Decarbonizzare i processi industriali grazie a tecnologie innovative: a che punto siamo e i prossimi passi

Europa chiede le zero emissioni entro il 2050, con un obiettivo intermedio nel 2030

La “decarbonizzazione” dell’economia rappresenta oggi uno degli obiettivi principali che guidano la transizione energetica a livello globale, al pari della sicurezza energetica e della competitività dei prezzi dell’energia.

In questo scenario, l’Europa si colloca in una posizione di “avanguardia”, avendo introdotto – attraverso il «Green New Deal» - l’obiettivo di azzerare completamente le emissioni nette di Green House Gas (GHG) al 2050, con una milestone intermedia al 2030 che prevede una riduzione delle emissioni pari al 55% rispetto ai valori del 1990 (Fit for 55).

La prima edizione del report Zero Carbon Technology Pathways dell'Osservatorio Energy&Strategy del Politecnico di Milano analizza le tecnologie ed i modelli di business abilitanti la decarbonizzazione, con un focus specifico sui settori cosiddetti Hard-to-Abate, cioè quelli difficili da decarbonizzare.

La tecnologia rappresenta un fattore chiave della transizione verso il net zero. Per raggiungere tale obiettivo, infatti, emerge la necessità di sviluppare e mettere a disposizione del mercato differenti tecnologie a ridotto/nullo impatto ambientale, le quali troveranno applicazione nei contesti industriali più idonei alle loro caratteristiche tecnico-economiche.

Consumi energetici ed emissioni dei settori economici italiani

Le emissioni di gas serra in Europa sono in lenta ma continua diminuzione, grazie all’aumento della quota di fonti rinnovabili impiegate per la generazione di energia (21,8% nel 2021) ed alla costante decrescita dei consumi energetici.

Dai primi anni 2000, si evidenzia in Italia un progressivo disaccoppiamento tra il PIL nazionale e le emissioni di gas ad effetto serra, frutto della riduzione dell’intensità carbonica specialmente nei settori della produzione di elettricità e calore e dell’industria manifatturiera, grazie alla crescente penetrazione delle fonti rinnovabili ed elettrificazione dei processi industriali.

Tali trend sono chiari sintomi di un processo di decarbonizzazione e di efficientamento delle attività produttive, che tuttavia non risulta sufficiente per traguardare gli ambiziosi target definiti a livello comunitario.

Tuttavia, la presenza di numerose alternative tecnologiche, tra loro diverse e caratterizzate da performance attuali e prospettiche promettenti (figlie di un diverso grado di maturità tecnologica), rende piuttosto ampia e ricca la “cassetta degli attrezzi” sfruttabile per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione prefissati, nel rispetto del principio di neutralità tecnologica.

Per raggiungere i suddetti obiettivi, sarà infatti essenziale sviluppare simultaneamente diverse soluzioni, cercando di creare sinergie e rendere più efficace l’uso complementare delle diverse soluzioni nei vari step della filiera.

Misure hard- to abate per ridurre le emissioni dell'industria chimica e dell'acciaio

Non emerge ad oggi una soluzione tecnologica «dominante» per la decarbonizzazione dei settori industriali Hard-to-Abate (HtA) oggetto d’analisi. Infatti, ad oggi, la scelta della direttrice tecnologica più adatta è influenzata dalle caratteristiche specifiche dei singoli processi presenti all’interno dei settori HtA studiati.

Si pensi per esempio all’adozione della CCS in fumi poco ricchi di CO₂, i quali renderebbero poco appetibile da un punto vista economico questa tecnologia, o all’utilizzo di idrogeno come combustibile in alcuni processi siderurgici, che potrebbe impattare sulla qualità del prodotto finito.

Le emissioni associate ai consumi elettrici e termici (scope 2) sono tutt’altro che trascurabili. Le soluzioni per la decarbonizzazione dei consumi elettrici fanno riferimento all’utilizzo di elettricità «verde», tramite PPA o produzione on-site. Per i consumi termici ausiliari, come la fornitura di vapore, si fa invece riferimento all’elettrificazione o alla decarbonizzazione della produzione di energia termica.

Quadro normativo regolatorio per la decarbonizzazione

Dal 1° ottobre 2023, l’UE si avvale di un nuovo strumento di carbon pricing con lo scopo di dare un prezzo alle emissioni di carbonio incorporate in alcune tipologie di merci importate nel territorio doganale comunitario.

Il meccanismo di adeguamento del carbonio alle frontiere (cosiddetto Carbon Border Adjustment Mechanism - CBAM) è fondato su un sistema di certificati di carbonio ed agisce in maniera complementare rispetto al mercato EU ETS (in quanto il prezzo dei certificati CBAM è ancorato alla media dei prezzi d’asta delle quote di emissione ETS).

Così facendo, l’Unione assicura che i prezzi del carbonio corrisposti per i prodotti interni e per i prodotti extra-UE siano equivalenti. Intervenendo sulle importazioni di prodotti, il CBAM tutela e consolida gli sforzi di riduzione delle emissioni dell’EU ETS il quale – recentemente revisionato – risulta essere ancora oggi un riferimento per tutti i sistemi di emission trading a livello globale.

A livello normativo, lo sforzo italiano per la decarbonizzazione si avvale di due strumenti principali:

1. il Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR);
2. il Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima (PNIEC), la cui proposta di aggiornamento è stata sottoposta alla Commissione Europea nel giugno 2023.

L’aggiornamento del PNIEC riflette l’incremento di ambizione degli obiettivi recentemente revisionati a livello UE. La bozza prevede target al rialzo e politiche più incisive relativamente alle rinnovabili elettriche e ai gas rinnovabili (idrogeno e biometano, in primis). Pur non stabilendo obiettivi puntuali in materia, le tecnologie CCS sono menzionate come indispensabili per la decarbonizzazione dei settori Hard-to-Abate.

Decarbonizzazione dei settori industriali HTA

Dai tavoli di lavoro con le aziende dei settori Hard-to-Abate, emerge un sostanziale allineamento relativamente alle azioni che i policymaker e le aziende dovrebbero implementare per favorire gli investimenti in tecnologie low-carbon.

Nel dettaglio, si richiede ai policymaker una semplificazione del quadro normativo in relazione alla decarbonizzazione, ad esempio rendendo più chiaro e semplice il percorso di ottenimento degli incentivi.

Inoltre, si ritiene fondamentale l’introduzione di incentivi adeguati a supporto delle iniziative green, sia in termini di CAPEX che di OPEX. Parimenti, le aziende saranno chiamate a focalizzarsi maggiormente sulla programmazione di lungo periodo per favorire il raggiungimento degli obiettivi di decarbonizzazione. Inoltre, appare necessario sviluppare collaborazioni tra attori della filiera ed atto- ri appartenenti a industrie “complementari” al fine di raggiungere delle sinergie e rafforzare le competenze aziendali in tema di decarbonizzazione.

L'evoluzione del modello di business delle ESCo a supporto della decarbonizzazione

Il capitale umano è la risorsa più importante per il modello di business attuale delle ESCo operanti nel settore industriale. La difficoltà nel reperire risorse umane e la necessità di aggiornare le competenze rendono le «risorse umane» il blocco del business model canvas più critico da gestire a supporto del processo di decarbonizzazione.

Dal confronto con un campione di ESCo attive nel settore industriale, emerge che l’attuale offerta delle ESCo è principalmente focalizzata su interventi di efficienza energetica sugli impianti ausiliari al processo produttivo.

La vera sfida per le ESCo riguarderà la comprensione dell’evoluzione tecnologica e del mercato per definire il momento più opportuno per offrire soluzioni e servizi innovativi, garantendo al cliente la necessaria affidabilità tecnica oltre che la sostenibilità economica degli inter- venti proposti.

Il contributo atteso delle direttrici tecnologiche per la decarbonizzazione dei settori HTA

Tramite un modello di simulazione, sono stati determinati diversi possibili scenari di diffusione delle quattro direttrici tecnologiche per la decarbonizzazione dei settori industriali Hard-to-Abate nazionali.

L’adozione di tecnologie per l’Elettrificazione, l’uso delle Bioenergie, dell’Idrogeno e di sistemi di cattura e stoccaggio di CO₂ (CCS) basata su mere considerazioni economiche porterebbe ad una riduzione delle emissioni rispetto ai valori 2020 di circa il 54%, ancora molto lontano dall’obiettivo net zero.

Considerate le dimensioni del fenomeno, sarà necessario valutare l’introduzione di meccanismi di supporto economico al fine di rendere sostenibili investimenti in tecnologie green che difficilmente potrebbero trovare un'adeguata penetrazione nel mercato.

Il prezzo delle commodity (Fuel) sarà il fattore principale che influenzerà i costi complessivi per la decarbonizzazione dei settori industriali Hard-to-Abate. La variabilità del costo totale, infatti, dipende prevalentemente dai trend sulle commodity, tra le quali l’elettricità, e la necessaria adozione del vettore idrogeno nella sua forma meno emissiva (verde).