Stampa 3D e impatto ambientale della produzione

I cambiamenti climatici sono reali e continuano a essere un argomento di attualità nell'ambito della ricerca, delle politiche pubbliche e del dialogo culturale. Ciò che un tempo era inconcepibile - ossia che l'attività umana potesse avere un impatto su qualcosa di incalcolabilmente vasto come il pianeta Terra - oggi è considerato un fatto scientifico.

L'impatto ambientale della produzione svolge un ruolo importante nei cambiamenti climatici. Non solo per l'energia consumata nella produzione, ma anche per l'energia di trasporto utilizzata per spedire forniture e parti in vari punti delle catene di fornitura. Un numero sempre maggiore di aziende e di consumatori dà la priorità a pratiche commerciali sostenibili e rispettose dell'ambiente.

Leggete questo articolo per una panoramica sul cambiamento climatico, sul perché le aziende traggono vantaggio dalle pratiche ecologiche, su come la stampa 3D di un maggior numero di parti riduca sostanzialmente le emissioni di carbonio, e su come due organizzazioni stiano utilizzando le stampanti 3D Markforged per costruire un futuro più sostenibile.

Le conseguenze dei cambiamenti climatici causati dalle emissioni massicce di carbonio sono ben documentate. Le temperature medie sono in lento ma costante aumento; i modelli meteorologici stanno diventando più estremi, con siccità più pronunciate e tempeste più violente. Il riscaldamento globale sta inoltre sciogliendo un numero maggiore di calotte glaciali, contribuendo all'innalzamento dei livelli marini. Le ramificazioni ecologiche dei cambiamenti climatici includono la distruzione di ecosistemi e habitat fragili: minacciano la sopravvivenza a lungo termine di innumerevoli specie di organismi viventi e la biodiversità complessiva del pianeta.

Queste si traducono in conseguenze antropologiche. Le condizioni climatiche estreme e la siccità possono danneggiare i raccolti e minacciare l'approvvigionamento alimentare in tutto il mondo. Le forti tempeste possono causare la perdita di beni e di vite umane. L'innalzamento dei livelli marini riduce anche la quantità di terra abitabile: gli esperti prevedono che le inondazioni costiere diventeranno un problema serio nel 2030, portando potenzialmente allo spostamento delle comunità costiere e al conseguente sovraffollamento.

L'impatto ambientale della produzione. Le fabbriche consumano molta energia. L'ingegneria, la produzione di beni e il trasporto di parti attraverso le catene di fornitura rappresentano una parte sostanziale delle emissioni che contribuiscono ai cambiamenti climatici.

Ma cosa ci guadagnano le aziende? Le aziende riconoscono sempre più che l'impegno in pratiche ecologiche crea vantaggi commerciali tangibili.

Riducendo gli sprechi e il consumo di energia, i processi produttivi sostenibili migliorano l'efficienza operativa e facilitano la conformità alle normative. Anche le pratiche commerciali sostenibili stanno diventando la norma. Come ha osservato Harvard Business Review già nel 2016, la ricerca ha dimostrato che i consumatori sono più disposti a pagare prezzi più alti per i prodotti realizzati in modo sostenibile e hanno maggiori probabilità di fidelizzare il marchio. Una ricerca Deloitte ha rilevato che anche gli investitori, i partner della catena di fornitura e i dipendenti sono favorevoli alle organizzazioni attente all'ambiente: oltre la metà dei 750 dirigenti ha dichiarato nel 2021 che "le loro iniziative di sostenibilità ambientale hanno incrementato in modo misurabile le performance finanziarie dell'azienda".

La risposta breve è sì: un modo fondamentale in cui i produttori possono avere un impatto meno dannoso sull'ambiente è la produzione additiva di tutti i componenti possibili. Le catene di fornitura convenzionali comportano un'enorme impronta di carbonio attraverso ponti logistici che sono grandi consumatori di combustibili fossili.

La stampa 3D riduce l'impronta di carbonio in diversi modi:

• Meno sprechi di energia e materiali. Il processo di produzione additiva in sé ha un'impronta di carbonio molto più bassa rispetto ai processi sottrattivi. La produzione additiva porta a una riduzione degli scarti: le forme delle parti fabbricate non sono ottenute attraverso la riduzione del materiale, le strutture cave del materiale di riempimento riducono ulteriormente il materiale, pur mantenendo le prestazioni, e i produttori possono produrre solo ciò che è necessario.

• Nessuna catena di fornitura ad alte emissioni di carbonio. Considerando la sola fabbricazione, l'impronta di carbonio della produzione sottrattiva è già significativamente superiore a quella della produzione additiva. Tuttavia, la sostanziale impronta di carbonio negativa della produzione tradizionale è aggravata dalle attività della catena di fornitura che questi processi richiedono per consegnare il prodotto dove serve. Dopo la produzione dei beni, il trasporto e la logistica necessari a valle producono un'impronta di carbonio di gran lunga superiore a quella prodotta dalla fabbricazione stessa. Grazie alla possibilità di fabbricare parti in modo versatile là dove serve, la stampa 3D elimina la necessità di questi molteplici passaggi a elevata intensità di carbonio, creando al contempo efficienza operativa.

Greentown Labs a Somerville, in Massachussets, è il più grande incubatore di tecnologie per il clima del Nord America, una comunità di innovatori che lavora per cambiare il modo in cui il mondo si alimenta. Tra i successi ottenuti da Greentown Labs figurano Sweetgreen, Form Energy, Via Seaparations e Zwitterco. La prossima startup posizionata per cambiare il nostro modo di essere è Transaera. Quale startup nata dal MIT, Transaera si occupa di costruire sistemi di condizionamento dell'aria che siano ecologici, efficienti dal punto di vista energetico e convenienti.

L'aria condizionata, in particolare, è uno dei principali fattori che contribuiscono al cambiamento climatico. Nella maggior parte delle abitazioni domestiche, l'aria condizionata è la fonte di energia elettrica più utilizzata e quindi produce la maggior parte delle emissioni di carbonio. Secondo Ross Bonner, CTO di Transaera, l'utilizzo dell'aria condizionata rappresenta il 4% delle emissioni globali di carbonio, il doppio rispetto all'industria aeronautica, che si ferma al 2%. Considerando l'entità dell'utilizzo dell'aria condizionata nel mondo, anche un moderato miglioramento dell'efficienza dell'aria condizionata e una riduzione degli sprechi può apportare un miglioramento sostanziale all'impronta di carbonio globale. Fino a poco tempo fa, il funzionamento dei condizionatori d'aria non è cambiato molto da quando sono stati inventati all'inizio del 1900; tuttavia, l'uso di un nuovo materiale che cattura l'umidità - un tipo di struttura organica metallica (MOF) - permette ai sistemi di condizionamento d'aria Transaera di raffreddare l'aria in modo più efficiente.

Bonner cita l'accesso alle stampanti 3D Markforged come uno dei principali vantaggi di lavorare in Greentown Labs: "Quando si cerca di cambiare le carte in tavola per qualsiasi tecnologia, ci sono molti ostacoli tecnici da superare. Il modo per superarli è attraverso l'iterazione costante, testando costantemente le cose, imparando, provando la cosa successiva e migliorando".

Rispetto alla produzione tradizionale, la produzione additiva consuma molto meno materiale durante la fabbricazione, poiché la forma della parte non viene ottenuta attraverso la riduzione. Anche rispetto ad altre stampanti 3D, Bonner afferma che Markforged aiuta Transaera a produrre i propri prototipi in modo più sostenibile, con meno rifiuti:

Vestas è leader mondiale dell'energia eolica con sede in Danimarca. Progetta, produce, installa e fornisce assistenza alle turbine eoliche. Vestas è il più grande produttore di turbine eoliche al mondo, con turbine dislocate in oltre 86 paesi.

Tra le 100 aziende più sostenibili, Vestas si è classificata al primo posto per la sostenibilità in base a criteri di valutazione quali la produttività del carbonio, i ricavi puliti e gli investimenti puliti.

L'azienda utilizza la produzione additiva per la sostenibilità nel suo obiettivo di decarbonizzazione con azzeramento delle emissioni nette entro il 2030 e prevede di produrre turbine eoliche a zero rifiuti entro il 2040.

Grazie all'implementazione del programma di produzione digitale diretta (DDM) e all'archiviazione di oltre 2000 file di parti digitali nel cloud, gli specialisti Vestas saranno in grado di stampare strumenti di manutenzione critica, prototipi di parti di turbine e componenti di turbine con specifiche aggiornate, esattamente dove serve e in qualsiasi parte del mondo.

L'utilizzo della Digital Forge migliora ulteriormente l'impronta di carbonio di Vestas, riducendo drasticamente l'uso di spedizioni e trasporti lungo le sue catene di fornitura: in tutte le attività produttive, la logistica è infatti responsabile della maggior parte delle emissioni di carbonio.