A che punto è l’Italia sui brevetti nelle tecnologie per l’efficienza energetica

Secondo l’analisi Enea il Paese rischia un importante ritardo tecnologico in un settore strategico per l’economia come per la decarbonizzazione

[13 Dicembre 2023]

L’efficienza energetica gioca un ruolo chiave nel percorso di transizione energetica, contribuendo in maniera rilevante tanto alla decarbonizzazione del sistema energetico quanto ad una maggior sicurezza degli approvvigionamenti, temi che le recenti vicende geopolitiche hanno portato alla ribalta.

Nonostante ciò, è evidente come l’efficienza energetica sia stata spesso sottovalutata nei programmi di pianificazione e investimento a livello europeo e, a cascata, nazionale. Oltre che a livello programmatico, tale sottovalutazione si conferma anche sotto il profilo statistico, laddove la complessità di quantificare e monitorare i risultati delle misure di efficientamento fa sì che nella gran parte delle statistiche sull’energia i dati relativi all’efficienza energetica non vengano adeguatamente esplicitati.

Per segnare un cambio di passo, uno dei principi cardine adottati dalla Commissione Europea è il cosiddetto Energy Efficiency First (tradotto letteralmente “Prima l’efficienza energetica”), che impone di tenere conto dell’efficienza energetica sia nell’elaborazione delle politiche energetiche che nell’adozione delle più opportune strategie di investimento.

Il principio è stato introdotto nel Regolamento sulla governance dell’Unione dell’energia e sull’azione per il clima (2018/1999) e nella direttiva sull’efficienza energetica (2018/2002). Con la revisione della direttiva, proposta nel pacchetto Green Deal europeo nel luglio 2021 e conclusasi di recente, la Commissione ha inteso fornire una base giuridica più incisiva e più ampia per l’applicazione del principio.

L’intento è quello di considerare l’efficienza energetica come una fonte di energia a sé stante in cui il settore pubblico e quello privato possono investire prima di virare su altre fonti energetiche più complesse o costose. Ciò include il dare priorità alle soluzioni dal lato della domanda, ogniqualvolta siano più efficaci rispetto agli investimenti in infrastrutture energetiche per conseguire gli obiettivi di policy; intervenire sulla domanda consente infatti di ottimizzare gli investimenti necessari per la transizione verso le energie rinnovabili, adottare un approccio più sostenibile verso l’uso delle risorse e aumentare la resilienza del sistema energetico dell’UE.

Il raggiungimento dei target sull’efficienza energetica è un obiettivo tanto ambizioso quanto complesso, e nel contesto delle strategie da adottare per favorire la transizione energetica le linee guida europee hanno sempre più sottolineato il ruolo trainante che i processi di innovazione tecnologica sono in grado di svolgere a riguardo.

Le tecnologie nel campo dell’efficienza energetica presentano peraltro una complessità di base maggiore rispetto ad altri settori dell’energia e, soprattutto nel settore industriale, i risultati ottenuti negli anni hanno aumentato lo sforzo richiesto per ottenere ulteriori risparmi addizionali. Nel presente focus si è inteso pertanto approfondire l’analisi dei processi innovativi che hanno interessato il comparto dell’efficienza energetica esaminando l’evoluzione delle statistiche dei brevetti depositati presso l’European Patent Office (EPO), analogamente a quanto fatto per le tecnologie low carbon in edizioni precedenti dell’analisi trimestrale.

Seguendo il medesimo approccio, si è scelto di dare particolare risalto all’esame della specializzazione tecnologica dei diversi paesi, intesa come rapporto per ciascun paese tra la quota sui brevetti mondiali relativa a una data classe tecnologica e la quota sui brevetti mondiali relativa all’intera attività di brevettazione. Ciò consente di rilevare il vantaggio tecnologico di ciascun paese in ogni data classe tecnologica a fronte di valori dell’indice di specializzazione superiori all’unità.

La selezione delle tecnologie da includere si è basata sulla definizione stringente di efficienza energetica, ossia il minore utilizzo di energia a parità di prodotto finito; in base a ciò, non sono stati considerati nell’analisi i brevetti relativi a tecnologie che riguardano la produzione di energia da fonti rinnovabili, che generalmente non hanno lo scopo di ridurre la domanda ma permettono bensì di coprirla con fonti di energia pulita, e quelli relativi a tecnologie/impianti di abbattimento di gas climalteranti che producono benefici prettamente di carattere ambientale.

Il criterio di analisi è quindi stato quello di selezionare le classi tecnologiche più aderenti alla definizione stessa di efficienza energetica. È d’obbligo precisare come spesso l’implementazione di questi interventi possa produrre molteplici effetti (es. riduzione del consumo di energia, efficienza nell’uso delle risorse, benefici ambientali, etc); ai fini della presente analisi, in questi casi si è cercato di considerare quelle tecnologie che producano un effetto anche indiretto sull’efficienza energetica.

Le tecnologie sono state analizzate ripartite su quattro settori principali di riferimento: edifici, Information and Comunication Technologies (ICT), industria e trasporti. La scelta di aggregare le tecnologie sulla base del settore di impiego nasce dall’opportunità, espressa nel principio stesso dell’energy efficiency first, di privilegiare la riduzione della domanda di energia, ben rappresentata nei comparti individuati.

Il settore degli edifici si contraddistingue per una elevata standardizzazione degli interventi di efficientamento energetico, tra i quali rientrano i componenti impiantistici (illuminazione, HVAC, elettrodomestici, etc.…) e l’efficientamento dell’involucro edilizio (isolamento termico, sostituzione infissi…).

Allo stesso modo anche le classi tecnologiche cui fanno riferimento i codici brevettuali del settore ICT sono tutte mirate alla riduzione dell’utilizzo di energia e sono state pertanto selezionate nella loro totalità.

Discorso diverso invece per il comparto industriale, laddove la forte specificità e customizzazione dei processi per i vari sottosettori di riferimento ha costretto ad operare una selezione più puntuale. Sono state considerate tutte le tecnologie che aumentano l’efficienza dei processi produttivi, così come i recuperi di calore che nell’industria rappresentano una delle forme più immediate di efficientamento energetico; oltre a ciò, in accordo con quanto anticipato sopra sugli effetti indiretti, sono state incluse diverse tecnologie mirate alla riduzione di materia prima specie nell’industria cosiddetta “pesante” (chimico, petrolchimico, metallifero…).

Infine, nel settore dei trasporti è opportuno distinguere le tre tipologie principali: trasporto su strada, su ferro e trasporto aereo (per il marittimo non sono presenti tecnologie brevettate), per le quali sono state selezionate le misure mirate ad ottenere una miglior efficienza nell’utilizzo di combustibile.

Le tecnologie prese in esame sono state selezionate al livello di dettaglio più aderente alla definizione di efficienza energetica che è stata adottata, utilizzando i codici della classificazione CPC5.

La dinamica tecnologica

Nel quadro del generale andamento delle domande di brevetto relative alle tecnologie per la salvaguardia dell’ambiente, i brevetti riferibili all’efficienza energetica occupano un posto di crescente rilievo. La quota complessiva di questi ultimi sul totale dei brevetti afferenti al settore ambientale arriva a superare il 30% già a partire dal 1990, crescendo successivamente con sostanziale continuità fino al 2006 per attestarsi su un valore prossimo al 38%, e, dopo una brevissima battuta d’arresto, conseguendo ulteriori incrementi dal 2008 fino a sfiorare il 40% nel 2015.

Tale andamento è l’esito di una dinamica innovativa particolarmente intensa, innescatasi da molto prima del periodo in cui si è registrato il “decollo” della brevettazione nelle tecnologie ambientali nel loro complesso (collegato all’entrata in vigore del Protocollo di Kyoto, cfr AT 02/2021), ma manifesta indubbiamente un nuovo e più forte slancio nel contesto della crescente attenzione per la mitigazione climatica, a conferma del ruolo cruciale che le tecnologie per l’efficienza energetica rivestono nel processo di decarbonizzazione.

D’altra parte, la contrazione delle domande di brevetto che si delinea a partire dal 2015 appare per lo più coerente con le tendenze registrate per l’insieme delle tecnologie del settore ambientale, facendo sì che al loro interno la quota dei brevetti relativi all’efficienza energetica si mantenga stabilmente intorno agli elevati valori raggiunti a metà degli anni duemila. In tale scenario, notevoli sono anche le specificità che caratterizzano lo sviluppo tecnologico dei diversi settori interessati dall’efficientamento energetico (edilizia, industria, trasporti, informatica), con riflessi importanti tanto sulle diverse fasi di accelerazione osservate nella crescita dei brevetti, quanto sul ridimensionamento del processo innovativo che ha riguardato il periodo successivo al 2015.

Una componente che incide significativamente sulle tendenze di fondo della brevettazione nelle tecnologie per l’efficienza energetica è quella relativa al settore dei trasporti: questo registra un’importante e accelerata crescita delle domande di brevetto partendo già nel 1990 da una quota superiore al 40% sul totale dei brevetti di tutto il comparto, tendendo poi progressivamente a ridurre la propria preminenza, con un decremento di circa venti punti percentuali della quota massima (superiore al 50%), raggiunta nel 2006.

Tale dinamica risulta improntata soprattutto dall’evoluzione della brevettazione nel segmento dei motori a combustione (inizialmente rappresentativa per più di tre quarti delle tecnologie per l’efficienza energetica nei trasporti), che dalla metà degli anni duemila registra un rallentamento per poi declinare, essendo solo parzialmente compensata dalla rapida ascesa dei brevetti riferibili ai veicoli elettrici e da quelli relativi al settore aeronautico (le cui quote in ambito trasporti arrivano rispettivamente a superare il 16%, registrando un più che raddoppio, e il 40%).

D’altro canto, alla complessiva riduzione che i brevetti riferiti ai trasporti registrano dalla seconda metà degli anni duemila (prima in termini relativi, e dal 2014 in termini assoluti) si contrappone il ritmo crescente della brevettazione nell’ambito dell’efficientamento energetico nel settore delle tecnologie informatiche (che nell’arco di tutto il periodo considerato raddoppia la propria consistenza, arrivando a rappresentare più di un quinto di tutti i brevetti riguardanti le tecnologie per l’efficienza energetica) e nel settore industriale, dove l’incremento delle domande di brevetto procede con sostanziale continuità e registra un’accelerazione dopo il 2005 tale da riportare la corrispondente quota sul totale dei brevetti per l’efficienza energetica su valori intorno al 20%, paragonabili a quelli registrati all’inizio degli anni Novanta.

La crescita più accelerata della brevettazione dopo il 2005 è inoltre un tratto caratterizzante della dinamica innovativa che interessa il settore dell’edilizia, il quale però rappresenta sempre una quota sostanzialmente stabile (nell’ordine del 20%) di tutti i brevetti relativi alle tecnologie per l’efficienza energetica.

Il quadro geoeconomico

La crescita di rilevanza dell’innovazione nelle tecnologie per l’efficienza energetica rispecchia nondimeno notevoli specificità sotto il profilo geoeconomico, che mostrano una notevole evoluzione nel corso dell’ultimo ventennio. A livello globale emerge come la quota dell’UE27 sul totale dei brevetti relativi all’efficienza energetica vada progressivamente declinando a partire dalla metà degli anni duemila (con una perdita di circa 5 punti percentuali), mentre, corrispondentemente, si delineano un’avanzata della regione asiatica (rappresentata da Giappone, Cina, Corea e Taiwan) e una sostanziale tenuta da parte degli Stati Uniti.

Ma è altrettanto importante rilevare come tale assetto sottenda una forte articolazione della specializzazione a livello di paesi nei diversi segmenti tecnologici dell’efficienza energetica, con un rafforzamento particolarmente accentuato dell’area asiatica non solo in quelli che hanno mostrato una particolare accelerazione della brevettazione dagli anni duemila, come è nel caso delle ICT (dove la quota complessiva sul totale mondiale dei brevetti del settore arriva a superare il 43% nel quinquennio 2015-2019 e a proiettarsi su quote superiori al 50% nel biennio 2020-2021), ma anche in quelli più “tradizionali”, come il settore dell’edilizia (dove la quota settoriale dell’area sul totale mondiale arriva a raddoppiare, superando il 30%), che ha sempre presentato elevati tassi di crescita dei brevetti, ancorché più elevati nel periodo post-Kyoto.

Lo sviluppo del processo innovativo all’interno della regione asiatica presenta peraltro ulteriori interessanti differenziazioni, a fronte di un crescente contributo di Cina, Corea e Taiwan (con punte di straordinario rilievo nelle ICT, e con valori dell’indice di specializzazione superiori a 3 per la Cina) e una salda posizione della specializzazione del Giappone nel settore dei trasporti.

Negli Stati Uniti, viceversa, lo sviluppo delle tecnologie per l’efficienza energetica nell’edilizia risulta del tutto marginale, essendo costantemente presente una forte despecializzazione tecnologica, mentre si delineano salde posizioni di vantaggio nelle ICT (sebbene con una qualche diminuzione della specializzazione in concomitanza con l’ascesa asiatica) e un significativo recupero di terreno nel settore dei trasporti (per lo più connesso agli sviluppi delle tecnologie applicate al settore aeronautico) e in quello industriale, soprattutto nel periodo più recente 2020-21, con un netto balzo del vantaggio tecnologico e con valori dell’indice di specializzazione pari a 1,6 e 1,3 nei trasporti e nell’industria rispettivamente 6 . Il vantaggio tecnologico dell’UE27 si rafforza invece solo nell’ambito delle tecnologie relative all’industria, mentre si denota un indebolimento della specializzazione nell’edilizia e in misura più accentuata nei trasporti, parallelamente alla forte contrazione registrata dalle tecnologie relative ai motori a combustione, spiegando, anche in forza della significativa despecializzazione radicata nelle tecnologie legate all’ICT, l’arretramento tecnologico dell’area nel comparto dell’efficienza energetica nel suo insieme.

L’Europa e l’Italia

Il quadro europeo dell’innovazione tecnologica nell’ambito dell’efficienza energetica è però anche la risultante di un assetto molto diversificato all’interno dell’UE27, che nei settori in cui si è delineato uno svantaggio tecnologico presenta forti polarizzazioni a livello di paese.

Relativamente alle tecnologie collegate all’ICT, in cui la despecializzazione tecnologica è assai marcata, gli unici due paesi che presentano un vantaggio tecnologico sono Finlandia e Svezia (che arrivano a coprire anche quote superiori al 40% dei pochi brevetti dell’UE27 in tale segmento), con indici di specializzazione sempre molto elevati, anche se con un opposto andamento tendenziale, decrescente per la prima e crescente per la seconda.

Nel caso dei trasporti, dove il già non elevato vantaggio tecnologico dell’UE27 si è andato indebolendo, la specializzazione è fondamentalmente centrata sulle posizioni di Germania e Francia (che rappresentano oltre i tre quarti dei brevetti UE27 nel settore), ma con un importante arretramento della prima (per la quale si prefigura una lieve despecializzazione nel periodo 2020-2021) e un significativo incremento del vantaggio tecnologico della seconda (il cui indice di specializzazione nel 2020-2021 è prossimo a 2); mentre tra i piccoli paesi si segnala la sola Svezia (con un indice di specializzazione di 1,4 nel 2020-2021).

Assai più composito è invece il quadro che si prospetta nei settori nei quali l’UE27 manifesta una buona specializzazione, ovvero nel caso delle tecnologie per l’efficientamento energetico dell’industria e dell’edilizia, dove spiccano, per quanto molto differenziate, le posizioni di vantaggio tecnologico delle piccole economie nordeuropee e scandinave (Austria, Belgio, Paesi Bassi, Danimarca, Finlandia e Svezia), e dove un qualche rilievo emerge anche per le posizioni di Italia e Spagna, con un vantaggio tecnologico della prima particolarmente consolidato nell’edilizia.

Tra i grandi paesi la Germania diventa un asse importante dello sviluppo tecnologico nel settore industriale soprattutto nella fase post Kyoto, tendendo però parallelamente a perdere terreno nell’edilizia (e contribuendo per questo all’indebolimento della specializzazione tecnologica dell’UE27 nel settore), mentre la Francia mostra una significativa despecializzazione tecnologica nell’edilizia e un lieve svantaggio tecnologico nel settore industriale).

Dal confronto con i più rilevanti paesi europei emerge dunque come il profilo tecnologico dell’Italia nell’ambito dell’efficienza energetica sia da un lato rappresentativo dei punti di maggior vantaggio tecnologico dell’UE, e dall’altro vada considerato per alcune importanti specificità.

Mentre nelle tecnologie relative all’efficientamento energetico nell’edilizia si denota infatti un’elevata specializzazione, che registra un significativo incremento nel corso della fase post Kyoto (passando, sebbene limitatamente al decennio post 2005, da un valore di 1,35 ad uno di 1,43), nel caso delle tecnologie applicate all’industria emerge, a partire dal medesimo periodo, un indebolimento del vantaggio tecnologico, con un salto dell’indice di specializzazione da un valore superiore a 1,3 a valori appena superiori all’unità, che genera uno scarto rispetto alla ben più elevata specializzazione tecnologica della maggior parte degli altri paesi di riferimento.

In tale contesto un’importante criticità è inoltre quella che si delinea nel confronto con la Germania, che proprio dal periodo post Kyoto inizia a presentare in questo settore indici di specializzazione superiori all’unità e tendenzialmente crescenti (1,53 il valore massimo raggiunto nel periodo 2015-2019), determinando per l’elevato peso della sua attività innovativa in UE27, un rilevante avanzamento del vantaggio tecnologico europeo nelle applicazioni industriali dell’efficienza energetica.

In questo senso sembrerebbe quindi che l’Italia rischi di aprire il varco a un importante ritardo tecnologico in un settore strategico dell’economia e tra i più coinvolti nel processo di decarbonizzazione, e che appare tanto più problematico quanto più si considera la vocazione industriale del paese, esattamente come quella della Germania, che sta procedendo, non a caso, in tutta opposta direzione.

di Livio De Chicchis e Daniela Palma, Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (Enea)