L’idrogeno affiancherà l’elettricità rinnovabile nella transizione verso un’economia a emissioni zero. Il processo abilitante è l’elettrolisi: utilizza elettricità proveniente da fonti rinnovabili, solare ed eolico, per scindere l’acqua in idrogeno e ossigeno. Ma per costruire impianti a supporto della green economy serve introdurre una nuova capacità progettuale eco-compatibile. Una sfida che vede in prima linea Dassault Systèmes. «Il nostro obiettivo è supportare i costruttori nella realizzazione di soluzioni a supporto dell’intera value chain energetica, dando impulso alla creazione di una filiera a idrogeno», afferma Philippe Bartissol, Vice President, Industrial Equipment industry di Dassault Systèmes. Come risaputo, l’energia prodotta da impianti solari eolici è per sua natura discontinua. Per essere efficiente e sfruttare al massimo il suo potenziale la si deve poter immagazzinare. Ecco, quindi, impianti a idrogeno che vengono affiancati a parchi solari ed eolici. «L’idrogeno è un elemento centrale per garantire la carbon neutrality del sistema energetico. Può essere stoccato in grandi quantità e prelevato in base alle esigenze stagionali», spiega Bartissol.
Cuore del processo di trasformazione, l’elettrolizzatore di idrogeno. E’ in questa prospettiva che si inserisce il progetto realizzato da Dassault Systèmes e Visiativ, system integrator e partner della multinazionale del Cad, per McPhy, gruppo francese leader nella costruzione di impianti e stazioni di idrogeno. Ha scelto di implementare la piattaforma 3DExperience di Dassault Systèmes per ottimizzare prestazioni e performance, di processo e di prodotto, in tutte le attività che coinvolgono i centri di sviluppo, progettazione e produzione presenti in Francia, Germania e Italia. Il tutto in un’ottica di sostenibilità, decarbonizzazione e accelerazione del processo di transizione verso le energie rinnovabili, a partire dal settore industriale. Smart energy che ridurrà al contempo il congestionamento delle reti elettriche, consentendo una maggiore diffusione e installazione di impianti rinnovabili. Solidworks e Catia le tecnologie che McPhy utilizza per la progettazione degli elettrolizzatori. «Supportano tutti gli aspetti del processo di sviluppo, dice Bartissol. Consentono la progettazione meccanica ed elettrica, l’analisi di progetto e la gestione dei dati all’interno di una dimensione collaborativa che viene soddisfatta dalla piattaforma 3DExperience».
Una soluzione, multifisica e simulation-driven, che aiuta progettisti e ingegneri ad abbreviare il ciclo di progettazione, aumentare la produttività e ridurre i costi di produzione, migliorando al contempo la qualità e l’affidabilità del prodotto. Dalla fase di progettazione a quella di implementazione, la piattaforma consente di gestire un progetto nella sua interezza. Ogni utente può richiedere l’accesso ad uno degli strumenti inclusi nella piattaforma senza doverla necessariamente installare sulla propria postazione di lavoro. Un ambiente connesso, che standardizza i processi e le applicazioni di progettazione e simulazione, centralizzando i dati e la gestione dei progetti, facilitando l’interazione tra tutti i team di sviluppo. Come dice Bartissol, «La piattaforma implementata in McPhy dà vita a un’architettura unificata di progetto tra tutte le sedi del gruppo. Contribuisce a ridurre time-to-market modellando il processo in una logica di sviluppo prodotto basata sulla simulazione multifisica del virtual twin».
Idrogeno, la crescita sostenibile di un mercato ad alta efficienza energetica
Utilizzato come fluido nei processi industriali, trasformato in carburante pulito per veicoli a emissioni zero, oppure utilizzato come vettore di stoccaggio e flessibilità per reti elettriche e di gas, l’idrogeno a zero emissioni di carbonio, prodotto attraverso l’elettrolisi dell’acqua utilizzando elettricità rinnovabile, occupa un posto centrale nel nuovo panorama energetico. Secondo il Financial Times, il 26% delle aziende sta adottando strumenti digitali avanzati per progettare e realizzare prodotti a basse emissioni di carbonio. Un esempio è la rapida crescita dei parchi eolici offshore.
Le soluzioni Dassault hanno consentito di creare turbine più grandi, più efficienti e più resilienti eseguendo decine di migliaia di simulazioni durante la fase di progettazione, assicurando un monitoraggio costante delle prestazioni durante il suo funzionamento. E l’idrogeno è l’anello indispensabile per valorizzare l’energia rinnovabile prodotta dal vento. «E’ l’unico vettore energetico che consente lo stoccaggio dell’elettricità in eccesso e la sua valorizzazione in molteplici applicazioni, industriali e di mobilità», dice Bartissol. Secondo l’Hydrogen Council, l’idrogeno potrebbe arrivare a rappresentare fino al 20% dell’energia finale totale consumata nel 2050 e contribuire a ridurre di 6 Gt le emissioni annue di Co2. I mercati collegati all’idrogeno e alle sue tecnologie varrebbero 2,5 trilioni di dollari all’anno e 30 milioni di posti di lavoro a livello globale.
Virtual twin come contenitore digitale delle informazioni per tutto il ciclo di vita del prodotto
Quello che Dassault Systèmes ha realizzato per McPhy è un virtual twin all’ennesima potenza. «L’esigenza di avere un modello digitale che non sia solo utilizzato in progettazione inizia a diventare una richiesta da parte dei clienti, quanto meno quelli più avanzati, dice Bartissol. E’ una tendenza in progressione, che si andrà sicuramente ad affermare in ogni settore di industria». In buona sostanza, in un prossimo futuro gli ordini di acquisto verranno fatti sulla base di serial number di componenti virtual twin. Qualunque cosa accada nel ciclo di vita del prodotto, interventi di modifica impianto, installazione di nuovi componenti a seguito di manutenzione, verranno metabolizzati dal virtual twin, riproducendo lo stato dell’impianto in tempo reale. Virtual twin, quindi come single source of information per pianificare interventi di manutenzione.
«L’assenza di un database centralizzato contenente tutte le informazioni causa ritardi ed errori. Con sistemi e impianti multi-virtual-twin ogni componente può essere invece visualizzato in digitale rendendo disponibili tutti i dati utili a coloro che hanno ruoli di responsabilità nella gestione dell’impianto», racconta Bartissol. Il vantaggio principale che deriva dall’adozione di una piattaforma come 3DExperience? Modellizzazione dell’intero processo di sviluppo secondo una logica collaborativa che coinvolge tutti gli stakeholder. «Vale un approccio del tutto diverso da passato. Come dico spesso ai miei clienti, dimenticavi il Cad, il Plm, la simulazione. Pensate in termini di collaboration. E’ questo il primo ed essenziale punto di partenza. Nell’ambito di progetti grandi e complessi, come quelli che appartengono al settore energetico la collaborazione non va vista come subordinata, ma come base della piramide progettuale», afferma Bartissol.
Simulazione multifisica, le coordinate digitali di Dassault Systèmes per la costruzione di prodotti sostenibili
McPhy utilizza Solidworks per costruire il modello Cad con tutti suoi elementi per poi proseguire con Catia nello sviluppo e design del piping e tubing, l’operazione più pesante e complessa. «Gli elettrolizzatori hanno un sacco di tubi e condotte, spiega Bartissol. La simulazione è fondamentale in progetti di questa complessità, che implicano una progettazione multifisica». Meccanica strutturale, fluidodinamica, elettromagnetismo. Ogni disciplina fisica deve poter essere simulata. L’obiettivo è ridurre i tempi e i costi di sviluppo, migliorando al tempo stesso l’efficienza del processo attraverso verifiche precise del comportamento del prodotto e dei materiali in condizioni reali. Il software di simulazione elettromagnetica consente per esempio agli ingegneri di analizzare le proprietà elettromagnetiche di singoli componenti o interi sistemi.
Simulazione che può essere applicata durante l’intero processo di progettazione. E la piattaforma 3DExperience supporta gli utenti che utilizzano la simulazione riunendo tutti i dati e gli strumenti di un progetto in un’unica fonte di dati, consentendo agli ingegneri di progettare e collaudare utilizzando un gemello virtuale. Per l’analisi strutturale viene utilizzato il metodo degli elementi finiti (Fem) per comprendere il comportamento in funzione di condizioni di carico e temperatura reali. Il progetto funzionerà come previsto? Come è possibile migliorarne le prestazioni? Si romperà durante il funzionamento o se utilizzato in modo improprio? Come avverrà la rottura? Quanto a lungo durerà il mio prodotto? «La simulazione aiuta a rispondere a tutte queste domande mettendo i progettisti nella condizione migliore per realizzare un prodotto stabile, affidabile e a prova di futuro», dice Bartissol.
Sustainable Innovation Intelligence, simulazione di prodotto e processo per una progettazione eco-compatibile
Quale opzione meccanica e ingegneristica avrà il minore impatto sull’ambiente? «Le modalità di progettazione non hanno ancora assorbito una logica di sviluppo sostenibile, commenta Bartissol. Occorre progettare i materiali in modo che possano essere riciclati e riutilizzati». Ecco, quindi, l’importanza di capacità di Life Cycle Assessment che in Dassault Systèmes si acquisiscono con la metodologia di Sustainable Innovation Intelligence. «Consente alle aziende di guidare l’economia circolare riducendo al minimo gli impatti ambientali di prodotti e processi durante il loro intero ciclo di vita». In definitiva, la combinazione della tecnologia dei gemelli virtuali e delle capacità di valutazione del ciclo di vita offre nuovi modi per impostare i requisiti di sostenibilità in anticipo, misurando la sostenibilità delle decisioni prima di implementarle. «Quello che proponiamo alle aziende è una soluzione di valutazione del ciclo di vita di prodotto per consentire di ridurre al minimo l’impatto ambientale dei materiali e dei processi in ottica di economia circolare», aggiunge Bartissol. Ecco, quindi, Ecoinvent, la cloud platform sviluppata in collaborazione con l’omonima associazione globale leader nel Lifecycle Inventory Data. Cuore della piattaforma un database che contiene informazioni sugli impatti di oltre 18.000 processi industriali nella progettazione virtuale, nello sviluppo del prodotto, nell’ingegneria di produzione, nelle operazioni e nella logistica. «Per promuovere un’innovazione sostenibile le aziende devono integrare i principi di progettazione eco-compatibile fin dalle primissime fasi del processo, pensando ai loro prodotti prima che abbiano un impatto nel mondo reale, afferma Bartissol. Le scelte vengono fatte con una logica green. Si valutano le differenti opzioni progettuali in termini di impatto ambientale, sia dal punto di vista della produzione che di supply chain».
Ottimizzare l’efficienza in tutte le operation con l’obiettivo di ridurre gli sprechi
Secondo i dati del World Research Institute, il settore energetico è responsabile di circa il 25% delle emissioni totali di gas serra. Per raggiungere gli obiettivi di sostenibilità gli analisti di Bcg stimano che le emissioni derivanti dalla produzione e dalla logistica dovranno diminuire di circa il 45% entro la fine del decennio. Per rimanere in linea con l’accordo di Parigi si dovrebbe riuscire a dimezzare le emissioni entro il 2030 e scendere a zero emissioni entro il 2050. Una grande sfida ma che presenta enormi opportunità per le industrie manifatturiere. «In termini pratici ci sono diversi modi in cui le industrie possono perseguire obiettivi di produzione green, dice Bartissol. Ottimizzare l’efficienza in tutte le operation con l’obiettivo di ridurre gli spechi, poiché l’energia più sostenibile è quella che non si usa. E poi elettrificare i processi in modo che un numero maggiore di impianti possa funzionare con forme di generazione di energia pulita a basse emissioni di carbonio. A corollario del tutto, lavorare per sviluppare economie circolari dando la priorità al riciclaggio e al riutilizzo. L’ingegneria dei prodotti e della produzione – afferma Bartissol – sta diventando più complessa che mai e l’impronta ambientale deve essere inclusa fin dalle prime fasi di progettazione».
