LogoIstituto di Tecnologie Industriali e Automazione
Tecnologie e sistemi di De- e Remanufacturing – Impianto pilota integrato per la gestione avanzata e sostenibile di prodotti meccatronici a fine vita.
Sito web:http://www.itia.cnr.it/it/
CittàMilano
SettoreIstituto di ricerca
Attività dell'impresaITIA-CNR ha il compito istituzionale di svolgere, promuovere e valorizzare attività di ricerca per lo sviluppo scientifico, economico e sociale del paese. La missione dell'Istituto è indirizzata ad attività di ricerca su tecnologie abilitanti, processi e prodotti integrati nella fabbrica agendo in stretta collaborazione con le industrie.
ProgettistaITIA-CNR
Innovazionetecnologica
DescrizionePer adeguare i processi produttivi alle nuove necessità della sostenibilità, il manifatturiero deve far evolvere il proprio paradigma da quello della produzione a quello della produzione-deproduzione integrate. Nel primo, l’obiettivo è quello di produrre in condizioni di efficienza economica, con limitata attenzione al ciclo di vita di prodotti e processi ed ai loro impatti ambientali, con il ricorso alla discarica a fine vita e con limitate pratiche di riciclo. Nel secondo, invece, l’obiettivo è quello di massimizzare nel tempo il valore aggiunto apportato dalla manifattura e la durata dei componenti e materiali impiegati nella fabbricazione. Questo è possibile concependo e costruendo delle nuove fabbriche per la deproduzione, da considerarsi quali parte integrante dei tradizionali sistemi produttivi. Tali fabbriche saranno dotate di nuove tecnologie per la gestione della de-produzione, intendendo con questo termine l’insieme delle pratiche di disassemblaggio, testing, remanufacturing e riciclo di componenti e materiali, affinché questi possano rientrare nel ciclo produttivo o essere impiegati in altre filiere in una logica di “zero waste”. L’impianto pilota integrato per la gestione avanzata e sostenibile di prodotti meccatronici a fine vita contribuisce ad affermare il nuovo paradigma sviluppando nuove metodologie e tecnologie per il demanufacturing, strategie ottimali di End-Of-Life e configurazioni di demanufacturing supply chain sostenibili. Gli elementi di innovazione di cui l’impianto si avvale derivano dall’integrazione di contenuti multidisciplinari, presidiati ciascuno da diversi Dipartimenti di ITIA, all’interno di un unico programma di ricerca coerente. In particolare, essi possono essere riassunti nei seguenti punti: • concezione e realizzazione di metodologie e tecnologie innovative di macchine e sistemi per il demanufacturing, a livello macro e micro, basate sui principi dell’automazione flessibile e sostenibile; • visione integrata dei processi di demanufacturing ed ottimizzazione a livello sistemico anziché locale, così come è tipico della frammentazione attuale di questo settore; • trasferimento delle tecnologie e dei metodi più avanzati tipici del manufacturing (quali ad esempio la cooperazione sicura robot-macchina, i sistemi di controllo adattativo, gli strumenti della Virtual Facotry, ecc.) ai processi di demanufacturing; • ottimizzazione basata su modelli avanzati di simulazione di processo e dei consumi energetici a livello di macchina, sistema e building; • attenzione alla sostenibilità delle tecnologie sviluppate alla luce delle attuali condizioni di business e di configurazione di mercato/supply chain.
Benefici ambientaliI Rifiuti da Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche (RAEE) sono tra i flussi di rifiuti la cui produzione sta crescendo sempre più velocemente in Europa. A causa dei continui sviluppi tecnologici, la vita media di molti apparecchi elettrici ed elettronici è infatti molto breve. Nei rifiuti urbani, i rifiuti elettronici composti da PC, cellulari e televisori contribuiscono all'8% di tutti i rifiuti urbani, in aumento con un tasso annuo del 3-5% (Gaidajis et al., 2010). I RAEE sono prevalentemente costituiti da vetro, plastica, metallo, batterie, cavi e Printed Circuit Boards (PCBs), le quali rappresentano il principale costituente del rottame elettronico obsoleto e scartato. In particolare, la composizione materiale principale delle PCBs è rappresentata dal 70% in peso di non metalli, come ceramica, plastica e fibre di vetro, e il 30% in peso di metalli, sia preziosi (Au, Ag, Pt) che metalli di base (Al, Cu, Ni, Zn, Fe). Nonostante le potenzialità economiche derivanti dal riciclo di questi prodotti, non sempre la gestione dell’E-waste va in questa direzione. Circa 267,3 MT di oro e 7275 MT di argento vengono consumati ogni anno per la produzione di telefoni cellulari, computer portatili e altre apparecchiature elettroniche (Thomson Reuters GFMS, 2014). Tuttavia, solo il 15% viene recuperato da queste apparecchiature. Spesso invece questi rifiuti vengono smaltiti in discarica previa inertizzazione delle eventuali sostanze pericolose presenti. I principali problemi derivanti da questo tipo di rifiuti sono la presenza di sostanze considerate tossiche per l'ambiente e la non biodegradabilità di tali apparecchi. Per valutare i danni ambientali legati all’E-waste è necessario effettuare test di tossicità, come il Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TLCP) eseguito per valutare l’impatto ambientale che i rifiuti elettronici comportano quando smaltiti in discariche. È stato dimostrato che lo smaltimento in discarica di RAEE non produce percolati con concentrazioni di metalli pesanti superiori ai limiti ambientali (Spalvins et al., 2008). Tuttavia, questo cocktail chimico generato come percolato a seguito dello smaltimento si è rivelato particolarmente tossico per gli organismi acquatici (Degan et al., 2007). Inoltre, solitamente i rifiuti elettronici vengono compressi prima o durante lo smaltimento nelle discariche e questo può aumentare la produzione di prodotti di lisciviazione che potrebbero generarsi delle varie componenti dei circuiti elettronici. I potenziali danni ambientali legati alla scorretta gestione dei RAEE rendono necessario lo studio dell’ottimizzazione dei processi di recupero e trattamento sostenibili di questi rifiuti. I metodi di riciclaggio hanno un impatto ambientale minimo quando combinati con l'applicazione di tecnologie adeguate, mentre, al contrario, quando si utilizzano le pratiche eseguite nei paesi in via di sviluppo (ad es. la combustione dei rifiuti elettronici e l'emissione di diversi inquinanti all'aria, le infiltrazioni di scarico nelle acque sotterranee e superficiali, etc.), il bilancio finale dell'impatto ambientale non è sempre positivo. L’affermarsi delle pratiche di remanufacturing, disassemblaggio selettivo finalizzato al ri-uso e riciclo di key-metals e terre rare, infatti, permette di massimizzare la vita utile dei prodotti, di conseguenza la necessità di estrazione di nuovi materiali risulterà ridotta e si potranno meglio preservare le risorse del pianeta. Inoltre, il trattamento con logiche industriali di prodotti meccatronici ed elettronici in Europa potrà porre fine ai processi di smaltimento ad alto impatto ambientale condotti in Cina. Localmente, il vantaggio ambientale consisterà nel fatto che le pratiche di remanufacturing e ri-uso di componenti diminuiranno la necessità di processi produttivi per nuovi prodotti, quindi ridurranno il consumo energetico e le emissioni ambientali del manifatturiero in generale.
 Altri benefici ambientaliMinor consumo materie prime
 ValutazioneI benefici e le ricadute legati all’implementazione a livello industriale dell’impianto pilota, oltre ai sopra citati benefici ambientali, sono: • benefici economici, generati da una maggiore competitività delle imprese che già operano nella deproduzione, grazie alle nuove metodologie e tecnologie ad alta efficienza integrate nell’impianto; la crescita del settore del demanufacturing in virtù dei benefici che si potranno trarre dall’adozione di nuove tecnologie e metodi; una maggiore competitività delle imprese della filiera dei prodotti meccatronici ed elettronici, grazie alla maggiore disponibilità di materiali e componenti derivanti dai processi di re-manufacturing e riciclo; la nascita di una nuova industry di macchine e sistemi avanzati per la deproduzione. • benefici sociali, legati all’aumento dei posti di lavoro grazie alla crescita della competitività delle imprese; maggior benessere, sicurezza e soddisfazione degli operatori sul posto di lavoro grazie alle nuove tecnologie di interazione uomo-macchina; • benefici strategici per la creazione di nuove competenze ad alta specializzazione in un settore strategico per il futuro dell’industria; l’internazionalizzazione delle attività di ricerca grazie alla coerenza dell’impianto con le priorità dell’agenda manifatturiera Europea della ricerca; lo sviluppo di nuovi flussi di conoscenze specializzate tra mondo della ricerca e mondo industriale grazie all’ integrazione di concetto di Learning Factory, luogo in cui esperti hanno la possibilità di prendere parte alla concezione di idee innovative legate alla deproduzione e al nuovo concetto di industria in un’ottica di economia circolare, con la possibilità di integrare nuove macchine e sistemi all’interno della fabbrica pilota; minore dipendenza dai paesi estrattori per l’approvvigionamento di key-metals e terre rare. Data la fortissima vocazione industriale della Regione Lombardia, in cui è particolarmente affermata l’industria della meccatronica e dei beni strumentali, tali benefici potranno avere una grande diffusione sul territorio. L’impianto nel suo insieme permette di affrontare tematiche e di sviluppare tecnologie abilitanti ritenute prioritarie a livello Europeo, Nazionale e Regionale. In relazione alle priorità dell’agenda di ricerca regionale, esso rappresenta quindi un’iniziativa che può rendere più competitivi gli attori del territorio nel partecipare a progetti ed iniziative di ricerca e innovazione internazionali. L’impianto pilota è stato concepito con tecnologie abilitanti e nuovi modelli di business per le fabbriche di deproduzione, da considerarsi quali parti integranti dei tradizionali sistemi produttivi, all’interno di un nuovo paradigma manifatturiero di manufacturing - demanufacturing integrati. Tale cambio di paradigma è ancora più urgente e necessario in quei settori che impiegano materie prime che scarseggiano e che sono necessarie per la fabbricazione di prodotti intelligenti ad elevata funzionalità, in grado di migliorare la qualità di vita ed il benessere delle persone, nonché l’efficienza e la sostenibilità delle imprese. Inoltre è fondamentale in settori che trattano prodotti caratterizzati da brevi cicli di vita, che inducono l’accumulo di volumi sempre maggiori di prodotti da dismettere, molti dei quali ancora con una vita utile residua. Ne costituiscono un importante esempio i prodotti meccatronici, cioè quei prodotti che racchiudono un insieme di funzionalità meccaniche, elettroniche ed informatiche (quali ad esempio, nel caso automobilistico, dispositivi frenanti, cambi automatici, sistemi sterzanti) ed i prodotti elettronici in generale (come laptop, tablet, palmari, televisori, ecc.). Questi aspetti indicano quanto il cambiamento di paradigma sopra illustrato sia importante non solo per preservare l’ambiente e le risorse del pianeta, ma anche per continuare a supportare l’evoluzione tecnologica, il benessere delle persone e l’economia industriale di settori strategici.

 

 

I partecipanti 2017

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