In Italia è presente uno dei primi cinque colossi mondiali della microelettronica, con due importanti poli produttivi nelle provincie di Milano e Catania, laboratori di ricerca tecnologica avanzata e di applicazione. Una delle sue priorità strategiche mira alla realizzazione di soluzioni capaci di favorire l’efficienza energetica.
Il processo tecnologico ha contribuito
molto a migliorare la qualità della
nostra vita. Siamo continuamente
accompagnati e assistiti, anche nelle
più normali attività quotidiane,
da una serie infinita di gadget di
cui non potremmo fare a meno.
Inevitabilmente, però, questi piccoli
ma indispensabili ausili tecnologici
assorbono potenza elettrica, e hanno
prodotto, nel tempo, un aumento
esponenziale del consumo mondiale
di energia. Oggi, di fronte a un andamento
scarsamente prevedibile del
prezzo del petrolio, con pesanti impatti
su tutte le economie mondiali e in
vista di un pericolo non così remoto
dell’esaurimento delle tradizionali
fonti energetiche, è necessario un serio
ripensamento. Si devono analizzare in
maniera seria e scientificamente accurata
le possibilità di impiego di fonti
energetiche rinnovabili e alternative.
Soprattutto, però, è urgente utilizzare
tutte le tecnologie a nostra disposizione
per migliorare l’efficienza energetica
di macchine, impianti e dispositivi.
Un problema che si può affrontare
con decisione e risolvere, utilizzando
la microelettronica.
In Italia è presente uno dei primi cinque
colossi mondiali della microelettronica,
con due importanti poli produttivi
nelle provincie di Milano e
Catania, laboratori di ricerca tecnologica
avanzata e di applicazione: la
STMicroelectronics. Con un fatturato
di 8.5 miliardi di dollari nel 2009,
la STMicroelectronics ha definito
chiaramente le sue priorità strategiche.
Una di queste priorità incentrata sulla
potenza, appunto, mira anche alla realizzazione
di soluzioni capaci di favorire
l’efficienza energetica.
Eccellenza sostenibile e validi
motivi di business
I motivi di questa scelta sono profondamente
radicati nella cultura di
eccellenza sostenibile della società, ma
hanno anche una solida base di business.
Alcuni numeri possono servire a
motivare questa affermazione.
Prendiamo come esempio l’Unione
Europea, che pur rappresentando solo
il 7,2% della popolazione mondiale
consuma il 16% dell’energia.
L’obiettivo che si è data, sociale ma
anche economico, è ridurre i consumi
del 20% entro il 2020: questo significa
ridurre il costo della bolletta, ma
soprattutto diminuire le immissioni di
CO2 in atmosfera di circa 780 tonnellate
in un anno. Il 55% del consumo
di energia elettrica è destinato a pilotare
motori in applicazioni che vanno
dagli elettrodomestici, ai treni, ai sistemi
per l’industria pesante. Un altro
21% viene consumato per l’illuminazione;
il restante 24% è destinato all’alimentazione
di apparati e sistemi di
ogni tipo. Nella maggior parte dei casi
si tratta di applicazioni basate su architetture
di sistema, topologie circuitali
e dispositivi microelettronici sviluppati
parecchio tempo fa, quando nessuno
si preoccupava realmente di risparmiare
sui consumi elettrici.
L’applicazione delle innovazioni più
avanzate, di architetture ottimizzate
anche a livello di sistema e di algoritmi
sofisticati permettono di risparmiare
fino al 40% dei consumi nel
pilotaggio motori elettrici e il 25%
dell’energia destinata all’illuminazione.
Chi è in grado di realizzare le soluzioni
necessarie per raggiungere questi
traguardi ottiene un duplice obiettivo:
avere la strada spianata a un grande
successo commerciale in un mercato
che offre eccellenti opportunità di
business, e contribuire al benessere del
pianeta.
Tecnologie di base e architetture
di sistema progettate ad hoc
La STMicroelectronics è da tempo
leader nel settore della conversione
dell’energia. È stata la prima società a
sviluppare su scala industriale e a commercializzare
in grandi volumi le
cosiddette tecnologie di “potenza
intelligente” che uniscono la capacità
di calcolo delle strutture digitali alla
gestione delle potenze elevate dei
componenti bipolari e analogici. Ha
anche capito che per massimizzare
l’efficienza energetica non basta lavorare
sullo sviluppo delle tecnologie di
base, ma è indispensabile ripensare la
progettazione complessiva del sistema.
Per questo ha deciso di mettere le proprie
competenze a disposizione dei
clienti e sviluppare, insieme, applicazioni
che rispondono alle richieste di
un pubblico di consumatori e utenti
sempre più difficile da soddisfare,
minimizzando i consumi.
Generazione dell’energia
Nel settore della generazione
dell’energia, la STMicroelectronics ha
grandi competenze nel settore delle
nanotecnologie che, fra l’altro, possono
essere utilizzate per aumentare
l’efficienza dei pannelli solari a film
sottile su substrato flessibile.
Queste
competenze sono presenti anche nel
settore dell’elettronica di controllo
dei pannelli: un’altra maniera per
aumentarne l’efficienza.
Per esempio,
sistemi che sono in grado di ottimizzare
in modo intelligente la “cattura”
dell’energia solare grazie a sofisticate
elaborazioni per tenere conto di eventuali
zone d’ombra (una foglia o un ostacolo
che oscura parzialmente una cella).
Conversione e utilizzo dell’energia
Nei sistemi per la conversione e per
l’utilizzo efficiente di energia, la
STMicroelectronics ha una lunghissima
serie di record ottenuti con continui
investimenti in ricerca e sviluppo.
Nella microelettronica di base, per
esempio, l’evoluzione nel settore dei
Mosfet di Potenza ha permesso di
ridurne i consumi dell’82% circa in
10 anni. E si tratta di componenti
indispensabili per moltissimi sistemi
di attuazione.
Nelle applicazioni di pilotaggio dei
motori, vengono proposte soluzioni
con inverter capaci di fornire energia
al motore in modo graduale in base
alle esigenze, sotto il controllo di
microcontrollori sofisticati e sfruttando
una rete di sensori e termostati
installati nel sistema. In questo modo
si può automatizzare una fabbrica,
rendendo efficiente il funzionamento
di macchinari energivori.
Una casa sempre più verde
Anche tra le mura domestiche si possono ottenere grandi risparmi. Per
esempio, l’elettronica di controllo può
regolare il funzionamento della lavatrice
in base al carico effettivo. Il vantaggio
è una maggiore efficienza, ma
anche un uso ottimizzato dei detergenti
e della quantità di acqua con un
impatto positivo per l’ambiente.
Nel mondo dell’illuminazione, i nuovi
sistemi LED hanno permesso di fare
grandi passi in avanti. Una fonte
luminosa LED di ultima generazione
genera più di 100 lumen per ogni
Watt di potenza assorbita: una
luminosità quasi dieci volte maggiore
dei 15 lumen per Watt di una
normale lampadina a incandescenza, a
parità di consumo. I circuiti integrati
ad alta tensione (700V) della
STMicroelectronics per i cosiddetti
ballast, indispensabili per l’accensione
di lampade al neon, sfruttano una tecnologia
BCD proprietaria e aiutano a
risparmiare fino all’80% nei consumi.
Si sta studiando anche un ballast intelligente
che integra un microcontrollore:
il chip, montato all’interno del
punto luce, potrà regolare la luminosità
e comunicare con l’eventuale centrale
di automazione domestica. Il
progetto è in fase di realizzazione con
uno dei principali attori di questo
mercato.
La casa “verde” è un sistema che si
adatta all’ambiente. I sensori rilevano
le condizioni di luce, calore, umidità
esterna. I microcontrollori le analizzano
e, tenendo conto delle preferenze
dell’utente, regolano il riscaldamento,
chiudono o aprono le imposte, attenuano
la luce. Le smart plug, le
“prese” di corrente e i contatori intelligenti
regolano i consumi in base alle
reali necessità e alle fasce di tariffazione
più convenienti per l’utente.
Un po’ di numeri
Tutti questi accorgimenti hanno un
impatto enorme sull’ambiente, oltre
che sul portafoglio. Qualche numero.
Gli obiettivi che si è data l’Unione
Europa per il 2020, portando a regime
le normative per l’efficienza energetica
e la riduzione dell’impatto ambientale,
daranno buoni frutti. L’adozione di
elettrodomestici di nuova generazione
permetterà di risparmiare 51TWh.
Un numero che equivale all’attuale
consumo annuo cumulato di
Portogallo e Lettonia. La riduzione del
consumo in stand-by a meno di 1mW,
secondo la nuova normativa, sulle
apparecchiature elettroniche nelle
nostre case (che non dormono mai…
anche quando sono spente hanno la
“lucina rossa” perennemente accesa)
potrà permettere un risparmio di
35 TWh: il consumo annuo della
Danimarca. Ma si potrà fare ancora
molto di più. Basti pensare che già
oggi un frigorifero, basato su tutti
i chip più avanzati (ma già in
produzione) della STMicroelectronics
offre un risparmio annuo anche di
250 kWh rispetto ai modelli tradizionali.
Un numero che si tradurrebbe in
9000 GWh all’anno in Europa, se
tutte le apparecchiature di questo tipo
attualmente in funzione venissero
convertite. Un risparmio di 5 milioni
di tonnellate di CO2, cioè l’emissione
complessiva di un milione di automobili
che percorrono 30.000 chilometri
all’anno.
Smart grid:
verso una rete intelligente
Una ulteriore evoluzione è la realizzazione
di una “rete intelligente per l’energia”,
o smart grid. La necessità di
ottimizzare i consumi e la continua
spinta alla ricerca di fonti di energia
rinnovabile richiederà alla rete elettrica
di rispondere ad alcune esigenze
precise. Da un lato ogni “terminale”
(ad esempio, un’abitazione o un’industria)
non sarà solo un punto di consumo
ma potrà produrre autonomamente
energia, da immettere in rete a
disposizione degli altri utenti. D’altra
parte sarà necessario pianificare la
domanda e l’offerta in modo ottimale,
per evitare sovraccarichi stagionali ed
eventuali blackout. Un ruolo fondamentale
avranno quindi i contatori
elettronici intelligenti. Non permetteranno
solo di misurare i consumi dell’utente,
per pianificarli in base alle
diverse fasce orarie e alle esigenze.
Comunicheranno anche bidirezionalmente
informazioni al mondo esterno,
per ottimizzare un meccanismo
continuo di “scambi” di energia in
ingresso e uscita, armonizzandolo con
il resto della rete. E non è fanta scienza.
Si tratta di soluzioni tecnicamente
realizzabili, che si basano imprescindibilmente
sulle tecnologie microelettroniche
a semiconduttori. La
STMicroelectronics, per esempio, ha
già messo a punto alcuni componenti
per la trasmissione veloce di dati lungo
le linee elettriche. E i chip della
STMicroelectronics sono stati scelti,
in Italia e Spagna, per la diffusione
massiccia della prima generazione di
contatori elettronici intelligenti. I
traguardi di efficienza fissati per il
2020 non sono irraggiungibili. La
STMicroelectronics è pronta a giocare
un ruolo da protagonista, con le sue
consolidate tecnologie e prodotti di
successo.