Efficienza energetica nell’industria

Efficienza energetica nell’industria

Elevare l’efficienza energetica nell’industria è basilare per centrare gli obiettivi attesi al 2030 e al 2050. Raggiungerli è fondamentale, tenendo conto che in qualsiasi impianto industriale, quasi due terzi (circa il 67,5%) dell’energia immessa viene persa prima di raggiungere lo scopo prefissato.

L’attività industriale nel 2021 è stata direttamente responsabile dell’emissione di 9,4 Gt di CO2, pari a un quarto delle emissioni globali (senza considerare le emissioni indirette derivanti dall’elettricità utilizzata per i processi industriali).

Nello Scenario Emissioni Nette Zero entro il 2050, le emissioni industriali scendono a circa 7 Gt di CO2 entro il 2030, nonostante la prevista crescita della produzione industriale.

Sono già stati compiuti modesti miglioramenti nell’efficienza energetica e nell’adozione delle energie rinnovabili, e sono stati compiuti anche alcuni passi positivi a livello di politiche e di innovazione. Tuttavia, i progressi sono troppo lenti. Una maggiore efficienza energetica e dei materiali, una più rapida adozione dei combustibili rinnovabili e un più rapido sviluppo e diffusione di processi produttivi a basse emissioni di carbonio, tra cui la cattura e lo stoccaggio del carbonio e l’idrogeno, sono tutti requisiti fondamentali.

I governi possono accelerare i progressi, anche riducendo i rischi associati allo sviluppo di nuove tecnologie e adottando politiche obbligatorie di riduzione delle emissioni di CO2 e di efficienza energetica.

Ma non basta: oltre alle implementazioni a livello hardware, servono interventi a livello software. La digitalizzazione può fornire una grossa mano per fare efficienza energetica industriale, come dimostra l’applicazione di sistemi di energy management.

Le emissioni di CO2

Le emissioni continuano ad aumentare: sono necessari maggiori sforzi per ridurre l’intensità delle emissioni al fine di raggiungere lo scenario Net Zero.

Le emissioni industriali sono aumentate di oltre il 70% dal 2000, a causa della crescente domanda globale di beni industriali e di un aumento più modesto dell’efficienza energetica. Le emissioni si sono temporaneamente fermate durante la pandemia di Covid-19, ma da allora hanno ripreso e superato i livelli pre-pandemia, con una crescita del 3% nel 2021.

Per raggiungere lo scenario Net Zero, le emissioni dirette totali dell’industria devono diminuire di quasi un quarto fino al 2030, ovvero circa il 3% all’anno in media, il che richiede un’azione politica accelerata.

Figura 1 – Emissioni dirette di CO2 dell’industria nello Scenario Net Zero, 2000-2030.

L’energia

I combustibili fossili rimangono la fonte energetica dominante per l’industria – l’uso di energia a emissioni quasi zero sta aumentando, ma più lentamente di quanto sia necessario.

Il settore industriale rappresenta il 38% (169 EJ) del consumo totale di energia finale a livello mondiale nel 2021, rispetto al 33% del 2000 (questo dato include l’energia utilizzata per gli altiforni e le cokerie, nonché le materie prime, che sono elencate come categorie separate nel bilancio energetico dell’AIE). La crescita dei consumi energetici nell’ultimo decennio è stata guidata in gran parte da una tendenza all’aumento della produzione nei sottosettori industriali ad alta intensità energetica.

Figura 2 – Consumo finale di energia per combustibile nello Scenario Net Zero, 2000-2030.

Nel frattempo, la produttività energetica industriale (valore aggiunto industriale per unità di input energetico) è aumentata nella maggior parte delle regioni a partire dal 2000, soprattutto grazie all’impiego di tecnologie all’avanguardia, all’uso di attrezzature più efficienti e a uno spostamento strutturale verso una quota maggiore di valore aggiunto proveniente dall’industria leggera ad alto valore aggiunto (ad esempio, l’elettronica).

Per raggiungere gli obiettivi dello Scenario Net Zero, la crescita del consumo energetico totale del settore deve essere limitata a meno dello 0,5% all’anno fino al 2030, mentre la produttività energetica industriale deve aumentare di circa il 3% all’anno fino al 2030.

Il mix energetico del settore industriale è rimasto nel complesso relativamente invariato dal 2010. La quota di combustibili fossili nel mix energetico è diminuita dal 72% nel 2010 al 68% nel 2021. L’elettricità è stata responsabile di gran parte di questo calo, passando da una quota del 19% al 21%, in gran parte grazie all’aumento dell’attività nelle industrie leggere. Per raggiungere lo scenario Net Zero, l’uso dell’elettricità deve salire a quasi il 30% entro il 2030.

Attività industriale

L’attività industriale è in crescita e si prevede che continui ad esserlo: le strategie di efficienza dei materiali possono contenere la domanda e ridurre le emissioni.

Figura 3 – Produzione industriale nello scenario Net Zero, 2000-2030.

Negli ultimi due decenni l’attività industriale è cresciuta a un ritmo sorprendente, trainata dall’aumento della domanda di beni industriali da parte di una popolazione e di un’economia globali più ampie. Storicamente, questa tendenza è stata comune ma non uniforme, suggerendo che la crescita e la produzione industriale non sono inevitabilmente legate, in particolare quando le economie raggiungono la maturità economica. Si prevede che la domanda di materiali in Cina si stabilizzerà entro la metà del 2020, ma è probabile che ciò sia compensato dalla crescita della domanda di altri mercati emergenti.

Disaccoppiare la domanda di materiali dalla crescita economica e demografica può aiutare a ridurre le emissioni di CO2 derivanti dalla produzione, e si dovrebbero adottare misure per perseguire questo obiettivo attraverso strategie di efficienza dei materiali. Ad esempio, nello Scenario Net Zero, la domanda di acciaio, cemento e alluminio nel 2030 è inferiore del 5-10% rispetto allo scenario di riferimento. Questa diminuzione deriva da cambiamenti nelle catene di approvvigionamento, tra cui: riduzioni delle fasi di utilizzo (come l’estensione della durata di vita degli edifici attraverso la ristrutturazione e la riduzione della domanda di veicoli attraverso il cambio di modalità); migliori strategie di progettazione e fabbricazione dei prodotti; riutilizzo alla fine del ciclo di vita e rendimenti di produzione più elevati.

Sviluppo tecnologico

Per allinearsi allo scenario Net Zero, è necessaria la diffusione di tecnologie prossime allo zero a un ritmo fulmineo.

Lo Scenario Net Zero prevede lo sviluppo tecnologico lungo una serie di percorsi, tra cui i metodi di produzione che incorporano l’idrogeno, la cattura, l’uso e lo stoccaggio del carbonio (CCUS), l’elettrificazione diretta e altri metodi innovativi unici per alcuni prodotti (anodi inerti per l’alluminio, ad esempio). Il risultato è una maggiore diffusione di tutte queste tecnologie entro il 2030, compresa la commercializzazione e la prima diffusione.

L’elettricità passa dal 21% del consumo finale del settore a quasi il 30% entro il 2030, con una percentuale maggiore di elettricità proveniente da fonti a emissioni quasi zero. La domanda di idrogeno aumenta sostanzialmente da 55 Mt nel 2021 a circa 85 Mt nel 2030. La CO2 catturata tramite CCUS vede un enorme aumento da 4 Mt nel 2021 a circa 300 Mt al 2030. L’implementazione di altri metodi di produzione innovativi varia notevolmente a seconda dell’industria – le pagine sui sottosettori industriali approfondiscono la diffusione.

Innovazione

L’innovazione è in corso in molte tecnologie industriali a emissioni quasi zero, ma i progressi devono essere accelerati.

Molti processi industriali comportano reazioni chimiche e calore ad alta temperatura che non possono essere completamente decarbonizzati con le tecnologie attualmente disponibili in commercio. Circa il 60% delle riduzioni delle emissioni dell’industria pesante entro il 2050 nello Scenario Net Zero proviene da tecnologie che hanno dimostrato di funzionare, ma che attualmente non sono pronte per il mercato. In tutto il mondo sono in corso numerosi sforzi di innovazione industriale (per ulteriori dettagli, si vedano le pagine dedicate a cemento, acciaio, prodotti chimici, alluminio e carta). Tra i principali risultati ottenuti nel 2021 figurano la prima spedizione di acciaio privo di combustibili fossili e due lotti di prova separati di alluminio ottenuto da anodi inerti.

Gli sforzi di innovazione degli ultimi anni sono promettenti e si prevede che la maggior parte delle tecnologie chiave a emissioni quasi zero vedranno la loro penetrazione sul mercato commerciale tra la metà del 2020 e l’inizio del 2030. Tuttavia, poiché è fondamentale garantire che i metodi di produzione quasi zero siano implementati nelle linee di produzione nel prossimo ciclo di investimenti, questo potrebbe non essere abbastanza veloce per alcune tecnologie. Accelerare lo sviluppo e la diffusione di tecnologie chiave a basse emissioni, assicurando che le attività di R&S e di dimostrazione siano sufficientemente finanziate, sarà fondamentale per portare il settore industriale sulla traiettoria dello scenario Net Zero.

Infrastrutture di supporto

La tecnologia industriale a basse emissioni richiede una diffusione più rapida delle infrastrutture di supporto.

Lo Scenario Net Zero implica un tasso di diffusione di quasi venti nuovi impianti industriali a idrogeno, la cattura e lo stoccaggio dell’anidride carbonica su una quarantina di impianti industriali pesanti aggiuntivi e più di 10 GW di capacità addizionale di elettrolizzatori in siti industriali in media all’anno fino al 2030, dopodiché tale tasso diventa ancora più elevato. La tecnologia a emissioni quasi zero dipende dalla pianificazione e dalla realizzazione di infrastrutture di supporto. Le reti di trasmissione e la capacità di generazione di elettricità a emissioni quasi zero sono già presenti, ma richiederanno un’espansione sostanziale. Per le tecnologie più innovative, come la cattura e lo stoccaggio del carbonio dell’idrogeno, in molti luoghi mancano le infrastrutture di supporto essenziali, come la produzione e la distribuzione dell’idrogeno e il trasporto e lo stoccaggio della CO2, il che potrebbe rallentare notevolmente la diffusione. Gli sforzi per pianificare e sviluppare queste infrastrutture dovrebbero iniziare immediatamente, in modo da essere pronti in tempo per la diffusione della tecnologia su larga scala a partire dal 2030, con i cluster industriali come ovvi punti di partenza.

Politiche industriali

Mentre le politiche che riguardano l’industria continuano a svilupparsi, è necessaria una maggiore ambizione politica per raggiungere lo scenario Net Zero.

Le seguenti politiche e iniziative di riduzione delle emissioni sono esempi notevoli di progresso, che potrebbero essere emulati in altre giurisdizioni:

Attualmente, l’elenco dei Paesi che dispongono di meccanismi nazionali per la determinazione del prezzo delle emissioni industriali comprende il Canada, l’Unione Europea (insieme all’Associazione europea di libero scambio), il Regno Unito e la Corea. La Cina ha annunciato che il suo sistema di scambio di emissioni – lanciato nel 2021 per coprire inizialmente solo l’energia elettrica – inizierà a coprire le emissioni dell’industria pesante nel 2023 o 2024, mentre l’Unione Europea ha annunciato che il suo sistema di scambio di emissioni si muoverà per aumentare i prezzi delle emissioni industriali più rapidamente.

Nell’agosto 2022, gli Stati Uniti hanno firmato un’importante legge sul clima, l’Inflation Reduction Act. Tale legge fornisce un importante sostegno alla decarbonizzazione dell’industria, prevedendo: una definizione e incentivi per la produzione di idrogeno “pulito”; incentivi più ampi per la cattura del carbonio; un prezzo più ambizioso per le emissioni di metano; incentivi per l’uso di elettricità quasi zero nell’industria; creazione di domanda per prodotti industriali quasi zero; investimenti per quasi 6 miliardi di dollari in tre anni per sostenere la decarbonizzazione dell’industria pesante.

L’Unione Europea sta sviluppando un meccanismo di aggiustamento delle emissioni di carbonio alle frontiere per i beni ad alta intensità di emissioni come l’acciaio, il cemento e l’alluminio, mentre il Canada e gli Stati Uniti hanno annunciato che stanno valutando di fare lo stesso. L’obiettivo di queste politiche è di contribuire a incentivare l’azione globale, riducendo al contempo la rilocalizzazione delle emissioni di carbonio.

Il Fondo per l’innovazione dell’UE metterà a disposizione 10 miliardi di euro per finanziare dimostrazioni su larga scala di tecnologie a basse emissioni di carbonio, con altri impegni sostanziali da parte di Paesi come Francia e Germania.

Molte giurisdizioni hanno iniziato a pianificare un’economia circolare, tra cui l’Unione Europea, la Francia, la Germania, l’Italia, il Giappone, il Regno Unito e soprattutto la Cina, il più grande produttore industriale pesante del mondo.

Diversi Paesi hanno annunciato iniziative per la creazione di un mercato di beni industriali a basse emissioni, tra cui gli obiettivi di carbonio incarnato per i nuovi edifici in Francia, i contratti per differenza in Germania, l’ordine esecutivo e la task force Buy Clean degli Stati Uniti e la GX League del Giappone.

Investimenti

Gli investimenti in efficienza energetica nell’industria hanno registrato una moderata tendenza al rialzo, ma devono aumentare per seguire lo scenario Net Zero.

Nel 2021 gli investimenti in efficienza energetica industriale si sono ripresi dalla pandemia, con una crescita di circa il 10%. Ciò è stato favorito da pacchetti di investimenti in Europa e negli Stati Uniti, rispettivamente mirati all’efficienza energetica e agli investimenti nelle infrastrutture. Lo scenario Net Zero vede gli investimenti quadruplicare fino al 2030, un obiettivo che l’industria non è in grado di raggiungere.

I massicci pacchetti di recupero destinati all’efficienza energetica in Europa hanno sostenuto i livelli d’investimento nel 2021, a cui si aggiungono nuove leggi nazionali, pacchetti di sostegno (ad esempio la legge sul cambiamento climatico e la transizione energetica in Spagna) e impegni per gli appalti verdi. In Francia è stata adottata la tabella di marcia per la decarbonizzazione del settore chimico e Arcelor-Mittal ha annunciato una serie di investimenti con il sostegno pubblico per sostituire i forni a carbone con forni elettrici e a idrogeno in Europa. La finanza sostenibile e di transizione è sempre più presa in considerazione per contribuire alla decarbonizzazione del settore. In cambio di impegni allineati all’Accordo di Parigi, il governo giapponese ha pubblicato linee guida e tabelle di marcia per aiutare i gruppi industriali ad accedere a finanziamenti del debito legati alla sostenibilità.

Collaborazione internazionale

I Paesi stanno sempre più intraprendendo una cooperazione reciprocamente vantaggiosa per la decarbonizzazione dell’industria, anche se resta ancora molto lavoro da fare.

Tra i recenti sviluppi della collaborazione internazionale sull’industria si segnalano i seguenti:

Al Vertice del G7 del 2022, i leader hanno firmato un’iniziativa proposta dalla Germania per sviluppare un club del clima, con la decarbonizzazione industriale come uno dei suoi tre pilastri centrali.

Mission Innovation – una piattaforma i cui membri sono responsabili di oltre il 90% degli investimenti pubblici globali nell’innovazione dell’energia pulita – ha pubblicato la sua tabella di marcia per un’industria a zero emissioni nel maggio 2022, con il lancio ufficiale della missione “industrie a zero emissioni” che avverrà più tardi nel 2022.

Nel 2021 il Regno Unito e l’India hanno guidato il lancio dell’Iniziativa per la decarbonizzazione industriale profonda dei Ministri dell’Energia Pulita per incoraggiare gli appalti pubblici di acciaio e cemento a basse emissioni.

Nel 2021 è stata lanciata l’Agenda per la decarbonizzazione industriale del G7 per migliorare la collaborazione tra i membri del G7 sugli sforzi relativi alla decarbonizzazione industriale.

La COP26 ha visto il lancio della Breakthrough Agenda, i cui 45 firmatari – tra cui sei dei sette Paesi più inquinanti del mondo – si sono impegnati a collaborare a livello internazionale per accelerare lo sviluppo e la diffusione di tecnologie a basse emissioni di carbonio, rendendo queste soluzioni globalmente accessibili ed economiche. Due delle attuali quattro iniziative dell’Agenda sono particolarmente rilevanti per l’industria: l’idrogeno e l’acciaio.

Strategie nel settore privato

Invece di reagire alle politiche governative, molte aziende e organizzazioni industriali hanno iniziato ad agire direttamente sulle emissioni.

Le iniziative settoriali dell’industria si stanno espandendo, tra cui i seguenti sviluppi recenti:

La First Movers Coalition è un’iniziativa guidata dagli Stati Uniti e formata da oltre 50 tra le più grandi aziende del mondo, che si impegnano a rifornirsi di una parte dei materiali industriali di cui hanno bisogno da fornitori che utilizzano tecnologie a emissioni quasi zero, per creare un mercato di beni industriali a emissioni quasi zero.

Numerose iniziative di finanza pulita sono state proposte dall’industria privata e da organizzazioni non governative per agevolare una transizione energetica più rapida e meno esposta a rischi come gli stranded asset, tra cui la Task Force on Climate-related Financial Disclosures del Financial Stability Board, il Framework for SDG Aligned Finance dell’OCSE e i Principles for Responsible Investment delle Nazioni Unite.

Mission Possible Partnership è un’organizzazione che promuove la decarbonizzazione compiendo passi importanti lungo tutta la catena del valore industriale, con obiettivi basati sulla scienza che tentano di raggiungere obiettivi simili per il settore privato in generale.

Politiche di CO2 obbligatorie per l’industria e cooperazione internazionale

Adottare politiche di CO2 obbligatorie per l’industria ed espandere la cooperazione internazionale.

I governi possono promuovere gli sforzi di riduzione delle emissioni di CO2 adottando piani di transizione del settore industriale e politiche obbligatorie sulle emissioni, ad esempio un prezzo del carbonio che preveda alcune eccezioni per l’industria. Tali politiche saranno importanti sia a breve termine – per incentivare l’abbattimento a basso costo, come il passaggio della produzione di energia elettrica dal carbone alle fonti rinnovabili – sia a lungo termine, poiché anche con un basso livello di severità possono incentivare le industrie a investire in metodi di produzione a basse emissioni di carbonio e dare un segnale che incoraggi la preparazione e l’adattamento quando il livello di severità aumenta nel tempo.

Idealmente, i governi dovrebbero sforzarsi di applicare politiche obbligatorie a livello globale a un livello simile, ma se la forza dell’azione internazionale differisce, si potrebbero prendere in considerazione misure come disposizioni speciali nelle politiche di riduzione delle emissioni o aggiustamenti alle frontiere del carbonio per aiutare a prevenire la rilocalizzazione delle emissioni. Saranno essenziali ulteriori sforzi internazionali. Ciò potrebbe includere la partecipazione a forum multilaterali per negoziare accordi settoriali, facilitare il trasferimento di tecnologie a basse emissioni di carbonio e fornire finanziamenti internazionali per assistere la transizione nelle economie in via di sviluppo.

Gestire gli asset esistenti e gli investimenti a breve termine per creare una transizione energetica senza intoppi.

Il prossimo ciclo di investimenti potrebbe avere un impatto enorme sulla traiettoria delle emissioni dell’industria nei prossimi tre decenni, e occorre agire oggi per gettare le basi di una transizione senza intoppi. I responsabili politici dovrebbero considerare l’opportunità di imporre l’obbligo di costruire edifici pronti per il retrofit e di promuovere la ristrutturazione con tecnologie a emissioni quasi zero. Nel frattempo, una maggiore conformità con i quadri di finanza pulita menzionati nelle strategie del settore privato può limitare i rischi sia per gli investitori che per i produttori.

Linee di indirizzo suggerite

1 Creare un mercato per i prodotti industriali a emissioni quasi zero per incentivare l’adozione e lo sviluppo di processi produttivi innovativi e sviluppare le infrastrutture di supporto.

Poiché le aziende industriali rispondono alla domanda, i prodotti industriali a emissioni quasi zero possono tardare a entrare nel mercato se la domanda è troppo bassa. La creazione di una domanda di materiali a emissioni quasi zero può risolvere questo problema, creando fiducia nelle imprese che, se investono in tecnologie di produzione a emissioni quasi zero, ci sarà un acquirente per i loro prodotti. Nel breve periodo, la creazione di una domanda limitata nel tempo per i materiali a basse emissioni – che consentono di ottenere riduzioni sostanziali delle emissioni ma non sono ancora a emissioni quasi zero – può essere un passo importante per catalizzare la transizione.

Le politiche iniziali dovrebbero garantire un sostegno a lungo termine per i primi operatori del mercato – esempi sono i contratti di carbonio per differenza, i contratti di appalto pubblico a lungo termine e gli impegni di mercato anticipati. In seguito, politiche come la richiesta di una quota di mercato minima crescente per i materiali a emissioni quasi zero e a basse emissioni possono contribuire a migliorare la quota di mercato di questi produttori. Anche le aziende private possono contribuire a questa tendenza aderendo alle iniziative di acquisto di prodotti industriali a emissioni quasi zero.

Sarà inoltre essenziale garantire una pianificazione coordinata e il finanziamento pubblico delle infrastrutture necessarie per le tecnologie a emissioni quasi zero.

2 Aumentare sostanzialmente gli investimenti in R&S e nella dimostrazione di tecnologie industriali essenziali a emissioni quasi zero.

L’innovazione negli anni 2020 sarà fondamentale per sviluppare e ridurre i costi dei processi e delle tecnologie industriali che potrebbero consentire una sostanziale riduzione delle emissioni dopo il 2030. È necessario un maggiore sostegno alla R&S e alla dimostrazione da parte dei governi e degli investitori finanziari, in particolare per far progredire la dimostrazione e la diffusione su larga scala delle tecnologie che si sono già dimostrate promettenti. I partenariati pubblico-privato possono contribuire a questo obiettivo.

Saranno importanti anche i meccanismi di finanziamento per mobilitare gli investimenti del settore privato nella fase iniziale della diffusione. Questi possono includere meccanismi di finanza mista e prestiti agevolati e a basso interesse.

3 Massimizzare la produttività energetica accelerando i progressi nell’efficienza energetica, nel riciclaggio e nell’efficienza dei materiali.

La diffusione delle migliori tecnologie disponibili può contribuire a migliorare l’efficienza energetica dell’industria e dovrebbe essere perseguita quando è conveniente, tenendo presente la necessità di transizione a lungo termine verso tecnologie innovative a emissioni quasi zero. Un uso più efficiente dell’energia – ad esempio attraverso il recupero del calore e dei gas di scarto e le tecnologie di cogenerazione, nonché il miglioramento dell’efficienza energetica operativa – può ridurre le emissioni e al contempo il costo dei fattori di produzione per l’industria.

Gli attori lungo tutta la catena del valore possono attuare strategie di efficienza dei materiali, ad esempio orientandosi verso la produzione secondaria (riciclata), considerando le emissioni del ciclo di vita nella progettazione di prodotti e progetti edilizi, riducendo i rifiuti durante la produzione e la costruzione e sviluppando modelli commerciali basati sull’economia circolare. Per accelerare il processo saranno necessarie azioni governative, come l’adozione di obiettivi e normative sull’efficienza energetica e dei materiali.

4 Migliorare i sistemi di raccolta, tracciamento e classificazione dei dati

Migliorare la raccolta, la trasparenza e l’accessibilità delle statistiche sulle prestazioni energetiche e sulle emissioni di CO2 dell’industria faciliterebbe le attività di ricerca, regolamentazione e monitoraggio. La partecipazione dell’industria e il coordinamento governativo sono entrambi importanti per migliorare la raccolta e la comunicazione dei dati. I governi devono anche chiarire le possibilità di una maggiore condivisione dei dati in modo da non mettere le industrie a rischio di violazione delle leggi sulla concorrenza.

Un’area di decarbonizzazione non considerata, ma comunque critica per l’industria, è quella di garantire che vengano concordate definizioni e standard – idealmente a livello internazionale – per la produzione di materiali a “emissioni quasi zero”. Saranno necessarie definizioni chiare e ampiamente accettate (elaborate nel rapporto Net Zero for Heavy Industry in the G7 dell’AIE) per fare chiarezza tra i diversi attori pubblici e privati, per facilitare un sostegno politico mirato alle tecnologie e alle misure a emissioni quasi zero, come i meccanismi di creazione della domanda menzionati in precedenza, e per monitorare la penetrazione del mercato dei prodotti industriali a emissioni quasi zero.