Innovazione ispirata dalla natura per l'energia sostenibile

In questo articolo, Alessandro Bianciardi, esperto di Solar Impulse e co-fondatore di Planet S.A.S, ha discusso di come possiamo imparare dalla natura per favorire la transizione verso una società sostenibile. Questo articolo è stato ripubblicato con il permesso di Alessandro e della rivista EU-China Energy Magazine. La versione originale è disponibilequi.

Le sfide legate all'energia sono molte: accesso, sicurezza, efficienza ed energia pulita. Sono anche interconnesse, sia per le persone che per gli ecosistemi. Non si può affrontare una sfida senza considerare altri settori energetici o avere un impatto su altre sfide globali come la salute pubblica, la scarsità d'acqua, il degrado del territorio, la biodiversità, l'inclusione sociale, il cambiamento climatico, ecc. Questa è la sfida generale allo sviluppo sostenibile: si tratta di un concetto dinamico che si è evoluto nel corso di molti anni e la società non è ancora attrezzata per navigare con sicurezza nella sua complessità.

Gli insegnamenti della natura possono aiutare a tracciare un percorso verso la sostenibilità: in primo luogo, gli ecosistemi naturali sono l'unico esempio convincente di sostenibilità sulla Terra. In secondo luogo, gli ecosistemi, che comprendono una miriade di specie di organismi, hanno già risolto problemi complessi simili a quelli che affrontiamo oggi.

Come società, ci allineiamo intuitivamente e progressivamente ai principi degli ecosistemi. La sfida ora è adottare consapevolmente questo processo per accelerarlo e renderlo più efficace. Questo è l'obiettivo della biomimetica e delle soluzioni basate sulla natura. Entrambe queste discipline promettono di fornire soluzioni praticabili e sostenibili alle complesse sfide che il nostro pianeta deve affrontare.

Mentre le soluzioni basate sulla natura utilizzano la natura per raggiungere obiettivi definiti (ad esempio, utilizzando gli alberi per catturare la CO2 o ridurre l'erosione del suolo), la biomimetica mira a emulare la natura per ispirare un'innovazione più sostenibile (ad esempio, sviluppando la fotosintesi artificiale). Questi approcci possono essere descritti come Nature Inspired Innovation (NII).

La ricerca sulle NII ha visto un aumento esponenziale a livello mondiale negli ultimi 15 anni. Tuttavia, le soluzioni bio-ispirate mature presenti sul mercato sono ancora poche. Entro i prossimi cinque anni, è probabile che compaiano soluzioni NII commerciabili in settori come la biomedicina, l'industria automobilistica, l'aviazione, i materiali per l'edilizia e l'architettura, l'elettronica, l'energia, l'ottica e il tessile.

Tuttavia, è necessario che il mondo accademico, l'industria e il settore pubblico compiano uno sforzo coordinato per capitalizzare il potenziale ancora in gran parte inutilizzato delle NII, con l'obiettivo di aumentare la consapevolezza e i metodi di progettazione biologicamente ispirati a tutti i livelli del sistema educativo e della società civile:

• Migliorare la comunicazione delle soluzioni bio-ispirate dal mondo accademico all'industria e dalle start-up innovative bio-ispirate alle industrie tradizionali.
• Stimolare gli investimenti pubblici e privati nella ricerca applicata bioispirata che ha un forte potenziale di sostenibilità.
• Stimolare l'industria a investire nello sviluppo di innovazioni radicali (che la natura può ispirare) e di innovazioni incrementali.
• Promuovere schemi di innovazione aperta per la ricerca bioispirata, in modo da condividere costi e risultati tra i partner industriali.

Nell'UE, le NII stanno prendendo piede. Diverse università dell'UE organizzano già corsi dedicati ai metodi di progettazione biologicamente ispirati, migliorando le competenze dei futuri professionisti e imprenditori del settore.

La ricerca sui concetti bio-ispirati si sta spostando dalla sfera accademica al settore privato attraverso spin-off, start-up e trasferimento di tecnologie alla grande industria (soprattutto in settori come l'automazione, i dispositivi medici, i materiali e la gestione delle informazioni). Gli specialisti in metodologie ideative bioispirate assistono già le aziende nell'innovazione dei loro prodotti, dei processi produttivi e dell'organizzazione interna.

In effetti, la quota di mercato dell'UE nel settore della biomimetica è seconda solo al Nord America. La Commissione europea considera le NII fondamentali per l'innovazione sostenibile. I fondi per la ricerca e le applicazioni bioispirate sono già disponibili nell'ambito del programma UE Horizon 2020 e altri saranno erogati nell'ambito dell'European Green Deal. Negli Stati membri dell'UE, i piani di recupero dopo la pandemia di Covid-19 si stanno concentrando sulla transizione ecologica, dove, ancora una volta, le soluzioni ispirate alla natura hanno un ruolo importante.

NII per l'energia sostenibile

Adattando i modelli naturali per affrontare le sfide energetiche che la comunità globale si trova ad affrontare, si apre un mondo di opportunità. Le NII possono contribuire alla spinta verso un'energia accessibile e pulita, riducendo l'intensità energetica della società e portandola verso la neutralità delle emissioni di carbonio.

I sistemi viventi ci mostrano strategie e meccanismi nuovi e più sostenibili per accedere e immagazzinare l'energia rinnovabile, per convertirla e distribuirla in modo sicuro evitando sprechi di calore. Offrono modelli per dispositivi idro/aerodinamici, edifici, città e industrie più efficienti dal punto di vista energetico; per sistemi energetici decentrati, adattabili e intelligenti che utilizzano fonti di energia rinnovabile disponibili localmente. Le strategie e le politiche per facilitare l'introduzione integrata e sostenibile di queste soluzioni pratiche possono essere sviluppate a diverse scale territoriali, con l'obiettivo finale di una transizione verso l'economia circolare (Fig. 1).

NII per la crescita verde in Cina

La Cina è alle prese con sfide complesse. Sta cercando non solo di ridurre l'intensità energetica della sua economia e di aumentare la quota di energia pulita nel suo mix di combustibili, ma anche di affrontare l'ampio degrado del territorio, l'espansione urbana insostenibile e l'inquinamento dell'aria e dell'acqua.

Il terreno è già fertile: la Cina è già avviata verso l'attuazione di concetti quali l'economia circolare, la simbiosi industriale e l'agroecologia che, tradotti in principi naturali, rappresentano la base del funzionamento degli ecosistemi.

La Cina è sede di numerosi progetti di ricerca NII. Grazie ai processi produttivi e ai materiali avanzati del Paese, la ricerca e lo sviluppo di nuove idee bio-ispirate sono destinati ad accelerare. Inoltre, la capacità della Cina di realizzare progetti pilota su larga scala potrebbe consentire di testare e convalidare la tecnologia NI per una più ampia replica a livello mondiale.

Abbracciando un approccio ispirato alla natura, le aziende cinesi saranno in grado di innovare i prodotti. Allo stesso modo, le istituzioni cinesi potrebbero creare un quadro integrato per la promozione, lo sviluppo e il coordinamento delle attività NII, non solo nel settore energetico, ma in tutti i settori. Un tale approccio vedrebbe rapidi progressi nella ricerca multidisciplinare e negli approcci ispirati alla Natura, alla ricerca di una crescita verde più in sintonia con gli ecosistemi naturali di cui tutti facciamo parte e da cui dipendiamo.