Laboratorio "SMART PUGLIA: Verso la strategia di specializzazione intelligente 2014-2020" 23.07.2013 “Quali tecnologie abilitanti per la Puglia” - Position Paper AIRI "Le KETs

Le Key Enabling Technologies nelle tecnologie prioritarie per l’Industria nazionale Working document, 1ma edizione Aprile 2013

Le Key Enabling Technologies nelle tecnologie prioritarie per l’Industria nazionale

AIRI, 2013 www.airi.it 2

AIRI – Associazione Italiana per la Ricerca Industriale Nata nel 1974 per promuovere lo sviluppo della ricerca e dell’innovazione industriale e stimolare la

collaborazione tra settore privato e pubblico, AIRI rappresenta oggi un essenziale punto di

confluenza per più di 100 Soci: Grandi imprese e PMI attive nella ricerca industriale; Università,

Centri di ricerca pubblici e privati; Associazioni industriali, Parchi scientifici, Istituti finanziari che

operano a supporto della R&S.

I Soci raccolgono più di un terzo degli addetti alla ricerca in Italia. Questa larga rappresentatività

permette ad AIRI di agire quale interlocutore rilevante per tutti i decisori che sostengono la ricerca

industriale come strategia per lo sviluppo tecnologico del Paese.

AIRI/Nanotec IT – Centro Italiano per le Nanotecnologie

AIRI/Nanotec IT, centro autonomo di AIRI costituito nel 2003, rappresenta un punto di riferimento

nazionale per industria, ricerca pubblica, istituzioni governative attivi nelle nanotecnologie.

La sua missione è quella di promuovere lo sviluppo e l’applicazione delle nanotecnologie in Italia,

al fine di accrescere il posizionamento competitivo del Paese. I principali attori delle

nanotecnologie a livello nazionale sono iscritti al centro.

© Copyright Associazione Italiana per la Ricerca Industriale (AIRI), 2013

Contatti

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Viale Gorizia 25/C, 00198, Roma

Tel: +39 068848831 - +39 068546662

Email: [email protected]



Le Key Enabling Technologies nelle tecnologie prioritarie per l’Industria nazionale Working document: risultati della attività del Gruppo di Lavoro AIRI Key Enabling Technologies (attività 2012)

Componenti del Gruppo di Lavoro AIRI Key Enabling Technologies:

Luigi Ambrosio, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Dipartimento Scienze Chimiche e

Tecnologie dei Materiali (WG chair)

Sandro Cobror, Gruppo Mossi & Ghisolfi

Marco Falzetti, Centro Sviluppo Materiali & Alliance for Materials (A4M)

Francesco Jovane, Politecnico di Milano & Manufuture Platform

Elvio Mantovani, AIRI/Nanotec IT - Centro Italiano per le Nanotecnologie

Gino Menchi, Ericsson

Cosimo Musca, STMicroelectronics

Mauro Varasi, Finmeccanica

A cura di:

Andrea Porcari, Associazione Italiana per la Ricerca Industriale (AIRI)

Ringraziamenti:

Il rapporto è in parte basato su informazioni ricavate dagli esperti del Gruppo di Lavoro dello studio

AIRI “Tecnologie Prioritarie per l’Industria Italiana: Innovazioni per il prossimo futuro”.

Il rapporto è stato realizzato con il supporto del Consiglio Nazionale delle Ricerche,

Dipartimento Scienze Chimiche e Tecnologie dei Materiali.

Nota: Le informazioni e i pareri espressi in questo rapporto rappresentano il punto di vista della Associazione Italiana per la Ricerca Industriale (AIRI).

Il rapporto è scaricabile (versione inglese) dal sito AIRI:

www.airi.it/key-enabling-technologies/




Sommario

Introduzione .................................................................................................................................. 5

Metodologia ................................................................................................................................... 6

Il quadro generale ......................................................................................................................... 8

Le sei Key Enabling Technologies per l’industria nazionale ................................................... 10

Micro e nanoelettronica ............................................................................................................. 11

Nanotecnologie ......................................................................................................................... 13

Biotecnologie industriali ............................................................................................................. 15

Fotonica .................................................................................................................................... 17

Materiali avanzati ...................................................................................................................... 19

Tecnologie di produzione avanzata ........................................................................................... 21

Workshop: Le Key Enabling Technologies (KETs) per il sistema industriale italiano ........... 23

Conclusioni ed azioni future ...................................................................................................... 24

Annex I: Matrici di collegamento delle tecnologie prioritarie con le 6 KETs .......................... 25

Informatica e Telecomunicazioni ............................................................................................... 25

Microelettronica e Semiconduttori ............................................................................................. 26

Energia ...................................................................................................................................... 27

Chimica ..................................................................................................................................... 30

Farmaceutica e Biotecnologie ................................................................................................... 31

Trasporti (Strada, Ferro, Marittimo) ........................................................................................... 32

Aeronautica ............................................................................................................................... 34

Beni Strumentali per l’industria manifatturiera meccanica ......................................................... 35

Annex II: atti workshop ............................................................................................................... 36

Annex III: rapporto AIRI, Tecnologie Prioritarie per l’Industria Italiana .................................. 37

Bibliografia .................................................................................................................................. 38



Introduzione

Le Key Enabling Technologies (KETs) rappresentano una parte fondamentale delle strategie di

sviluppo tecnologico a livello europeo delineate nel programma Horizon 2020. Le 6 KETs

identificate dalla Commissione Europea sono:

1. micro/nanoelettronica

2. nanotecnologie

3. fotonica

4. materiali avanzati

5. biotecnologie industriali

6. tecnologie di produzione avanzate (AMS, Advanced Manufacturing Systems)

Nella strategia europea, esse sono chiamate a favorire e accelerare i processi di trasferimento

tecnologico e di valorizzazione della proprietà intellettuale (from the lab to the market), con

l’obiettivo ultimo di contribuire a rafforzare la capacità industriale e di innovazione in Europa.

Horizon 2020 prevederà meccanismi specifici (e innovativi) di finanziamento alla ricerca

cooperativa nelle Key Enabling Technologies, atti a favorire il superamento della cosidetta “valley

of death” tra le prima fasi di ricerca, la proprietà intellettuale da essa generata e la trasformazione

di tali conoscenze in prodotti da mettere sul mercato.

La conoscenza e consapevolezza delle competenze presenti, nel mondo della ricerca pubblica e

privata, del grado di maturazione delle tecnologie, delle prospettive industriali e di mercato, della

situazione nazionale (attori, networks, ecc) sono fattori determinanti per poter sfruttare al meglio il

supporto che verrà fornito da Horizon 2020.

Il recente documento della Commissione Europea (EC3, 2012) “Una strategia europea per le

tecnologie abilitanti – Un ponte verso la crescita e l'occupazione” sottolinea la “natura trasversale e

importanza sistemica delle KETs“ per il consolidamento e la modernizzazione della base

industriale europea e chiede agli Stati Membri ed a tutti gli stakeholders un impegno sinergico e

coordinato nelle politiche e strategie industriali per massimizzare il vantaggio competitivo che può

derivare dallo sviluppo e dall’utilizzo delle KETs.

E’ quindi evidente la crescente importanza che esse rivestiranno anche a livello nazionale e la

necessità di confrontarsi con le azioni europee in questo ambito.

AIRI, con il sostegno del CNR, ha attivato nel 2012 il Gruppo di Lavoro “Key Enabling

Technologies”, con lo scopo di analizzare l’impatto di tali tecnologie a livello nazionale al fine di

elaborare una visione nazionale. E’ anche un tentativo, considerando che il cuore della ricerca

fondamentale si trova nelle Università e negli Enti pubblici o privati di ricerca, di indicare alla

ricerca accademica in senso ampio quale può essere il suo contributo, tramite le KETs, alla

crescita competitiva in termini tecnologici di settori industriali rilevanti per il Paese.

Il Gdl, composto da esperti provenienti dal mondo della ricerca pubblica e privata, ha utilizzato

come base consolidata di dati lo studio che AIRI svolge in maniera regolare da più di 15 anni per

l’identificazione delle Tecnologie Prioritarie per l’Industria Italiana.



Obiettivo del primo anno di attività, i cui risultati sono illustrati nel presente rapporto, è stato

evidenziare il contributo delle sei KETs alle Tecnologie Prioritarie.

Metodologia

L’analisi dell’impatto delle KETs sul sistema industriale italiano è stata svolta partendo dalle

competenze ed informazioni presenti nello studio AIRI “Tecnologie Prioritarie per l’Industria

Italiana: Innovazioni per il prossimo futuro”, la cui ottava edizione è stata completata

parallelamente alla presente analisi (si veda annex III).

Tale studio è il frutto del lavoro di circa cento rappresentanti delle industrie e di importanti Enti di

ricerca pubblici e privati, in gran parte associati ad AIRI. Esso fornisce un quadro rappresentativo

(se pur non esaustivo) delle linee tecnologiche considerate prioritarie, nel breve medio periodo, dal

sistema industriale e dei servizi avanzati del Paese.

Il rapporto 2012 identifica 84 tecnologie prioritarie, divise in 8 settori riportati in figura (con indicato

il numero di tecnologie associate ad ogni settore).

Attraverso l’analisi di ciascuno degli 8 settori industriali considerati, sono state evidenziate le

tecnologie prioritarie che si riferiscono pienamente o contengono elementi relativi alle diverse

KETs. L’attività è stata svolta in 4 fasi:

• Analisi fonti bibliografiche sulle KETs

Definizione e caratteristiche KETs, confronto con le Tecnologie Prioritarie (si veda box)

• Matrici di correlazione Tecnologie Prioritarie – KETs

Raccolta di informazioni dai coordinatori dello studio AIRI, mediante la compilazione di

matrici di correlazione tecnologie prioritarie – KETs (riportate in Annex I)

• Desk analysis

Completamento ed integrazione dei dati raccolti mediante desk analysis della versione

finale dello studio AIRI..

• Workshop di approfondimento e discussione dei risultati

Informatica e telecomunicazioni

9

Microelettronica e semiconduttori

6

Energia7

Chimica13

Farmaceutica e biotecnologie farmaceutiche

8

Aeronautica12

Trasporti (strada, ferro, marittimo)

19

Beni strumentali10

Fig.1: settori industriali dello studio AIRI e numero di

tecnologie prioritarie associate ad ogni settore



L’attività ha permesso di definire un quadro di insieme del contributo fornite dalle KETs nel

contesto dello studio AIRI “Tecnologie Prioritarie per l’Industria Italiana: Innovazioni per il prossimo

futuro”.

Key Enabling Technologies

Caratteristiche:

- alta intensità di conoscenza

- elevata intensità di R&S

- cicli d'innovazione rapidi

- consistenti spese di investimento

- posti di lavoro altamente qualificati

Rendono possibile l'innovazione nei processi,

nei beni e nei servizi in tutti i settori economici

e hanno quindi rilevanza sistemica.

Sono multidisciplinari, interessano tecnologie

di diversi settori e tendono a convergere e ad

integrarsi.

Possono aiutare i leader nelle tecnologie di

altri settori a trarre il massimo vantaggio dalle

loro attività di ricerca.

(EC3, 2012)

Tecnologie Prioritarie per l’Industria (AIRI)

Caratteristiche:

- tecnologie abilitanti (non prodotti)

- innovatività e concretezza industriale

- impatto su economia nazionale

(occupazione, esportazione,

competitività…)

- inquadrate in ciclo di sviluppo prodotto-

processo/tecnologia-business

- di interesse comune al settore e possibile

impatto su altri settori (rilevanza sistemica)

- con prospettiva a 3 anni

Molte di esse richiedono alti investimenti

(capital intensive) e risorse umane altamente

qualificate.

(AIRI1, 2012)



Il quadro generale

Osservando la definizione delle KETs data dalla Commissione Europea, emerge l’analogia con

molte delle caratteristiche delle Tecnologie Prioritarie dello studio AIRI: tecnologie abilitanti, ad alta

intensità di R&S, con rilevanza sistemica, caratterizzate da innovatività, concretezza industriale e

forte impatto potenziale a livello economico. Molte delle Tecnologie Prioritarie, come richiesto alle

KETs, sono associate a consistenti spese di investimento (capital intensive) ed alla creazione di

posti di lavoro altamente qualificati.

Alcuni settori industriali in gran parte coincidono con KETs specifiche (è il caso dei settori

microelettronica e semiconduttori e beni strumentali), in altri casi vi è una relazione stretta tra

tecnologie prioritarie di settore e KETs: ne sono un esempio le tecnologie di produzione

dell’energia e materiali avanzati ed i nanomateriali nella chimica.

Vi sono infine Tecnologie Prioritarie dove, anche se in maniera meno esplicita, l’applicazione e la

convergenza delle KETs contribuiscono e spesso risultano abilitanti per rispondere alle

problematiche ed alle esigenze industriali della specifica Tecnologia Prioritaria.

Micro-nanoelettronica, sistemi avanzati di produzione, materiali avanzati e nanotecnologie sono le

KETs con impatto maggiore, essendo presenti indicativamente tra il 50% ed il 60% delle 84

tecnologie prioritarie identificate dallo studio AIRI, contro il circa 30% nel caso di biotecnologie e

fotonica (figura 2).

Dal punto di vista invece dei settori industriali, la totalità delle tecnologie associate a micro-

nanotecnologie, energia, chimica, farmaceutica e biotecnologie farmaceutiche, trasporti, beni

strumentali è interessata almeno da una KET. Nel caso di ICT, chimica ed aereonautica l’impatto

(in termini numerici) è minore, con alcune tecnologie per le quali non sono stati identificati

contributi rilevanti da parte delle KETs (figura 3).

In sintesi, si evidenziano alcuni dati di carattere generale sulle relazioni tra le KETs e le Tecnologie

Prioritarie:

Le KETs interessano tutti i settori delle Tecnologie Prioritarie

Più del 80% delle Tecnologie Prioritarie include almeno una KET

Piu del 50% delle Tecnologie Prioritarie include almeno 3 KETs

E’ quindi evidente il forte contributo fornito dalle KETs alle attività di ricerca ed innovazione delle

industrie nazionali rappresentate dallo studio AIRI.

Si conferma la pervasività di tali tecnologie, attraverso settori ed applicazioni dell’industria

nazionale. E’ inoltre rimarcato il loro carattere sistemico (cross-cutting) lungo tutta la catena del

valore del processo di innovazione.

A titolo di esempio, si possono citare diverse tecnologie/applicazioni che vedono il contributo di

praticamente tutte le 6 KETs: alcuni sono ambiti particolarmente ampi e complessi, quali le nuove

tecnologie informatiche (settore ICT), le tecnologie di separazione, confinamento geologico e

riutilizzo della CO2 (settore energia), il miglioramento delle performance, della sicurezza e

dell’efficienza energetica (trasporti); altri sono ambiti piu specifici, quali le tecnologie per il



fotovoltaico avanzato (settori microelettronica e semiconduttori, energia), le tecnologie per sensori

(settori ICT, microelettronica e semiconduttori, energia, beni strumentali), le tecnologie mini-

invasive (farmaceutica).

In tutte queste situazioni più KETs contribuiscono, spesso sono determinanti, per lo sviluppo di

diversi elementi della catena del valore della tecnologia e dell’applicazione considerata.

Un quadro più complesso emerge riguardo alla maturità delle KETs. Il tipo di contributo che esse

possono fornire alle tecnologie prioritarie è infatti necessariamente molto diversificato, come insito

nella (ampia) definizione delle KETs. Alle KETs infatti afferiscono:

tecnologie consolidate, spesso già presenti sul mercato, generalmente associate ad

innovazione di tipo incrementale

tecnologie emergenti, con un numero limitato di applicazioni sul mercato, generalmente

associate ad innovazioni di tipo radicale

Nelle priorità strategiche industriali indicate dallo studio AIRI, nonostante un’ottica di applicazione

nel breve/medio termine, risulta necessariamente presente anche la ricerca ed innovazione a

carattere radicale, quale elemento essenziale per poter realizzare prodotti con un forte valore

aggiunto/vantaggio competitivo.

Nel lavoro svolto, sono state raccolte alcune prime indicazioni puntuali sulla maturità delle KETs

presenti nelle tecnologie prioritarie. Pur trattandosi di informazioni incomplete, ne risulta

indicativamente che almeno il 30% delle KETs identificate è associata ad un TRL>6, con alcun

casi in cui sono indicati TRL8-9. Esempi sono forniti nel testo.

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

Micro-nano

AMS

Advanced Materials

Nanotech

Biotech

Photonics

KETs in priority technologies (%)

Fig.2: contributo delle sei KETs alle Tecnologie Prioritarie

(% TP interessate dalle KETs sul totale delle 84 TP).



Le sei Key Enabling Technologies per l’industria nazionale

Nelle pagine seguenti per ciascuna delle 6 KETs sono riportati:

1) quadro della tecnologia: definizione e dati generali sulla singola KET, ove disponibili

(mercato, occupazione, ecc).

2) Impatto sulle tecnologie prioritarie per l’industria italiana: descrizione della presenza della

KET nelle tecnologie prioritarie, mediante dati quantitativi ed alcuni esempi significativi.

Le definizioni sono generalmente tratte dal rapporto della Commissione Europea (EC1, 2009)

“Preparare il nostro futuro: elaborare una strategia comune per le tecnologie abilitanti fondamentali

nell'UE”.

I dati macroeconomici sono tratti dai rapporti del High Level Group della Commissione Europea

sulle KETs (HLG1,2,3,4,5,6), dalle presentazioni sulle singole KETs durante il workshop

organizzato nell’ambito del presente rapporto (paragrafo 5), e da altre fonte bibliografiche indicate

nel testo.

Si noti che i valori di mercato hanno carattere assolutamente indicativo. In generale, è riconosciuto

che le KETs hanno un impatto e generano un mercato ben piu ampio del fatturato della tecnologia

per se (HLG1). Nel presente rapporto, in base alle informazioni disponibili, tali dati sono a volte

riportati come fatturato legato alla tecnologia specifica (es. il mercato degli enzimi nelle

biotecnologie industriali) a volte come fatturato generato dai prodotti abilitati dalla KETs (es. il

mercato dei “nano-related products” nel caso delle nanotecnologie).

Le matrice di relazione KETs – tecnologie prioritarie con la totalità dei dati raccolti nello studio sono

riportati in Annex I.

Cross Cutting KETs

MICRO-/NANO

6/6

ENERGY

7/7

.

PHARMA/BIO

8/8

TRANSPORT

19/19

AMS10/10

ICT5/9

CHEM11/13

AERO9/12

Fig. 3: contributo delle KETs ai settori industriali delle Tecnologie

Prioritarie (numero TP interessate da almeno una KET sul totale delle

TP del settore considerato).



Micro e nanoelettronica

Quadro della tecnologia

La micro e nanoelettronica è strettamente associata

all’industria dei semiconduttori, elemento portante di

una catena del valore che genera prodotti in una

molteplicità di settori1.

Guardando al solo mercato globale dei semiconduttori,

esso è stimato in circa 340 miliardi di dollari (2012),

con una prospettiva di crescita di 413 miliardi di dollari

nel 2015. La suddivisione del mercato per aree

geografiche assegnava (nel 2011) all’Europa uno

share di circa il 12,5%.

Tra i settori trainanti a livello europeo vi sono

telecomunicazioni, elettronica per l’automobile,

elettronica di consumo. In Italia sono presenti industrie

multinazionali con posizioni di primo piano nel mercato

mondiale dei semiconduttori, con una occupazione

(diretta) che riguarda piu di 15000 persone (AIRI1,

2012).

Impatto sulle tecnologie prioritarie per l’industria italiana

La micro e nanoelettronica si confermano tecnologie di forte impatto su praticamente tutti gli 8

settori industriali analizzati nello studio AIRI, essendo indicate in circa il 60% del totale delle

Tecnologie Prioritarie. Molti sono gli esempi in cui tale KET dimostra un ruolo abilitante con un

grado di maturità tecnologica in genere già avanzato.

Di seguito sono citati alcuni esempi, suddivisi in base al settore applicativo ed in base agli ambiti

dove maggiore risulta essere l’impatto della KET. I dati complessivi sono riportati in annex I.

Nel settore ICT le nuove tecnologie informatiche, declinate in ambiti specifici quali strumenti e

tecnologie per l’organizzazione e la conservazione di grandi quantità di dati, i “big data”, sistemi di

elaborazione dati ad alta efficenza energetica, la visualizzazione dei dati, la sensoristica avanzata

ed in generale la tematica relativa alle interfaccie uomo-macchina non convenzionali e multimediali

(citata anche nei settori trasporti, aereonautica e beni strumentali); le tecnologie per le reti a larga

banda, per gli “home networks”, per la sicurezza e per l’infomobilità.

Nel settore energia, le tecnologie per la valorizzazione dell’energia solare ed i sistemi per la

gestione intelligente della distribuzione di energia (smart grid/smart metering/smart energy);

1 Nel rapporto settoriale dedicato alla micro e nanoelettronica (HLG2, 2010) l’impatto dell’industria dei

semiconduttori a livello globale è cosi descritto: “semiconductors provide the knowledge & technologies that

generate some 10% of global Gross Domestic Product”.

Definizione

La micro e la nanoelettronica,

compresi i semiconduttori, sono

essenziali per tutti i beni e servizi che

necessitano di un controllo intelligente

in una varietà di settori quali:

automobilistico, trasporti, aeronautico ,

spaziale. I sistemi industriali di

controllo intelligenti consentono di

gestire con maggiore efficienza la

produzione, lo stoccaggio, il trasporto

e i consumi di energia elettrica

attraverso dispositivi e reti intelligenti.

(HLG, 2009)



Nel settore farmaceutica e biotecnologie le nuove tecnologie analitiche (High Throughput

Screening, HTS, ed High Content Screening, HCS), le tecnologie per la genomica proteomica e

metabolomica (DNA e Protein microarrays, lab-on-chips).

Nei trasporti i dispositivi e sistemi intelligenti per i sistemi power train a basso impatto ambientale

(propulsione, trasmissione e combustibile), le tecnologie per la multimodalità (infomobilità) e le

interfaccie uomo-macchina già citate sopra.

Inoltre la KET micro e nanoelettronica, e più in generale le tecnologie informatiche da essa

abilitate, danno un contributo essenziale all’intero ambito dei beni strumentali.

Come già sottolineato, la KET micro-nanoelettronica è in stretta relazione con il settore

microelettronica e semiconduttori dello studio AIRI. Ad essa afferiscono quindi tutte le 6 tematiche

prioritarie individuate per il settore, che sono:

1.Integrazione di sistemi elettronici su silicio

2.Applicazioni fotovoltaiche

3.Materiali alternativi al silicio (SiC e GaN/Si)

4.Sviluppo di processi, tecniche di fabbricazione e metodi di progetto per l'integrazione

eterogenea

5.Tecnologie per sensori integrate su silicio

6. Silicon Photonics

Diverse di questo tecnologie sono considerate come prioritarie anche in altri settori,

confermandone ulteriormente il valore strategico a livello nazionale (tra queste fotovoltaico, silicon

photonics, sensoristica e diverse altre tipologie di componenti e dispositivi elettronici).

ICT5 Microelettronica

e semiconduttori6

Energia4

Chimica1

Farma & Bio5Aeronautica

5


14

Beni strumentali9

Micro nano

Fig. 4: Distribuzione per settori delle 49 Tecnologie Prioritarie a

cui contribuisce la micro e nanoelettronica



Nanotecnologie


Le nanotecnologie possono giocare un ruolo chiave

nella catena del valore, permettendo la realizzazione di

processi, componenti e sistemi con migliori

performance, migliore efficienza, nuove funzionalità,

dimensioni ridotte. I settori per i quali è previsto un

impatto maggiore sono materiali, medicina, elettronica,

energia (immagazzinamento, produzione, trasporto),

ambiente ed i processi produttivi. Il loro orizzonte

applicativo è generalmente considerato di medio/lungo

periodo.

Il mercato globale dei prodotti correlati alle

nanotecnologie (nano-related products) è stato stimato

in circa 250 miliardi di dollari nel 2009 ed è previsto

raggiunga una cifra tra gli 1 ed i 3 trillioni di dollari entro

il 2015 (HLG3, 2010).

A livello italiano, sono circa 200 i soggetti, pubblici e

privati, con attività specifica di R&S nelle

nanotecnologie in Italia, dei quali circa la metà si

riferisce ad organizzazioni private. Il numero di imprese

è in crescita negli ultimi anni, con una netta

preponderanza (70%) di PMI (WS6).


Le nanotecnologie ed in nanomateriali interessano tutti gli 8 settori industriali e sono indicate in

circa il 50% del totale delle tecnologie prioritarie dello studio AIRI, con potenzialità applicative,

impatto e maturità tecnologica molto diverse a seconda dell’ambito considerato.



L’intero settore della microelettronica e semiconduttori utilizzano ormai da diversi anni tecniche su

scala nanometrica per la realizzazione di dispositivi e sistemi integrati su silicio (componentistica).

Tra le tecnologie prioritarie specifiche di questo settore connesse alle nanotecnologie, si possono

citare le applicazioni per il fotovoltaico avanzato (celle al silicio, polimeriche e organiche, anche

indicate nel settore energia) e le tecnologie per sensori (anche indicate nei settori ICT, trasporti,

aereonautica e beni strumentali).

Nel settore energia, le tecnologie di produzione dell’energia e materiali avanzati e le tecnologie di

separazione, confinamento geologico e riutilizzo della CO2 (tra cui processi chimico-fisici di varia

natura, fotocatalisi, tecnologie per la bonifica ed il monitoraggio ambientale).

Definizione

La nanotecnologia consentirà di

sviluppare micro e nano dispositivi e

sistemi intelligenti, che porteranno

cambiamenti radicali in settori

essenziali quali l'assistenza sanitaria,

l'energia, l'ambiente e la i processi

produttivi.

(HLG 2009)

Nanotechnology is the application of

scientific knowledge to control and

utilize matter in the size range 1 nm to

100 nm, where entirely new physical

and chemical, size-related properties

and phenomena can emerge. This

often results in new, exciting and

different characteristics that can

generate a vast array of novel

products.

(ISO TC 229, 2011. Solo versione

inglese)



Nella chimica, la catalisi di processi chimici (nanocatalizzatori), i nanomateriali per l’industria

manifatturiera, i cementi per edilizia, gli imballaggi.

Nei settori aereonautica e trasporti, i nanomateriali strutturali e funzionali, i materiali e processi per

l’efficienza energetica e per la riduzione dell’impatto ambientale.

Nel settore farmaceutica e biotecnologie la chimica farmaceutica, i delivery systems, i sistemi di

imaging, l’ingegneria dei tessuti, le tecnologie mini-invasive.

Nei beni strumentali, la realizzazione di sensori e componenti meccatronici ad alte prestazioni ed i

(nano) materiali strutturali per componenti, macchine e sistemi che migliorino prestazioni, consumi

ed impatto ambientale.

ICT4 Microelettronica

e semiconduttori4

Energia5

Chimica5

Farma & Bio5

Aeronautica4


14

Beni strumentali2

Nanotech

Fig. 5: Distribuzione per settori delle 43 Tecnologie

Prioritarie a cui contribuiscono le nanotecnologie



Biotecnologie industriali


L’utilizzo di materie prime rinnovabili mediante le

biotecnologie costituisce uno degli approcci più

innovativi e promettenti per ridurre le emissioni di gas

serra e per migliorare le performance e la sostenibilità

dei processi industriali.

L’impatto delle biotecnologie, nella loro accezione più

ampia, che include il settore farmaceutico (red

biotech), agroalimentare (green biotech) ed appunto

quelle delle biotecnologie industriali (white biotech) è

in continua crescita.

Guardando al fatturato generato della industrie cosidette “bio-based” in Europa, prodotti bio-chimici

e materie plastiche contribuiscono per 50 miliardi di euro, il mercato degli enzimi per 0,8 miliardi di

euro, i biocarburanti per 6 miliardi di euro. Sommando il contributo agli altri settori (alimentare,

agricoltura, ecc), il fatturato annuo complessivo della bioeconomia in Europa, è stimato in circa

2000 miliardi di euro (WS4).

L’Italia ha una posizione di assoluto rilievo nel panorama europeo del biotech, essendo terza in

Europa dopo Germania e Regno Unito per numero di imprese “pure biotech”2, con un totale di

quasi 400 aziende attive nei vari ambiti biotech. Le imprese attive nelle biotecnologie per la salute

sono attualmente prevalenti (più della metà del totale), pur con una importante e crescente attivita

nei settori green e white biotech. Più del 80% delle imprese sono micro o piccole.


Le biotecnologie interessano una parte consistente dei settori e delle tecnologie prioritarie dello

studio AIRI (6 settori industriali, il 30% delle Tecnologie Prioritarie), con importanti prospettive

applicative, soprattutto nel medio/lungo termine.



Nel settore energia, le tecnologie avanzate per l’utilizzo delle biomasse (biocombustibili da fonti

rinnovabili e da rifiuti, il cosidetto waste to fuel, citati anche nei settori chimica e trasporti) e le

tecnologie di separazione, confinamento geologico e riutilizzo della CO2.

Nella chimica le tecnologie da risorse rinnovabili, tra cui ambiti ad alto potenziale di sviluppo quali

bioplastiche e biocombustibili.

2 Per una definizione puntuale di aziende “pure biotech” ed un quadro dettagliato del settore si veda il

“Rapporto sulle biotecnologie in Italia Assobiotec 2012” edito da Assobiotec ed Ernst & Young, da cui sono

presi i dati e le informazioni citate.

Definizione

Le biotecnologie industriali (white

biotech) utilizzano enzimi e micro-

organismi per sviluppare bioprodotti in

settori diversi quali, tra gli altri, quelli

chimico, cartario, agroalimentare, della

salute, tessile e della bioenergia.

(HLG, 2009)



Nel settore farmaceutica e biotecnologie la produzione di biomolecole, i biomarcatori, le tecnologie

mini-invasive e le tecnologie per le terapia avanzate (ingegneria dei tessuti, terapia genica).

Nei trasporti le tecnologie e metodologie innovative per i sistemi power train a basso impatto

ambientale (con particolare riferimento all’ambito dei biocombustibili), e le tecnologie e metodi per

sistemi veicolo ottimizzati verso sicurezza, qualità e costi mantenendo elevati standard di

prestazioni e riciclabilità (per esempio l’utilizzo di materiali biocompatibili, rinnovabili, la

sensoristica a bordo veicolo).


1

Energia3

Chimica8

Farma & Bio5


6

Beni strumentali1

Biotech

Fig. 6: Distribuzione per settori delle 24 Tecnologie Prioritarie a

cui contribuiscono le biotecnologie industriali



Fotonica


La fotonica ha una crescente pervasività in una

moltitudine di applicazioni, con un ruolo determinante

sia per applicazioni in campo industriale sia per

prodotti e applicazioni di uso quotidiano.

Il fatturato mondiale della fotonica è attualmente

stimato in 300 miliardi di euro, con una crescita annua

di circa l’8-10%. L’Europa detiene circa il 20% del

mercato globale (60 miliardi di euro). In Europa sono

presenti diversi industrie leader di mercato e si stima

siano 5000 le imprese operanti nel settore, la

maggioranza PMI. Valutazioni diverse assegnano al

mercato italiano della fotonica uno share variabile tra

l’8% ed il 18% del mercato europeo. II numero di

aziende in Italia è di circa 200 3.


La fotonica interessa tutti i settori e circa il 30% delle Tecnologie Prioritarie. E’ una piattaforma

relativa ad un ampio spettro di tecnologie, alcune già in parte consolidate (come confermano

anche i numeri di mercato), ma che mantengono grandi potenzialità di innovazione.

Un esempio rilevante sono le tecnologie di integrazione di dispositivi optoelettronici ed elettronici

(silicon photonics), ambito di convergenza della fotonica con la KET micro/nanoelettronica, citate

tra le tecnologie prioritarie dello studio AIRI. Tali innovazioni avranno un forte impatto in primo

luogo nelle telecomunicazioni ma anche in gran parte degli altri ambiti applicativi interessati dalle

due KETs.



Nel settore ICT la fotonica fornisce un contributo determinante per le tecnologie di rete (trasporto,

distribuzione ed accesso di dati), con una rilevanza strategica crescente in virtù della evoluzione

verso reti fisse e mobili a banda larga (BB) e ultralarga (UBB).

Nei settori della microelettronica e semiconduttori e del ICT, la fotonica contribuisce in particolare

alle tecnologie per la sensoristica, l’elaborazione dei segnali, fibre ottiche, laser, componentistica

fotonica ed optoelettronica.

Nel settore energia la fotonica risulta avere un ruolo prioritario per l’industria nazionale in

particolare rispetto alle tecnologie per la valorizzazione dell’energia solare (fotovoltaico avanzato,

3 I dati sono ripresi da informazioni presentate durante il workshop (WS3), dal rapporto Phorit: la fotonica in

Italia (2008), dal sito della Piattaforma Europea sulla fotonica Photonics 21

Definizione

La fotonica è un ambito

multidisciplinare riguardante la luce, la

sua generazione, la sua rilevazione e

la sua gestione. La fotonica fornisce

tra l'altro la base tecnologica per la

conversione economica della luce

solare in energia elettrica, importante

per la produzione di energia

rinnovabile, e una varietà di

componenti e attrezzature elettronici,

quali fotodiodi, LED e laser.

(HLG, 2009)



solare termodinamico a concentrazione) e nei i sistemi di gestione intelligente dell’energia (smart

grid/smart metering/smart energy).

Nel settore farmaceutica e biotecnologie per le tecnologie mini invasive e per le tecnologie per

l’imaging molecolare.

Nei trasporti per le tecnologie e metodi per sistemi veicolo ottimizzati verso sicurezza, qualità e

costi (in ambiti quali per esempio illuminazione e sensoristica), le soluzioni e tecnologie per

l’ottimizzazione dell’efficienza energetica dei sistemi veicolo (in particolare le tecnologie

fotovoltaiche).

Nei beni strumentali per i sistemi integrati di monitoraggio e controllo dei processi, la sensoristica

ed componenti meccatronici ad alte prestazioni.

ICT4


5

Energia3

Chimica1

Farma & Bio2

Aeronautica1


5

Beni strumentali2

Fotonica

Fig. 7: Distribuzione per settori delle 23 Tecnologie Prioritarie a cui

contribuisce la fotonica



Materiali avanzati


I materiali avanzati hanno un evidente carattere abilitante:

sono alla base della catena del valore di molteplici

applicazioni nonché essi stessi possibile oggetto della

produzione (è il caso del settore chimico e della

farmaceutica, se si estende il concetto di materiale anche

a sostanze di tipo biologiche e bioattive).

Essi possono aiutare a generare prodotti con nuove e

migliorate proprietà e funzionalità e permettere la

sostituzione di materiali in uso con nuovi materiali più

performanti, efficienti ed a minore impatto ambientale.

Hanno un ruolo determinante rispetto sia alla scarsità di

materie prime sia a tutti gli aspetti di sostenibilità dei

prodotti.

Guardando al solo mercato dei materiali avanzati in quanto tali (non dei prodotti da essi generati)

uno studio del 2008 stimava un mercato a livello europeo di circa 55 miliardi di euro nei 5-7 anni

successivi. Tra le aree di maggiore impatto l’energia, l’ambiente la salute, i trasporti e l’ICT (EC1,

2009). A livello nazionale è utile ricordare l’importanza del settore della chimica, l’Italia è il terzo

produttore chimico europeo dopo Germania e Francia (AIRI1, 2012), e quindi l’ovvia ricaduta

riguardo la produzione di materiali avanzati.


I materiali avanzati interessano tutti i settori delle Tecnologie Prioritarie, con un impatto anche più

ampio e trasversale di quanto non risulti della loro semplice indicazione esplicita (55% delle

tecnologie prioritarie).

Essi sono citati in quasi tutte le tecnologie prioritarie relative ai trasporti e nella gran parte di quelle

relative ai settori aereonautica, chimica ed energia.

E’ evidente l’affermarsi di materiali avanzati con proprietà e funzionalizzazione sempre più spinta, che li rendono parte integrante (e qualificante) del processo o prodotto considerato, permettendo di realizzare componenti/strutture innovativi. Attraverso tutti i settori industriali delle tecnologie prioritarie risultano infatti ampiamente citate diverse tipologie di materiali avanzati, capaci di garantire nuove performance dal punto di vista strutturale, ma anche di generare nuove caratteristiche e funzionalità, quali: materiali attivi, intelligenti, multifunzionali, con nuove e combinate funzionalità dal punto di vista chimico-biologico, fisico-meccanico, elettrico-magnetico, estetico, ecc. Altro driver comune ai diversi settori applicativi è il tema dello sviluppo sostenibile e quindi l’utilizzo di materiali avanzati per diminuire l’impatto ambientale dei processi e migliorare l’efficienza energetica. Sempre maggiore attenzione è data alla tutela della salute ed in generale al tema della

Definizione

I materiali avanzati consentono di

apportare grandi miglioramenti in

un'ampia gamma di diversi settori, ad

esempio aerospaziale, trasporti,

edilizia e assistenza sanitaria. Essi

agevolano il riciclaggio, riducono le

emissioni di carbonio e il fabbisogno

energetico e limitano la domanda di

materie prime scarsamente presenti in

Europa.

(HLG, 2009)



sicurezza (il tema è affrontato in dettaglio nel settore chimica, anche in riferimento alla nuova normativa europea REACH4). Esempi di utilizzo sono, citando unicamente i casi in cui i materiali sono oggetto stesso della tecnologia prioritaria (i dati complessivi sono riportati in annex I):

- nel settore microelettronica e semiconduttori i materiali alternativi al silicio, quali Carburo di Silicio e Nitruro di Gallio

- nel settore energia, le tecnologie di produzione dell’energia e materiali avanzati (cicli combinati a gas naturale, cicli supercritici per le “clean coal” technologies, celle a combustibile).

- nella chimica i materiali funzionali per l’industria manifatturiera - nel settore farmaceutica e biotecnologie le tecnologie mini-invasive, con particolare

riferimento ai materiali biocompatibili per lortopedia e il cardiovascolare (es. valvole cardiache).

- nei trasporti i green automotive materials per l'efficienza energetica e le prestazioni del veicolo.

- nel settore aereonautica i nuovi materiali e processi produttivi e di manutenzione per le strutture ed i motori aeronautici.

- nei beni strumentali i materiali strutturali per il miglioramento delle prestazioni, consumi ed impatto ambientale in componenti, macchine e sistemi.

4 R.E.A.C.H. - Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemical substances, Regolamento

(CE) n. 1907/2006 del Parlamento europeo e del Consiglio, del 18 dicembre 2006.

ICT1


6

Energia6

Chimica7

Farma & Bio2

Aeronautica4


16

Beni strumentali4

Materiali avanzati

Fig 8: Distribuzione per settori delle 46 Tecnologie Prioritarie a

cui contribuiscono i materiali avanzati



Tecnologie di produzione avanzata


Le tecnologie di produzione avanzate (AMS) hanno

una definizione molto ampia, che unisce le diverse

KETs, i diversi settori oltre a tecnologie, processi e

sistemi di gestione lungo tutto il ciclo di vita. Sono un

ambito “orizzontale”, che contribuisce “al

miglioramento di costo, qualità, efficienza energetica,

sicurezza dei prodotti sviluppati ed abilitati dalle KETs,

lungo tutta la catena del valore ed il ciclo di vita” (HLG

7, 2011).

Le altre 5 KETs risultano abilitanti per la produzione

degli AMS, in quanto essi stessi sono prodotti

tecnologicamente avanzato e ad alto valore aggiunto.

L’industria manifatturiera, secondo i dati Eurostat

2008, è il primo “contribuente” alla crescita europea. A livello nazionale, guardando il contributo nei

diversi settori, il manufatturiero genera un fatturato di quasi 840 miliardi di euro e lavoro per circa 4

millioni di persone (occupazione diretta). L’Italia è, dopo la Germania, il secondo Paese

manifatturiero d’Europa.

Guardando al settore della meccanica strumentale, esso è uno dei punti di forza dell’industria

nazionale, con un ruolo di primo piano a livello europeo e mondiale (AIRI, 2012).


Le AMS, nella loro accezione più ampia, interessano tutti i settori e più del 55% delle Tecnologie

Prioritarie, con un impatto probabilmente più ampio e trasversale di quanto non risulti da tale

percentuale.



Nel settore microelettronica e semiconduttori l’integrazione eterogenea (3D packaging, tra cui

integrazione di componenti elettromeccanici, componentistica fotonica, system-on-chip e printed

circuit board),

Nel settore energia le tecnologie di produzione dell’energia e materiali avanzati (cicli combinati a

gas naturale e materiali avanzati, celle a combustibile) e l’efficienza energetica (solar cooling ed i

sistemi per l’impiego dell’energia geotermica).

Nella chimica le tecnologie da risorse rinnovabili (processi di bioraffineria, bioetanolo).

Nel settore dei trasporti le tecnologie per i sistemi power train a basso impatto ambientale

(propulsione, trasmissione & combustibile) e le tecnologie per l’efficienza energetica dei sistemi

veicolo.

Definizione

Gli Advanced Manufacturing Systems

(AMS) comprendono sistemi di

produzione e i relativi servizi, processi,

impianti e attrezzature, ivi compreso

l’automazione, robotica, sistemi di

misura, l’elaborazione delle

informazioni cognitive, elaborazione

dei segnali e controllo della produzione

attraverso sistemi di informazione e di

comunicazione ad alta velocità.

(HLG, 2009)



Nell’aereonautica i nuovi materiali e processi produttivi e di manutenzione per le strutture ed i

motori aeronautici.

Come già sottolineato, la KET AMS è strettamente correlata con il settore dei beni strumentali per

l’Industria manifatturiera preso in considerazione dallo studio AIRI. Ad essa afferiscono quindi tutte

le 10 tecnologie prioritarie individuate per questo settore, che sono:

1. Metodologie e standard per la progettazione di macchine e sistemi produttivi complessi

tramite strumenti IT e paradigmi progettuali innovativi

2. Strumenti CAD-CAM basati sulla conoscenza per la progettazione e produzione di prodotti

di alta qualità ed alta variabiltà

3. Metodi e standard per la automazione ed integrazione di sistemi produttivi complessi in

grado di gestire produzioni on demand e just in time

4. Metodi e tecnologie ICT basate su internet per la integrazione in tempo reale degli attori

della filiera dal retail, ai produttori, ai fornitori

5. Tecnologie per il controllo, il monitoraggio, la supervisione, la diagnosi e la manutenzione

per aumentare ciclo di vita ed efficienza dei sistemi di produzione

6. Tecniche e soluzioni software per la pianificazione in tempo reale della produzione e della

logistica intra- ed inter- fabbrica al fine di gestire dinamiche di mercato altamente rapide e

variabili

7. Sensori e componenti meccatronici ad alte prestazioni per migliorare efficienza e qualità

della produzione e dei prodotti finali

8. Nuove configurazioni di macchine e sistemi eco-sostenibili per ottimizzare efficienza

energetica ed impatto ambientale dei sistemi di produzione

9. Nuove tecnologie di processo eco-sostenibili per i prodotti nuovi e correnti per ridurre

consumi ed emissioni dei processi industriali

10. Nuovi materiali strutturali per componenti, macchine e sistemi che migliorino prestazioni,

consumi ed impatto ambientale

ICT5


6

Energia6

Chimica5

Farma & Bio1

Aeronautica4


10

Beni strumentali10

AMS

Fig 9: Distribuzione per settori delle 47 Tecnologie Prioritarie a

cui contribuiscono i sistemi avanzati di produzione



Workshop: Le Key Enabling Technologies (KETs) per il sistema industriale italiano

Il workshop “Key Enabling Technologies: un link tra ricerca pubblica e privata” si è svolto presso la

sede centrale del CNR, il 5 dicembre 2012, quale parte integrante dell’attività del Gruppo di

Lavoro. Obiettivi dell’evento è stato quello di presentare:

L’Accordo Quadro CNR-AIRI

Opportunità e prospettive delle KETs nel contesto di Horizon 2020

L’impatto delle KETs sulla ricerca industriale nazionale

Case-studies di key players pubblici e privati nazionali sulle KETs

L’accordo quadro CNR-AIRI, siglato a luglio

2012 e presentato pubblicamente durante il

workshop, è finalizzato a integrare le priorità

industriali delle imprese nazionali con il

patrimonio delle conoscenze della ricerca

pubblica, nel quadro di sviluppo delineato

dalle KETs.

Il workshop è stato strutturato in 8

presentazioni: il contesto europeo, i risultati

del presente studio, case studies nazionali

da attori pubblici e privati dedicati alle sei

KETs.

L’evento, che ha visto la partecipazione di

circa 90 delegati (figura 10), ha permesso un

approfondimento sull’importanza che le

KETs rivestono per il sistema industriale

italiano nel breve-medio periodo ed in una

prospettiva di sviluppo futuro.

La conclusione generale del workshop è ben rappresentata dalla relazione introduttiva tenuta dal

vice - chair del HLG della Commissione Europea, Gabriel Crean, la cui conclusioni sono di rilievo

anche dal punto di vista nazionale. Aspetti fondamentali per lo sviluppo delle KETS sono:

- Le KETs sono essenziali per realizzare i tre pilastri della agenda Europea “smart,

sustainable, economic growth”

- L’Europa è leader nella R&S nelle KETs

- Vi è la necessità di trasformare le competenze, capacità e strumenti della R&S in prototipi,

prodotti, mercato e lavoro

- E’ prioritario garantire un programma strategico dedicato alle KETs, supportato da

adeguate risorse finanziarie, a livello nazionale ed internazionale

- Si deve assicurare un “approccio industriale” per lo sviluppo di quelle attività di R&S che

hanno raggiunto TRL 5-8.

Industrie

28%

CNR43%

Enti di ricerca

(altri)5%

Università

12%

Altri soggetti12%

Fig 10: Tipologia dei delegati al workshop

“Le Key Enabling Technologies (KETs) per il

sistema industriale italiano.



Conclusioni ed azioni future

Quanto presentato traccia un primo quadro generale delle KETs presenti nel sistema industriale

nazionale, con riferimento allo studio AIRI sulle tecnologie prioritarie.

Emerge in maniera evidente l’importanza che le Key Enabling Technologies rivestono per il

sistema industriale italiano: le KETs interessano tutti i settori industriali e le grande maggioranza

delle tecnologie prioritarie, con un impatto sistemico (cross-cutting) attraverso le catene del valore

delle diverse applicazioni e prodotti considerati.

Vi sono sfide e drivers condivisi in maniera trasversale tra i settori e le tecnologie, in stretta

analogia anche con quanto richiamato dalle strategie europee, quali:

competitività: basata sulla Ricerca & Innovazione

Ricerca responsabile: attenzione agli aspetti di sicurezza, regolamentazione, sfide sociali,

sostenibilità, Quest’ultima declinata come:

Sostenibilità: qualità, efficienza, riduzione dei consumi e dell’uso delle risorse non

rinnovabili, riciclo, riduzione dell’impatto ambientale

Riguardo al livello di maturità tecnologica, la situazione per le KETs identificate nell’ambito delle

tecnologie prioritarie è diversificata: in alcuni casi esse forniscono prospettiva di forte innovazione

nel medio/lungo periodo (spesso veri e proprio breakthrough tecnologici, come ad esempio nel

caso delle nanotecnologie), mentre in altri casi sono già in fase dimostrativa o di produzione.

Gli aspetti sopra citati sottolineano l’importanza di un approccio coordinato e sinergico tra i diversi

attori nazionali, che identifichi e valorizzi i punti di forza del sistema Paese e permetta di

confrontarsi con le iniziative europee nella maniera più efficace e struttura. Risulta fondamentale la

collaborazione tra ricerca pubblica e privata, per favorire quei processi di trasferimento tecnologico

e di valorizzazione delle conoscenze essenziali per lo sviluppo delle KETs.

In conclusione:

L’industria nazionale è presente e attiva lungo le linee tecnologiche (KETs) indicate

dalla nuova strategia europea Horizon 2020

La cooperazione pubblico-privato risulta essenziale per lo sviluppo delle KETs, sia

riguardo alle tecnologie sia sugli aspetti di sostenibilità e ricerca responsabile

I diversi livelli di maturità delle KETs possono richiedere approcci e modelli di

sviluppo e cooperazione differenti

Il coordinamento tra gli stakeholders nazionali e con le iniziative europee nell’ambito

delle KETs è prioritario

Un esercizio puntuale di roadmapping e SWOT analysis è auspicabile quale passo

successivo all’analisi fornita del presente rapporto.

AIRI, nell’ambito delle sue finalità istituzionali nonchè nel contesto della collaborazione con il CNR,

si farà promotore di questo approccio.



Annex I: Matrici di collegamento delle tecnologie prioritarie con le 6 KETs

Informatica e Telecomunicazioni

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1 Le nuove Tecnologie informatiche x x x x

strumenti e tecnologie per l’organizzazione e la conservazione di grandi quantità di dati (big data), tecnologie per interfacce uomo-macchina non convenzionali e multimediali, sensoristica avanzata, tecnologie e metodi di progettazione per sistemi di elaborazione dati ad alta efficenza energetica

2. Le piattaforme applicative dell’IT

3. Nuove architetture di reti e servizi

4. Reti e servizi radiomobili

5. Tecnologie per le reti a larga banda x x x x

tecnologie ottiche e fotoniche per reti wireline e wireless di trasporto, distribuzione ed accesso

6. Tecnologie per ”Home networks” x x

x

sensoristica e dispositivi (es. per domotica), tecnologie di comunicazione wireless, comunicazione MachinetoMachine (M2M)

7. Tecnologie per la sicurezza delle reti x x x x

sistemi e dispositivi per la gestione delle transazioni (accesso, identificazione, protezione, confidenzialità, integrità ) nelle reti di comunicazione dati

8. Tecnologie per l’infomobilità x x x x

tecnologie telematiche per l’autoveicolo, nuove piattaforme sensoriali sui veicoli, telematica su vettura, sistemi di comunicazione wireless e sistemi di localizzazione

9. Tecnologie per “Online contents”



Microelettronica e Semiconduttori

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1.Integrazione di sistemi elettronici su silicio x x x

Sviluppo di nuovi concetti, materiali e architetture per memorie non volatili ad alta densità (Es. PCM e sistemi di memoria integrati su package)

Piattaforme CMOS con memorie non volatili (NVM) embedded e piattaforme BCD: tecnologie multifunzionali per l’integrazione su silicio di sistemi elettronici complessi; NVM , componenti analogici, bipolari, DMOS di potenza, blocchi logici (DSP o microprocessori). Soluzioni ad alta efficienza per dispositivi CMOS: dispositivi integrati e multifunzione (System on a Chip, integrazione di microcontrollori, convertitori ADC e DAC, ecc), con ridotta potenza per bit trasmesso per le Reti di Telecomunicazioni di Nuova Generazione

2.Applicazioni fotovoltaiche x x x x x

sistemi a concentrazione con selezione spettrale, celle solari multigiunzione, silicio cristallino nanostrutturato

3.Materiali alternativi al silicio x x x x

Sviluppo di tecnologie e dispositivi di potenza/tensione su substrati di SiC e GaN/Si (Power MOSFET, HEMT - High Electron Mobility Transistor)

4.Sviluppo di processi, tecniche di fabbricazione e metodi di progetto per l'integrazione eterogenea

x x x x x x

Integrazione di sistema 3D (3D packaging), componenti passivi (SystemOnChip - SoC,Printed Circuit Board -PCB) ed elettromeccanici Co-packaging componentistica fotonica (modulatori, fotodiodi) e chip CMOS/BiCMOS/SiGe

5.Tecnologie per sensori integrate su silicio x x x x x x

Sensori chimici (gas) per monitoraggio ambientale, sensori di pressione e sensori acustici (a membrana sottile), Sensori biologici (analisi proteiche, genomiche, virali…) anche con tecniche plasmoniche, Sensori magnetici con tecniche di integrazione eterogenea di materiali ferromagnetici, Sensori ottici: (CMOS, TeraHz)

6. Silicon Photonics x x x x x

Integrazione ibrida di componenti elettronici e componenti ottici sul medesimo substrato

Tecnologie per sottosistemi optoelettronici e fotonici per trasmissione e interconnessione



Energia

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1 Tecnologie di trasporto e storage dell’energia

x x

1.1 tecnologie per lo storage, il trasporto e la trasformazione del Gas Naturale Liquefatto (GNL) Serbatoi conformanti per GNL (navi e distribuzione su piccola scala), Tubi Flessibili per carico /scarico GNL

x x

Processi di Liquefazione su piccola scala

x

1.2 Sviluppo di macchinari e materiali per CAES (Compressed Air Energy Storage) turbomacchine industriali: compressione di aria ad HT, espansori di elevata potenza, sistemi di accumulo di calore ad HT edalta pressione (CAES adiabatico)

x

Macchinari per perforazione e cementazione serbatoi artificiali

x

2., Tecnologie di produzione dell’energia e materiali avanzati x x

x x

2.1 Compressione per gas acidi

Compressori integrati

x x

2.2 Cicli combinati a gas naturale e materiali avanzati

Parti calde metalliche HT e ceramici x

x x

Sistemi di generazione CCGT (Combined Cycle Gas Turbine) ad alta flessibilità

x

Sistemi di combustione e prova parti calde (per elevata efficienza e basso impatto ambientale)

x

2.3 Cicli supercritici e materiali avanzati (clean coal technologies)

Sviluppo Nuovi Materiali HT (superleghe, ceramici, rivestimenti) x

x x

2.4 Celle a combustibile (fuel cells): SOFC, PEMFC, DMFC

Sviluppo ed incremento prestazioni e durata operativa SOFC, PEMFC x x

x x

Esplorazione sviluppo di tecnologie FCs alternative (DMFCs, MCFCs, ecc)

x x

x x

3. Tecnologie avanzate di impiego delle biomasse x

3.1 biomasse per la produzione di energia elettrica e termica

3.2 Tecnologie waste to fuel

x

Integrazioni di processo

x



Energia

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3.3 Conversione termica e biologica di biomasse a vettori energetici (biocombustibili di II generazione)

x

Tecnologie waste to fuel (agricultural waste), aviation fuels

x

4. Tecnologie per la valorizzazione dell’energia solare x x x x x

4.1 Fotovoltaico avanzato (Celle al silicio, polimeriche e organiche) I generazione (silicio mono e policristallino) e II generazione (Film sottile di silicio amorfo)

x

x x x

III generazione (fotovoltaico avanzato): celle a quantum dots, celle organiche, Dye-sensitized Solar Cells (DSSC)

x

x x x

III generazione: Fotovoltaico a concentrazione (CPV)

x

x x x

4.2 Solare termodinamico a concentrazione

Specchi Parabolici, Torri Solari, Dischi Parabolici

x x x

5. Tecnologie per l’efficienza energetica x x x

5.1 Solar Cooling (impianti di condizionamento ad energia solare)

Impianti ad assorbimento, Impianti ad adsorbimento x

x x

Impianti DEC (desiccant cooling) x

x

5.2 Impiego dell’energia geotermica

EGS (Enhanced Geothermal Systems)

x

Cicli ORC (Organic Rankine Cycles) in geotermia

x x

Sistemi ibridi

x x

Mappatura risorse geotermiche

x

Nuove metodologie esplorazione

x

6 Smart Grid/Smart Metering/Smart Energy x x x x x x

Advanced integrated Smart metering x x x

Controllo della Domanda (Demand Side Management) x x x

Home and Building Management Systems automation (HMS/BMS) x x x x

Smart generation (integrazione in rete elettrica di fonti energetiche rinnovabili distribuite)

x x x x x x



Energia

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Energy storage (tecnologie per l’accumulo di energia elettrica su grande e piccola, anche a livello del singolo consumatore )

x x x x x

Sistemi integrati per la mobilità (veicoli elettrici): infrastrutture di rete, distribuzione e qualita della fornitura

x x x x

7.Tecnologie di separazione, confinamento geologico e riutilizzo della CO2

x x x x x x

Concentrazione CO2: tecnologia post-combustione, per combustione in ossigeno, per pre-combustione (IGCC)

x

x x

Processi chimici-fisici per trattamento effluenti liquidi, solidi e gassosi e accumulo di idrogeno

x x x x x

Separazione gas con tecnologie a membrane x

x

x

Bio & Green technology x

x x x

Tecnologie strumentali di monitoraggio ambientale e processi chimici

x x x x x

Nano photo catalizzatori per re-uso CO2 x x x x x

Sequestro geologico della CO2 (acquifero salino Enhanced Oli Recovery EOR)

x x

Tecnologie per impianti termoelettrici

x x



Chimica

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A. TECNOLOGIE PER RIDURRE L’IMPATTO AMBIENTALE

A1- Tecnologia per il campionamento passivo delle matrici ambientali

x

x

x

A2- Tecnologia per la bonifica di terreni inquinati

A3- Tecnologia di recupero di materiali polimerici da pneumatici usati

x x

A4- Sostituzione delle sostanze “very high concern”

A5- Tecnologia per la produzione di chewing gum antiaderente

x x

B. TECNOLOGIE DA RISORSE RINNOVABILI

B6 - Processi di bioraffineria

x

x x

B7 - Bioetanolo

x

x

B8 - Tecnologia per biochemical di II generazione

x

B9 - Tecnologia per la produzione e l’utilizzo di biopolimeri per il settore pneumatici

x

x

B10 - Feedstock alternativi per energia e per prodotti chimici x

x

x x

C. MATERIALI FUNZIONALI PER L’INDUSTRIA MANIFATTURIERA

C11 - Nanotecnologia per formulati cementizi per edilizia x

x

C12 - Nanomamateriali per la catalisi di processi chimici x

x

C13 - Tecnologie per imballaggi alimentari x x x

x



Farmaceutica e Biotecnologie

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1. Genomica proteomica e metabolomica x x x x

Tecnologie per la biologia molecolare e loro applicazione per la diagnostica e la terapia (es. DNA microarrays, Protein arrays)

x x x x

2. Nuove tecnologie applicate alla chimica farmaceutica x x

Tecnologie High Throughput Screening (HTS) e High Content Screening (HCS)

x x

3. Tecnologie per la medicina personalizzata – biomarcatori x

Biomarcatori predittivi x

Surrogati di endpoint x

4. Delivery Systems x x x

Sviluppo di nuovi nanomateriali x x x

Sviluppo di nuovi nano sistemi di delivery selettivo x x x

5. Produzione di Biomolecole x

6. Metodi e tecnologie per l’Imaging Molecolare x x x

7. Tecnologie Mini-Invasive x x x x x x

Nuovi materiali per l'ortopedia x x x x x x

Nuovi materiali per il cardiovascolare x x x x x x

Tecnologie Transcatheter Aortic Valve Implant (TAVI) x x x x x x

Altre tecnologie valvolari/cardiache x x x x x x

8. Tecnologie per le Terapie avanzate x

Ingegneria dei tessuti e terapia cellulare x

Terapia genica x



Trasporti (Strada, Ferro, Marittimo)

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A. TRASPORTO SU STRADA

A1. Tecnologie & Metodologie innovative per sistemi Power Train a basso impatto ambientale: Propulsione, Trasmissione & Combustibile

x x x x x

A2. Tecnologie & Metodologie per Sistemi Veicolo ottimizzati verso Sicurezza, Qualità e Costi mantenendo elevati standard di prestazioni e riciclabilità

x x x x x x

A3. Soluzioni Tecnologiche e Materiali Innovativi (Green Automotive Materials) per l'Efficienza Energetica e le Prestazioni del veicolo.

x x x x x

A4. Tecnologie Telematiche dell’Auto per una Mobilità Efficiente, Ecologica e Sicura.

x x

A5. Soluzioni & Tecnologie per l’interazione uomo macchina (HMI)

x x x

A6. Soluzioni & Tecnologie per l’ottimizzazione dell’Efficienza Energetica dei Sistemi Veicolo.

x x x x x

B. TRASPORTO MARITTIMI

B7. Soluzioni & Tecnologie integrate per l’ottimizzazione del Comfort a bordo nave, (benessere dell’uomo in mare).

x

B8. Metodologie Innovative di Progettazione Navale trasversali a Tecniche Multidisciplinari di Virtual Analysis (Performance operative, Logistica e Qualità) al fine di ottimizzare Costi e Tempi di Sviluppo prodotto.

x x x

B9. Soluzioni & Tecnologie per l’abbattimento delle emissioni in aria delle navi.

x x

B10. Soluzioni & Tecnologie per l’ottimizzazione dell’Efficienza Energetica dei Sistemi Navali.

x x

B11. Tecnologie alternative per la generazione di Potenza a bordo delle navi.

x

B12. Tecnologie per il controllo degli apparati e la sicurezza a bordo

x

C. TRASPORTI SU FERRO

C13. Soluzioni & Tecnologie per l’ottimizzazione dell’Efficienza Energetica dei Sistemi Ferroviari (Green Technologies)

x x x x

C14. Tecnologie per l’Information, Security & Safety x

C15. Realizzazione di architetture e componenti per la Sicurezza ferroviaria che ottimizzino Prestazioni, Costi e Benefici

x x x x

C16. Sistemi ad elevata Sostenibilità Ambientale. x x x x

C17. Incremento dei livelli di Qualità ed efficienza dei Processi di esercizio e manutenzione per il trasporto di persone e merci

x x x x



Trasporti (Strada, Ferro, Marittimo)

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ro-

nan

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Bio

tech

Ph

oto

nic

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Ad

van

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Mat

eri

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AM

S

D. MULTIMODALITÀ NEI TRASPORTI

D18. Sistemi di Gestione delle comunicazioni e dell’informazione

x x x x x x

D19. Sistemi di Comando e Controllo x x x x x x



Aeronautica

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Bio

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AM

S

1. Nuovi materiali e processi produttivi e di manutenzione per le strutture ed i motori aeronautici

x x x

2. Tecnologie per la riduzione dell'impatto ambientale x x x

3. Tecnologie per motori a basse emissioni x x x

4. Tecnologie per architetture motore convenzionali ed innovative

x x

5. Metodologie di simulazione per la progettazione integrata in ambito aeronautico

6. Prognostica e Sistema di manutenzione condition-based x x x

7. Tecnologie per sistemi autonomi x x

8. Funzioni avanzate per il controllo dei sistemi di traffico aereo

9. Interoperabilità sistemi di traffico aereo

10. Avionica modulare x

11. Interfacce uomo macchina di nuova generazione x

12. Security in aeroporto (Land Side) x



Beni Strumentali per l’industria

manifatturiera meccanica

Nan

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Bio

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Ph

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nic

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Ad

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Mat

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AM

S

1. Metodologie e standard per la progettazione di macchine e

sistemi produttivi complessi tramite strumenti IT e paradigmi

progettuali innovativi

x

x x

2. Strumenti CAD-CAM basati sulla conoscenza per la

progettazione e produzione di prodotti di alta qualità ed alta

variabiltà x

x

3. Metodi e standard per la automazione ed integrazione di

sistemi produttivi complessi in grado di gestire produzioni on

demand e just in time

x

x

4. Metodi e tecnologie ICT basate su internet per la

integrazione in tempo reale degli attori della filiera dal retail, ai

produttori, ai fornitori

x

x

5. Tecnologie per il controllo, il monitoraggio, la supervisione,

la diagnosi e la manutenzione per aumentare ciclo di vita ed

efficienza dei sistemi di produzione

x

x x x

6.Tecniche e soluzioni software per la pianificazione in tempo

reale della produzione e della logistica intra- ed inter- fabbrica

al fine di gestire dinamiche di mercato altamente rapide e

variabili

x

x

7. Sensori e componenti meccatronici ad alte prestazioni per

migliorare efficienza e qualità della produzione e dei prodotti

finali

x x x x x x

8. Nuove configurazioni di macchine e sistemi eco-sostenibili

per ottimizzare efficienza energetica ed impatto ambientale

dei sistemi di produzione

x

x

9. Nuove tecnologie di processo eco-sostenibili per i prodotti

nuovi e correnti per ridurre consumi ed emissioni dei processi

industriali

x

x

10. Nuovi materiali strutturali per componenti, macchine e

sistemi che migliorino prestazioni, consumi ed impatto

ambientale

x

x x



Annex II: atti workshop

Workshop

Le Key Enabling Technologies (KETs) per il sistema industriale italiano:

un link tra ricerca pubblica e privata

5 dicembre 2012, Consiglio Nazionale delle Ricerche

AGENDA

CNR-AIRI Framework Agreement Presentation

Luigi Nicolais, President, National Research Council

Renato Ugo, President, Italian Association for Industrial Research

The International landscape

Gabriel Crean, Vice Chair EC High Level Group on Key Enabling Technologies and Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA), France Key Enabling Technologies for a competitive Europe

The KETs in the Italian public and private research

KETs in the Italian Industry Andrea Porcari, Italian Association for Industrial Research (AIRI): The KETs in priority industrial technologies in Italy

1. Advanced Materials Marco Falzetti, Centro Sviluppo Materiali (CSM): The alignment of the value chain players for an effective Materials research and innovation

2. Nano-Microelectronics Cosimo Musca, STMicroelectronics (STM): A driving force for the innovation strategies in the national nano-microelectronics industry: semiconductors technologies and first Pilot Line project in Italy

3. Photonics Paolo De Natale, Institute of Optics (CNR-INO): Applied photonics from an italian and international perspective

4. Industrial Biotechnologies Maria Luisa Nolli, ARETA International (ARETA): The strategic role of Research as a driver in biotech

5. Advanced Production Systems Giacomo Bianchi, Institute of Industrial Technologies and Automation (CNR-ITIA): The factory of the future

6. Nanotecnologies Elvio Mantovani, Italian Centre for Nanotechnologies (NANOTEC IT): The Nanotechnologies in Italy landscape

http://progetti.airi.it/workshopKETs/1_KeyNote_Crean_Workshop_AIRI_KETs_051212_public.pdf

http://progetti.airi.it/workshopKETs/2_KETsItalianIndustry_Porcari_Workshop_AIRI_KETs_051212_web.pdf

http://progetti.airi.it/workshopKETs/3_Materials_Falzetti_Workshop_AIRI_KETs_051212_web.pdf

http://progetti.airi.it/workshopKETs/5_DeNataleWorkshop_AIRI_KETs_051212_web.pdf

http://progetti.airi.it/workshopKETs/6_Biotech_Nolli_Workshop_AIRI_KETs_051212_web.pdf

http://progetti.airi.it/workshopKETs/7_AMS_Bianchi_Workshop_AIRI_KETs_051212_web.pdf

http://progetti.airi.it/workshopKETs/8_Mantovani_Workshop_AIRI_KETs_051212_web.pdf



Annex III: Rapporto AIRI: Tecnologie Prioritarie per l’Industria Italiana

L’ottava edizione del rapporto AIRI “Tecnologie Prioritarie per l’Industria Italiana: Innovazioni per il

prossimo futuro” (dicembre 2012), illustra 84 tecnologie prioritarie sulle quali le industrie italiane investono

risorse economiche ed intellettuali per realizzare le innovazioni del prossimo futuro. Alla realizzazione

hanno collaborato oltre cento ricercatori dei più importanti gruppi industriali ed enti pubblici di ricerca

italiani, soci AIRI. Il volume prende in esame 8 settori:

1. Informatica e telecomunicazioni (ICT)

2. Microelettronica e semiconduttori

3. Energia

4. Chimica

5. Farmaceutica e biotecnologie

6. Trasporto su strada, ferro e marittimo

7. Aeronautica

8. Beni Strumentali per l’Industria manifatturiera

Per ogni settore sono riportati: quadro generale (imprese, mercato, occupazione, tendenze e criticità,

investimenti in R&S); schede descrittive delle singole tecnologie.

Le tecnologie prioritarie sono sono state selezionate in base ai seguenti criteri:

impatto nel medio-breve periodo sulla competitività delle industrie italiane operanti nello specifico

settore;

durata media necessaria per condurre a buon fine lo sviluppo delle tecnologie esaminate;

valutazione qualitativa dell’ordine di grandezza delle risorse finanziarie necessarie per il

raggiungimento del prototipo o del mercato;

analisi degli aspetti socio-economici, quali: reale possibilità di sviluppo delle tecnologie selezionate

nel contesto industriale e socio-economico italiano, impatto sull’occupazione, sostenibilità sociale e

ambientale, fattibilità tecnica ed economica per arrivare al prodotto finito o al processo produttivo

(mercato).

Il volume (A5, 500pg) è disponibile in Iibreria o su richiesta presso gli uffici AIRI

(http://www.airi.it/pubblicazioni/tecnologie-prioritarie-per-lindustria/).



Bibliografia

Di seguito sono riportate le principali fonti bibliografiche prodotte dalla Commissione Europea, e relativi

organi consultivi, in relazione alle Key Enabling Technologies ed altre fonti utilizzate per il presente

rapporto.

- [HLG 1] Final Report, HIGH LEVEL EXPERT GROUP (HLG), Key Enabling Technologies, June 2011

- [HLG 2] Interim Thematic Report by the Micro/Nanoelectronics Sherpa Team, High Level Group on

Key Enabling Technologies, November 2010

- [HLG 3] Nanotechnology: a sustainable basis for competitiveness and growth in Europe, High

Level Group on Key Enabling Technologies, December 2010

- [HLG 4] Interim Thematic Report Photonics – a key enabling technology for Europe, High Level

Group on Key Enabling Technologies, January 2011

- [HLG 5] KET – Industrial Biotechnology , High Level Group on Key Enabling Technologies, June 2011

- [HLG 6] Working Group on Advanced Materials Tecnologies, High Level Group on Key Enabling

Technologies, 2011

- [HLG 7] Thematic Report by the Working Team on Advanced Manufacturing Systems, High Level

Group on Key Enabling Technologies, December 2010

- [EC 1] Preparare il nostro futuro: elaborare una strategia comune per le tecnologie abilitanti

fondamentali nell'UE, Comunicazione della Commissione al Parlamento Europeo, al Consiglio, al

Comitato Economico e Sociale Europeo e al Comitato delle Regioni, 30.9.2009, COM(2009) 512

- [EC 2] Current situation of key enabling technologies in Europe, Commission Staff Working

Document, Preparing for our future: Developing a common strategy for key enabling technologies

in the EU, accompanying the Communication from the Commission to the European Parliament,

the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions,

COM(2009) 512/3

- [EC 3] Una strategia europea per le tecnologie abilitanti – Un ponte verso la crescita e

l'occupazione, Comunicazione della Commissione al Parlamento Europeo, al Consiglio, al Comitato

Economico e Sociale Europeo e al Comitato delle Regioni, 26.6.2012, COM(2012) 341 final

- [EC 4] Innovation Union Competitiveness report 2011,2013 - Country profile Italy

- [AIRI 1] Tecnologie Prioritarie per l’Industria Italiana: Innovazioni per il prossimo futuro,

Associazione Italiana per la Ricerca Industriale (AIRI), dicembre 2012

- [WS] References to the presentations held during the workshop “Key Enabling Technologies: un

link tra ricerca pubblica e privata” on the six specific KETs – see Annex II



Technology

Laboratorio "SMART PUGLIA: Verso la strategia di specializzazione intelligente 2014-2020" 23.07.2013 “Quali tecnologie abilitanti per la Puglia” - Position Paper AIRI "Le KETs