Scenario Based Dynamic Material Flow Analysis of Dutch Macro Infrastructure Stocks: Assessing Future Material Demand and Circularity Potentials

Sintesi Tecnica: Analisi Dinamica dei Flussi di Materiali Basata su Scenari delle Azioni Infrastrutturali Macroeconomiche Olandesi

Definizione del Problema
Raggiungere la circolarità nei sistemi infrastrutturali richiede il recupero efficace di materie prime secondarie dalle scorte a fine vita (EoL - end-of-life) per compensare la futura domanda di materiali vergini. Sebbene i Paesi Bassi possiedano un patrimonio infrastrutturale ben sviluppato che sta ora raggiungendo la fine della sua vita utile progettata (costruito principalmente negli anni '60 e '70), esiste una significativa lacuna nella ricerca riguardante la quantificazione della futura disponibilità di materiali secondari da macro-infrastrutture non edili. Gli studi esistenti si concentrano spesso su edifici o settori specifici come la mobilità, trascurando le infrastrutture idriche, i servizi pubblici e quelle legate ai combustibili fossili. Inoltre, esiste una distinzione critica tra potenziale di recupero teorico e reale circolarità a "circuito chiuso" (closed-loop), dove i materiali mantengono la loro funzionalità e il loro valore originale. Gran parte del recupero attuale nei Paesi Bassi consiste nel downcycling (ad esempio, aggregati di calcestruzzo utilizzati come riempimento stradale), il che non riesce a ridurre efficacemente la domanda di materiali primari. Questo studio affronta la necessità di quantificare la futura domanda di materiali e il potenziale di circolarità a circuito chiuso per l'acciaio, il calcestruzzo e l'asfalto nelle macro-infrastrutture olandesi sotto diversi scenari di transizione.

Metodologia
Lo studio impiega un modello di Analisi Dinamica dei Flussi di Materiali (dMFA) basato sulle scorte, concettualizzato sulla base del framework di Müller (2006). L'analisi copre le macro-infrastrutture (escludendo gli edifici) attraverso cinque categorie: Autostrade e ferrovie, Acqua, Petrolio e gas, Elettricità e Servizi pubblici (Utility). I tre materiali sfusi analizzati sono l'acciaio, il calcestruzzo e l'asfalto, che costituiscono oltre il 90% dell'uso di materiali in termini di peso in questi settori.

• Fonti di Dati: Lo sviluppo storico delle scorte, l'intensità dei materiali e la durata media (1950–2023) sono stati raccolti dal database SUBLIME.
• Modellazione della Durata: Una funzione di distribuzione di Weibull è stata utilizzata per modellare le curve di sopravvivenza della durata delle infrastrutture, come raccomandato per gli asset a lunga durata.
• Sviluppo degli Scenari: Sono stati sviluppati tre scenari distinti per catturare l'incertezza futura:
  • Scenario di Riferimento: Si allinea alle proiezioni centrali dei proprietari di asset e alle tendenze attuali.
  • Scenario a Bassa Domanda: Presuppone incentivi normativi limitati e un progresso tecnologico lento.
  • Scenario ad Alta Domanda: Presuppone una transizione energetica ambiziosa, forti interventi politici (ad esempio, mandati di recupero) e un'avanzata infrastruttura di riciclo.
• Quantificazione: La scorta futura di materiale ($MS$) è stata calcolata utilizzando il nesso stock-flow-service: $MS = Pop \times (S/Pop) \times (M/S)$, dove $Pop$ è la popolazione, $S/Pop$ è il requisito infrastrutturale pro capite e $M/S$ è l'intensità del materiale.
• Metriche di Circolarità: Lo studio distingue tra Potenziale di Offerta Massima (deflusso teorico) e Potenziale di Recupero Effettivo (tenendo conto delle perdite sistemiche). Fondamentalmente, calcola la Circolarità a Circuito Chiuso (CLC), definita come la percentuale della domanda totale di materiale soddisfatta da materiali secondari riutilizzati allo stesso livello di funzionalità, escludendo esplicitamente il downcycling.

Risultati Chiave
L'analisi proietta i flussi di materiali dal 2024 al 2070 sotto i tre scenari:

• Tendenze della Domanda di Materiali:

  • Acciaio: La domanda annuale è proiettata in un aumento significativo del 94–104% entro il 2070 rispetto ai livelli del 2024, trainata in gran parte dall'espansione delle infrastrutture energetiche (eolico offshore/onshore, solare).
  • Calcestruzzo: La domanda è proiettata in aumento del 58–94%, trainata dalle reti di servizi pubblici e dalle fondazioni per le energie rinnovabili.
  • Asfalto: La domanda rimane relativamente stabile, con un aumento previsto di solo l'1–2%, poiché la rete stradale è matura e la domanda è guidata dalla sostituzione piuttosto che dall'espansione.

• Offerta e Potenziale di Recupero:

  • Acciaio: L'offerta teorica a fine vita (EoL) potrebbe soddisfare il 74–86% della domanda futura. Tuttavia, a causa della dipendenza dalle esportazioni, della contaminazione (ad esempio, cromo esavalente) e delle barriere normative (NEN-EN 1090), la circolarità a circuito chiuso realizzata è stimata tra il 31 e il 40%.
  • Calcestruzzo: L'offerta teorica potrebbe soddisfare il 71–83% della domanda. Tuttavia, il diffuso downcycling in fondazioni stradali a basso valore limita la circolarità a circuito chiuso realizzata tra il 3 e il 23%.
  • Asfalto: L'offerta teorica potrebbe soddisfare il 92–101% della domanda. Grazie ai quadri di riciclo maturi e all'alto utilizzo di asfalto riciclato (RAP), la circolarità a circuito chiuso realizzata è stimata tra il 50 e l'85%.

• Spostamenti Settoriali: Entro il 2070, le infrastrutture energetiche proiettano di rappresentare la maggior parte delle scorte e dei deflussi di acciaio (50–60%) e calcestruzzo (42–56%), allontanandosi dalla storica dominanza di autostrade e servizi pubblici.

Contributi Chiave

1. Ambito Comprensivo: Lo studio amplia l'ambito dell'analisi dei flussi di materiali oltre gli edifici e la mobilità per includere le infrastrutture idriche, i servizi pubblici e quelle energetiche, fornendo una visione olistica delle scorte di macro-infrastrutture olandesi.
2. Differenziazione della Circolarità: Quantifica esplicitamente il divario tra il recupero teorico e la circolarità a circuito chiuso, evidenziando come gli alti tassi di riciclo (ad esempio, il 98% per i rifiuti da costruzione) spesso mascherino un significativo downcycling che non riesce a sostituire i materiali vergini.
3. Sensibilità agli Scenari: L'analisi dimostra come l'ambizione politica e il progresso tecnologico (specificamente nello scenario "High") possano migliorare significativamente i risultati di circolarità, con lo scenario "High" che raggiunge una circolarità fino al 13–35% superiore rispetto allo scenario di riferimento.
4. Identificazione dei Colli di Bottiglia: Lo studio identifica specifici ostacoli sistemici, tra cui la mancanza di capacità nazionale di Forni ad Arco Elettrico (EAF) per l'acciaio strutturale, gli standard qualitativi rigorosi che impediscono il riutilizzo ad alto valore del calcestruzzo e le sfide logistiche dello stoccaggio dell'asfalto riciclato in regioni urbanizzate.

Significatività e Rivendicazioni
Gli autori affermano che questi risultati forniscono una comprensione a livello di sistema del potenziale di circolarità dei materiali nel settore delle macro-infrastrutture olandesi. Lo studio asserisce che, sebbene il potenziale teorico esista per soddisfare la maggior parte della futura domanda di materiali con risorse secondarie, le attuali inefficienze sistemiche limitano la reale circolarità a circuito chiuso a una frazione di tale potenziale.

Il documento conclude che il recupero completo delle scorte di materiali a fine vita potrebbe ridurre la domanda annuale di materiali vergini del 16–49% tra il 2024 e il 2070. Questa riduzione è presentata come una componente critica per raggiungere l'obiettivo di emissioni nette zero del governo olandese per il 2050. Gli autori sottolineano che realizzare questo potenziale richiede un approccio sinergico che integri:

• Innovazione Tecnologica: In particolare, l'upcycling del calcestruzzo ad alta gradazione e il riutilizzo a livello di componente dell'acciaio strutturale.
• Intervento Politico: Mandati di recupero più forti, incentivi per i materiali secondari e quadri normativi aggiornati (ad esempio, andando oltre i vincoli NEN-EN 1090).
• Interventi di Design: Dare priorità alla progettazione per lo smontaggio (design-for-disassembly), alla modularità e alla tracciabilità dei materiali.

Lo studio posiziona i Paesi Bassi come un caso rappresentativo per altre nazioni precocemente industrializzate che affrontano sfide simili legate all'invecchiamento delle infrastrutture, offrendo spunti trasferibili per la transizione verso la circolarità infrastrutturale.