low carbon materials: perché sono sempre più importanti?

Low carbon materials: che cosa sono?

I low carbon materials ovvero materiali a basse emissioni di carbonio, sono materiali prodotti attraverso processi industriali che generano una quantità ridotta di emissioni di gas serra rispetto alle alternative tradizionali. L’obiettivo dei low carbon materials è di abbattere l’impronta di carbonio lungo l’intero ciclo di vita, dalla produzione all’utilizzo fino allo smaltimento.

Nella categoria dei low carbon materials rientrano

• cemento e acciaio low carbon, realizzati con tecniche innovative di produzione e riciclo;
• materiali biobased, derivati da fonti rinnovabili;
• materiali riciclati che riducono il consumo di risorse primarie.

L’adozione dei low carbon materials è cruciale per la decarbonizzazione in generale, decarbonizzazione dei settori hard-to-abate, come edilizia e manifattura, per la costruzione di un nuovo rapporto tra decarbonizzazione e competitività industriale e per dare vita a un’economia sostenibile.

Affrontiamo il tema dei low carbon materials grazie al contributo che arriva dal report “Looking upstream: A path to unlocking low-carbon, circular materials” di McKynsey & Company

Le catene del valore dei materiali e i low carbon materials

Le catene del valore dei materiali, complesse e globali, generano circa il 20% delle emissioni globali di gas serra (GHG). Per raggiungere gli obiettivi di zero emissioni nette, è in atto una “transizione dei materiali” parallela a quelle energetica e della mobilità. Impegni aziendali per la neutralità carbonica e la circolarità, normative governative e la crescente domanda dei consumatori spingono verso i Low Carbon Materials e l’adozione di un’economia circolare, rafforzando in modo fondamentale il loro business case.

Perché è necessario disporre di una visione integrata delle catene del valore?

Tuttavia, le aziende spesso faticano a costruire una visione integrata delle catene del valore dei materiali, a causa dell’ampia gamma di materiali utilizzati e della visibilità limitata sui driver operativi e sulle interdipendenze, specialmente a monte della catena. Le opportunità di decarbonizzazione e circolarità in materiali come plastiche, rame, alluminio, elementi delle terre rare e vetro, sono un supporto fondamentale per le aziende nel percorso per raggiungere gli obiettivi di emissione, gestire risorse limitate e soddisfare la circolarità in modo efficiente.

Qual è l’impatto dei materiali sulle emissioni globali?

La produzione di materiali è responsabile di circa il 20% delle emissioni globali di GHG, rendendo la loro decarbonizzazione un obiettivo critico. L’intensità e la localizzazione delle emissioni variano significativamente per tipo di materiale. Ad esempio, per alluminio e rame, la decarbonizzazione delle emissioni di Scope 2 (dall’elettricità) è cruciale. Per l’acciaio e il nichel, invece, è fondamentale affrontare le emissioni di Scope 1 (di processo e da combustibili).

Nel 2021, i principali contributori alle emissioni GHG legate ai materiali sono stati:

• Ferro e acciaio: 7,0 Gt di CO2
• Cemento: 5,0 Gt di CO2
• Carbone e altri minerali energetici: 3,0–4,0 Gt di CO2
• Plastiche: 3,0 Gt di CO2
• Alluminio: 0,5 Gt di CO2
• Rame, materiali per batterie e preziosi, vetro, altri chimici/miniere/metalli: contributi minori ma significativi (~0,1-1,0 Gt di CO2 ciascuno).

La lavorazione (processing) costituisce la maggior parte delle emissioni primarie per molti materiali. Per l’alluminio, circa 15 tonnellate di CO2 per tonnellata di materiale sono legate all’elettricità, mentre per l’acciaio (~2 t CO2/t) le emissioni da combustibile e processo sono predominanti.

Perché si deve agire sulla catena del valore dei materiali?

La complessità delle catene del valore dei materiali, che si estendono a livello globale, rappresenta una sfida intrinseca. Le aziende faticano a ottenere una prospettiva integrata a causa dell’ampia varietà di materiali impiegati e della scarsa visibilità sui fattori operativi e sulle interdipendenze a monte. Questo è particolarmente vero per settori chiave come plastiche, rame, alluminio, elementi delle terre rare e vetro, per i quali è essenziale individuare le principali fonti di emissione, i pool inesplorati di materiali circolari e le vie di decarbonizzazione con la loro fattibilità tecnica ed economica.

Come evolve la domanda e l’offerta di low carbon materials?

Nei prossimi anni, la domanda di Low Carbon Materials e materiali circolari supererà l’offerta. La crescita è accelerata da tecnologie a basso carbonio che richiedono maggiore intensità di materiali (es. solare ed eolico richiedono 1.4-6.3 volte più materiali) e dalla necessità di litio e terre rare. Nonostante l’abbondanza geologica di molti materiali, è incerto quanto rapidamente la capacità produttiva (specialmente per i materiali a basso carbonio o circolari) e le infrastrutture di supporto possano essere aggiunte per soddisfare questa domanda crescente, causando già picchi di prezzo.

Il ruolo dei materiali riciclati a basso tenore di carbonio

Per i materiali riciclati e a basso tenore di carbonio, persiste l’incertezza sui “premi verdi” (costi aggiuntivi per prodotti sostenibili) di fronte a costi materiali già in aumento, richiedendo alle aziende di garantire le forniture. Si prevede che la maggior parte dei materiali a basso carbonio e riciclati diventerà scarsa nei prossimi cinque-dieci anni. La lenta maturazione di un mercato premium e la comprensione dell’economia unitaria sono colli di bottiglia per uno sviluppo più ampio.

Quali sono le principali leve di decarbonizzazione per i materiali?

La decarbonizzazione delle catene del valore richiede un approccio end-to-end, mirato ai punti caldi di emissione di ogni merce. Diverse leve di abbattimento possono essere applicate a diverse catene del valore:

• Elettricità rinnovabile: Componente fondamentale in quasi tutti gli sforzi di decarbonizzazione.
• Trasparenza del carbonio: Cruciale per informare le leve di abbattimento specifiche del settore e del materiale.
• Adattamenti di processo: Modifiche ai processi produttivi per ridurre le emissioni.
• Approvvigionamento di materiali e beni di consumo a basso tenore di carbonio: Sourcing di input con una minore impronta di carbonio.
• Riciclo: Un pilastro fondamentale per affrontare le emissioni in diverse industrie e catene del valore.

Quale ruolo può svolgere l’economia circolare?

La circolarità ha un potenziale significativo per la riduzione delle emissioni. Per aumentare il contenuto riciclato nei prodotti, le aziende devono comprendere barriere e sblocchi, concentrandosi sull’accesso a nuovi pool secondari anziché competere per le forniture esistenti, già scarse.

Come gestire l’accesso agli scarti e ai materiali riciclati?

L’accesso agli scarti e ai materiali riciclati è fondamentale. Le analisi evidenziano cinque temi intersettoriali per i materiali secondari:

1. Scarti pre- e post-consumo: Il riciclo degli scarti pre-consumo è vicino ai limiti tecnici (oltre l’80% entro il 2035 con investimenti adeguati). Le aziende dovranno quindi attingere a nuovi pool di scarti post-consumo o migliorare l’uso di quelli esistenti, evitando il “downcycling”. La mescolanza di materiali come l’alluminio nei processi di fabbricazione limita il recupero di leghe specifiche, aprendo opportunità per diversificare l’offerta e coinvolgere nuovi stakeholder.
2. Raccolta: L’aumento della raccolta è un fattore abilitante per l’accesso a flussi di materiali incrementali, specialmente per applicazioni non industriali (es. rifiuti elettronici). Le aziende possono attingere a volumi aggiuntivi tramite partnership e lo sviluppo di canali specifici per il riciclo dei rifiuti elettronici.

Come superare le tradizionali barriere alla circolarità?

3. Tecnologia: È cruciale per il riciclo avanzato. Esempi includono tecnologie di smontaggio (per terre rare da elettronica), selezione avanzata (per scarti di alluminio o plastica) e recupero a base di monomeri/solventi per plastiche di qualità vergine. È essenziale che queste tecnologie scalino e diventino competitive in termini di costi, considerando il loro impatto ambientale (es. pirolisi può generare emissioni simili al materiale vergine, a differenza del riciclo meccanico).
4. Alleanze: La collaborazione tra gli stakeholder della catena del valore è necessaria per realizzare il valore dei complessi flussi di materiali post-consumo. Accordi di offtake per aggregare la domanda e diversificare il rischio, o l’integrazione a circuito chiuso, possono migliorare l’economia unitaria e ridurre i costi di produzione.
5. Strategie multimateriale: Approcci che mirano a recuperare più tipi di materiali contemporaneamente (es. da schede a circuito stampato) diventeranno più interessanti dove il valore principale è già stato estratto ma rimangono materiali critici. Queste strategie richiedono integrazione con le catene del valore esistenti per essere competitive.

Quali sono le regole dell’economia dei materiali secondari?

Nuovi pool di materiali secondari possono essere marginalmente più costosi rispetto ai materiali primari oggi. Tuttavia, per un business case favorevole, gli attori del riciclo devono mitigare i costi principali (raccolta, smontaggio, smistamento, lavorazione) tramite sviluppo tecnologico, aumento di scala, reti logistiche efficienti e partnership.

L’aumento delle forniture e l’incremento dei costi del carbonio (in alcune regioni), insieme a normative favorevoli (come l’EU Battery Passport, il Critical Raw Materials Act e la Direttiva sui Veicoli Fuori Uso), dovrebbero rendere i materiali riciclati più competitivi rispetto alle alternative convenzionali. Il risparmio sui costi del carbonio può infatti compensare i maggiori costi dei materiali secondari. Ad esempio, con un costo del carbonio di $100 per tonnellata di CO2, il 5-10% di costo aggiuntivo per l’alluminio o l’acciaio inossidabile secondari è ampiamente giustificato.

Perché per i low carbon materials servono nuove forme di collaborazione?

La creazione di Low Carbon Materials e materiali circolari per prodotti complessi richiede la collaborazione di molteplici catene del valore. Per scalare le soluzioni e affrontare le sfide legate alla disponibilità e al costo dei materiali, la collaborazione sarà fondamentale. Che si tratti di sviluppare nuove tecnologie di riciclo, ottimizzare la raccolta e la selezione, o formare alleanze per la gestione dei flussi di materiali post-consumo, nessun attore può agire efficacemente da solo. La condivisione di conoscenze, risorse e rischi tra diversi settori e livelli della catena del valore è la chiave per accelerare la transizione verso un’economia più sostenibile e circolare.