Secondo le Nazioni Unite, nel 2050 circa il 66% della popolazione mondiale vivrà in contesti urbani che già oggi assorbono il 75% dell’energia totale globale e sono responsabili di circa il 70% delle emissioni di biossido di carbonio (CO2), nonostante occupino solamente il 2,6% della superficie terrestre. Alla luce di queste premesse, le smart city possono rappresentare una soluzione reale per superare adeguatamente le sfide portate dall’urbanizzazione, dalla rapida crescita della popolazione, dal deterioramento delle risorse energetiche e dall’inquinamento ambientale.

Nonostante si sia dibattuto molto sulla sua definizione, una smart city è un sistema urbano che utilizza l’ICT e altre tecnologie collegate per incrementare l’efficienza e la qualità dei servizi e della vita dei propri cittadini. Una smart city è, dunque, un sistema integrato, fondato sull’IoT (Internet of Things), che facilita l’interoperabilità tra vari sotto-sistemi, capace di connettere infrastrutture fisiche, sociali, economiche e tecnologiche, minimizzando l’interazione umana, con l’obbiettivo di assicurare la disponibilità e l’utilizzo efficiente delle risorse. In ultima analisi, ciò che rende una città realmente smart è la connessione. Le smart city vengono ridefinite come luoghi dove differenti attori impiegano tecnologie e dati per prendere decisioni più consapevoli e attente alle esigenze dei cittadini. Si stima che, a livello globale, l’implementazione di tecnologie smart nel contesto urbano possa realmente migliorare la performance delle città in diversi indicatori di qualità della vita, riducendo, ad esempio, le emissioni di gas serra del 10-15%, il consumo d’acqua del 20-30%, la criminalità del 30-40% e il costo della vita del 1-3%.

In modo differente da una città tradizionale, in cui l’unico livello esistente è rappresentato dalle infrastrutture fisiche e sociali, una smart city è composta da 3 strati tra loro interconnessi. Il primo è rappresentato dalla base tecnologica, che include una massa critica di device e sensori resi funzionanti da reti di connessione ad alta velocità e da portali open data. In questo contesto, il sistema di sensori è in grado di avere costantemente coscienza dell’insieme di diverse variabili, come ad esempio il flusso del traffico, il consumo energetico, la qualità dell’aria e molti altri aspetti della vita quotidiana all’interno di una città. Il secondo strato è composto dalle applicazioni specifiche; una volta ottenuti i dati grezzi, questi vengono impiegati in una grande varietà di applicazioni chiave lungo diversi aspetti della vita urbana. Il terzo strato è l’implementazione e l’utilizzo pubblico. Infatti, molte applicazioni acquistano validità e utilità solo se vengono impiegate dai decisori e cittadini con l’intento di incidere realmente sul proprio modo di agire e interagire all’interno delle città stesse.

Le applicazioni all’interno del contesto urbano possono essere molteplici, dalla sicurezza alla sanità, passando dal trasporto sino alla gestione energetica, declinate in chiave smart. In questo senso, tecnologia, infrastrutture e architettura si intrecciano, dando vita a comunità smart, in cui convergono edifici e abitazioni, sistemi di gestioni delle acque e dei rifiuti, dell’energia, dei trasporti e di altre infrastrutture fisiche come scuole, uffici, fabbriche, magazzini e depositi, ecc.

Gli ambiti di applicazioni smart all’interno delle città


Fonte: elaborazione The European House – Ambrosetti su fonti varie, 2019

Con riferimento al settore energetico, i trend del mercato globale vedono l’avvento della generazione distribuita, dello storage di energia e del modello prosumer. L’obbiettivo finale è quello di creare una energy community, ovvero un insieme di utenze energetiche che decidono di effettuare scelte comuni dal punto di vista del soddisfacimento del proprio fabbisogno energetico. Le energy community appaiono come uno degli elementi fondanti dell’evoluzione del sistema elettrico verso la smart grid. La loro diffusione comporta benefici che in larga misura coincidono con l’ottimizzazione della spesa energetica, attraverso pratiche efficienti di autoconsumo e la partecipazione attiva alla gestione del sistema elettrico.

La digitalizzazione del sistema energetico in chiave smart può, pertanto, essere letta in 3 differenti ambiti: “quotidianità” dei cittadini, trasporti e ambiente. Nel primo caso si fa riferimento al miglioramento della vivibilità dell’ambiente urbano e domestico, attraverso l’ottimizzazione dei servizi pubblici e l’implementazione di soluzioni tecnologiche al servizio del miglioramento dell’efficienza energetica in ambito domestico (ad esempio, il controllo dell’illuminazione pubblica e privata, l’automazione HVAC, i sistemi di monitoraggio dei consumi energetici, i sistemi di storage, ecc.). Nel caso dei trasporti, l’obbiettivo è ottimizzare la mobilità all’interno dell’ambito urbano, con modalità innovative e sostenibili (ad esempio, e-mobility, car sharing, ecc.). Con riferimento al contesto ambientale, è crescente l’esigenza di utilizzare efficacemente le fonti energetiche disponibili, integrando le nuove fonti di energia rinnovabile e riducendo gli sprechi nella gestione delle risorse idriche e dei rifiuti (ad esempio, impianti fotovoltaici, digitalizzazione della rete di distribuzione di elettricità, reti di teleriscaldamento, ecc.).

Ad oggi, ragionare in termini di smart energy management significa ripensare anche gli edifici in ottica smart. A livello europeo gli edifici sono responsabili di circa il 50% di emissioni di CO2 e di una quota compresa tra il 10% e il 30% delle emissioni primarie di particolato (PM). La normativa comunitaria EPBD fissa degli standard energetici elevati per gli edifici di nuova costruzione, i cosiddetti “Nearly Zero Energy Building”. Tuttavia alcuni fattori richiedono di considerare gli edifici esistenti come la vera sfida per ottenere un efficientamento del settore residenziale. Infatti, l’Italia, detiene una delle quote di incidenza di edifici residenziali sul totale degli edifici più alte in Europa (84,3%) con circa 12,2 milioni di edifici residenziali, davanti a Francia (76,4%) e Germania (68,4%). Inoltre, il settore residenziale, dal 2006 al 2015, ha registrato una variazione nel consumo energetico pari allo 0,22%, nonostante quello degli altri principali Paesi europei sia calato. Partendo da tale premessa, risulta evidente il significativo potenziale di efficientamento che il settore ha ancora oggi. Le nuove tecnologie abilitanti fanno emergere un nuovo modo di concepire gli edifici che ha, già oggi, il potenziale di garantire benefici in termini di risparmio energetico, salute e produttività delle persone. Il passaggio da “casa passiva” a “casa attiva” (la “Casa 4.0”) implica il massimo sfruttamento della produzione di energie rinnovabili e del ricorso alle smart grid elettriche.

Variazione dei consumi energetici finali nel settore residenziale in Italia e in alcuni Paesi europei (%, 2006-2015)

Fonte: elaborazione The European House – Ambrosetti su dati Eurostat, 2019

A livello globale, secondo il “Cities in Motion Index”, - un indice sviluppato dalla IESE Business School e analizza il livello smart delle città lungo 10 dimensioni chiave e 83 indicatori -  New York si conferma per il secondo anno consecutivo come città più smart, seguita da Londra e Parigi. Queste città, infatti, hanno investito molto negli ultimi anni in tecnologie innovative, coesione territoriale, pianificazione urbana e governance.  La prima città italiana in ordine di ranking è Milano (41° al mondo), seguita da Roma (75°), Firenze (108°), Torino (109°) e Napoli (119°).

Secondo l’Osservatorio Internet of Things, nel 2017, quasi la metà (51%) dei comuni medio-grandi italiani ha avviato almeno un progetto di smart city negli ultimi tre anni, tuttavia, il 56% di queste iniziative è ancora in fase sperimentale. Nello specifico, benché ancora in fase di sviluppo, lo smart energy management in Italia si sta espandendo grazie al crescente numero di progetti pilota che le Regioni e i comuni italiani stanno lanciando. Ad esempio, il progetto REGAL - Rete di Energia Generata e Accumulata Localmente -,.sviluppato a Vicenza, fornisce una soluzione innovativa per la produzione di energia elettrica e termica implementabile da privati e utilities superando i limiti della generazione distribuita attivabile da fonti rinnovabili non programmabili. In sostanza, si tratta di un sistema di produzione energetica e gestione automatico che connette numerosi nodi cosicché se uno di questi è in sovraproduzione di energia la può vendere ad altri. A Campodenno (TN), è stato lanciato il progetto pilota “Smart Lighting 4 smart digital city con l’obbiettivo di ridurre il consumo energetico dell’illuminazione pubblica connettendo attraverso un nodo di rete wireless una rete di telecontrollo e monitoraggio dei 129 punti luce. Il centro di controllo gestisce in remoto ogni singolo lampione, controllandone lo stato di funzionamento e regolandone al minimo la luminosità. Inoltre, i sensori e le reti di controllo permettono di veicolare informazioni anche sulla videosorveglianza di alcune aree, garantendone la sicurezza.

In un contesto urbano sempre più indirizzato verso il paradigma digitale, la nozione di smart city è in continua evoluzione. Il pieno dispiegamento del paradigma dipende dal superamento delle sfide oggi esistenti e relative ai costi operativi, alla gestione dell’eterogeneità tra device e della mole di dati da ottenere e analizzare e dalla sicurezza informatica. Grazie a nuovi paradigmi tecnologici quali blockchain o big data analytics, tali sfide possono trasformarsi in opportunità.