Costruzione di gigafactory a ritmi sorprendenti: qual è il segreto?

• • Le gigafactory stanno spuntando come funghi – di anno in anno si allunga la lista fabbriche mentre al contempo, si accorciano i tempi di costruzione.
  • Bastano pochi mesi, infatti, per costruire gli stabilimenti produttivi.
  • Con l’aumento della domanda di veicoli elettrici, tutti i produttori produttori automobilistici possono trarre vantaggio da questi metodi.
  • Ma qual è il segreto alla base di questi ritmi sorprendenti?

Il nome gigafactory – coniato dal fondatore di Tesla, Elon Musk – deriva dalla parola “giga”, l’unità di misura che rappresenta il “miliardo”. Questo termine fa riferimento alle fabbriche per la produzione di batterie per veicoli elettrici, come la Tesla Gigafactory 4 in Germania.

Per coloro che desiderano ridurre il costo dei veicoli a propulsione elettrica, infatti, la soluzione più rapida è da cercare proprio nella fase di produzione di batterie.

“I costi per lo sviluppo di celle e batterie si aggirano nell’ordine dei miliardi. I produttori, quindi, devono ripartirli tra il maggior numero possibile di unità prodotte”, spiega il direttore dell’Istituto tedesco per l’industria automobilistica Stefan Reindl al quotidiano tedesco Spiegel Online. Perciò, gli accumulatori elettrici necessari per alimentare le auto elettriche non dovranno essere prodotti nell’ordine dei kilowattora o megawattora, bensì dei gigawattora. Un’impresa titanica.

Per soddisfare la futura domanda globale di veicoli elettrici, attualmente le gigafactory stanno spuntando come i funghi in tutto il mondo. L’Öko-Institut, l’Istituto tedesco di ricerca ambientale, prevede che, entro il 2050, saranno necessarie 220 gigafactory in tutto il mondo. Ci sono attualmente più di 20 gigafabbriche in Europa, per esempio.

Nella sola Germania, Volkswagen e Northvolt stanno costruendo una fabbrica di batterie agli ioni di litio a Salzgitter; l’azienda high-tech cinese Svolt ha scelto il Saarland come luogo di produzione per la sua fabbrica di celle, e Tesla, oltre ad altri produttori di batterie, sta costruendo la sua Gigafactory nel Land del Brandeburgo.

L’esperienza tedesca porta benefici alla produzione di batterie

A fronte dei costi di trasporto e di stoccaggio delle batterie estremamente elevati, nella ricerca della sede per la costruzione di fabbriche di batterie, gli esperti puntano sempre sulle zone vicine agli stabilimenti automobilistici.

Di conseguenza, la Germania, in quanto nazione a forte vocazione automobilistica, è predestinata alla produzione di batterie. A questo si aggiungono le competenze settoriali dei numerosi ingegneri tedeschi a cui i produttori di batterie si possono affidare per la costruzione e la gestione delle loro fabbriche. Un ultimo elemento a favore della Germania è rappresentato dal fatto che l’industria delle batterie e delle celle attrae come un magnete le sovvenzioni pubbliche. Tutti questi fattori rappresentano degli ottimi motivi per investire nella produzione di batterie nell’Europa Centrale.

Ormai la parola “gigafactory” viene inflazionata ed è usata non solo per indicare le fabbriche di batterie di Elon Musk, ma anche fabbriche di celle di altri produttori, e persino le fabbriche per la produzione di veicoli elettrici. Il termine, quindi, fa riferimento a un intero comparto della mobilità elettrica.

Ciò che più colpisce sono i ritmi incalzanti con cui vengono costruite queste fabbriche. Mentre altri edifici richiedono anni per essere completati, le gigafactory vengono costruite in pochi mesi. Il fondatore di Tesla, Elon Musk, è il pioniere in questo ambito: non si limita a definire i ritmi di sviluppo dell’intera industria automobilistica, bensì coinvolge anche il settore delle costruzioni.

Secondo la visione di Musk, la costruzione della cosiddetta Gigafactory 4 di Berlino-Brandeburgo dovrebbe diventare la più veloce in tutto il mondo. La costruzione è iniziata nel luglio 2020 e si prevede che venga terminata entro quest’anno.

Giga Berlin progress pic.twitter.com/ekpG5qcbUi

— Elon Musk (@elonmusk) 1 febbraio 2021

Le imprese di costruzioni come motore della costruzione della fabbrica Tesla

Numerose imprese edili tedesche sono coinvolte nella costruzione della fabbrica Tesla nel Brandeburgo, tra cui GOLDBECK. La società tedesca con sede a Bielefeld costruisce parcheggi multipiano, stabilimenti logistici e di produzione, nonché immobili commerciali per le società tedesche a più alta capitalizzazione (DAX), come BMW, Siemens e Vonovia, e per aziende di medie dimensioni come Haribo e Schüco.

GOLDBECK si occupa anche della costruzione di scuole ed edifici residenziali. Il suo ultimo progetto? La Gigafactory 4 di Tesla. Jörg Strohmeier, amministratore delegato di GOLDBECK International, ha condotto personalmente le trattative con Elon Musk e il suo team. Forse il fatto che anche Strohmeier sia cresciuto in Sudafrica, non lontano dal luogo di nascita di Musk, ha contribuito alla buona riuscita dell’accordo.

“Già quando Musk annunciò pubblicamente nel 2019 di voler costruire uno stabilimento di produzione automobilistica in Germania, definì i ritmi di costruzione della Gigafactory 4, che avrebbero dovuto essere più veloci rispetto alla Tesla Gigafactory 3 di Shanghai”, ricorda Strohmeier.

Tuttavia, qui in Europa non si avrebbero a disposizione né la stessa quantità di operai in un cantiere né le risorse finanziare per poter pagare i lavori. La soluzione europea? Pianificazione digitale e prefabbricazione. Entrambi rappresentano i punti di forza di GOLDBECK. “Solo tramite componenti standardizzati e una produzione in serie scalabile siamo in grado di realizzare uno stabilimento produttivo di tali dimensioni in così poco tempo”, spiega Strohmeier.

GOLDBECK considera l’edificio come un prodotto da completare entro le tempistiche previste, senza ritardi inattesi. Per questo motivo, GOLDBECK prefabbrica gli elementi costruttivi essenziali, così da doverli solo assemblare direttamente in loco.

“Vogliamo sistematizzare tutto ciò che poi è invisibile, e personalizzare ciò che è visibile”, commenta Strohmeier. Nel Brandeburgo non si sta costruendo un cosiddetto edificio “built-to-suit“, cioè uno stabilimento su misura, bensì una fabbrica multifunzionale che è anche ciò che rende la realizzazione così rapida. “Forse un giorno, a Grünheide, si fabbricheranno razzi invece di veicoli elettrici”, scherza Strohmeier. L’edificio perlomeno lo consentirebbe.

Oltre all’alto grado di prefabbricazione e al metodo di costruzione veloce e sistematizzato, GOLDBECK punta su un processo di pianificazione automatizzato e digitale, per cui l’impresa comunica in un modello BIM nel cloud con l’uso del software Autodesk BIM 360. “Senza strumenti digitali, la pianificazione a livello transatlantico, con il problema del fuso orario, sarebbe quasi impensabile a questa velocità”, afferma Strohmeier. Quando la pandemia è scoppiata l’anno scorso, infatti, 30 ingegneri di Tesla hanno dovuto lasciare la Germania dall’oggi al domani e lavorare dagli Stati Uniti, come riportato dal settimanale tedesco Automobilwoche. “Le tecnologie digitali ci consentono di risparmiare un terzo del tempo”, spiega Strohmeier.

Operazioni basate sul cloud per una costruzione veloce, efficiente ed economica

Sono molte le parti coinvolte nell’esecuzione di progetti su larga scala, come la costruzione di gigafactory, tra cui il gigante tedesco delle costruzioni Max Bögl. “Esistono, quindi, profonde interdipendenze, soprattutto nel coordinamento della pianificazione e dei processi, che inducono tutti i soggetti coinvolti nel progetto a mantenere un intenso scambio di informazioni lungo l’intera catena del valore”, sostiene convinto Johann Braun, direttore ingegneria civile presso Max Bögl.

Braun stima che i dipendenti debbano dedicare due terzi dell’orario di lavoro per ottenere informazioni. Qui lo spreco consiste nel fatto che i dati esistenti devono essere raccolti ed elaborati più volte, invece di investire questo tempo nelle attività di promozione della qualità. “Per ridurre questo spreco, ci avvaliamo del Building Information Modeling (BIM) come fonte primaria di informazioni. Già nella fase di pianificazione, creiamo un gemello digitale del nostro progetto di costruzione, che arricchiamo con tutte le informazioni rilevanti per il progetto in questione”, spiega Braun.

Mettendo a disposizione il modello con i dati dell’edificio a livello centralizzato, tutti i soggetti coinvolti nel progetto potranno monitorare in ogni momento lo stato di avanzamento, indipendentemente dal fuso orario in cui si trovano. “Inoltre, i dati del modello vengono utilizzati anche per controllare i macchinari nei nostri impianti di produzione, come un impianto per la produzione di reti elettrosaldate o una pressa piegatrice”, spiega Braun. Le operazioni basate sul cloud e l’approccio edile industrializzato di Max Bögl permettono al Gruppo di costruire in modo rapido, efficiente ed economicamente vantaggioso.

Una strategia digitale simile viene perseguita anche dallo studio di architettura Kohlbecker Gesamtplan, coinvolto come subappaltatore nella costruzione della Tesla Gigafactory 4. “Tesla ha una chiara visione progressiva dell’Industria 4.0. Per realizzare questa visione, la costruzione della fabbrica deve avvenire in rete e in maniera digitalizzata, quindi ‘state of the art’, come si usa dire”, afferma Andreas Tomaschewski, Chief Digital Officer di Kohlbecker.

Anche Kohlbecker lavora nel cloud con la tecnologia Autodesk BIM 360. “Questa comunicazione mirata e rapida”, come la descrive Tomaschewski, è andata a cambiare soprattutto la collaborazione tra tutte le parti coinvolte nel progetto. “Non esiste più una semplice relazione committente-appaltatore, dal momento che ci si organizza in team, su un unico livello”, commenta Benedikt Gondolf, Chief Branch Officer dello studio di architettura Kohlbecker.

Kohlbecker ha già maturato esperienza sia nella costruzione di fabbriche per l’assemblaggio delle batterie, che per la produzione di componenti per batterie. Per esempio, Kohlbecker è stato coinvolto nella pianificazione delle due fabbriche di batterie della Mercedes-Benz a Kamenz, in Sassonia, e nella pianificazione della fabbrica BASF a Schwarzheide, nel Brandeburgo, dove vengono prodotti i materiali catodici per la produzione di batterie. Anche la società Goldbeck è esperta in fabbriche di celle per batterie e opera come appaltatore per il gruppo cinese CATL a Erfurt, nonché per la fabbrica E-Bulli di Volkswagen ad Hannover.

In quanto esperto di costruzioni modulari, Johann Braun di Max Bögl sa bene che la costruzione di una gigafactory è una vera e propria impresa titanica: “Il numero di parti in calcestruzzo prefabbricate necessarie per una gigafactory è di gran lunga superiore rispetto a quelle che occorrono per una ‘fabbrica normale’.

Una fabbrica standard, per esempio, è costituita da colonne prefabbricate in calcestruzzo che pesano circa dieci tonnellate l’una. “In una gigafactory, invece, parliamo persino di 70 tonnellate”, spiega Braun. Non c’è da meravigliarsi che i direttori di progetto delle principali case automobilistiche tedesche si stiano rivolgendo alle imprese di costruzioni, chiedendo loro: “Com’è possibile che ci vogliano solo pochi mesi per costruire una gigafactory?” La risposta è semplice: prefabbricazione e pianificazione digitale.