REDiRECT - OR 1

OR 1 | Studio e applicazione di procedure di valutazione della sostenibilità e di metodi e tecnologie per la selezione e l'impiego efficiente dei materiali

SCOPO
Selezionare e validare strumenti per la valutazione dell’impatto ambientale, socioeconomico e tecnologico a supporto dell'eco-design.

Tipologia: Ricerca Industriale

Risultato Finale: | RF1 | Modelli di analisi della sostenibilità, di eco-progettazione e controllo qualità

Partner responsabile: Università di Modena e Reggio Emilia

Durata: 28 mesi

Sedi Operative: Modena e Reggio Emilia

DESCRIZIONE

L’approccio adottato per lo sviluppo del progetto integra l'olismo su cui si basano le metodologie del ciclo di vita per gli assessment di sostenibilità, con la sistemica che invece caratterizza il paradigma dell'industria 4.0. In pratica, con l'approccio olistico, saranno individuati tutti gli elementi (processi, flussi di risorse e informazioni) che compongono la filiera ceramica (dalla culla alla tomba, cioè dalla miniera al fine vita del prodotto ceramico) valutandone l'impatto che essi esercitano sull'ambiente, sulla società e sull'economia.

Inoltre, si progetteranno e si produrranno nuove formulazioni di impasti ceramici da gres porcellanato, partendo da materie prime nazionali che sostituiranno materie prime UE ed extraUE. Lo stesso verrà fatto con gli impasti per smalti e ingobbi con alta riflettanza solare. Sulla base dei dati di reingegnerizzazione degli impasti, si introdurrà un nuovo concetto di sostenibilità tecnologica che potrà essere utile a comprendere, tramite indici opportuni, quanto un processo produttivo è virtuoso, ai fini della produzione di materiali ceramici aventi le proprietà richieste dal mercato.

Verrà quindi definito un indice di circolarità che terrà conto degli assessment di sostenibilità ambientale, sociale, economica e tecnologica con il quale, all'interno di un ambiente simulativo, sarà possibile formulare un modello predittivo per la transizione circolare e definire una procedura per la transizione circolare.

ATTIVITÀ

Per raggiungere lo scopo dell'OR sono state eseguite le attività descritte di seguito.

1.1 Studio di un dataset per il Sourcing Life Cycle Inventory (LCI)

Preparazione di un nuovo dataset per la supply chain.

L’OR 1.1 “Studio di un dataset per il Sourcing Life Cycle Inventory (LCIS)” ha previsto la redazione di analisi di inventario sito-specifiche, per la valutazione d’impatto ambientale, tramite la metodologia Life Cycle Assessment (LCA), dell’estrazione e/o della lavorazione di tre materie prime destinate al settore ceramico ad opera della società mineraria Eurit S.r.l.

Si è proceduto con la schematizzazione, all’interno del codice di calcolo SimaPro 9.3, dell’LCI relativo all’estrazione, alla lavorazione e al ripristino ambientale del minerale eurite presso la miniera “La Crocetta” ubicata all’Isola d’Elba (LI) e del minerale riolite presso la miniera “I Piloni” a Roccastrada (GR) e alla lavorazione del minerale feldspato sodico potassico presso Buddusò (OT).

Il LCIS customizzato per l’industria mineraria (sourcing), riferito alle tre risorse oggetto di studio, è stato successivamente integrato a quello relativo alla fase di manufacturing (LCIM), in modo da realizzare un’analisi di inventario estesa a tutta la supply chain (LCISC) e basata su un approccio from cradle to gate, caratterizzata da una percentuale di dati primari maggiore del 70÷80%.

1.2 Assessment di sostenibilità della fase di sourcing

Valutazione ambientale e socio-economica dell'attività mineraria.

Tre sono i risultati finali perseguiti in questa attività: la definizione dell'Environmental Sourcing Assessment (LCA - Life Cycle Assessment), dell’Economic Sourcing Assessment (LCC - Life Cycle Costing), e del Social Sourcing Assessment (S-LCA - Social Life Cycle Assessment), adattandoli al settore minerario.

Il LCA ha permesso di raggiungere un elevato grado di conoscenza degli impatti ambientali relativi ai minerali utilizzati nel settore ceramico. In particolare, sulla base dei risultati raggiunti nell’OR 1.1, l’analisi ambientale è stata condotta mediante la metodologia LCA sulle seguenti miniere e cave nazionali: la miniera “La Crocetta” situata a Porto Azzurro (Livorno), la miniera “I Piloni” a Roccastrada (Grosseto) e l’impianto di recupero degli sfridi lapidei di Buddusò (Olbia-Tempio). Il risultato di maggiore rilievo è il completamento dell’assessment ambientale della fase di Sourcing, che partiva da una baseline inesistente. I risultati mid-point ed end-point della valutazione di impatto ambientale, condotta su tutti e tre i siti minerari, tengono conto di indicatori ambientali, costruiti ad-hoc dal gruppo di ricerca di UNIMORE, variabili con gli anni di estrazione e in grado di quantificare il depauperamento delle tre risorse studiate.

Il LCC prende in considerazione 4 categorie d’impatto: la capacità aziendale rispetto alla sua competitività economica (competitiveness), il livello di resilienza economica (economic resilience), l’agilità economica (economic agility) e la sua stabilità finanziaria (financial stability).

Il S-LCA, invece, è stato costruito valutando il livello di sostenibilità sociale d'impresa sviluppato rispetto a 5 categorie di stakeholders, ovvero i lavoratori, la comunità locale nella quale opera l’impresa, la società in senso lato, i consumatori e gli altri attori appartenenti alla value-chain. Le categorie di impatto considerate sono le seguenti: human capital, social capital, natural capital ed economic capital.

Il LCC e il S-LCA sono componenti fondamentali del Multidimensional Sustainable Circularity Index (MSCI) sviluppato nell’OR 1.5.

1.3 Assessment di sostenibilità tecnologica

Costruzione di un set di indici per la sostenibilità tecnologica.

Nel settore manifatturiero le innovazioni tecnologiche permettono alle aziende di minimizzare l'impatto della loro attività sull'ambiente e di contribuire alla valorizzazione delle società in cui operano. La tecnologia può quindi essere una leva per generare comportamenti sostenibili, confermando come innovazione e sostenibilità costituiscano un binomio sempre più stretto. Tuttavia, la natura di questa relazione è stata esplorata dai ricercatori e dagli operatori quasi esclusivamente in termini di grado di sostenibilità delle soluzioni tecnologiche. Manca un approfondimento su come un prodotto o un processo, oltre ad essere sostenibile dal punto di vista ambientale e socioeconomico, debba o possa essere anche tecnologicamente sostenibile. Pertanto, per il settore minerario e ceramico che sono manifatture ad alta intensità d’uso di risorse e di tecnologie, diventa importante verificare come i processi posso essere a loro volta sostenibili rispetto alla dimensione ambientale e socioeconomica. In questo OR sono quindi stati selezionati una serie di indicatori di processo modificandoli ed adattandoli alle peculiarità dell'industria mineraria e ceramica, per creare un indice integrato di sostenibilità tecnologica che stabilisca se una soluzione tecnologica è praticabile dal punto di vista tecnico oltre che fattibile dal punto di vista ambientale, economico e sociale. Coerentemente con la prospettiva di costruzione della supply chain circolare l’attenzione è stata posta sulla correlazione tra gli indicatori di efficienza ed efficacia operativa e quelli di eco-efficienza ed eco-efficacia. L’attività si è conclusa con la realizzazione di uno strumento di assessment della sostenibilità tecnologica integrato con gli altri strumenti di assessment ambientale (LCA), economico (LCC) e sociale (S-LCA).

1.4 Studio di materiali circolari

Valutazione dell’influenza delle materie prime seconde sulla sinterizzazione degli impasti e la riflettanza solare degli smalti.

Lo studio eseguito ha portato al raggiungimento degli obiettivi richiesti dal progetto.

In particolare nell’ OR 1.4 era richiesto, nella prima parte del progetto, di formulare un impasto da gres porcellanato contenente materie prime seconde e tra tutte le materie prime seconde che ci sono state fornite da UNICAL e Eurit, dopo la loro caratterizzazione e lo studio delle nuove miscele di gres, è risultata particolarmente interessante una materia prima fornita da Eurit, che ha reso l’impasto più sostenibile, in quanto il feldspato è stato sostituito da questa MPS.

Nella seconda parte del progetto il gruppo di ricerca di UNIMORE si è dedicato allo studio di ingobbi e smalti nei quali la fritta è stata sostituita da una materia prima seconda e la formulazione è stata un po’ modificata per rendere fusibile la miscela durante il trattamento termico. Successivamente gli smalti e gli ingobbi più interessanti per le successive applicazioni industriali sono stati addizionati di materie prime speciali al fine di migliorare la loro riflettanza solare, caratteristica finale richiesta dal progetto. Questo studio ha permesso di individuare una nuova famiglia di smalti e ingobbi circolari a basso impatto ambientale e performanti dal punto di vista tecnologico ed estetico.

1.5 Studio di processi circolari e procedure di controllo

Applicazione del Multidimensional Sustainable Circularity Index (MSCI).

Il principale risultato in questa attività è la formulazione e il calcolo del Multidimensional Sustainable Circularity Index (MSCI), un nuovo indicatore sintetico che consente di valutare la performance di tutta la supply chain di Gresmalt in termini di efficacia ed efficienza economica, sociale, ambientale, tecnologica e di governance. I dati a partire dai quali è stato costruito l’indicatore sono pubblici e non proprietari, e si caratterizzano per la comparabilità, anche tra imprese con specializzazioni diverse, e la replicabilità, in nuovi settori. Il nuovo indicatore MSCI, basato su metodologie di riduzione dimensionale con connotazioni dinamiche, permette inoltre di simulare scenari per orientare la filiera verso la circolarità, influenzando le decisioni strategiche e le operazioni aziendali.

Inoltre, attraverso un’analisi qualitativa basata su interviste ad acquirenti finali, architetti/designer e rivenditori/distributori si è dimostrato come vi sia la necessità di educare e veicolare informazioni sulla sostenibilità di prodotto attraverso l’intera value-chain, facilitando le scelte d’acquisto del consumatore finale. In particolare, l’indagine fa emergere la necessità di sviluppare una etichetta in grado di cogliere la dinamica evolutiva delle dimensioni di sostenibilità, di facile e completa interpretazione da parte del consumatore finale, facilitando le scelte di consumo sostenibile e circolare anche in ambito ceramico. Il MSCI ha anche connotazioni dinamiche ed è perciò in grado di rispondere a questa esigenza (si veda OR 1.7).

1.6 Simulazione in ambiente di laboratorio della smart factory ceramica

Progettazione e collaudo del simulatore della smart factory.

I risultati della seguente attività sono così riassumibili:

Dimostrazione di come, per via simulativa, il powder plant possa essere monitorato con ottima affidabilità grazie ad una rete IoT di tipo LoRaWAN e la realizzazione di un prototipo funzionante che assolve a tale monitoraggio;
Realizzazione di una plancia interattiva disaccoppiata dai dati in ingresso, capace quindi di interfacciarsi con i sistemi informativi già presenti per l'analisi e la visualizzazione di dati già raccolti, con i risultati di altri OR, così come di operare con ulteriori estensioni in sinergia con una rete come quella definita nel punto precedente;
Progettazione di un’architettura in cloud e la sua integrazione con la plancia interattiva permettendo di operare su dati simulati per la proiezione e valutazione di ipotetici scenari futuri da parte degli utenti finali, comprendenti la composizione di impasti utilizzati in produzione per la realizzazione del prodotto finito, misure di costo, impatti ambientali ed efficienza produttiva.

1.7 Creazione di una procedura di monitoraggio per la Circular Supply Chain (CSC)

Implementazione e collaudo di un modello predittivo per la transizione circolare.

Il risultato principale dell’OR 1.7 è la formulazione in ottica dinamica del MSCI presentato nell’OR 1.5. L’evoluzione dinamica negli anni del MSCI, opportunamente integrata nei sistemi di programmazione e controllo, permette alle imprese della filiera ceramica di identificare e dare priorità alle strategie per la transizione green e di facilitare in generale il processo decisionale considerando il posizionamento strategico delle aziende nelle catene di valore. In particolare, con tale strumento si è in grado di:

pianificare e programmare le attività aziendali integrando l’effetto della filiera;
misurare gli scostamenti tra obiettivi attesi e risultati ottenuti (GAP analysis) sulla circolarità;
individuare azioni necessarie correttive dei GAP relative alla sostenibilità;
valutare le tecnologie in termini di Best Available Techniques considerando tutti gli impatti a livello di filiera: economici, sociali, ambientali, tecnologici e di governance.

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