Digitalizzazione dell'industria da una prospettiva energetica

La rivoluzione digitale - foglio informativo di 2 pagine del Joint Research Center

La rivoluzione digitale

Ladigitalizzazione è l'uso innovativo delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione, in particolare la diffusione su larga scala di dispositivi intelligenti e sensori, che spesso comporta la raccolta e l'analisi di grandi dati. Queste e altre tecnologie rilevanti (come le piattaforme online, il cloud computing, l'Internet industriale delle cose, i gemelli digitali, la stampa 3D, i robot, l'intelligenza artificiale e la blockchain) sono elementi della produzione avanzata, o produzione intelligente integrata - la quarta rivoluzione industriale.

Ladigitalizzazione offre opportunità per l'occupazione altamente qualificata e l'innovazione, l'integrazione delle energie rinnovabili e la riduzione dei costi operativi. Ottimizza le operazioni industriali e la pianificazione, collega i produttori e gli utenti di energia, e facilita nuovi modelli di business basati sull'economia circolare, la condivisione e il leasing.

In questo modo, la digitalizzazione contribuisce ai cambiamenti nella progettazione del mercato energetico, guida lo sviluppo di città, fabbriche, comunità ed edifici intelligenti, e rende il teleriscaldamento e il raffreddamento più economici ed efficienti. In tutta l'economia, le strategie si stanno spostando dall'uso della digitalizzazione semplicemente per tagliare i costi e aumentare la produzione, verso lo sviluppo di flussi di entrate da nuovi servizi e dalla personalizzazione.

Digitalizzazione vantaggiosa

La digitalizzazioneaumenta l'efficienza in tutti i settori industriali, compresi quelli ad alta intensità energetica, e in ogni fase della progettazione e produzione di prodotti e processi:

• Quasi tutto viene progettato con software per computer, dagli edifici ai telefoni cellulari agli imballaggi. Usare le tecnologie digitali per progettare prodotti per il riuso, la condivisione, il riutilizzo e il riciclaggio può diventare il default.
• L'intelligenza artificiale e i controlli intelligenti possono aumentare il ritmo e l'autonomia della sperimentazione, rendendo la ricerca e lo sviluppo più economici e riducendo la grande quantità di energia utilizzata per la ventilazione.
• I gemelli digitali e l'analisi dei dati ottimizzano continuamente i processi di produzione per l'efficienza e la sicurezza, identificano le opportunità di risparmio e permettono la manutenzione predittiva.
• I benefici dei robot (specialmente nella produzione di automobili ed elettronica) e della stampa 3D (nel settore aerospaziale, delle attrezzature mediche e dei trasporti) includono una maggiore precisione e una riduzione degli sprechi.
• L'Internet delle cose permette una maggiore tracciabilità dei materiali e dei prodotti (anche a fine vita), e aumenta i tassi di utilizzo dei beni di consumo, dei veicoli e delle infrastrutture fisiche. Si prevede che il numero di dispositivi connessi in tutto il mondo crescerà da 15 miliardi nel 2015 a 75 miliardi nel 2025 (Statista in IRENA, 2019).
• Blockchain può essere utilizzata per ridurre i costi operativi; migliorare la sicurezza o l'efficienza delle transazioni; dimostrare la proprietà; l'origine o l'autenticità; evitare frodi e contraffazioni; o eseguire automaticamente i contratti. Le sfide includono l'integrazione con altre tecnologie digitali, il costo della migrazione e l'interoperabilità.
• Le tecnologie digitali migliorano la consegna ottimizzando le spedizioni, i percorsi e i sistemi di traffico. C'è anche il potenziale per la produzione distribuita per ridurre le distanze lungo le catene di fornitura dei prodotti.

Le tecnologie digitali e i nuovi servizi che abilitano richiedono energia per funzionare. E nella misura in cui la digitalizzazione migliora l'efficienza dell'uso dell'energia, può anche incoraggiare l'industria a usarne di più. In aggregato, ci sono prove significative che i guadagni di efficienza energetica derivanti dall'applicazione di controlli di processo digitali avanzati possono produrre risparmi significativi a costi netti minimi o nulli (IEA, 2017). Tuttavia, data l'incertezza del potenziale effetto netto, gli approcci previsionali sono appropriati. A livello economico, si stima che il passaggio a prodotti e servizi intelligenti (automazione) comporti un risparmio energetico aggiuntivo nel 2050 del 5% in uno scenario "Efficiente" e del -11% (cioè un risparmio energetico perso) in uno scenario "Inefficiente" (Fraunhofer ISI, 2019).

I risparmi potenziali variano a seconda del tipo di attività, dei sistemi di gestione, della cultura e del grado di integrazione della supply-chain. Molte strutture industriali saranno in grado di identificare investimenti alternativi che possono risparmiare più energia della digitalizzazione, presa isolatamente. Tuttavia, ci sono importanti sinergie da tenere a mente: le tecnologie digitali facilitano altre misure di efficienza energetica, e a loro volta diventano ancora più vantaggiose una volta che l'efficienza energetica è stata migliorata. Dovrebbero essere presi in considerazione anche una serie di altri benefici, come i costi operativi ridotti (e meno volatili), meno tempi morti e una migliore qualità del prodotto.

Per esempio, l'assemblaggio delle turbine eoliche può essere ottimizzato usando la tracciabilità dei dati. Basandosi su processi consolidati della produzione di camion, SiemensGamesa Renewable Energy ha implementato un sistema just-in-sequence per ridurre al minimo gli errori di produzione, e trasportatori modulari semoventi controllati a distanza per spostare le parti completate dalla linea di assemblaggio su navi specializzate roll-on/roll-off.

La digitalizzazione nell'industria può anche aiutare a mantenere la stabilità e l'affidabilità della rete. L'uso dell'Internet delle cose per collegare, aggregare e controllare i carichi può permettere all'industria di partecipare ai mercati di regolazione della frequenza e fornire servizi di bilanciamento alla rete. La risposta alla domanda è già in atto in Finlandia, Francia e altrove. Col tempo, questo dovrebbe stimolare lo sviluppo di sistemi energetici intelligenti che collegano i cluster industriali con la produzione di energia, gli edifici residenziali e il teleriscaldamento e raffreddamento.

Un altro importante beneficio è che la digitalizzazione promuove l'elettrificazione dei processi, e quindi l'integrazione di quote maggiori di energie rinnovabili. Anche i benefici sociali più ampi, come il miglioramento della qualità dell'aria, dovrebbero essere presi in considerazione.

Cosa bisogna fare?

Il principio di "efficienza energetica prima di tutto" dovrebbe essere applicato in tutte le fasi della progettazione e dello sviluppo - e qualsiasi effetto di rimbalzo emergente dovrebbe essere attentamente monitorato. Su questa base, le politiche dovrebbero incoraggiare un'ampia adozione delle tecnologie digitali e permettere la partecipazione alla risposta alla domanda.

Il livello di digitalizzazione e l'adozione delle tecnologie varia considerevolmente da uno Stato membro all'altro, da una regione all'altra e dalle dimensioni dell'azienda. Gliinvestimenti pubblici possono essere necessari per affrontare questo problema, così come l'estensione della banda larga fissa e mobile ad alta capacità alle regioni meno popolate e remote.

Sebbene l'Europa sia in una buona posizione in termini di qualità della ricerca e numero di start-up, è in ritardo rispetto a Giappone, Corea e Stati Uniti nel numero di brevetti di intelligenza artificiale depositati o concessi ogni anno (OCSE in González Vázquez, 2019). Inoltre, le tecnologie digitali per i processi industriali devono essere assolutamente affidabili e questo richiede ingegneri del software altamente qualificati e test approfonditi. I finanziamenti per la ricerca e lo sviluppo dovrebbero essere incrementati, anche per nuovi modelli di business, e le attività di standardizzazione e interoperabilità dovrebbero essere intensificate.

La digitalizzazione offre benefici economici attraverso una maggiore produttività e nuovi posti di lavoro nella produzione avanzata e nei servizi di supporto. Tuttavia, la sua diffusione richiede un'attenta considerazione dell'impatto sui posti di lavoro esistenti, in particolare quelli che comportano compiti fisici prevedibili, di routine e ripetitivi. Circa il 15% dell'occupazione nell'UE è nell'industria, una quota che è rimasta stabile tra il 2016 e il 2018 (Eurostat, 2019).

Mentre la digitalizzazione influisce sulla struttura complessiva dell'occupazione, sono in gioco anche molti altri fattori, tra cui l'urbanizzazione, la deindustrializzazione e le istituzioni del mercato del lavoro. Ad oggi, l'effetto netto del cambiamento tecnologico sull'occupazione sembra essere neutro o addirittura positivo, una volta presi in considerazione i processi di aggiustamento tra imprese e settori (González Vázquez, 2019). Tuttavia, è possibile che la digitalizzazione sia diversa, e qualunque sia l'effetto netto influirà su milioni di posti di lavoro, quindi sarebbe prudente continuare a monitorare e prevedere la tecnologia.

Cosa si sta già facendo?

Ilpacchetto "Energia pulita per tutti gli europei" e la revisione della direttiva sul rendimento energetico degli edifici contenevano importanti passi nella giusta direzione, con la digitalizzazione che ora gioca un ruolo di primo piano nella progettazione del mercato dell'elettricità e nella decarbonizzazione degli edifici. L'European Green Deal sta dando un nuovo impulso a questo lavoro, con al centro le due transizioni climatica e digitale.

L'Europa ha già investito un miliardo di euro in progetti pilota su larga scala di piattaforme industriali digitali tramite Horizon 2020, aumentando la cooperazione tra le catene di valore e gli Stati membri. Le principali opportunità di finanziamento nel prossimo quadro finanziario pluriennale sono il programma InvestEU, Horizon Europe, Digital Europe, il meccanismo per collegare l'Europa e i fondi strutturali e di investimento.

Un esempio di un'iniziativa in questo settore è la piattaforma di specializzazione intelligente per la modernizzazione industriale, che combina la specializzazione intelligente e la cooperazione interregionale per aumentare la competitività industriale e l'innovazione. Tutte le regioni dell'UE con i loro cluster e partner industriali sono incoraggiate a partecipare e un partenariato in una nuova area tematica può essere proposto da qualsiasi regione o gruppo di regioni dell'UE. I Digital Innovation Hubs agiscono come uno sportello unico offrendo alle imprese l'accesso a conoscenze, metodi e software, piattaforme tecnologiche e strutture di prova.

Sul lato normativo, un esempio è il Comitato europeo di normalizzazione-Comitato europeo di normalizzazione elettrotecnica (CEN-CENELEC), che ha sviluppato standard per le reti elettriche e di telecomunicazione, sistemi di gestione dell'energia, formati di dati per la fatturazione elettronica e competenze digitali.

Conclusione

L'industria europea si sta imbarcando in una doppia transizione climatica e digitale, e ci sono importanti sinergie tra le due, in particolare il potenziale di risparmio energetico e di decarbonizzazione. La digitalizzazione ha anche il potenziale di sconvolgere il mercato del lavoro e i modelli di occupazione. Tuttavia, nuove politiche basate su una comprensione olistica dei settori energetico e digitale potrebbero mitigare questi effetti collaterali e massimizzare i benefici.

Feedback e suggerimenti sono benvenuti e possono essere inviati a Lorcan Lyons: lorcan.lyons(at)ec.europa.eu.