Promuovere l'edilizia sostenibile attraverso la tecnologia

Dall'edilizia tradizionale all'eco-edilizia digitale

L'edilizia è generalmente un'attività ad alto consumo energetico e di manodopera, che genera un notevole inquinamento. È ancora principalmente un'attività "offline", con una scarsa digitalizzazione rispetto ad altre attività economiche.

Un articolo scientifico pubblicato su Sustainable Futures¹ sta esaminando come l'emergere dell'intelligenza artificiale, della tecnologia blockchain, della fabbricazione digitale e la tendenza verso la sostenibilità potrebbero influenzare questo settore.

Insieme, le tecnologie digitali e gli eco-materiali potrebbero dare una notevole accelerazione alle tecnologie di eco-edilizia e ridurre l'impatto ambientale del settore edile.

Lo studio è stato condotto da ricercatori malesi presso l'Asia Pacific University of Technology & Innovation (APU) e la National University of Malaysia (UKM), pubblicato con il titolo "Integrazione digitale nell'eco-edilizia 2.0: promuovere la sostenibilità attraverso la tecnologia".

Nuovi metodi di produzione

Storicamente, i materiali da costruzione sono stati prodotti in serie in forme standardizzate e qualsiasi assemblaggio richiedeva manodopera qualificata. È probabile che le nuove tecnologie cambino questo status quo nel prossimo futuro.

I primi sono metodi di produzione che vanno oltre la produzione di massa in fabbrica con computer nnumerico clavorazione CNC, taglio laser e stampa 3DOgnuno di essi ha i suoi vantaggi e i suoi punti deboli e dovrebbe essere scelto in base ai requisiti di un determinato compito.

Fonte: Futuri sostenibili

Questi metodi riducono significativamente la quantità di materiale perso durante la trasformazione delle materie prime in prodotti finiti per l'edilizia.

Consentono inoltre un livello di flessibilità molto più elevato nella progettazione finale, rendendo la progettazione personalizzata più accessibile.

Infine, possono essere prodotti su scala molto più piccola e a livello locale, con il potenziale risultato di ridurre drasticamente l'impatto del trasporto dei materiali dalle materie prime alla fabbrica e ai cantieri.

"Questa metodologia non solo favorisce l'utilizzo di materiali ecologici, ma è anche in linea con i principi di costruzione snella e gli obiettivi di zero emissioni nette grazie al suo profilo di spreco intrinsecamente basso."

Tutti questi nuovi metodi di produzione traggono grandi benefici dal miglioramento e dalla democratizzazione della progettazione assistita da computer (CAD) e dall'adozione diffusa del Building Information Modeling (BIM). CAD e BIM costituiscono oggi la spina dorsale digitale della maggior parte dei progetti edilizi.

Eco-materiali

Un altro cambiamento che interessa il settore edile è il passaggio a materiali più rispettosi dell'ambiente.

Un importante motore di cambiamento sono le stampanti 3D in grado di utilizzare materiali come plastica riciclata, polimeri biodegradabili e materiali compositi che incorporano fibre naturali.

In particolare, geopolimeri può essere utilizzata nella stampa 3DI geopolimeri sono materiali inorganici, tipicamente simili alla ceramica, che possono essere ottenuti da sottoprodotti industriali come ceneri volanti o scorie, altrimenti scarti di centrali elettriche e acciaierie. Possono essere formulati a partire da materiali di provenienza locale.

In questo modo, l'industria edile è in grado di riciclare i rifiuti industriali anziché consumare risorse.

Lo sviluppo di stampanti 3D su larga scala ha consentito la costruzione di intere strutture edilizie direttamente in loco, riducendo i costi di trasporto e le relative emissioni di carbonio.

Tuttavia, il costo delle stampanti 3D e la loro velocità relativamente bassa devono essere considerati come seri limiti di questa tecnologia, che ne rallentano l'implementazione su larga scala.

Ecomateriali rinnovabili, come legname massiccio utilizzato per costruire grattacieli in legno, potrebbe anche contribuire a ridurre le emissioni di carbonio e il consumo di risorse del settore edile.

nuovi disegni

Gli edifici stampati in 3D possono anche adottare forme personalizzate più complesse rispetto agli edifici realizzati con elementi prodotti in serie.

Di conseguenza, può facilitare l'integrazione di forme naturali ed ergonomiche negli edifici, il che può migliorare l'efficienza energetica attraverso una migliore dinamica termica e distribuzione della luce.

L'integrazione di forme di isolamento naturali, come le strutture a nido d'ape, migliora l'isolamento riducendo al contempo i costi dei materiali e può anche aumentare il valore della stampa 3D nell'edilizia.

La stampa 3D consente inoltre la creazione di "materiali sfumati", in cui le proprietà dei materiali variano all'interno di un singolo oggetto per soddisfare specifici requisiti funzionali senza un uso eccessivo di materiale.

Blockchain per catene di fornitura di costruzioni sostenibili

Un'altra sfida ricorrente nel settore edile è probabilmente quella di monitorare la provenienza dei materiali utilizzati e il loro profilo ESG.

Questo è un campo in cui i registri efficienti consentiti dalla tecnologia blockchain possono rivelarsi utili.

Automatizzando e proteggendo le transazioni lungo tutta la catena di fornitura, la blockchain non solo migliora l'efficienza operativa, ma crea anche fiducia tra le parti interessate, fornendo una registrazione chiara e immutabile delle origini dei materiali, della loro elaborazione e del loro trasporto.

La blockchain può essere utilizzata anche per abilitare contratti intelligenti, rendendone più agevole l'esecuzione e potenzialmente inserendo la tecnologia in ogni fase del processo di costruzione, dall'approvvigionamento dei materiali alla verifica e certificazione dell'edificio finito.

Fonte: Futuri sostenibili

Aiutando a tracciare e dimostrare l'approvvigionamento dei materiali utilizzati nell'edilizia, la blockchain può contribuire a soddisfare i requisiti di benchmark di sostenibilità avanzati come LEED, BREEAM o ISO 21930, dimostrando la conformità alle normative ambientali, alle tutele del lavoro e agli obblighi di riduzione delle emissioni di carbonio.

Il limite più grande all'impiego di questa tecnologia non è tanto di natura tecnica quanto culturale, con il settore edile generalmente restio a modernizzare le proprie pratiche.

“Il settore edile mostra una resistenza strutturale alla trasparenza digitale, in particolare nelle pratiche di approvvigionamento e subappalto che si basano su flussi di lavoro obsoleti, relazioni informali e sistemi di documentazione frammentati”.

In particolare, ciò può avere ripercussioni sulle strutture di potere esistenti e sulle pratiche del mercato nero o grigio endemiche nel settore, soprattutto in alcuni paesi o regioni.

“Per molti stakeholder, la natura decentralizzata e immutabile della blockchain non è percepita come un facilitatore, ma come una forza dirompente che minaccia le norme operative esistenti.”

Molto probabilmente, l'implementazione di blockchain e di altri strumenti di tracciamento digitale avverrà rapidamente nei progetti di infrastrutture critiche, dove la tracciabilità non è semplicemente un requisito normativo, ma una condizione per la gestione della responsabilità e la garanzia della qualità.

L'intelligenza artificiale nell'edilizia sostenibile: applicazioni e limiti

Applicazioni

Grazie alla maggiore versatilità delle IA, ora è possibile utilizzarle per migliorare i progetti di costruzione.

Un'applicazione è la integrazione dell'IA in flussi di lavoro di valutazione dell'impatto ambientale (VIA)Consente previsioni accurate a partire da set di dati voluminosi ed eterogenei, tra cui indicatori ambientali specifici del sito, dati storici di progetti e parametri normativi.

Assistenza con documenti e normative legali può avere anche un impatto notevole.

“Le tecniche di elaborazione del linguaggio naturale (NLP) estraggono conoscenze strutturate da testi normativi e documentazione EIA storica, accelerando le valutazioni di conformità e semplificando i cicli di revisione.”

Fonte: Futuri sostenibili

Un'altra applicazione dell'intelligenza artificiale è la previsione delle prestazioni dei materiali, in base a criteri diversi quali integrità strutturale, isolamento, resistenza all'acqua o durabilità a varie sollecitazioni (umidità, ingresso di cloruri, cicli di gelo-scongelamento, gradienti termici, ecc.).

Limiti

Un limite all'implementazione dell'intelligenza artificiale sarà tuttavia la qualità generalmente bassa dei dati da immettere nel settore, che riduce la capacità dei modelli e la loro accuratezza.

Con la crescente digitalizzazione dei progetti, si prevede che questa limitazione svanirà nel tempo. Lo stesso vale per la crescente mole di dati sulle prestazioni di diversi materiali in condizioni reali, raccolti nell'arco di diversi decenni.

Un altro potenziale problema è se i modelli vengono addestrati su set di dati che riflettono disuguaglianze storiche o non riescono a rappresentare zone ecologiche sensibili. Questo può essere particolarmente problematico con i modelli di intelligenza artificiale, il cui funzionamento interno può essere difficile da comprendere, rendendoli una sorta di "scatola nera".

“L’efficienza e la profondità analitica offerte dall’intelligenza artificiale devono quindi essere bilanciate con questi rischi attraverso l’implementazione di framework di modellazione trasparenti, verificabili e sensibili al contesto”.

Sinergia tra materiali ecologici, blockchain e intelligenza artificiale

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Ognuna di queste innovazioni nell'edilizia è interconnessa con le altre, rendendole più utili rispetto a quanto sarebbero se fossero implementate separatamente.

Man mano che sempre più progetti integrano la tecnologia blockchain per la tracciabilità, aumenta la quantità di dati di alta qualità utilizzabili dall'intelligenza artificiale.

Con l'aumento della digitalizzazione dei progetti edilizi, si facilita l'integrazione della tecnologia CAD e della stampa 3D nella costruzione vera e propria.

L'utilizzo di materiali più ecocompatibili e l'implementazione di tecniche di riciclaggio migliori riducono l'impatto ecologico della costruzione e della demolizione, aumentando così il valore di dati di alta qualità che possono essere utilizzati per acquisire preziose certificazioni ambientali e stabilire nuovi standard per il settore.

Fonte: Futuri sostenibili

Esempi di tali sinergie sono già osservabili in progetti concreti. Ad esempio, Singapore ha utilizzato numerose nuove tecnologie per la costruzione di alloggi pubblici ecosostenibili:

• Sistemi di intelligenza artificiale avanzati per analizzare dati ambientali, come l'esposizione alla luce solare, l'andamento del vento e gli effetti delle isole di calore urbane, per ottimizzare l'orientamento degli edifici e la scelta dei materiali.
• Materiali sostenibili come calcestruzzo riciclato e legno proveniente da fonti sostenibili. Questi materiali sono posizionati strategicamente all'interno della struttura dell'edificio per massimizzare la ventilazione e la luce naturali.
• Isolamento e finestre ad alte prestazioni, nonché pannelli solari e tetti verdi, sono abbinati a sistemi di intelligenza artificiale che monitorano e regolano costantemente il consumo di energia in base alle condizioni ambientali in tempo reale.

Esempi del mondo reale

Lo studio presenta anche i primi utilizzatori reali di queste tecnologie, per dimostrare che siamo ormai saldamente nella fase di implementazione del ciclo tecnologico.

Un esempio è l'uso della blockchain per risolvere le controversie sui pagamenti con appaltatori e fornitori.

“Un importante progetto infrastrutturale a Dubai ha implementato la blockchain per semplificare la gestione dei contratti e applicare erogazioni basate su milestone, con conseguenti miglioramenti misurabili nell'efficienza amministrativa e una riduzione delle spese generali finanziarie.”

La blockchain ha anche contribuito a tracciare l'impatto ambientale dei materiali.

Nei Paesi Bassi, la blockchain è stata sperimentata per tracciare in tempo reale la qualità, la consegna e l'impatto ambientale di materiali fondamentali come acciaio e cemento, garantendo che siano rispettate sia le specifiche dei materiali sia le soglie di sostenibilità senza colli di bottiglia dovuti alle ispezioni manuali.

Un caso d'uso dell'IA è stato dimostrato in Svezia, dove architetti e ingegneri hanno selezionato materiali isolanti avanzati che ottimizzavano la ritenzione di energia durante l'inverno e riducevano al minimo l'assorbimento di calore durante l'estate.

“L'implementazione di questi materiali ottimizzati ha portato a una riduzione del consumo energetico fino al 25% negli edifici residenziali di nuova costruzione, riducendo significativamente l'impronta di carbonio associata a queste abitazioni.”

L'intelligenza artificiale è stata impiegata anche in Giappone per automatizzare , il riciclaggio dei rifiuti edili.

Sistemi di smistamento basati sull'intelligenza artificiale, dotati di tecnologie avanzate di imaging e sensori, hanno identificato e classificato con precisione diversi tipi di rifiuti edili.

“In un progetto pilota condotto in un cantiere di demolizione, il sistema di intelligenza artificiale ha aumentato il tasso di riciclaggio del 30% rispetto ai tradizionali metodi di selezione manuale.

L'efficienza della selezione ha inoltre ridotto i tempi e i costi complessivi di manodopera associati alla gestione dei rifiuti, rendendo il processo di riciclaggio più economico e sostenibile."

Sfide normative nell'edilizia sostenibile

Paradossalmente, sebbene la maggior parte delle normative in ambito edile siano orientate a migliorare la sicurezza e i profili ambientali, potrebbero anche rappresentare un ostacolo all'implementazione di queste tecnologie.

Gran parte dei potenziali problemi deriva dal declino della standardizzazione nei metodi di costruzione. La progettazione personalizzata potrebbe migliorare il profilo energetico e ambientale, ma è anche difficile da inserire nelle rigide categorie e nei metodi di valutazione imposti dalle normative.

Un elemento che può essere d'aiuto è il cosiddetto "regulatory sandbox", che consente ai progetti pilota di dimostrare il loro valore con un controllo meno invadente.

“Questi quadri normativi consentono alle imprese edili di sperimentare metodi digitali senza essere completamente esposte alle normative, facilitando l'innovazione e preservando al contempo la supervisione”.

Un altro miglioramento potrebbe essere l'integrazione dei requisiti di edilizia digitale nei protocolli di gara pubblici. In questo modo, i governi non solo si adatteranno, ma guideranno attivamente la transizione verso un settore edile digitalizzato e rispettoso dell'ambiente.

Questi cambiamenti normativi dovranno essere gestiti a livello locale, nazionale e internazionale.

Fonte: Futuri sostenibili

Devono inoltre muoversi con sufficiente rapidità per adattarsi ai progressi tecnologici. In caso contrario, ciò potrebbe rallentare l'adozione di tecnologie innovative come l'intelligenza artificiale e la stampa 3D nel settore edile, poiché le aziende potrebbero essere riluttanti a investire massicciamente in tecnologie che potrebbero non essere conformi alle normative future.

Tecnologie di costruzione del futuro

Materiali ancora più impressionanti potrebbero un giorno essere integrati nei progetti di costruzione. Ad esempio, nanotecnologia nella scienza dei materiali offre il potenziale per creare materiali da costruzione ultra resistenti e leggeri, che siano allo stesso tempo convenienti ed ecocompatibili.

Un'altra opzione è materiali intelligenti che possono adattarsi ai cambiamenti ambientali, come i polimeri sensibili alla temperatura che adattano le loro proprietà isolanti in base alle condizioni meteorologiche.

Questi materiali potrebbero aumentare notevolmente l'efficienza energetica e il comfort negli edifici senza ulteriori interventi meccanici.

Dtecnologie di fabbricazione digitale potrebbe anche diventare ancora più sofisticato, probabilmente incorporando sistemi di controllo qualità in tempo reale, come sensori avanzati e algoritmi di intelligenza artificiale per regolare i parametri di stampa al volo, garantendo proprietà ottimali dei materiali e integrità strutturale.

Robotica potrebbe avere anche un impatto significativo, ad esempio con robot che eseguono lavori di muratura o installazioni complesse di tubi e cavi, migliorando velocità e precisione e riducendo al contempo l'errore umano e i costi di manodopera.

Infine, AI potrebbe avere un impatto significativo sulla ricerca di nuovi materiali, da un gemello digitale di un edificio che osserva l'evoluzione dei parametri nel tempo a un incentivo alla scoperta di nuovi materiali, al miglioramento della durata dei materiali e alla comprensione dell'impatto ambientale durante l'intero ciclo di vita di un edificio.

Conclusione

Storicamente, l'edilizia è stata un'industria relativamente "low-tech", che ha integrato i nuovi materiali solo lentamente e ha mantenuto i metodi di costruzione relativamente invariati.

La maturazione simultanea di CNC, stampa 3D, CAD, impronta digitale e intelligenza artificiale potrebbe presto cambiare le cose. Soprattutto se combinata con una spinta verso un minore impatto ambientale, una maggiore tracciabilità, una maggiore efficienza energetica e un minor consumo di materiali.

Tuttavia, contrariamente a quanto avviene in molti altri settori economici, è improbabile che ciò possa ridurre significativamente la manodopera umana impiegata nel settore edile.

Al contrario, migliorerà la produttività, la sicurezza e i profili ecologici dei nuovi edifici, consentendo al contempo progetti migliori e un minore consumo di risorse, il tutto sotto la supervisione di esseri umani che continuano a gestire direttamente le condizioni caotiche e mutevoli di un cantiere.

Azienda di stampa 3D

(Oltre alle aziende discusse di seguito, puoi leggerne altre nel nostro articolo “I 10 migliori titoli di produzione additiva e stampa 3D da tenere d'occhio")

Nano dimensione

La maggior parte delle aziende di produzione additiva si concentra su metallo e plastica, con particolare attenzione alle parti meccaniche complesse. Nano Dimension si è invece concentrata sull'elettronica stampata in 3D. Questo include tecnologie altamente specializzate come inchiostri conduttivi o dielettrici e ceramiche. Questi possono essere utilizzati, ad esempio, nella costruzione di componenti ottici o radio.

Questa è una delle possibili applicazioni della stampa 3D su scala nanometrica, che abbiamo approfondito in “La stampa 3D su scala nanometrica sembra pronta per la commercializzazione".

Nano Dimension è cresciuta attraverso un mix di acquisizioni e ricerca e sviluppo interni.

Fonte: Nanodimensioni

Questa strategia è cambiata con l'acquisizione di Desktop Metal, ha annunciato in 2024 e sarà finalizzato nel 2025. Insieme, le due aziende avranno una posizione molto più forte nella stampa 3D di metalli e ceramiche a tutti i livelli, dall'elettronica alle grandi apparecchiature industriali e all'aerospaziale, con un forte avanzamento nella produzione industriale.

Ciò crea anche economie di scala unendo la base di clienti che comprende SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics, ecc.

Infine, le due società erano principalmente attive in aree geografiche diverse, con Nano Dimension in Europa e Desktop Metal negli Stati Uniti, consentendo una sinergia unendo i loro team di vendita.

Fonte: Nano dimensione

L'azienda afferma di poter ridurre l'impatto ambientale della produzione, con una riduzione del 94% delle emissioni di CO2, del 100% di quelle di acqua, del 98% dei materiali e dell'82% delle sostanze chimiche. Nel complesso, possiamo aspettarci che Nano Dimension emerga come leader tecnologico.

Fonte: Nanodimensioni

Le aziende risultanti dalla fusione sono ben posizionate per sfruttare le nuove scoperte nella stampa 3D e sviluppare leghe di alluminio più resistenti, innovazioni che probabilmente amplieranno il mercato di riferimento.

Tuttavia, gli investitori devono essere consapevoli che sia Nano Dimension che Desktop Metal, entrambe acquisite, hanno avuto un flusso di cassa negativo, quindi la società risultante dovrà tagliare i costi o crescere a sufficienza per ottenere un profitto in futuro.

(Puoi leggere un'analisi più approfondita di Nanodimension nel report sugli investimenti dedicato)

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