Biochar characterization for its environmental and agricultural utilization. Occurrence, distribution and fate of labile organic carbon and polycyclic aromatic hydrocarbons

In this thesis the potential risks associated to the application of biochar in soil as well the stability of biochar were investigated. The study was focused on the potential risks arising from the occurrence of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in biochar. An analytical method was developed for the determination of the 16 USEPA-PAHs in the original biochar and soil containing biochar. The method was successfully validated with a certified reference material for the soil matrix and compared with methods in use in other laboratories during a laboratory exercise within the EU-COST TD1107. The concentration of 16 USEPA-PAHs along with the 15 EU-PAHs, priority hazardous substances in food, was determined in a suite of currently available biochars for agricultural field applications derived from a variety of parent materials and pyrolysis conditions. Biochars analyzed contained the USEPA and some of the EU-PAHs at detectable levels ranging from 1.2 to 19 µg g-1. This method allowed investigating changes in PAH content and distribution in a four years study following biochar addition in soils in a vineyard (CNR-IBIMET). The results showed that biochar addition determined an increase of the amount of PAHs. However, the levels of PAHs in the soil remained within the maximum acceptable concentration for European countries. The vineyard soil performed by CNR-IBIMET was exploited to study the environmental stability of biochar and its impact on soil organic carbon. The stability of biochar was investigated by analytical pyrolysis (Py-GC-MS) and pyrolysis in the presence of hydrogen (HyPy). The findings showed that biochar amendment significantly influence soil stable carbon fraction concentration during the incubation period. Moreover, HyPy and Py-GC-MS were applied to biochars deriving from three different feedstock at two different pyrolysis temperatures. The results evidenced the influence of feedstock type and pyrolysis conditions on the degree of carbonisation.

Stress abiotici e trattamenti ultra-diluiti: effetti fisiologici e molecolari sulla crescita in vitro di frumento

Gli stress abiotici determinando modificazioni a livello fisiologico, biochimico e molecolare delle piante, costituiscono una delle principali limitazioni per la produzione agricola mondiale. Nel 2007 la FAO ha stimato come solamente il 3,5% della superficie mondiale non sia sottoposta a stress abiotici. Il modello agro-industriale degli ultimi cinquant'anni, oltre ad avere contribuito allo sviluppo economico dell'Europa, è stato anche causa di inquinamento di acqua, aria e suolo, mediante uno sfruttamento indiscriminato delle risorse naturali. L'arsenico in particolare, naturalmente presente nell'ambiente e rilasciato dalle attività antropiche, desta particolare preoccupazione a causa dell'ampia distribuzione come contaminante ambientale e per gli effetti di fitotossicità provocati. In tale contesto, la diffusione di sistemi agricoli a basso impatto rappresenta una importante risorsa per rispondere all'emergenza del cambiamento climatico che negli anni a venire sottoporrà una superficie agricola sempre maggiore a stress di natura abiotica. Nello studio condotto è stato utilizzato uno stabile modello di crescita in vitro per valutare l'efficacia di preparati ultra diluiti (PUD), che non contenendo molecole chimiche di sintesi ben si adattano a sistemi agricoli sostenibili, su semi di frumento preventivamente sottoposti a stress sub-letale da arsenico. Sono state quindi condotte valutazioni sia a livello morfometrico (germinazione, lunghezza di germogli e radici) che molecolare (espressione genica valutata mediante analisi microarray, con validazione tramite Real-Time PCR) arricchendo la letteratura esistente di interessanti risultati. In particolare è stato osservato come lo stress da arsenico, determini una minore vigoria di coleptile e radici e a livello molecolare induca l'attivazione di pathways metabolici per proteggere e difendere le cellule vegetali dai danni derivanti dallo stress; mentre il PUD in esame (As 45x), nel sistema stressato ha indotto un recupero nella vigoria di germoglio e radici e livelli di espressione genica simili a quelli riscontrati nel controllo suggerendo un effetto "riequilibrante" del metabolismo vegetale.

Perdite aeree prolungate dopo resezione polmonare

Il tumore del polmone e una delle neoplasie più diagnosticate dal 1985 e rimane ancora oggi la causa più frequente di morte cancro-correlata nel mondo. Una resezione polmonare anatomica completa continua ad essere il cardine della terapia per il tumore non a piccole cellule. Perdite aeree prolungate (PAL) sono la più comune complicanza dopo una chirurgia polmonare e sono state riportate con un’incidenza compresa tra il 3-26%, simile sia nelle resezioni polmonari per via toracotomica sia in quelle per via toracoscopica. Fattori di rischio descritti sono scissure interlobari incomplete, patologie polmonari sottostanti (come enfisema, fibrosi, tubercolosi o neoplasie), aderenze pleuriche, pazienti anziani (>75 anni) e bassa capacita di diffusione. Lo sviluppo di strumentazione all’avanguardia e di nuove tecniche chirurgiche ha contribuito a ridurre l’incidenza di queste complicanze. Considerando l’alto impatto clinico e socio-economico di queste problematiche, e stata inoltre sviluppata una varietà di complementari naturali e materiali sintetici molti utili nella gestione delle perdite aeree.

Terra e Sviluppo: impatti di genere delle acquisizioni di terra su larga scala in Africa

Secondo il Report IFAD sulla povertà rurale, nel 2008, circa due terzi della popolazione africana viveva nelle aree rurali ed era in qualche modo coinvolta in attività agricole commerciali o di sussistenza (IFAD, 2011). L’agricoltura rappresenta il più importante settore economico per la popolazione africana e le donne risultano cruciali per la produzione agricola: rappresentano infatti il 62,8 per cento della forza lavoro (FAO, 2014). Dopo la crisi alimentare del 2007-2008 si è andato intensificando il fenomeno delle acquisizione di terre su larga scala in paesi del Sud del mondo, in particolare nel continente africano, da parte di multinazionali, governi, aziende nazionali e singoli soggetti privati. Questo processo è stato denominato anche land grabbing dalle principali organizzazioni internazionali e della società civile e ha avuto grande impatto mediatico a livello internazionale. L'intensificarsi del fenomeno ha portato a una progressiva perdita di controllo e accesso ad ampie porzioni di territorio da parte delle comunità locali, che non possono più disporre delle risorse naturali collegate alla terra. La cessione di ampi terreni avviene in molti casi senza trasparenza informativa, con violazione dei diritti umani e senza il consenso delle comunità che vi abitano e che coltivano tali aree, e a cui viene imposto un cambio radicale di vita. La terra è una risorsa centrale per l'identità, il sostentamento e la sicurezza alimentare di una comunità, dunque le conseguenze sono molteplici a livello sociale, culturale, economico e politico. Gli impatti sulle relazioni di genere e in particolare sulle donne delle comunità rurali risultano essere cruciali nel discorso sullo sviluppo. L’obiettivo di questo lavoro è indagare come le relazioni di genere, a seguito delle trasformazioni nella gestione della terra, si modificano amplificando squilibri già esistenti e creando conseguenze sulle logiche di potere delle comunità rurali e sulle vite delle persone che ne fanno parte.

Un approccio multiscala alle dinamiche fluviali di alvei montani

Questo lavoro di tesi è finalizzato allo studio delle morfodinamiche fluviali in ambiente montano, in risposta a forzanti antropiche e naturali. In particolare, si prendono in considerazione sistemi Appenninici (i.e., Fiume Santerno) e Alpini (i.e., Rii Grigno, Tolvà e Ussaia), integrando due approcci che si sviluppano su scale spazio-temporali differenti. Nel caso Appenninico vengono esaminati i cambiamenti planimetrici dell’alveo attivo del Fiume Santerno in risposta ad impatti antropici, quali l’estrazione di inerti in alveo, la costruzione di opere idrauliche e l’alterazione di uso del suolo a scala di bacino. Nei tre casi Alpini, che si differenziano in termini di forzante idro-meteorologica ed apporto di sedimento da monte, si è valutato il trasporto solido di fondo (bedload transport) mediante tecnologia RFID.

Ocratossina A, metalli, insetticidi e fitoestratti: valutazione degli effetti e degli aspetti residuali nel pollame e in alimenti destinati all'uomo.

La presente tesi di Dottorato di Ricerca descrive le attività di ricerca riguardanti diversi ambiti della sicurezza alimentare, della farmacologia e tossicologia veterinaria. Sono presentati i dati relativi alla ricerca di ocratossina A (OTA) in campioni di bile, rene e fegato di polli, salami artigianali e diversi tipi di formaggio; le concentrazioni di diversi metalli pesanti in uova di galline rurali e 5 tipologie di uova industriali; i dati preliminari ottenuti dalle analisi dei primi campioni di uova e penne provenienti da allevamenti amatoriali di pollame, analizzati per la ricerca del fipronil e metaboliti. Sempre per fipronil, e la molecola foxim, sono presentati dati inerenti a studi di potenziale farmaco-resistenza di popolazioni naturali di Dermanyssus gallinae, e dell’attività insetticida di alcuni fitocomposti a base di tannini. Riguardo all’uso di fitoestratti, sono presentati i dati preliminari ottenuti nei primi mesi di una prova sperimentale in galline di razza Livornese allevata con metodo free-range, finalizzata allo studio della attività anti-infiammatoria e immuno-stimolante, nonché alla valutazione della sicurezza della integrazione nella dieta di Boswellia serrata e Salix alba. Sono stati condotti anche studi traslazionali con altri settori scientifici, relativamente la prevalenza sierologica e microbiologica per Salmonella enterica var. enteritidis e var. thiphymurium in allevamenti ornamentali e da auto-consumo di pollame, e di prevalenza e caratterizzazione di potenziali varianti virali e batteriche (incluse zoonosiche) di alcune malattie infettive del pollame ornamentale. In specie avicole ornamentali è riportato anche uno studio di campo sul trattamento off-label con Fenbendazolo e Flubendazolo in infestazioni massive da Cyathostoma bronchialis in oche esotiche ornamentali. A seguito di una collaborazione con l’Università di Firenze, sono presentati anche i risultati ottenuti da uno studio su modelli murini, dell’azione e funzionamento dei recettori Beta3, espressi nelle neoplasie più frequenti che si verificano nelle donne in gravidanza.

Una scienza plausibile per un oggetto sfuggente. Popolazione, societa e governo nel pensiero politico di T.R. Malthus

Questa tesi è un’analisi storico-concettuale del pensiero politico di Thomas Robert Malthus. Si vedrà in particolar modo come la crisi rivoluzionaria tardo settecentesca, cui si sommano i rivolgimenti economici e sociali connessi alla nascita della produzione manifatturiera, spinge l’autore a ripensare alcuni concetti fondamentali del pensiero politico moderno. Popolazione, società, governo e costituzione sono gli oggetti principali di questa ricerca: il principio di popolazione è la legge scientifica cui il reverendo Malthus ricorre per elaborare le proprie teorie sul governo, il quale deve sempre porsi come scopo quello di preservare – o migliorare – la costituzione della società. La presenza politica di masse di poveri in società conduce l’autore alla ricerca di un principio scientifico in grado di fondare nella natura le gerarchie e la disuguaglianza da più parti contestate; in quanto dipendono da «leggi fondamentali», per Malthus le gerarchie e la disuguaglianza che da esse deriva sono un tratto costitutivo della società. La teologia, la morale e l’economia politica sono scienze di cui l’autore si serve per argomentare intorno all’incontestabile natura della povertà e della disuguaglianza tra i sessi, e per affermare le modalità di una loro proficua amministrazione. In India e in Irlanda, poi, le condizioni naturali di cui il principio di popolazione suggella la necessità si scoprono soggette a sfide del tutto originali rispetto a quelle osservabili in Inghilterra. Lì, allora, lo sforzo malthusiano di costruire una scienza all’altezza della complessità dell’oggetto sociale rivela con somma chiarezza la propria ambizione di naturalizzare la politica e garantire le condizioni di disciplinamento degli individui al lavoro e alla subordinazione. Il dispositivo di naturalizzazione che giace al cuore del sistema malthusiano rappresenta la cifra del problema Malthus che apre questa ricerca e ne scandisce i momenti salienti.

Numerical and experimental analysis of 3D printed smart structures and systems

Three dimensional (3D) printers of continuous fiber reinforced composites, such as MarkTwo (MT) by Markforged, can be used to manufacture such structures. To date, research works devoted to the study and application of flexible elements and CMs realized with MT printer are only a few and very recent. A good numerical and/or analytical tool for the mechanical behavior analysis of the new composites is still missing. In addition, there is still a gap in obtaining the material properties used (e.g. elastic modulus) as it is usually unknown and sensitive to printing parameters used (e.g. infill density), making the numerical simulation inaccurate. Consequently, the aim of this thesis is to present several work developed. The first is a preliminary investigation on the tensile and flexural response of Straight Beam Flexures (SBF) realized with MT printer and featuring different interlayer fiber volume-fraction and orientation, as well as different laminate position within the sample. The second is to develop a numerical analysis within the Carrera' s Unified Formulation (CUF) framework, based on component-wise (CW) approach, including a novel preprocessing tool that has been developed to account all regions printed in an easy and time efficient way. Among its benefits, the CUF-CW approach enables building an accurate database for collecting first natural frequencies modes results, then predicting Young' s modulus based on an inverse problem formulation. To validate the tool, the numerical results are compared to the experimental natural frequencies evaluated using a digital image correlation method. Further, we take the CUF-CW model and use static condensation to analyze smart structures which can be decomposed into a large number of similar components. Third, the potentiality of MT in combination with topology optimization and compliant joints design (CJD) is investigated for the realization of automated machinery mechanisms subjected to inertial loads.

Il ruolo di Giorgio Castelfranco nella salvaguardia e tutela del patrimonio artistico italiano. La questione delle esportazioni illecite e delle spoliazioni di opere d'arte attuate dai nazisti in Italia negli anni precedenti e durante la Seconda Guerra mondiale.

La presente ricerca affronta il tema delle esportazioni illecite e delle spoliazioni di opere d’arte attuate dai nazisti in Italia negli anni precedenti e durante la Seconda guerra mondiale. In particolare, all’interno di tale vasta questione, si è voluto far emergere il ruolo di Giorgio Castelfranco nella salvaguardia e tutela del patrimonio artistico italiano. Giorgio Castelfranco, funzionario di soprintendenza storico dell’arte, ha apportato il proprio contributo nella tutela del patrimonio grazie a diverse azioni da lui compiute durante la propria carriera. Contributo che si può far iniziare con i primi interventi di tutela, diremmo oggi, preventiva, come la compilazione del catalogo degli oggetti d’arte e degli elenchi dei monumenti, ma anche la salvaguardia delle bellezze naturali, compiuti negli anni Venti e Trenta del Novecento, presso le Soprintendenze della Puglia, dell’Umbria e della Toscana. Con l’emergenza della Guerra poi Castelfranco fu impegnato in una vera e propria opera di recupero e ricostruzione. Quest'ultima intesa non del solo patrimonio storico-artistico e monumentale, ma anche dell’amministrazione delle Belle Arti, a cui Castelfranco ha attivamente contribuito durante la reggenza della Direzione Generale sotto il Governo Badoglio. Inoltre, in occasione dei sopralluoghi ai depositi di opere d’arte toscani e durante la Missione per il recupero delle opere d’arte in Germania del 1946-1947, Castelfranco, grazie alle proprie competenze e all’esperienza maturata in decenni di attività professionale, ebbe l’occasione di dare il proprio fondamentale contributo all’individuazione e al recupero delle opere d’arte esportate illecitamente e trafugate dai nazisti.

Towards cheaper, safer and low environmental impact materials for energy storage devices: natural resources-derived carbon based electrodes and aqueous electrolytes for supercapacitors

The growing market of electrical cars, portable electronics, photovoltaic systems..etc. requires the development of efficient, low-cost, and low environmental impact energy storage devices (ESDs) including batteries and supercapacitors.. Due to their extended charge-discharge cycle, high specific capacitance, and power capabilities supercapacitors are considered among the most attractive ESDs. Over the last decade, research and development in supercapacitor technology have accelerated: thousands of articles have been published in the literature describing the electrochemical properties of the electrode materials and electrolyte in addition to separators and current collectors. Carbon-based supercapacitor electrodes materials have gained increasing attention due to their high specific surface area, good electrical conductivity, and excellent stability in harsh environments, as well as other characteristics. Recently, there has been a surge of interest in activated carbon derived from low-cost abundant sources such as biomass for supercapacitor electrode materials. Also, particular attention was given to a major challenging issue concerning the substitution of organic solutions currently used as electrolytes due to their highest electrochemical stability window even though their high cost, toxicity, and flammability. In this regard, the main objective of this thesis is to investigate the performances of supercapacitors using low cost abundant safe, and low environmental impact materials for electrodes and electrolytes. Several prototypes were constructed and tested using natural resources through optimization of the preparation of appropriate carbon electrodes using agriculture by-products waste or coal (i.e. Argan shell or Anthracite from Jerrada). Such electrodes were tested using several electrolyte formulations (aqueous and water in salt electrolytes) beneficing their non-flammability, lower cost, and environmental impact; the characteristics that provide a promising opportunity to design safer, inexpensive, and environmentally friendly devices compared to organic electrolytes.

Non conventional species as monitor of environmental pollution

This thesis collects several ecotoxicological studies focused on the quali- quantitative analysis of several classes of chemical compounds. Our studies have been conducted on different aquatic species occupying different food chain trophic levels and characterized by differences in biology, ethology, and nutrition, but all considered excellent bioindicators. This choice allowed us to have a broad overview of the contamination of aquatic environments. Detrimental effects of several chemical compounds on the species investigated have been discussed, considering the economic and public health implications linked to the pollution of the environment and the exposure to old and emerging xenobiotics. Our studies underline the importance of a multidisciplinary and integrated approach that includes the application of the one health concept to ensure the protection of public health and respect for natural environments. Studies collected in this thesis also aim to overcome some critical limitations of the branch of ecotoxicology, such as the lack of standardization in laboratory methods. Our data also underline the importance of expanding research to a greater number of various biological matrices than those indicated by the literature as target tissues for specific pollutants. This condition enables more detailed information on the kinetics of xenobiotics in animal organisms. Our studies also allow us to expand the knowledge related to the mechanisms of synergy and antagonism of mixtures of pollutants that can simultaneously accumulate in wildlife.

La tutela penale dell'ambiente marino. Origini, sviluppo e tecniche di tutela nel contesto nazionale, sovranazionale e comparato.

La ricerca si propone di fornire un contributo allo studio del diritto penale dell’ambiente, prendendo in considerazione la disciplina penalistica che rileva nel caso di offesa – effettiva o potenziale – delle acque marine. Nello specifico – in ragione dei sempre più frequenti casi di inquinamento e disastro ambientale causati dalle immissioni di sostanze tossiche nelle acque marine, riconducibili alle attività di impresa ed alla navigazione – l’obiettivo del lavoro è quello di soffermarsi, partendo dalla dimensione internazionale ed europea del fenomeno, sulle disposizioni penali vigenti nel nostro ordinamento a salvaguardia delle risorse naturali marine, sulle modalità con cui le stesse sono tipizzate e sui possibili autori di tali reati, valutando – in termini più generali – se sia veramente effettivo l’attuale impianto nazionale di tutela oppure se non sia necessario ripensare il ruolo del diritto penale in tale settore. Per ampliare il contesto dell’indagine, verrà presa in considerazione la corrispondente disciplina francese, spagnola e statunitense; tale scelta si fonda sulla circostanza che i tre più significativi disastri ambientali marini della storia moderna si sono verificati rispettivamente a largo delle coste bretoni (petroliera Erika), galiziane (nave Prestige) e della Louisiana (piattaforma petrolifera Deep Water Horizon).

Valutazione e gestione del rischio per i Beni Culturali: strumenti e metodologie

Il patrimonio culturale sopravvissuto fino ai giorni nostri nonostante calamità naturali ed eventi catastrofici è oggi sempre più in pericolo: gli eventi naturali, accelerati e resi ancora più distruttivi dagli effetti del cambiamento climatico, lo scoppio continuo di nuovi conflitti armati e l’inconsapevolezza con cui gli uomini sfruttano il territorio comportano un aumento dei rischi e dei possibili danni ad un patrimonio che, tuttavia, è di importanza vitale per la crescita dell’umanità. Per evitare che il patrimonio culturale venga disperso o distrutto, è necessario applicare misure di prevenzione e protezione mirate, utilizzando in maniera efficiente gli strumenti disponibili; lo scopo ultimo della prevenzione e della protezione deve essere la resilienza, che va costruita attraverso la conoscenza e l’attenta pianificazione della gestione del patrimonio. Il presente lavoro di ricerca si propone dunque di analizzare i metodi e le strategie utilizzabili per la valutazione e la gestione del rischio applicati ai beni culturali, verificando a quale livello di consapevolezza si è giunti a livello sia nazionale che internazionale, passando in rassegna le tecnologie che permettono di proteggere il patrimonio agevolando il lavoro di mitigazione del rischio e applicando un prototipo di calcolo e analisi del rischio al caso studio del Museo di Nonantola, in provincia di Modena.

Idee, Natur, Geist. Schellings allgemeine Ontologie des Wirklichen nach der "Darstellung des Naturprocesses" von 1843/44

Ziel dieser Dissertation ist es, die grundlegenden philosophisch-theoretischen Implikationen von Schellings letzter systematischer Darlegung seiner Naturphilosophie nach dem Berliner Textfragment von 1843/44, der “Darstellung des Naturprocesses”, zu untersuchen. Angesichts der sich zwischen den 1830 und den 1860 Jahren in Berlin abzeichnenden neuen intellektuellen Tendenzen und der Entwicklungen in den Naturwissenschaften legt Schelling hier die Grundlagen für eine allgemeine Ontologie des Wirklichen in kritischer Auseinandersetzung mit Kants transzendentalem Idealismus. Innerhalb des systematischen Horizonts der "apriorischen Vernunftwissenschaft" oder "negativen Philosophie" stellt er im ersten Teil seines Werkes die Prinzipien fest, die die „Idee des Existierenden“ ausmachen, und beschreibt die rationale Operation, die durchgeführt werden muss, um zum Gedanken einer „Welt außer der Idee“ zu gelangen. Die philosophisch-systematischen Annahmen, die mit dem Übergang von der bloßen Idee des Existierenden zum Gedanken der außeridealen Welt verbunden sind, werden im ersten Kapitel dieser Dissertation untersucht. Im zweiten Teil seines Werkes definiert Schelling durch eine detaillierte Analyse von Kants Transzendentalen Ästhetik den Raum als diejenige Form, in der uns die Existenzen als voneinander getrennt vorstellen lassen. Obwohl der Zeitbegriff von Schelling nur am Rande behandelt wird, trägt er zusammen mit dem Raum dazu bei, die erste ontologische Grundstruktur der außeridealen Welt zu definieren. Die Analyse von Schellings Konzeption der raumzeitlichen Grundstruktur der außeridealen Welt stellt das Thema des zweiten Kapitels dieser Dissertation dar. Schließlich bestimmt Schelling im dritten Teil seines Werkes die Finalität als diejenige Kausalitätsform, die es ermöglicht, die außerideale Welt als einen werdenden Kontext zu verstehen, dessen Entwicklungsstufen die siderische Welt, die unorganische Welt und die organische Welt sind. Die Schelling‘sche Definition der Teleologie der Natur als zweite ontologische Grundstruktur der außeridealen Welt ist das Thema des dritten Kapitels dieser Dissertation.