Sostenibilità
Avanzare la Costruzione Sostenibile Attraverso la Tecnologia
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Dalla Costruzione Tradizionale alla Eco-Costruzione Digitale
Construction is generally a very energy- and labor-intensive activity, generating significant pollution. It is still primarily an “offline” activity, with little digitalization compared to other economic activities.
Un articolo scientifico pubblicato in Sustainable Futures1 sta esaminando come l’emergere dell’IA, della tecnologia blockchain, della fabbricazione digitale e della tendenza verso la sostenibilità potrebbero influenzare questo settore.
Insieme, le tecnologie digitali e gli eco-materiali potrebbero portare a una significativa accelerazione delle tecnologie di eco-costruzione e ridurre l’impatto ambientale dell’industria delle costruzioni.
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 “Digital integration in eco-construction 2.0: Advancing sustainability through technology”.
Nuovi Metodi di Produzione
Materials in construction have been historically mass-produced in standardized forms, and any assembly required skilled human labor. New technologies are likely to change this status quo in the near future.
Il primo sono metodi di produzione oltre la produzione di massa in fabbrica concomputer numerico controllo (CNC) di lavorazione, laser cutting, and 3D printing. Each has its own advantages and weaknesses, and should be picked depending on the requirements of a given task.
Fonte: Sustainable Futures
Questi metodi riducono significativamente la quantità di materiale perso durante la lavorazione della materia prima in prodotti finiti per la costruzione.
Consentono anche un livello di flessibilità molto più elevato sul design finale, rendendo il design personalizzato più accessibile.
Infine, possono essere prodotti su scala molto più piccola e più localmente, potenzialmente portando a una drastica riduzione dell’impronta del trasporto dei materiali dalla materia prima alla fabbrica fino ai cantieri.
“Questa metodologia non solo favorisce l’utilizzo di eco-materiali, ma si allinea strettamente ai principi della costruzione snella e agli obiettivi net-zero grazie al suo profilo di scarto intrinsecamente basso.“
Tutti questi nuovi metodi di produzione beneficiano notevolmente del miglioramento e della democratizzazione della progettazione assistita da computer (CAD) e dell’adozione diffusa del Building Information Modeling (BIM). CAD e BIM costituiscono oggi lo scheletro digitale della maggior parte dei progetti di costruzione.
Eco-Materiali
Un altro cambiamento che influenza l’industria delle costruzioni è il passaggio a materiali più ecologici.
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, geopolymers can be used in 3D printing. I geopolimeri sono materiali inorganici, tipicamente simili a ceramiche, che possono essere prodotti da sottoprodotti industriali come la cenere volante o la scoria, che altrimenti sono rifiuti … Può essere formulato da materiali di origine locale.
Facendo così, mette l’industria delle costruzioni in una posizione per riciclare i rifiuti industriali invece di consumare risorse.
“Lo sviluppo di stampanti 3D su larga scala ha permesso la costruzione di intere strutture edilizie direttamente in loco, riducendo i costi di trasporto e le emissioni di carbonio associate.”
Tuttavia, il costo delle stampanti 3D e la loro velocità relativamente bassa devono essere considerati come limitazioni ancora serie di questa tecnologia, rallentandone l’adozione su larga scala.
Gli ecomateriali rinnovabili, come mass timber used for building wood skyscrapers, potrebbero anche aiutare a ridurre le emissioni di carbonio e il consumo di risorse dell’industria delle costruzioni.
Nuovi Progetti
Gli edifici stampati in 3D possono anche adottare forme personalizzate più complesse rispetto agli edifici realizzati con elementi prodotti in massa.
Di conseguenza, può facilitare l’integrazione di forme naturali ed ergonomiche negli edifici, il che può migliorare l’efficienza energetica grazie a 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 nella costruzione.
La stampa 3D consente anche la creazione di “gradient materials,” in cui le proprietà del materiale variano all’interno di un unico oggetto per soddisfare requisiti funzionali specifici senza l’uso eccessivo di materiale.
Blockchain per le Catene di Fornitura della Costruzione Sostenibile
Un’altra sfida ricorrente dell’industria delle costruzioni è probabilmente tracciare la provenienza dei materiali utilizzati e il loro profilo ESG.
This is a field where the efficient records allowed by blockchain technology can help.
Automatizzando e garantendo le transazioni lungo la catena di fornitura, la blockchain non solo migliora l’efficienza operativa ma costruisce anche fiducia tra le parti interessate fornendo un registro chiaro e immutabile delle origini dei materiali, della loro lavorazione e del trasporto.
La blockchain può anche essere utilizzata per abilitare contratti intelligenti, rendendo l’esecuzione dei contratti più fluida, posizionando la tecnologia potenzialmente in ogni fase del processo di costruzione, dalla fornitura dei materiali alla verifica e certificazione dell’edificio finito.
Fonte: Sustainable Futures
Aiutando a tracciare e dimostrare la provenienza dei materiali utilizzati nella costruzione, la blockchain può contribuire a soddisfare i requisiti di benchmark avanzati di sostenibilità come LEED, BREEAM o ISO 21930, dimostrando la conformità alle normative ambientali, alle protezioni del lavoro e ai mandati di riduzione del carbonio.
La più grande limitazione all’adozione di questa tecnologia non è tanto tecnica quanto culturale, poiché l’industria delle costruzioni è generalmente riluttante a modernizzare le proprie pratiche.
“Il settore delle costruzioni mostra una resistenza strutturale alla trasparenza digitale, in particolare nelle pratiche di approvvigionamento e subappalto che si basano su flussi di lavoro legacy, relazioni informali e sistemi di documentazione frammentati.”
In particolare, ciò può influenzare le strutture di potere esistenti e le pratiche di mercato nero o grigio endemiche nel settore, soprattutto in alcuni paesi o regioni.
“Per molti stakeholder, la natura decentralizzata e immutabile della blockchain è percepita non come un facilitatore ma come una forza dirompente che minaccia le norme operative esistenti.”
È probabile che l’adozione di blockchain e altri strumenti di tracciamento digitale avvenga rapidamente nei progetti di infrastrutture critiche, dove la tracciabilità non è solo un requisito normativo ma una condizione per la gestione della responsabilità e l’assicurazione della qualità.
IA nella Costruzione Sostenibile: Applicazioni e Limiti
Applicazioni
Man mano che le IA diventano più versatili, possono ora essere impiegate per migliorare i progetti di costruzione.
Una delle applicazioni è l’integrazione dell’IA nei flussi di lavoro della valutazione dell’impatto ambientale (EIA). Consente previsioni accurate a partire da enormi e eterogenei set di dati, inclusi indicatori ambientali specifici del sito, dati storici dei progetti e parametri normativi.
L’assistenza nella gestione di documenti legali e normative può avere un impatto significativo.
“Le tecniche di elaborazione del linguaggio naturale (NLP) estraggono conoscenze strutturate da testi normativi e documentazione storica delle EIA, accelerando le valutazioni di conformità e semplificando i cicli di revisione.”
Fonte: Sustainable Futures
Un’altra applicazione dell’IA è la previsione delle prestazioni dei materiali, per criteri così vari come l’integrità strutturale, l’isolamento, la resistenza all’acqua o la durabilità a vari stress (umidità, ingresso di cloruri, cicli di gelo-disgelo, gradienti termici, ecc.).
Limitazioni
Un limite all’adozione dell’IA sarà, tuttavia, la generalmente bassa qualità dei dati di input nell’industria, riducendo la capacità dei modelli e la loro precisione.
Man mano che più progetti diventano sempre più digitalizzati, ci si prevede che questa limitazione svanisca nel tempo. Lo stesso vale per il crescente corpo di dati sulle prestazioni dei diversi materiali in condizioni reali nel corso di diversi decenni.
Un altro potenziale problema è se i modelli sono addestrati su set di dati che riflettono iniquità storiche o non rappresentano zone ecologiche sensibili. Questo può essere particolarmente problematico con i modelli IA i cui meccanismi interni possono essere difficili da comprendere, rendendoli una sorta di “scatola nera”.
“L’efficienza e la profondità analitica offerte dall’IA devono quindi essere bilanciate rispetto a questi rischi mediante l’implementazione di framework di modellazione trasparenti, verificabili e sensibili al contesto.”
Sinergia tra Eco-Materiali, Blockchain e IA
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| Tecnologia | Principali Benefici | Principali Limitazioni |
|---|---|---|
| Stampa 3D | Design personalizzato, costruzione in loco, riduzione dei rifiuti | Alti costi, velocità di stampa lente |
| Eco-Materiali | Emissioni ridotte, riciclo dei rifiuti e fonti rinnovabili | Costo, scalabilità e accettazione normativa |
| Blockchain | Tracciabilità, contratti intelligenti, conformità ESG | Riluttanza del settore, resistenza culturale |
| IA | Previsione dell’impatto, conformità normativa, ottimizzazione dei materiali | Qualità dei dati, bias e problemi di trasparenza |
Ciascuna di queste innovazioni nella costruzione si intreccia con le altre, rendendole più utili rispetto a un loro impiego separato.
Man mano che più progetti integrano la tecnologia blockchain per la tracciabilità, aumenta la quantità di dati di alta qualità utilizzabili dall’IA.
Con l’aumento della digitalizzazione dei progetti di costruzione, si facilita l’integrazione della tecnologia CAD e della stampa 3D nella costruzione reale.
L’uso di materiali più ecologici e l’implementazione di migliori tecniche di riciclaggio riducono l’impatto ecologico della costruzione e della demolizione, aumentando così il valore dei dati di alta qualità che possono essere utilizzati per ottenere certificazioni ambientali preziose e stabilire nuovi standard per il settore.
Fonte: Sustainable Futures
- Sistemi IA avanzati per analizzare i dati ambientali, come l’esposizione al sole, i pattern del vento e gli effetti delle isole di calore urbane, per ottimizzare l’orientamento dell’edificio e la selezione dei materiali.
- Materiali sostenibili come calcestruzzo riciclato e legno proveniente da foreste gestite in modo sostenibile. Questi materiali sono posizionati strategicamente nella struttura dell’edificio per massimizzare la ventilazione naturale e la luce.
- Isolamento e finestre ad alte prestazioni, nonché pannelli solari e tetti verdi, sono combinati con sistemi IA che monitorano continuamente e regolano l’uso energetico in base alle condizioni ambientali in tempo reale.
Esempi Reali
Lo studio presenta anche esempi reali di primi adottanti di queste tecnologie per dimostrare che siamo ora fermamente nella fase di implementazione del ciclo tecnologico.
Un esempio è l’uso della blockchain per risolvere le controversie di pagamento con appaltatori e fornitori.
“Un progetto infrastrutturale di punta a Dubai ha implementato la blockchain per semplificare la gestione dei contratti e applicare pagamenti basati su traguardi, ottenendo miglioramenti misurabili nell’efficienza amministrativa e una riduzione dei costi finanziari .”
La blockchain ha anche aiutato a tracciare l’impronta ambientale dei materiali.
“Nei Paesi Bassi, la blockchain è stata sperimentata per tracciare in tempo reale la qualità, la consegna e l’impronta ambientale dei materiali fondamentali come acciaio e calcestruzzo, garantendo che sia le specifiche dei materiali sia le soglie di sostenibilità siano rispettate senza colli di bottiglia di ispezioni manuali.”
Un caso d’uso di IA è stato dimostrato in Svezia, dove architetti e ingegneri hanno selezionato materiali isolanti avanzati che ottimizzano la ritenzione energetica durante l’inverno e minimizzano 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’IA è stata anche impiegata in Giappone per automatizzare il riciclaggio dei rifiuti di costruzione.
I sistemi di smistamento basati su IA, dotati di tecnologie avanzate di imaging e sensori, hanno identificato e classificato accuratamente diversi tipi di rifiuti di costruzione.
“In un progetto pilota condotto in un sito di demolizione, il sistema IA ha aumentato il tasso di riciclaggio del 30% rispetto ai metodi tradizionali di smistamento manuale.
L’efficienza dello smistamento ha anche ridotto il tempo complessivo e i costi di manodopera associati alla gestione dei rifiuti, rendendo il processo di riciclaggio più economico e sostenibile.”
Sfide Regolamentari nella Costruzione Sostenibile
Paradossalmente, mentre la maggior parte delle normative nella costruzione è orientata a migliorare la sicurezza e i profili ambientali, esse potrebbero anche ostacolare l’adozione di queste tecnologie.
Una gran parte dei potenziali problemi deriva dal declino della standardizzazione nei metodi di costruzione. Il design personalizzato può 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 aiutare è il cosiddetto “sandbox regolamentare”, che consente progetti pilota di dimostrare il loro valore con un controllo meno opprimente.
“Questi quadri normativi consentono alle imprese di costruzione di sperimentare metodi digitali senza una piena esposizione normativa, facilitando l’innovazione pur mantenendo la supervisione.”
Un altro miglioramento può essere l’integrazione dei requisiti di costruzione digitale nei protocolli di gara pubblica. In questo modo, i governi non solo si adattano, ma guidano attivamente la transizione verso un settore delle costruzioni abilitato digitalmente e responsabile dal punto di vista ambientale.
Questi cambiamenti normativi dovranno essere gestiti a livello locale, nazionale e internazionale.
Fonte: Sustainable Futures
Devono anche muoversi rapidamente per adattarsi ai miglioramenti tecnologici. Altrimenti, ciò potrebbe rallentare l’adozione di tecnologie innovative come IA e stampa 3D nella costruzione, poiché le aziende potrebbero essere riluttanti a investire pesantemente in tecnologie che potrebbero non conformarsi a future normative.
Tecnologie Future per la Costruzione
Materiali ancora più impressionanti potrebbero un giorno essere integrati nei progetti di costruzione. Ad esempio, la nanotecnologia nella scienza dei materiali offre il potenziale di creare materiali da costruzione ultra-resistenti e leggeri, sia economicamente vantaggiosi sia ecologicamente sostenibili.
Un’altra opzione sono i materiali intelligenti che possono adattarsi ai cambiamenti ambientali, come i polimeri termoresponsivi che regolano le loro proprietà isolanti in base alle condizioni meteorologiche.
Questi materiali potrebbero aumentare drasticamente l’efficienza energetica e il comfort negli edifici senza interventi meccanici aggiuntivi.
Le tecnologie di fabbricazione digitale potrebbero diventare ancora più sofisticate, probabilmente incorporando sistemi di controllo qualità in tempo reale, come sensori avanzati e algoritmi IA per regolare al volo i parametri di stampa, garantendo proprietà ottimali del materiale e integrità strutturale.
La robotica potrebbe anche avere un impatto significativo, con, ad esempio, robot che eseguono la posa dei mattoni o installazioni complesse di tubi e cavi, migliorando velocità e precisione riducendo errori umani e costi di manodopera.
Infine, l’IA 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 potenziare la scoperta di nuovi materiali, migliorando la durata dei materiali e la comprensione dell’impatto ambientale durante l’intero ciclo di vita di un edificio.
Conclusione
Storicamente la costruzione è stata un’industria relativamente “low-tech”, integrando nuovi materiali lentamente e mantenendo i metodi di costruzione relativamente invariati.
La maturazione simultanea di CNC, stampa 3D, CAD, impronta digitale e IA potrebbe cambiare presto questa situazione. Specialmente se combinata con una spinta verso un impatto ambientale più basso, maggiore tracciabilità, maggiore efficienza energetica e minore consumo di materiale.
Tuttavia, a differenza di molti altri settori economici, è improbabile che ciò elimini gran parte della manodopera umana dall’industria delle costruzioni.
Al contrario, migliorerà la produttività, la sicurezza e i profili ecologici dei nuovi edifici, consentendo design migliori e un consumo di risorse inferiore, tutto sotto la supervisione di esseri umani che gestiscono ancora direttamente le condizioni caotiche e variabili di un cantiere.
Azienda di Stampa 3D
(Oltre alle aziende discusse di seguito, è possibile leggere di altre nel nostro articolo “Top 10 Additive Manufacturing And 3D Printing Stock to Watch”)
Nano Dimension
NNDM Grafico dei prezzi
La maggior parte delle aziende di produzione additiva si concentra su metallo e plastica, puntando a parti meccaniche complesse. Nano Dimension (NNDM ), invece, si è focalizzata su elettronica stampata in 3D. Questo include tecnologie molto specializzate come inchiostri conduttivi o dielettrici e ceramiche. Questi possono, ad esempio, essere utilizzati nella costruzione di componenti ottici o radio.
Questa è una delle possibili applicazioni della stampa 3D a livello nanoscale, che abbiamo approfondito in “Nanoscale 3D Printing Looks Primed for Commercialization”.
Nano Dimension è cresciuta attraverso una combinazione di acquisizioni e R&D interne.
Fonte: Nano Dimensions
Questa strategia è cambiata con l’acquisizione di Desktop Metal, annunciata nel 2024 e finalizzata nel 2025. Insieme, le due aziende avranno una posizione molto più forte nella stampa 3D di metalli e ceramiche a tutte le scale, dall’elettronica a grandi attrezzature industriali e aerospaziali, con un forte orientamento verso la produzione industriale.
Ciò crea anche economie di scala unendo la base clienti che include SpaceX, Tesla (TSLA ), GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics, ecc.
Infine, le due aziende erano per lo più attive in aree geografiche diverse, con Nano Dimension in Europa e Desktop Metal negli Stati Uniti, consentendo sinergie mediante la fusione dei loro team di vendita.
Fonte: Nano Dimension
L’azienda afferma di poter ridurre l’impronta ecologica della produzione, con una riduzione del 94% delle emissioni di CO2, del 100% dell’acqua, del 98% dei materiali e dell’82% dei prodotti chimici. In generale, possiamo aspettarci che Nano Dimension emerga come leader tecnologico.
Fonte: Nano Dimensions
Le aziende fuse sono ben posizionate per sfruttare le nuove scoperte nella stampa 3D e sviluppare leghe di alluminio più robuste, con queste innovazioni probabilmente destinate ad espandere il mercato indirizzabile.
Tuttavia, gli investitori devono essere consapevoli che sia Nano Dimension che Desktop Metal, al momento dell’acquisizione, presentavano flussi di cassa negativi, quindi la società risultante dovrà ridurre i costi o crescere sufficientemente per generare profitto in futuro.
(Puoi leggere un’analisi più approfondita di Nano Dimension nel rapporto di investimento dedicato)
Ultime Notizie e Sviluppi Azionari di Nano Dimension (NNDM)
