Nel laboratorio coordinato dal Politecnico di Milano si sperimentano nuovi materiali, dispositivi e algoritmi per ottimizzare i processi di conversione e accelerare la transizione energetica. Ne abbiamo parlato con Giampaolo Manzolini, Professore Ordinario di Sistemi Energetici e Ambientali
Ogni trasformazione energetica è una traduzione: dalla luce del sole all’elettricità, dal calore al movimento, dal dato al controllo. E, come in ogni lingua, la qualità della traduzione fa la differenza. È qui che entra in gioco la ricerca sulla conversione dell’energia, campo in cui opera lo Spoke 5 della Fondazione NEST, impegnato a rendere più fluido, efficiente e sostenibile il modo in cui l’energia cambia forma e diventa valore.
Secondo i dati più recenti di Eurostat (2024), quasi la metà dell’energia elettrica prodotta nell’Unione Europea — il 46,9% — proviene da fonti rinnovabili, confermando la progressiva crescita della generazione verde nel mix energetico continentale. Tuttavia, il passo resta insufficiente rispetto agli obiettivi Net Zero, fissati dall’Accordo di Parigi, che oggi attraversa forti tensioni geopolitiche e difficoltà di attuazione da parte di diversi Paesi firmatari.
Come segnala la International Energy Agency (IEA), nel 2024 il miglioramento globale dell’intensità energetica primaria — cioè la quantità di energia necessaria per generare un’unità di prodotto interno lordo (PIL) — si è attestato attorno all’1%, ben lontano dal 4% annuo richiesto per mantenere la traiettoria di decarbonizzazione. Un rallentamento che evidenzia quanto l’efficienza dei processi di conversione energetica resti una delle leve decisive della transizione.
In questa direzione lavora Fondazione NEST (Network 4 Energy Sustainable Transition), il partenariato esteso nazionale che unisce undici università, cinque centri di ricerca e otto imprese con l’obiettivo di accelerare la transizione verso un sistema energetico più efficiente e digitale. In particolare, lo Spoke 5 – Energy Conversion, guidato dal Politecnico di Milano, concentra le proprie attività sullo sviluppo di materiali, componenti e dispositivi innovativi per migliorare l’efficienza dei sistemi di trasformazione dell’energia — dai convertitori elettronici di potenza per una migliore integrazione delle rinnovabili, ai cicli termodinamici avanzati e all’impiego dell’intelligenza artificiale nei processi di conversione.
Ne abbiamo parlato con il professor Giampaolo Manzolini, Professore Ordinario di Sistemi Energetici e Ambientali al Politecnico di Milano, che dirige e coordina le attività dello Spoke.
Professore, partiamo dallo Spoke 5. Quali sono gli obiettivi e la specificità delle attività sviluppate?
Svolgiamo un’attività trasversale che guarda ai nodi critici dei processi di conversione dell’energia, con l’obiettivo di individuare soluzioni capaci di far compiere un salto qualitativo alla trasformazione dell’energia — elettrica, meccanica o termica — integrando anche elementi di intelligenza artificiale nei processi stessi. È un lavoro molto ampio, che ha coinvolto numerosi ricercatori e che ha avuto come primo risultato concreto il potenziamento dei laboratori, oggi in grado di sostenere ricerche più avanzate e di offrire strumenti anche alle aziende, oltre la durata del finanziamento PNRR.
In quali direzioni si è concretizzato questo lavoro?
Le attività si sono declinate principalmente su quattro fronti. Il primo riguarda i power converters, ossia i sistemi elettronici di conversione e gestione della potenza elettrica, fondamentali per migliorare l’integrazione delle rinnovabili. Il secondo riguarda i sistemi per ottimizzare lo scambio di calore e la conversione dell’energia elettrica utile alla decarbonizzazione dei processi industriali. Il terzo riguarda tecnologie più avanzate di conversione energetica, che purtroppo restano ancora a un livello di maturità tecnologica (TRL) relativamente basso, perché richiedono investimenti significativi per arrivare a dimostratori industriali.
E il quarto? Immagino abbia a che fare con l’intelligenza artificiale…
Infatti il più attuale riguarda l’implementazione dell’intelligenza artificiale e big data in processi di conversione dell’energia. A differenza degli altri, richiede minori investimenti e ha un ridotto tempo di trasferimento al mercato.
Ci sono progetti con TRL superiori?
Grazie ai bandi a cascata siamo riusciti a finanziare progetti che hanno raggiunto TRL 6-7, cioè con una prospettiva di applicazione reale a breve termine.
Il trasferimento tecnologico resta dunque una sfida aperta?
Sì, e non per mancanza di interesse delle aziende, che anzi sentono il bisogno di innovare. Il problema è che le filiere sono lunghe e complesse: un’azienda può sviluppare un prodotto innovativo, ma poi deve contare su installatori o partner esterni che ne garantiscano la qualità. Questo allunga i tempi e rende più difficile decidere dove investire, soprattutto quando le risorse sono limitate e il ritorno non è immediato.
Secondo lei, il problema è economico, culturale o di competenze?
Direi tutte e tre, ma in misura diversa. Le competenze non sono il nodo principale: le aziende sanno di aver bisogno di supporto e lo chiedono. I due veri ostacoli sono la disponibilità di risorse economiche e i tempi lunghi di ritorno degli investimenti. È questo che rallenta lo sviluppo e la diffusione delle nuove tecnologie energetiche.
C’è un caso concreto, tra le attività dello Spoke 5, che le dà particolare soddisfazione?
Uno riguarda il laboratorio di Pisa, dove abbiamo realizzato un impianto per sviluppare e testare pompe di calore ad alta temperatura, utili per l’efficientamento termico delle industrie. È un’infrastruttura concreta, oggi a disposizione delle imprese. Inoltre, grazie ai bandi a cascata, alcuni progetti hanno raggiunto livelli di maturità tali da poter essere portati sul mercato nel breve periodo: un’azienda, per esempio, ha già sviluppato un nuovo prodotto pronto per il lancio. Non parliamo di rivoluzioni istantanee, ma di miglioramenti graduali, nell’ordine del 5-10%, che però nel tempo fanno la differenza.
Cosa cambierebbe nel sistema ricerca-impresa?
Concentrerei le risorse. Le sfide richiedono risposte rapide e non possiamo permetterci di disperdere energie. Oggi la ricerca procede troppo lentamente: servirebbe concentrare i fondi su poche attività promettenti, per portarle più rapidamente a un livello in cui l’azienda possa decidere se e come industrializzarle. Il passaggio tra laboratorio e mercato è ancora troppo lungo e resta il vero collo di bottiglia.
Vale anche per la ricerca energetica, che in teoria dovrebbe essere più rapida di quella, ad esempio, biomedica?
Assolutamente sì. Ho partecipato a un progetto europeo iniziato nel 2008 su una tecnologia che, a sua volta, derivava da un progetto del 2005: oggi siamo ancora in fase proto-industriale nonostante sia stata dimostrata sette anni fa. Questo dà l’idea dei tempi. È difficile dire a un’impresa “vedrai i risultati tra dieci anni”. In ambito energetico dovremmo riuscire ad accorciare molto di più questa distanza.
Fondazione NEST punta proprio a fare da ponte tra università e impresa. È un modello unico in Italia?
Sì, in ambito energia è un unicum. Esistono altri enti, come il CNR o l’ENEA, ma Fondazione NEST ha una natura pubblico-privata e una struttura che favorisce la collaborazione tra numerose università, evitando la frammentazione tipica dei progetti competitivi. Possiamo finalmente fare una selezione mirata e concentrare gli sforzi dove servono davvero.
