Il concetto dell energia incorporata nei prodotti/processi dell industria delle costruzioni

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1 Facoltà di Architettura Università degli Studi di Firenze - a.a Corso di Laurea in Progettazione dell Architettura Corso integrato di Progettazione Integrale Il concetto dell energia incorporata nei prodotti/processi dell industria delle costruzioni Marco Masera, prof marco.masera@unifi.it

2 L analisi dei flussi dei materiali e l analisi dei processi di produzione Strategie integrate verso una riduzione dell uso delle risorse naturali nelle filiere della produzione edilizia Ripensare il quasi nulla di Mies Van der Rohe Sottesa è l applicazione del principio di precauzione Nei progetti, nelle decisioni normative ed amministrative si deve costantemente affrontare il dilemma di equilibrare le libertà e i diritti degli individui, delle industrie e delle organizzazioni con l esigenza di ridurre o eliminare il rischio di effetti negativi per l ambiente o per la salute. L adozione del principio di precauzione contribuisce a distinguere due aspetti: la decisione politica di agire o di non agire, informata dai fattori che richiedono l utilizzazione del principio di precauzione e, in caso affermativo, di come agire, vale a dire quali sono le misure derivanti da tale utilizzazione del principio di precauzione 2

3 L analisi dei flussi dei materiali e l analisi dei processi di produzione Riduzione del ruolo dei governi in termini di controllo degli inquinamenti e di prevenzione Lo stato ha invece sempre più il ruolo di "facilitare:' i cambiamenti istituzionali Alle imprese è affidato il compito di produrre interazioni positive tra economia e ambiente Ciò richiede di cambiare i modelli di produzione nel contesto dello sviluppo sostenibile o di procedere verso un modello di decrescita economica o di incentivare strategie di utilizzo efficiente delle risorse 3

4 L analisi dei flussi dei materiali e l analisi dei processi di produzione Approcci Ipotesi relativiste: nessun approccio corrente presenta un "piano generale È ammessa l incertezza la conoscenza limitata e l'imperfezione di soluzioni tecniche (secondo la logica del trial-and error, per tentativi) Esistenza di strategie idonee a "conoscere ciò che è sconosciuto" 4

5 L analisi dei flussi dei materiali e l analisi dei processi di produzione Concetti analitici carrying capacity ossia la soglia del danno metabolismo industriale Georgescu Roegen, 1971 e altri Come gestire la quantità la qualità dei materiali e dell energia utilizzati dai processi produttivi Ecologia industriale strumento mediante il quale si mantiene la carrying capacity entro i limiti di criticità. Obiettivo è l ottimizzazione delle risorse, dell uso dell energia e dei capitali. Il Natural Step (TNS) pianificazione strategica, piattaforma di pianificazione, supporto all implementazione e analisi dei risultati 5

6 L analisi dei flussi dei materiali e l analisi dei processi di produzione Concetti analitici Dematerializzazione contrazione dei flussi di materia (quantità di materiali e velocità dei processi) Approccio incentrato sulla qualità del metabolismo industriale Ecoefficienza, Produttività delle risorse e Fattore X Obiettivi strategici Fattore 4, Fattore 10 ossia decuplicare l efficienza nello sfruttamento delle risorse De-linking fra benessere e sfruttamento della natura Emissioni zero mix di approcci, concetto di economia basata sul continuo riciclo. Concetto di cluster o gruppi omogenei 6

7 Metodologia ZERI 1. Produzione totale: minimizzare gli input e massimizzare gli output. L'obiettivo ottimale è l'utilizzo completo degli input 2. Modelli output-input: inventario di tutti gli "scarti ricerca su come trasformare gli output in input 3. Cluster industriali: i modelli di output-input vengono utilizzati per individuare potenziali candidati per i cluster. Quali sono i cluster per il comparto edile? 7

8 Metodologia ZERI 4. Ricerca sulle tecnologie avanzate: innovare le tecnologie di produzione e di trasformazione di output e input inefficaci e svantaggiose analisi di sistema 5. Politica industriale: l'identificazione dei cluster individuazione delle tecnologie politiche di indirizzo far collaborare settori non connessi iniziative di sostegno da parte di amministratori, industria e mondo accademico Informazione globale: condivisione delle conoscenze 8

9 La logica della dematerializzazione La dematerializzazione è rivolta alle attività industriali e alla struttura delle economie nazionali analisi di sistema Prescrizione: il modello di produzione e di consumo utilizzato nelle economie industrializzate, cioè il flusso pro capite di materiali e di energia, non può essere applicato a livello mondiale la dematerializzazione è una strategia complementare all'approccio della detossificazione paradigma "prevenzione e controllo dell'inquinamento" 9

10 La logica della dematerializzazione secondo il Wuppertal Institut poiché tutti i processi industriali comportano l'estrazione di risorse naturali dalla terra, la loro trasformazione in beni e servizi e lo scarto di rifiuti di ogni genere, è proprio il ciclo dei materiali (il flusso dalla natura all'economia e viceversa) a essere fondamentale sia per l'economia che per l'ecologia (Sachs, 1999) La natura serve da fattore produttivo per le attività economiche dell'uomo sia in termini di risorse naturali (materiali, energia, terra) che in termini di capacità di assorbire i residui derivanti dalle attività economiche. 10

11 La logica della dematerializzazione secondo il Wuppertal Institut carrying capacity - cambiamento climatico ancor più che l'esaurimento delle risorse naturali effetti negativi sugli ecosistemi locali e regionali (ad esempio l'estrazione dei minerali, la riduzione delle falde freatiche, le emissioni generate dall' attività estrattiva e dai cambiamenti nell'utilizzo dei terreni). 11

12 La logica della de-materializzazione secondo il Wuppertal Institut: lo zaino ecologico Rapporto causale tra input e output: legge della conservazione della materia Una riduzione (quantitativa) dei materiali in entrata è uno strumento strategico per diminuire quantitativamente i materiali in uscita che ritornano al sistema naturale e, di conseguenza, i tradizionali problemi ambientali. È sensato considerare il flusso totale dei materiali un fattore associato alle attività umane. "flussi nascosti" o "zaini ecologici : Buona parte dell'input di materiali non arriva alla sfera dell'economia sotto forma di prodotti, ma permane in forma degradata o viene scartata L'approccio della de-materializzazione registra e tratta separatamente alcuni flussi specifici relativi a certi problemi sebbene l analisi riguardi il metabolismo totale. 12

13 Cosa è insostenibile nel comparto delle costruzioni Energia Materiali Confronto di materiali Protocollo di Kyoto Conclusioni 13

14 Fondamenti sull energia Dal lato dell offerta: da dove viene l energia? Dal lato della domanda: dove va l energia? L edilizia consuma nei paesi industrializzati dal 33% al 37% dell energia primaria (divise le quote rimanenti fra industria e trasporti) 14

15 Contabilità dell energia spesa in edilizia Negli U.S. si contabilizza: l uso del 37% dell energia totale prodotta (65% di questa è elettricità) 30% delle emissioni che contribuiscono all effetto serra 15

16 Energia per uso residenziale negli U.S. 16

17 Energia incorporata e Energia di funzionamento L energia incorporata è l energia consumata durante la produzione/costruzione (inclusa l estrazione, la produzione, il trasporto, l installazione, ecc.) L energia di funzionamento è l energia consumata durante la vita della costruzione. L energia richiesta per la manutenzione e sostituzione dei componenti e l energia per la demolizione vanno considerate nel conto dell energia incorporata o nell energia di funzionamento? 17

18 Energia incorporata e energia di funzionamento 18

19 Esempio di scomposizione di energia incorporata 19

20 Ordini di grandezza di riferimento di energia incorporata per alcuni materiali edili 20

21 Alte energie incorporate vs. basse energie incorporate Materiali con minori intensità di energia incorporata quali calcestruzzo, laterizi e legno sono frequentemente utilizzati in larga quantità Materiali a maggior intensità di uso di energia quali gli acciai austenitici sono utilizzati in minor misura Come risultato il rilevante ammontare di energia incorporata in un edificio può derivare da materiali di con variabile quantità di energia incorporata. 21

22 Risparmi energetici dal riciclo dei materiali 1 Btu = J = 252 cal 22

23 Sprechi e perdite 23

24 Sprechi e perdite L EPA Enviromental Protection Agency stima per gli U.S. in 136 tonn le perdita generate dalle costruzioni ogni anno. I maggiori quantitativi provengono da demolizioni e rinnovi e per quasi la metà si tratta di cemento armato 24

25 Come scegliere e progettare i materiali Energia Ambiente Costi Durabilità Resistenza 25

26 Considerazioni sul calcestruzzo Composto di materiali reperibili in loco Può incorporare materiali riciclati o provenienti dallo zaino ecologico di altri prodotti (ceneri, loppe d altoforno ecc.) Il costo energetico del calcestruzzo può essere ripartito cicli di vita molto lunghi. Rispetto all acciaio ad esempio presenta una massa termica che smorza le oscillazioni di temperatura nei cicli di riscaldamento e raffreddamento dell edificio. 26

27 Svantaggi ambientali del calcestruzzo La produzione del cemento è responsabile di circa il 5% delle emissioni globali di CO2 Alta energia e rilascio di CO2 durante il processo di calcinazione dei componenti La produzione di cemento sta crescendo in tutto il pianeta 27

28 Flusso di materiali grezzi in peso negli U. S. dal (da Wagner, 2002). 28

29 Andamento dell incremento demografico confrontato con il consumo di rame 7 World Copper Population Vs Consumption Billion People B Lbs Cu World Population World Consumption 29

30 Andamento nella produzione di cemento e acciaio 30

31 Andamento nel consumo di acciaio pro capite. (Confronto dati medi mondiali e U.S.) 31

32 Andamento del consumo di energia e di CO2 in EU per la produzione di acciaio 32

33 Vantaggi ambientali nella produzione dell acciaio Carichi inferiori, quindi minori opere di fondazione Riciclo potenzialmente infinito Durabilità se protetto dalla corrosione Quantità di riciclo fino al 95% 33

34 Svantaggi Consumo elevatissimo di energia proveniente prevalentemente da combustibili fossili emissioni inquinanti elevate La minore massa utilizzata è anche minore massa termica se confrontata con il calcestruzzo richiede maggior isolamento È suscettibili di processi di corrosione 34

35 Quale materiale può costituire un modello di riferimento? Proveniente da risorse rinnovabili Totalmente riusabile, riciclabile e biodegradabile Con la minore richiesta di energia per unità di prodotto Con ridotte emissioni nocive nell ambiente il legno?? 35

36 Modulo Elasticità (E) in rapporto alla massa (volumica) 36

37 Energia incorporata in rapporto al modulo di elasticità 37

38 Energia incorporata in rapporto al modulo di elasticità 38

39 Acciaio e Calcestruzzo Materiali ad alta intensità energetica Con associate alte emissioni di CO2 Materiali dominanti nel campo strutturale Standard industriali Molti progettisti progettano esclusivamente con questi materiali Economie di scala L acciaio è molto duttile, è capace di assorbire energia prima di collassare Quali altri materiali possono essere utilmente confrontati con l acciaio e il cemento? 39

40 Comparazione ecologica dei materiali Ogni materiale ha vantaggi e svantaggi dal punto di vista ambientale La scelta dei materiali dipende dalle condizioni locali e da problemi di carattere progettuale L energia incorporata è una delle numerose considerazioni a carattere ecologico che possono essere sviluppate 40

41 Emissioni di CO2 negli U.S. Gli U.S. contano il 5% della popolazione mondiale a fronte del 25% del contributo all effetto serra Il Regno Unito si è impegnato a tagliare le emissioni di CO2 del 60% per il 2050 (molto al di sopra degli obiettivi del protocollo di Kyoto) 41