Urban food planning, city logistics and sustainability: the role of the wholesale produce market. The cases of Parma and Bologna food hubs.

At global level, the population is increasingly concentrating in the cities. In Europe, around 75% of the population lives in urban areas and, according to the European Environmental Agency (2010), urban population is foreseen to increase up to 80 % by 2020. At the same time, the quality of life in the cities is declining and urban pollution keeps increasing in terms of carbon dioxide (CO2) emissions, waste, noise, and lack of greenery. Many of European cities struggle to cope with social, economic and environmental problems resulting from pressures such as overcrowding or decline, social inequity, health problems related to food security and pollution. Nowadays local authorities try to solve these problems related to the environmental sustainability through various urban logistics measures, which directly and indirectly affect the urban food supply system, thus an integrated approach including freight transport and food provisioning policies issues is needed. This research centres on the urban food transport system and its impact on the city environmental sustainability. The main question that drives the research analysis is "How the urban food distribution system affects the ecological sustainability in modern cities?" The research analyses the city logistics project for food transport implemented in Parma, Italy, by the wholesale produce market. The case study investigates the renewed role of the wholesale market in the urban food supply chain as commercial and logistic operator, referring to the concept of food hub. Then, a preliminary analysis on the urban food transport for the city of Bologna is presented. The research aims at suggesting a methodological framework to estimate the urban food demand, the urban food supply and to assess the urban food transport performance, in order to identify external costs indicators that help policymakers in evaluating the environmental sustainability of different logistics measures

Ricerca di criteri analitico-progettuali per la riqualificazione paesaggistica di strutture e infrastrutture in aziende agricole multifunzionali.

Obiettivo generale dello studio è rivolto alla definizione di linee d’indirizzo volte alla riqualificazione paesaggistica, per l’integrazione ed il recupero delle corti e degli edifici moderni dei centri aziendali agricoli a carattere multifunzionale in territorio rurale, attraverso soluzioni appropriate sia sul piano tecnologico-formale che su quello economico-funzionale. Con riferimento ad un’area studio sovracomunale della provincia di Bologna (Regione Emilia-Romagna), si è determinato, quale obiettivo specifico, l’individuazione delle possibili soluzioni di riqualificazione, da realizzarsi in economia, cioè primariamente attraverso i mezzi e le competenze normalmente disponibili in un’azienda agricola di questo tipo. A seguito del riconoscimento dei caratteri specifici e dei tipi edilizi degli edifici rurali tradizionali nella pianura emiliano romagnola, dell’identificazione delle metodologie d’indagine dei caratteri degli edifici rurali in letteratura, nonché dell’analisi della normativa di riferimento in materia di aziende multifunzionali, sono state definite le aziende studio, appartenenti ad aree geografiche differenti. La metodologia d’indagine individuata è stata condotta per la determinazione delle tipologie costruttive, dei materiali utilizzati e dei requisiti delle aziende, in relazione alle diverse specificità, alla definizione funzionale degli spazi costruiti, degli spazi aperti e delle differenti relazioni fra essi e l’identificazione ed analisi dei percorsi delle diverse tipologie di fruitori. L’identificazione delle criticità dei caratteri architettonici riscontrate, sia negli edifici agricoli sia nella corte, ha condotto al riconoscimento degli ambiti di intervento per la progettazione delle soluzioni di riqualificazione funzionale e paesaggistica, attraverso lo studio delle possibili soluzioni per la schermatura o rivalorizzazione sia degli edifici moderni di servizio all’agricoltura (analizzando le potenzialità progettuali offerte dalle pareti verdi, dai brise soleil, dalle facciate ventilate o da intonaci e tinteggiature), sia per la riqualificazione dei percorsi e degli aspetti paesaggistici (intervenendo sulla proposta di materiali da pavimentazione, e delle essenze da utilizzare), da realizzarsi in economia, ma comparati con alternative proposte di tipo commerciale.

Design and optimization of components and processes for plasma sources in advanced material treatments

The research activities described in the present thesis have been oriented to the design and development of components and technological processes aimed at optimizing the performance of plasma sources in advanced in material treatments. Consumables components for high definition plasma arc cutting (PAC) torches were studied and developed. Experimental activities have in particular focussed on the modifications of the emissive insert with respect to the standard electrode configuration, which comprises a press fit hafnium insert in a copper body holder, to improve its durability. Based on a deep analysis of both the scientific and patent literature, different solutions were proposed and tested. First, the behaviour of Hf cathodes when operating at high current levels (250A) in oxidizing atmosphere has been experimentally investigated optimizing, with respect to expected service life, the initial shape of the electrode emissive surface. Moreover, the microstructural modifications of the Hf insert in PAC electrodes were experimentally investigated during first cycles, in order to understand those phenomena occurring on and under the Hf emissive surface and involved in the electrode erosion process. Thereafter, the research activity focussed on producing, characterizing and testing prototypes of composite inserts, combining powders of a high thermal conductibility (Cu, Ag) and high thermionic emissivity (Hf, Zr) materials The complexity of the thermal plasma torch environment required and integrated approach also involving physical modelling. Accordingly, a detailed line-by-line method was developed to compute the net emission coefficient of Ar plasmas at temperatures ranging from 3000 K to 25000 K and pressure ranging from 50 kPa to 200 kPa, for optically thin and partially autoabsorbed plasmas. Finally, prototypal electrodes were studied and realized for a newly developed plasma source, based on the plasma needle concept and devoted to the generation of atmospheric pressure non-thermal plasmas for biomedical applications.

La ricerca del valore nell'impresa cooperativa di lavorazione e trasformazione: cooperative e imprese capitalistiche a confronto

La ricerca si propone un duplice obbiettivo: 1. provare, attraverso l’applicazione di un metodo teorico tradizionale di analisi economico-finanziaria, il livello ottimale di equilibrio finanziario fra accesso al credito esterno e capitale proprio; 2. mostrare l’utilità di alcuni strumenti finanziari partecipativi per la ricapitalizzazione dell’impresa cooperativa. Oggetto di studio è l’impresa cooperativa che si occupa di una o più fasi del processo di lavorazione, trasformazione e prima commercializzazione del prodotto agricolo conferito dai soci, confrontata con le imprese di capitali che svolgono la medesima attività. La società cooperativa e quella capitalistica saranno, pertanto analizzate in termini di liquidità generata, redditività prodotta e grado di indebitamento, attraverso il calcolo e l’analisi di una serie di indici, tratti dai rispettivi bilanci d’esercizio. È opportuno sottolineare che nella seguente trattazione sarà riservato uno spazio al tema della ricerca del valore nell’impresa cooperativa inteso come espressione della ricchezza creata dai processi aziendali in un determinato periodo di tempo tentando di definire, se esiste, una struttura finanziaria ottimale , ossia uno specifico rapporto tra indebitamento finanziario e mezzi propri, che massimizzi il valore dell’impresa. L’attenzione verso la struttura finanziaria, pertanto, non sarà solo rivolta al costo esplicito del debito o dell’equity, ma si estenderà anche alle implicazioni delle scelte di finanziamento sulle modalità di governo dell’impresa. Infatti molti studi di economia aziendale, e in particolar modo di gestione d’impresa e finanza aziendale, hanno trattato il tema dell’attività di governo dell’impresa, quale elemento in grado di contribuire alla creazione di valore non solo attraverso la selezione dei progetti d’investimento ma anche attraverso la composizione della struttura finanziaria.

Impatto ambientale dei rifiuti e degli sprechi agroalimentari in Europa e in Italia

Nonostante il fatto che una gran parte del mondo viva ancora oggi a livelli di sussistenza, i dati in nostro possesso ci indicano che le attività umane stanno esaurendo le risorse ambientali del pianeta. La causa di questo eccessivo sfruttamento delle risorse è da ricercare nei pattern non sostenibili di produzione e consumo dei paesi sviluppati. La preoccupazione per le conseguenze sull'ambiente e la lotta al cambiamento climatico hanno posto le politiche ambientali al centro dell'attenzione internazionale. Il Protocollo di Kyoto e la Commissione Europea hanno stabilito degli obiettivi di riduzione delle emissioni di gas serra, rispettivamente del 12% entro il 2012 e del 20% entro il 2020. All'interno del Protocollo di Kyoto l'obiettivo per l'Italia è ridurre del 6,5% le emissioni di gas serra nazionali rispetto al 1990. Le politiche mirate alla riduzione delle emissioni di gas serra hanno in genere come obiettivo gli impianti energetici e i trasporti. Poca attenzione viene data alla filiera agroalimentare pur sapendo che l'agricoltura ha un forte impatto sull'ambiente e recenti studi stimano che circa il 50% del cibo prodotto viene perso o buttato via dalla produzione al consumo. Alla luce di questi dati, il mio lavoro di tesi ha avuto come obiettivo quello di quantificare i rifiuti e gli sprechi agroalimentari in Europa e in Italia e stimare l'impatto ambientale associato. I dati raccolti in questa tesi mettono in evidenza l'importanza di migliorare l'efficienza della filiera agroalimentare per ridurre l'impatto ambientale nazionale e rispettare gli accordi internazionali sulla lotta ai cambiamenti climatici.

On land management: landowners' attitudes to land and farming in Valdera, Tuscany

This thesis aims at explaining the intersecting dynamics of structural changes in agriculture and urbanisation, which involves changes in urban-rural relationships. The research questions are: how and why do landowners differ in their attitudes to land and farming? what are the main implications on rural landscapes and the policy implications? Relationships between urbanisation and agriculture are firstly analysed through a critical literature review; the analysis focuses on the 'landowner' as the key actor who actively takes decisions on the rural landscape From the empirical study – which is based on a Tuscan area (Valdera), and addressed through qualitative methods – a great diversity of landowners' attitudes to land and farming emerge, thus contributing to the agricultural restructuring, such as: 1) the emphasis on recreational function of the countryside for urban people 2) contracting out of land management, especially when landowners live or/and have 'urban' employment 3) the active role of hobby farmers in land management 4) agricultural operations simplification and lack of investments (especially in case of property rights expropriation). The thesis is framed in three papers, with the same methods and research questions. It seems evident that rural landscapes is subjected to functional changes (e.g. residential) and structural changes (landscape polarisation), which requires the need 1) to consider that rural landscape management is increasingly less connected to agricultural production as economic activity; 2) to give a coherence to the range of policy interventions (physical planning, landscape, sectoral).

Sviluppo, ottimizzazione delle prestazioni e caratterizzazione di materiali compositi a matrice amorfa

Durante l'attività di ricerca sono stati sviluppati tre progetti legati allo sviluppo e ottimizzazione di materiali compositi. In particolare, il primo anno, siamo andati a produrre materiali ceramici ultrarefrattari tenacizzati con fibre di carburo di silicio, riuscendo a migliorare il ciclo produttivo e ottenendo un materiale ottimizzato. Durante il secondo anno di attività ci siamo concentrati nello sviluppo di resine epossidiche rinforzate con particelle di elastomeri florurati che rappresentano un nuovo materiale non presente nel mercato utile per applicazioni meccaniche e navali. L'ultimo anno di ricerca è stato svolto presso il laboratorio materiali di Ansaldo Energia dove è stato studiato il comportamenteo di materiali per turbine a gas.

Per un'archeologia del lavoro in eta' protobizantina. Organizzazione e committenza del cantiere edilizio attraverso i marchi dei marmorari

La ricerca riguarda lo studio del cantiere edilizio protobizantino, con particolare riferimento al ciclo della lavorazione del marmo. Quest’ultimo viene analizzato sotto il profilo amministrativo, tecnico, sociale ed artigianale. L’elemento guida della ricerca sono i marchi dei marmorari, sigle apposte da funzionari e maestranze durante il processo produttivo. Dapprima, fonti letterarie ed epigrafiche, tra cui le sigle di cava e officina su marmo, vengono esaminate per ricostruire il sistema alto-imperiale di amministrazione delle cave e di gestione dei flussi marmorei, nonché l’iter tecnico-artigianale adottato per la produzione dei manufatti. Il confronto con i dati disponibili per la tarda antichità, con particolare riferimento alle cave di Proconneso, evidenzia una sostanziale continuità della prassi burocratico-amministrativa, mentre alcuni cambiamenti si riscontrano nell’ambito produttivo-artigianale. Il funzionamento degli atelier marmorari viene approfondito attraverso lo studio dei marchi dei marmorari. Si tratta di caratteri greci singoli, multipli o monogrammi. Una ricognizione sistematica delle sigle dalla pars Orientalis dell’impero, reperite in bibliografia o da ricognizioni autoptiche, ha portato alla raccolta di circa 2360 attestazioni. Per esse si propone una classificazione tipologica tra sigle di cava, stoccaggio, officina. Tra le sigle di cava si annoverano sigle di controllo, destinazione/committenza, assemblaggio/posizionamento. Una particolare attenzione è riservata alle sigle di officina, riferibili ad un nome proprio di persona, ovvero al πρωτομαΐστωρ, il capo-bottega che supervisionava il lavoro dei propri artigiani e fungeva da garante del prodotto consegnato alla committenza. Attraverso lo studio comparato delle sigle reperite a Costantinopoli e in altri contesti si mette in luce la prassi operativa adottata dagli atelier nei processi di manifattura, affrontando anche il problema delle maestranze itineranti. Infine, sono analizzate fonti scritte di varia natura per poter collocare il fenomeno del marmo in un contesto socio-economico più ampio, con particolare riferimento alle figure professionali ed artigianali coinvolte nei cantieri e al problema della committenza.

Dallo spreco alimentare alla creazione di capitale sociale. Definizione di strumenti metodologici per la valutazione dell'impatto sociale dei progetti di recupero alimentare

Ogni anno in Europa milioni di tonnellate di cibo vengono gettate via. Una stima pubblicata dalla Commissione europea afferma che, nei 27 Stati membri, 89 milioni di tonnellate di cibo, o di 179 kg pro capite, vengono scartati. Lo spreco si verifica lungo tutta la catena di agro alimentare; la riduzione dei rifiuti alimentari è diventata una delle priorità dell'agenda europea. La ricerca si concentra su un caso studio, Last Minute Market, un progetto di recupero di sprechi alimentari. L'impatto di questo progetto dal punto di vista economico e ambientale è già stato calcolato. Quello che verrà analizzato è l'impatto di questa iniziativa sulla comunità e in particolare sul capitale sociale, definito come "l'insieme di norme e reti che consentono l'azione collettiva". Obiettivo del presente lavoro è, quindi, quello di eseguire, attraverso la somministrazione di un questionario a diversi stakeholder del progetto, un’analisi confrontabile con quella del 2009 e di verificare a distanza di cinque anni, se l'iniziativa Last Minute Market abbia prodotto una crescita di capitale sociale nella comunità interessata da questa iniziativa. Per riassumere l’influenza del progetto sul capitale sociale in un indice sintetico, viene calcolato quello che verrà chiamato indice di "affidabilità del progetto" (definito in statistica, la "capacità di un prodotto, un sistema o un servizio di fornire le prestazioni richieste, per un certo periodo di tempo in condizioni predeterminate").

Homogenization of nonlinear composites for multiscale analysis

A composite is a material made out of two or more constituents (phases) combined together in order to achieve desirable mechanical or thermal properties. Such innovative materials have been widely used in a large variety of engineering fields in the past decades. The design of a composite structure requires the resolution of a multiscale problem that involves a macroscale (i.e. the structural scale) and a microscale. The latter plays a crucial role in the determination of the material behavior at the macroscale, especially when dealing with constituents characterized by nonlinearities. For this reason, numerical tools are required in order to design composite structures by taking into account of their microstructure. These tools need to provide an accurate yet efficient solution in terms of time and memory requirements, due to the large number of internal variables of the problem. This issue is addressed by different methods that overcome this problem by reducing the number of internal variables. Within this framework, this thesis focuses on the development of a new homogenization technique named Mixed TFA (MxTFA) in order to solve the homogenization problem for nonlinear composites. This technique is based on a mixed-stress variational approach involving self-equilibrated stresses and plastic multiplier as independent variables on the Reference Volume Element (RVE). The MxTFA is developed for the case of elastoplasticity and viscoplasticity, and it is implemented into a multiscale analysis for nonlinear composites. Numerical results show the efficiency of the presented techniques, both at microscale and at macroscale level.

Design of biobased additives for tuning the properties of biopolymers

This work mainly arises from the necessity to support the rapid introduction of different biobased polymers that the industrial sector has been facing lately. Indeed, while considerable efforts are being made to find environmentally and economically sustainable materials, less attention is paid to their need to be properly compounded to fulfil increasingly rigorous technical and quality requirements. Therefore, there is a strong demand for the development of a novel generation of compatible additives able to improve the properties of biobased polymers while respecting sustainability. With this in mind, a new class of biobased plasticizers is herein proposed. Five different ketal-diesters were selectively synthesized starting from levulinic acid, a promising renewable chemical platform. These molecules were added to poly(vinyl chloride) as model polymer to test their plasticizing effectiveness. Complete morphological, thermal and viscoelastic characterizations showed a clear correlation between the structural features of the ketal-esters and the properties of the material. In addition, no significant leaching was found in both hydrophilic and lipophilic environments. Importantly, the proposed ketal-diesters performed comparably and, in some cases, even better than commercial plasticizers. The same molecules were then added to bacterial poly(3-hydroxybutyrate), a semicrystalline polyester characterized by poor thermal and mechanical properties. Morphology assessments showed no phase separation and the plasticizing effectiveness was confirmed by thermal and viscoelastic analyses, while leaching tests showed low extraction values. Readily usable fractions with controlled structure and tailored properties were obtained from highly heterogeneous industrial grade Kraft lignin. These fractions were then added to poly(vinyl alcohol). Promising preliminary results in terms of compatibility were achieved, with thermograms showing only one glass transition temperature. Finally, a fully biobased glycerol-trilevulinate was successfully synthesized by means of a mild and solvent-free route. Its plasticizing effectiveness was evaluated on poly(vinyl chloride), showing a significant decrease of the glass transition temperature of the material.

Preparation and characterization of multifunctional bio-based polymers exhibiting enhanced properties

Driven by environmental reasons and the expected depletion of crude oil, bio-based polymers are currently undergoing a renaissance in the attempt to replace fossil-based ones. The present work aims at contributing in the development of the steps that start from biomass and move to new polymeric multifunctional materials. The study focuses on two bio-based building blocks (itaconic and vanillic acids) characterized by exploitable functionalities, i.e. a lateral double bond and a substituted aromatic ring respectively, able to confer interesting properties to the final polymers. The lateral double bond of dimethyl itaconate was functionalized via thia-Michael addition reaction obtaining a thermo-stable building block that can undergo polycondensation under classical conditions of reaction. The addition of a long lateral chain allows the polymer to express antimicrobial activity against Staphylococcus aureus making it attractive for packaging and targeting antimicrobial applications. Moreover, the architecture of the homopolymer was modified by means of copolymerization with dimethyl 2,5-furandicarboxylate thus improving the rigidity and obtaining a thermo-processable material. Potential applications as thermoset or thermoplastic material have been discussed. As concerns vanillic acid, the presence of aromatic rings on the polymer backbone imparts high thermal stability, but brittle behaviour in the homopolymer. Therefore, the architecture of the polyester was successfully tuned by means of copolymerization with a flexible bio-based comonomer, i.e. ω-pentadecalactone, providing processable random copolymers. An in depth investigation of water transport mechanism has been undertaken on the synthesized polyesters. Since the copolymers present a succession of aromatic and aliphatic units, as a consequence of the chemical structure water vapor permeability interposes between polyethylene and poly(ethylene terephthalate) proving that the copolyesters are suitable for packaging applications. Moving towards a sustainable model of development, novel sustainable synthetic pathways for the eco-design of new bio-based polymeric structures with high value functionalities and different potential applications have been successfully developed.

Progettazione, modellazione e integrazione di risorse rinnovabili per promuovere lo sfruttamento dell'energia da moto ondoso e la Blue Growth.

L’energia da onda potrebbe assumere un ruolo fondamentale per la transizione energetica durante i prossimi decenni, grazie alla sua continuità nel tempo molto superiore rispetto ad altre risorse rinnovabili e alla sua vasta distribuzione nello spazio. Tuttavia, l’energia da onda è ancora lontana dall’essere economicamente sostenibile, a causa di diverse problematiche tecnologiche e alle difficoltà finanziarie associate. In questa ricerca, si è innanzitutto affrontata una delle maggiori sfide tecniche, nello specifico la progettazione e modellazione di sistemi di ancoraggio per i dispositivi galleggianti, proponendo possibili soluzioni per la modellazione numerica di sistemi di ancoraggio complessi e per l’ottimizzazione dei dispositivi stessi. Successivamente sono state analizzate le possibili sinergie strategiche di installazioni per lo sfruttamento della energia da onda con altre risorse rinnovabili e la loro applicazione nel contesto di aree marine multiuso. In particolare, una metodologia per la valutazione della combinazione ottimale delle risorse rinnovabili è stata sviluppata e verificata in due diversi casi studio: un’isola e una piattaforma offshore. Si è così potuto evidenziare l’importante contributo della risorsa ondosa per la continuità energetica e per la riduzione della necessità di accumulo. Inoltre, è stato concepito un metodo di supporto decisionale multicriteriale per la valutazione delle opzioni di riuso delle piattaforme offshore alla fine della loro vita operativa, come alternativa al decommissionamento, nell’ottica di una gestione sostenibile e della ottimizzazione dell’uso dello spazio marino. Sulla base dei criteri selezionati, l’inclusione di attività innovative come la produzione di energia da onda si è dimostrata essere rilevante per rendere vantaggioso il riuso rispetto al decommissionamento. Numerosi studi recenti hanno infatti sottolineato che, nell’ambito della “crescita blu”, i mercati come l’oil&gas, le attività offshore e le isole stimoleranno lo sviluppo di tecnologie innovative come lo sfruttamento dell’energia da onda, promuovendo la sperimentazione e fornendo un importante contributo all’avanzamento tecnico e alla commercializzazione.

Innovation in conceptual design of chemical processes

Nowadays, the chemical industry has reached significant goals to produce essential components for human being. The growing competitiveness of the market caused an important acceleration in R&D activities, introducing new opportunities and procedures for the definition of process improvement and optimization. In this dynamicity, sustainability is becoming one of the key aspects for the technological progress encompassing economic, environmental protection and safety aspects. With respect to the conceptual definition of sustainability, literature reports an extensive discussion of the strategies, as well as sets of specific principles and guidelines. However, literature procedures are not completely suitable and applicable to process design activities. Therefore, the development and introduction of sustainability-oriented methodologies is a necessary step to enhance process and plant design. The definition of key drivers as support system is a focal point for early process design decisions or implementation of process modifications. In this context, three different methodologies are developed to support design activities providing criteria and guidelines in a sustainable perspective. In this framework, a set of key Performance Indicators is selected and adopted to characterize the environmental, safety, economic and energetic aspects of a reference process. The methodologies are based on heat and material balances and the level of detailed for input data are compatible with available information of the specific application. Multiple case-studies are defined to prove the effectiveness of the methodologies. The principal application is the polyolefin productive lifecycle chain with particular focus on polymerization technologies. In this context, different design phases are investigated spanning from early process feasibility study to operative and improvements assessment. This flexibility allows to apply the methodologies at any level of design, providing supporting guidelines for design activities, compare alternative solutions, monitor operating process and identify potential for improvements.