scarti inferiori nel caso in cui gli scarti del primo processo siano convenientemente riciclabili.

Tre sono i principali settori industriali particolarmente attivi nella realizzazione di «innovazioni di processo» finalizzate all’utilizzo degli scarti di produzione:

• Il settore delle materie plastiche;
• L’industria del ferro;
• L’industria che utilizza i metalli del gruppo del platino.

Un processo che generi quantitativi relativamente elevati di scarti, che possono essere riutilizzati in un altro processo, può essere preferibile ad uno che generi minori quantitativi di scarti non riutilizzabili. Questi orientamenti hanno portato alla concezione dei moderni cicli produttivi con i quali non si produce una sola merce, ma più merci contemporaneamente, integrando fra loro differenti processi produttivi. È necessario chiudere il ciclo! Le attività di recupero di materia da rifiuti si distinguono in attività di riutilizzo e di riciclaggio. Si parla di riutilizzo quando un oggetto recuperato è reimpiegato con la stessa funzione originaria. Si parla di riciclaggio quando i materiali sono riutilizzati nella fase di manifattura di prodotti con funzioni anche diverse da quella originaria.

Per riciclaggio s’intende l’insieme di strategie volte a recuperare materiali dai rifiuti per riutilizzarli, invece di smaltirli. Possono essere riciclate materie prime, semilavorati, o materie di scarto derivanti da processi di lavorazione. Il riciclaggio previene lo spreco di materiali potenzialmente utili, riduce il consumo di materie prime, e riduce l’utilizzo di energia, e conseguentemente l’emissione di gas serra.

Fattori che intervengono nella scelta dell’ubicazione degli impianti industriali:

• Pianificazione territoriale;
• Costi delle aree fabbricabili e di realizzazione dei fabbricati;
• Materie prime;
• Costo dei trasporti;
• Struttura del mercato;
• Manodopera;
• Energia;
• Impatto ambientale.

L’utilizzazione delle risorse naturali per produrre merci comporta inevitabili interferenze con l’ambiente. Tali interferenze si possono manifestare sotto forma di vero e proprio dissesto del territorio, laddove vengono prelevate le risorse a causa di disboscamenti, stravolgimenti del suolo per attività minerarie, cave, ecc. e sotto forma di inquinamento, soprattutto nelle località dove le merci vengono prodotte e utilizzate.

L’ecointensità è un indicatore dello sfruttamento della natura per unità di benessere prodotto. L’obiettivo è la progressiva riduzione dell’ecointensità per ottenere il de-linking: procedendo nella direzione della sostenibilità, il valore diminuisce. L’eco-produttività è un indicatore di produzione di benessere per unità di sfruttamento della natura. Procedendo nella direzione della sostenibilità, il valore aumenta. La definizione dello sviluppo sostenibile, che “garantisce i bisogni del presente senza compromettere le possibilità delle generazioni future di fare altrettanto”, mira alla qualità della vita, alla pace e ad una prosperità crescente e giusta, in un ambiente pulito e salubre.

La crescita economica viene espressa generalmente con PIL. Con il termine sviluppo si intende l’insieme delle modifiche nella struttura economica, sociale, istituzionale e politica che sono necessarie per realizzare la transizione da una economia ad un’altra. Sviluppo significa miglioramento, progresso: indica un cambiamento verso una situazione preferibile a quella presente, che porti delle trasformazioni positive a coloro che la vivono. Le modifiche sono anche di tipo qualitativo, e non solo quantitativo. Una società che attraversa una fase di sviluppo economico assiste ad una serie di cambiamenti. L’utilità, intesa come benessere o soddisfazione, deve essere incrementata dallo sviluppo economico. Il fattore generalmente ritenuto responsabile di tale incremento è il livello del reddito pro capite. Sviluppo e sostenibilità devono procedere insieme. Per evitare che le generazioni future abbiano a vivere in un pianeta impoverito e incapace di soddisfarne i bisogni e le aspirazioni, è necessario impiegare in modo accorto le risorse naturali disponibili.

Comunemente, il Prodotto Interno Lordo (PIL) è l’indicatore più utilizzato come surrogato delle misure di benessere (economico). Misura la maggiore disponibilità di reddito all’interno di un Paese. Il PIL è una misura del livello e del valore di tutte le attività economiche di un paese nell’arco di un anno. Tuttavia, il PIL presenta dei limiti:

• Ecologici: non considera il consumo di risorse naturali e i costi ambientali dell’inquinamento come contributi negativi; anzi, il PIL cresce al crescere delle attività inquinanti e delle attività di inquinamento;
• Sociali: ignora tutto ciò che non è monetizzabile, non considera la distribuzione del reddito, non considera gli effetti di dipendenza economica di un paese da un altro.

Lo sviluppo sostenibile ruota attorno a quattro concetti fondamentali:

1. Sostenibilità economica: intesa come capacità di generare reddito e lavoro per sostenere la popolazione;
2. Sostenibilità sociale: intesa come capacità di garantire condizioni di benessere umano equamente distribuite per classi e genere;
3. Sostenibilità ambientale: intesa come capacità di mantenere qualità e riproducibilità delle risorse per le generazioni future;
4. Sostenibilità istituzionale: intesa come capacità di assicurare condizioni di stabilità, democrazia, partecipazione, giustizia.

Il metabolismo è l’insieme dei processi che avvengono in un organismo vivente e che consentono di trasformare materiali ad alto contenuto energetico e a bassa entropia. Così come gli organismi viventi, anche il sistema economico è un sistema dissipativo, auto-organizzato, in una condizione statica lontana dall’equilibrio termodinamico. Il sistema è stabilizzato attraverso l’equilibrio tra domanda e offerta. In entrambi si realizza un flusso libero di energia. La “tecnosfera”, cioè l’insieme degli oggetti fabbricati e usati dagli esseri umani, si dilata continuamente. Si possono distinguere tre principali punti di leva rispetto al metabolismo dei materiali: il sistema di prodotto all’entrata delle risorse primarie, e l’uscita dei rifiuti e dei residui.

Lezione 2: Introduzione alle problematiche ambientali

L’ambiente è l'insieme delle risorse indispensabili a garantire la vita di tutte le specie viventi, animali o vegetali, semplici e complesse, presenti sul pianeta Terra. L’insieme dei fattori che determinano la sopravvivenza di un organismo e la conservazione della specie cui esso appartiene nel corso del tempo.

L’inquinamento è l'insieme delle sostanze nocive che vengono immesse nell'ambiente in cui viviamo oppure il degrado dell'ambiente causato dall'immissione, da parte dell'uomo, di sostanze che ne alterano le caratteristiche chimico-fisiche. Per un naturalista, il cui concetto di ambiente è legato essenzialmente all’ambiente naturale, la definizione di inquinamento riflette l’obiettivo della conservazione e protezione dell’ambiente naturale. In questo senso è definibile inquinamento ogni azione umana che comporti una modificazione degli equilibri e delle caratteristiche dell’ambiente naturale. Questa definizione risulta senz’altro troppo rigorosa se adottata in senso lato, in quanto tutti gli ambienti naturali, chi più chi meno, sono in continua, più o meno lenta, modificazione.

Secondo la convenzione di Barcellona, inquinamento significa introduzione da parte dell’uomo, direttamente o indirettamente, di sostanze nell’ambiente marino, tali da provocarvi effetti deleteri dannosi per le risorse viventi, pericolose per la salute umana, di ostacolo alle attività marine, inclusa la pesca, di compromissione della qualità dell’acqua in relazione al suo uso, compresi gli usi ricreativi ed estetici. Con il temine di inquinamento ambientale si intende la variazione della composizione dell’aria, del suolo e dell’acqua provocata dall’emissione di agenti inquinanti provenienti dalle attività umane e tali comunque da agire negativamente sull’ambiente, nel senso che possono interferire con il ritmo di crescita delle specie viventi o danneggiare la salute umana e/o il territorio. Gli agenti inquinanti possono essere di origine chimica o fisica.