Valutazione dell'eco-sostenibilità di un impianto di digestione anaerobica cogenerativo e ipotesi di conversione impiantistica per la produzione di biometano

Considerando l'elevato grado di inquinamento del pianeta e la forte dipendenza delle attività antropiche dai combustibili fossili, stanno avendo notevole sviluppo e incentivazione gli impianti per la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili. In particolare, la digestione anaerobica è in grande diffusione in Italia. Lo studio in oggetto si prefigge l'obiettivo di determinare, mediante analisi di Life Cycle Assessment (LCA), i carichi ambientali di un impianto di digestione anaerobica, e della sua filiera, per valutarne l'effettiva ecosostenibilità. L'analisi considera anche gli impatti evitati grazie all'immissione in rete dell'energia elettrica prodotta e all'utilizzo del digestato in sostituzione dell'urea. Lo studio analizza sei categorie d'impatto: Global warming potential (GWP), Abiotic depletion potential (ADP), Acidification potential (AP), Eutrophication potential (EP), Ozone layer depletion potential (ODP) e Photochemical oxidant formation potential (POFP). I valori assoluti degli impatti sono stati oggetto anche di normalizzazione per stabilire la loro magnitudo. Inoltre, è stata effettuata un'analisi di sensitività per investigare le variazioni degli impatti ambientali in base alla sostituzione di differenti tecnologie per la produzione di energia elettrica: mix elettrico italiano, carbone e idroelettrico. Infine, sono stati analizzati due scenari alternativi all'impianto in esame che ipotizzano la sua conversione ad impianto per l'upgrading del biogas a biometano. I risultati mostrano, per lo scenario di riferimento (produzione di biogas), un guadagno, in termini ambientali, per il GWP, l'ADP e il POFP a causa dei notevoli impatti causati dalla produzione di energia elettrica da mix italiano che la filiera esaminata va a sostituire. I risultati evidenziano anche quanto gli impatti ambientali varino in base alla tipologia di alimentazione del digestore anaerobica: colture dedicate o biomasse di scarto. I due scenari alternativi, invece, mostrano un aumento degli impatti, rispetto allo scenario di riferimento, causati soprattutto dagli ulteriori consumi energetici di cui necessitano sia i processi di purificazione del biogas in biometano sia i processi legati alla digestione anaerobica che, nel caso dello scenario di riferimento, sono autoalimentati. L'eventuale conversione dell'attuale funzione dell'impianto deve essere fatta tenendo anche in considerazione i benefici funzionali ed economici apportati dalla produzione del biometano rispetto a quella del biogas.

Caratterizzazione energetica di sistemi a microcontrollore basati su tecnologia fram

In questo elaborato si riporta la caratterizzazione energetica di un sistema a microcontrollore basato su tecnologia FRAM. Sono state analizzate le innovazioni e i vantaggi portati dall'introduzione della memoria FRAM, le migliori configurazioni di funzionamento del microcontrollore studiato al fine di raggiungere consumi energetici di sistema il più basso possibile.

Studio di celle solari innovative basate su "multiple electron-hole generation"

L’aumento dei consumi energetici e la sempre maggiore attenzione posta al tema ambientale fanno delle energie alternative una valida alternativa alle fonti , quali carbone e petrolio,che presentano una elevata generazione di gas serra . Tra le varie fonti alternative di energia un ruolo preponderante è stato assunto dal solare fotovoltaico, che dagli anni ’80 ad oggi ha conosciuto un rapido sviluppo sia in termini di ricerca che di utilizzo su larga scala. Negli ultimi anni tutti gli studi si stanno concentrando su un nuovo tipo di fotovoltaico, quello di terza generazione , il cui scopo è quello di ottenere dispositivi che possano garantire elevate efficienze in modo tale che la tecnologia fotovoltaica sia in grado di affermarsi definitivamente nel settore dell’energia. Il presente lavoro di tesi analizza il processo di conversione fotovoltaica ed il principio di funzionamento delle celle solari . I limiti termodinamici per l'efficienza di conversione di celle solari a singola giunzione sono stati discussi nella tesi. E' presentata nella tesi una rassegna delle principali strategie per il superamento dei limiti termodinamici per l'efficienza di una cella solare a singola giunzione . Sono stati analizzati : •il processo di rilassamento intrabanda dei nanocristalli ; •la generazione multipla di eccitoni (MEG) •il processo di Generazione di eccitoni multipli in nanocristalli di silicio colloidali (MEG in Si NCs). Tali risultati rivestono un particolare interesse per lo sviluppo di celle solari innovative , ad alta efficienza di conversione , utilizzando un materiale facilmente reperibile ed economico come appunto è il Silicio.

Sinergia di processi chimico-fisici per la riqualificazione di acque contaminate da composti organici

L’acqua è una delle risorse critiche del pianeta e l’acqua dolce accessibile all’uomo rappresenta meno dell’1% delle risorse idriche; da questi numeri si capisce quanto siano importanti la prevenzione dell’inquinamento ambientale e i processi di depurazione delle acque reflue. A partire dagli anni ’70, grazie anche al miglioramento delle tecniche analitiche, sono iniziati monitoraggi degli inquinanti nelle acque superficiali e sotterranee e sono state riscontrate concentrazioni di inquinanti, i cui effetti di tossicità cronica sull’uomo e l’ecosistema non sempre sono trascurabili. Inoltre si è rilevato che alcune molecole di sintesi sono difficilmente biodegradabili e non sono mineralizzate con i trattamenti convenzionali di depurazione; perciò l’Unione Europea ha emanato delle direttive per preservare le risorse idriche in cui è contenuto un elenco di sostanze prioritarie, per le quali sono stati fissati gli standard di qualità ambientale. Nel 2013 è stata anche istituita una watch list che contiene dieci sostanze sulle quali raccogliere dati di monitoraggio ambientale e effetti sugli ecosistemi. Di qui la ricerca costante di nuovi trattamenti di depurazione delle acque, tra i quali i processi di ossidazione avanzata attirano molto interesse perché promettono di mineralizzare i composti bio-recalcitranti senza produrre fanghi da smaltire o sottoprodotti pericolosi. Oggetto della presente tesi sperimentale, svolta presso il Consiglio Nazionale delle Ricerche, nell’Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività, è stato lo studio della de-gradazione e mineralizzazione di una miscela di cinque molecole (diclofenac, carbama-zepina, triton X-100, benzofenone-3, benzofenone-4), scelte per le diverse caratteristiche chimico-fisiche, utilizzando radiazione ultravioletta e ultrasuoni, in presenza di biossido di titanio come fotocatalizzatore o perossido d'idrogeno come additivo per produrre radicali idrossile e avviare catene di reazioni ossidative. A partire dai fenomeni fotochimici o fotocatalitici così ottenuti, eventualmente assistiti da ultrasuoni, sono stati studiati gli effetti delle variazioni dei parametri operativi sulla degradazione dei componenti della miscela e sono stati valutati i consumi energetici della strumentazione prototipale per unità di massa del contaminante degradato. La parte sperimentale è stata preceduta da un’accurata ricerca bibliografica riguardo gli effetti di tossicità degli inquinanti ritrovati nelle acque, la legislazione europea ed italiana in materia ambientale e delle acque e i processi di ossidazione avanzata.

Dispositivi di filtrazione del particolato nei fumi di combustione di biomassa in caldaie di piccola dimensione

Progettazione, realizzazione e sperimentazione di un filtro per il particolato da piccole caldaie a biomassa, che deve avere efficienza maggiore del 99,9% e consumi energetici specifici minori di 10 Wh/Nm3.

IBeacon: evoluzione della microgeolocalizzazione

Obiettivo di questa tesi è l'analisi e l'approfondimento di una tecnologia di nuova generazione che prende il nome di iBeacon. Basata sulla localizzazione di prossimità (wireless) a bassi consumi energetici e sviluppata da Apple, l'iBeacon sfrutta il protocollo Bluetooth Low Energy con il quale riesce ad utilizzare al meglio l'energia, permettendo alle batterie dei dispositivi che lo implementano di durare molto più a lungo. In questa argomentazione, vengono elencate e descritte alcune tecniche di comunicazione wireless a medio-corto raggio (Wi-Fi, Infrarosso, RFID, NFC, Bluetooth, BLE), che utilizzano lo scambio di informazioni senza fili, descrivendone una breve storia, dalla loro evoluzione nel tempo e nei modi, ad alcune caratteristiche di utilizzo. L'argomentazione poi focalizzerà l'attenzione sui metodi di localizzazione utilizzati dall'iBeacon, fornendone le funzionalità e le caratteristiche principali di questa nuova tecnologia e discutendone i vantaggi, i limiti tecnologici e di sviluppo del protocollo, fino a delineare alcune soluzioni per quanto riguarda le soglie di sicurezza e di privacy. L'analisi poi confronterà l'iBeacon con i maggiori antagonisti che utilizzano questa tecnica di microgeolocalizzazione (NFC, EddyStone). Si cercherà inoltre di delineare in maniera più dettagliata le specifiche tecniche che costituiscono questa nuova tecnologia di prossimità, dal protocollo di comunicazione alla componentistica hardware. Successivamente verrà descritto come un dispositivo iOS si interfaccia con un iBeacon, delineandone le API e il setup e mostrando i diversi passaggi per la creazione di un prototipo di applicazione. Si cercherà infine di pianificare, progettare e costruire una rete con iBeacon. Come ultima analisi, si prenderà in esame la relazione tra l'iBeacon e l'Internet of Things (IoT), e gli sviluppi che potrà portare all'evoluzione del Marketing di Prossimità, mostrando un esempio concreto di utilizzo efficace di questa innovativa tecnologia (EXPO 2015).

Uso di dati di telemetria per studiare la qualità e l'affidabilità di macchine per gelato espresso

L’odierno mercato concorrenziale ha portato le aziende a rinnovare il sistema produttivo, spostandosi da un approccio innovativo convergente, in cui le imprese erano le uniche detentrici del controllo dell’intero processo, fin dalla generazione di nuove idee e proposte di innovazione, ad un approccio aperto, denominato Open Innovation, che fa leva sul concetto di flusso libero e bidirezionale di idee e tecnologie tra l’azienda e l’ambiente esterno. È in questo contesto che è stata progettata in Carpigiani una piattaforma e-maintenance chiamata Teorema che, sfruttando un sistema di telemetria, consente di monitorare in tempo reale le macchine installate presso l’utente finale, acquisendo importanti informazioni sul reale utilizzo e sulle effettive funzionalità impiegate dal cliente. Grazie a tale gestione remota, allo stesso tempo è possibile garantire un’efficace operazione di diagnostica e prognostica atte a prevenire eventuali malfunzionamenti. Il presente elaborato fornisce un concreto metodo di utilizzo di tale piattaforma per il monitoraggio real time di macchine per gelato espresso, al fine di verificarne l’effettivo utilizzo da parte del cliente ed il corretto dimensionamento dell’impianto. Per mezzo della piattaforma Teorema è stato inoltre possibile eseguire un’indagine comparativa sui consumi energetici misurati in macchina, testando l’efficienza di funzionamento. Infine è stata eseguita un’analisi FMEA degli allarmi rilevati sul parco di macchine analizzate, per valutare l’affidabilità della macchina e dei suoi componenti.

Esperimenti sul controllo remoto di stazioni per il monitoraggio di processi geofisici per la valutazione di geohazard

In collaborazione con la sezione di Bologna dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) si è dato il via ad un progetto mirato alla costruzione di nuove stazioni monitoranti. Stazioni che dovranno avere un basso impatto in termini di costi e consumi energetici, dando contemporaneamente la possibilità di essere pilotate a distanza. Quest’ultimo è un parametro fondamentale perché permetterebbe di interagire con la stazione anche durante il verificarsi di calamità naturali. Per giungere ad una soluzione si è quindi proceduto analizzando i possibili scenari e le soluzioni attualmente impiegate. Valutandone gli aspetti negativi e positivi. Successivamente, terminata la fase di documentazione, si è passati a vagliare le soluzioni tecnologiche attualmente disponibili sul mercato e ad assemblare un prototipo sperimentale. Non appena in possesso di una macchina sulla quale poter effettuare tutte le prove necessarie si è passati alla fase successiva. L’implementazione di test che potessero rappresentare al meglio una situazione reale. Da qui si è giunti ad una conclusione, tenendo in considerazione diversi fattori: le condizioni imposte dall’ambiente durante le operazioni di test ed i risultati ottenuti.

Studio in regime dinamico di un impianto di ventilazione relativo a una palestra

La tesi è volta a risolvere una problematica riscontrata all'interno di una palestra di Forlì, nella quale durante gli orari pomeridiani/serali, a causa dell'elevata affluenza di persone al suo interno, si verifica un superamento delle condizioni ottimali dell'aria grazie alle quali si ha un corretto equilibrio del sistema di termoregolazione dell'organismo. Quindi è stato creato un impianto di ventilazione tramite l'utilizzo di due software, Sketchup e Trnsys17. Successivamente è stata fatta l'analisi in regime dinamico di tale impianto, andando ad effettuare anche un'analisi dei consumi energetici al fine di stabilire i parametri dei componenti e dell'impianto stesso per garantire il raggiungimento delle condizioni ottimali dell'aria all'interno della palestra.

Analisi tecnico-economica di interventi di riqualificazione energetica in un plesso scolastico

Gli interventi di riqualificazione energetica di un edificio risultano necessari per rispondere alle leggi europee e nazionali che impongono misure sempre più stringenti per limitare le dispersioni termiche degli edifici e per ridurre i consumi energetici. L’utilizzo del software Edilclima ha permesso lo studio e l’analisi delle condizioni pre e post-interventi dell’edificio scolastico G. Marconi sito in Castelfranco Emilia (MO). Per mezzo del modello creato nel software, sono state determinate le dispersioni termiche dell’edificio, sulla base delle quali è stato possibile definire alcuni interventi di efficientamento energetico. Gli interventi considerati sono stati: isolamento delle pareti perimetrali verso l’esterno e verso il terreno, isolamento del sottotetto, sostituzione degli infissi. Gli interventi sono necessari per ottenere un edificio che presenti caratteristiche conformi alle leggi; hanno lo scopo di ridurre l’indice di Prestazione Energetica e i costi per il riscaldamento dell’edificio. Gli indici su cui si è valutata la convenienza degli interventi sono stati: il risparmio in termini di costo annuo per il riscaldamento e il tempo di ritorno dell’investimento (payback time). Sono stati presi in considerazione i casi di interventi singoli e di interventi combinati, il confronto tra essi, in questo caso, definisce gli interventi combinati come maggiormente convenienti rispetto ai parametri presi in considerazione per la valutazione della convenienza. Le valutazioni, inoltre, sono state effettuate in due diversi condizioni: impianto con accensione continua (sul modello delle valutazioni per la Certificazione Energetica) e impianto con accensione intermittente (sul modello delle valutazioni per la Diagnosi energetica). Le due condizioni di prova hanno messo in luce l’importanza della valutazione con impianto intermittente poiché questa rappresenta una condizione più realistica e fornisce una stima più attendibile della convenienza degli interventi.

Sperimentazione costruttiva e tecnologica di un padiglione temporaneo

La tesi ha come oggetto di studio la progettazione e realizzazione in autocostruzione del padiglione temporaneo dal nome Modulo Eco in Piazzale della Pace a Parma. Per “autocostruzione” si intende il processo in cui il committente di un immobile partecipa attivamente alla fase realizzativa dello stesso. È un percorso molto impegnativo, che richiede una forte motivazione ma allo stesso tempo molto appagante. Ad oggi in Italia non esiste una normativa nazionale che codifichi le modalità e le regole dell’edificare in autocostruzione. La partecipazione attiva nel processo realizzativo di personale non addetto ai lavori aumenta automaticamente i rischi legati all’inesperienza e alla mancanza di formazione in materia. L’attenzione quindi alla sicurezza e soprattutto all’iniziale formazione dei nuovi operai in cantiere permette di ridurre notevolmente tali pericoli. Il progetto è stato ideato dall’associazione culturale Manifattura Urbana in collaborazione con il Comune di Parma. Posizionato in Piazzale della Pace, in pieno centro, questo spazio ospiterà l’ufficio Sportello Energia del Comune stesso. È infatti interesse dell’amministrazione dare un’importanza significativa alle tematiche energetiche, non lasciando tutte le relative riflessioni solamente a tecnici ma rivolgendosi invece direttamente ai cittadini, per informarli e sensibilizzarli. È stato quindi deciso di progettare e realizzare un padiglione temporaneo, facilmente costruibile (con l’aiuto di studenti, volontari e interessati), con un minimo impatto ambientale e allo stesso tempo ad alta efficienza energetica, non solo rispettante ma superante tutti gli standard di bassi consumi energetici previsti dalla normativa per le nuove costruzioni. Il progetto è totalmente autofinanziato dalle aziende fornitrici partner, che sponsorizzano in forma gratuita il materiale da costruzione e formano direttamente in cantiere i volontari per imparare a gestirlo, in cambio di visibilità all’interno del progetto.

Analisi energetica di un edificio residenziale

Quadro legislativo europeo e nazionale e nuovi decreti della regione Emilia Romagna riguardanti le misure per il contenimento dei consumi energetici nell'edilizia. Analisi energetica di un edificio residenziale. Studio di alcuni interventi proposti al fine di incrementare le prestazioni energetiche dell'edificio, diminuendone le dispersioni verso l'ambiente esterno e/o migliorando il rendimento dell'impianto. Tali interventi sono volti alla riduzione dei consumi, sia economici sia di combustibile fossile, e al miglioramento delle condizioni di benessere termoigrometrico. Successiva analisi economica degli interventi, utilizzando come indici il VAN e il PBT e tenendo conto dell'Ecobonus. Relazione tra gli investimenti iniziali di cui necessitano tali interventi e la riduzione dell'indice di prestazione energetica ottenuta. Relazione tra gli investimenti iniziali necessari e i relativi valori di risparmio annuo monetario che si ottiene in seguito alla diminuzione di energia primaria e quindi di combustibile utilizzato per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria. Confronto fra i vari interventi al fine di valutarne la convenienza.

La passivhaus in clima mediterraneo: caratteristiche costruttive e simulazioni energetiche dinamiche

Questa Tesi approfondisce lo standard Passivhaus, un metodo sviluppato originariamente in Germania nella seconda metà degli anni ’80 ed ora diffuso in tutta Europa, con l’obiettivo di favorire la realizzazione di edifici in grado di fornire ottimi livelli di comfort con consumi energetici pari quasi a zero. Questo standard abitativo mi ha appassionato a tal punto che ho deciso di farne oggetto della mia tesi di laurea. Da diversi anni stiamo assistendo ad una serie di mutamenti climatici che stanno modificando la vita sul nostro pianeta e portano a considerare tutta una serie di cambiamento sul nostro modo di vivere. La casa passiva, a mio parere, è un concetto valido e utile a contenere questa situazione. In altre zone d’Europa, con climi invernali rigidi ma condizioni estive meno gravose delle nostre, è uno standard piuttosto diffuso e qui cercherò di formulare un’analisi quanto più vicina alla realtà riguardo all’adattabilità della Passivhaus al nostro clima. Lo scopo è quello di capire come si comporta questo tipo di edifici in ambienti climatici diversi da quelli per cui lo standard è stato progettato. Per verificarne l’efficacia, verrà studiato nel dettaglio il primo edificio residenziale multipiano recentemente costruito a Cesena e certificato Passivhaus. Successivamente, sarà simulata la realizzazione dello stesso edificio in dieci diverse località italiane, con differenti condizioni climatiche, e ne saranno verificate le prestazioni energetiche tramite un software di modellazione in regime dinamico. Se risulterà necessario a seguito delle verifiche, saranno progettate le modifiche alle soluzioni costruttive che permettano di raggiungere i livelli previsti dallo standard Passivhaus in tutte le località. I risultati della simulazione saranno infine confrontati e commentati nella parte conclusiva della Tesi.

Analisi Energetica ed Efficientamento energetico presso lo stabilimento Bonfiglioli S.P.A. di Forlì

L'elaborato è stato redatto durante il percorso di tirocinio svolto in azienda nel 2021. Esso consiste in un analisi energetica dello stabilimento Bonfiglioli S.p.a. di Forlì e nel piano di intervento realizzato sotto la guida del reparto Maintenance & Facilities. Dopo la raccolta dati dei consumi energetici, sia elettrici che termici, si è seguita la volontà aziendale di percorrere investimenti che rientrassero nel breve-medio periodo. Analizzando quindi i grafici ottenuti, si è valutata la possibilità di intervenire sulla produzione di aria compressa, in particolare sulla rete di distribuzione. Dopo aver riscontrato problemi di dimensionamento ed averne preventivato la sostituzione, si è passata alla ricerca di perdite lungo i vari punti della rete. Tramite un analisi fonometrica è stato possibile effettuarne la catalogazione e valutare l'intervento necessario; si è quindi costruito un file Excel che ha permesso di studiare la distribuzione delle perdite, i componenti più sensibili ed i costi ad esse associate. In conclusione si è analizzato, tramite la continua raccolta dati, l'effettivo andamento dell'investimento e si sono valutate le correlazioni con le variabili che più influenzano il consumo elettrico per la produzione di aria compressa, permettendo di comprendere la differenza fra il rientro teorico calcolato e quello effettivo. Il modello costruito permetterà inoltre di ottimizzare le scelte riguardanti i piani di manutenzione ed interventi futuri, dimostrando la necessità di un regolare controllo delle perdite sulla rete di distribuzione dell'aria compressa.

Studio di fattibilità di un sensore autoalimentato per misure di corrente nelle reti filoviarie

Negli ultimi anni vi è stato un aumento della sensibilità in merito alle tematiche ambientali e questo ha riguardato anche il settore della mobilità, spingendo sempre più verso l’elettrificazione dei trasporti. Una delle possibilità per elettrificare i trasporti sono le reti filoviarie. Di quelle già esistenti, però, la maggior parte è stata realizzata nel secolo scorso. Inoltre, non vengono effettuate misure per valutare quale sia lo stato del carico sulla rete. In questa tesi si è valutata la fattibilità di realizzazione di un sensore non intrusivo per la misura delle correnti sulle filovie di reti esistenti, al fine di poter ottenere i dati relativi ai flussi di potenza e permettere quindi, in futuro, una migliore gestione della rete. Per effettuare la misura di corrente in modo non invasivo si è pensato di utilizzare un sensore di campo magnetico stazionario. Per valutare l’intensità del campo magnetico, al fine di scegliere il sensore che si confacesse alle caratteristiche dell’applicazione, si è proceduto a sviluppare diversi modelli per rappresentare i conduttori della filovia. Da queste simulazioni è stato inoltre possibile valutare quale fosse la posizione più idonea al collocamento del sensore. Per l’alimentazione del sensore, si sono valutate più possibilità che permettessero di non ricorrere ad un cablaggio ausiliario, tra cui l’utilizzo di un pannello fotovoltaico eventualmente accoppiato ad una batteria. Per la trasmissione dei dati, sono stati valutati più protocolli e dispositivi di comunicazione per trovare quello che meglio combinasse le necessità di trasmissione su distanze medio-lunghe e la necessità di minimizzare i consumi energetici. Infine, sono state effettuate prove sperimentali per validare l'affidabilità delle misure, ovvero verificare che fosse realmente possibile stimare il valore delle correnti nei conduttori della filovia partendo da una misura di campo magnetico, e se i consumi energetici stimati fossero in linea con quelli reali.