Analisi del ciclo di vita di un processo industriale innovativo per la produzione di syngas da biogas

Una delle metodologie che negli ultimi tempi viene utilizzata più frequentemente per la valutazione ambientale di prodotti, processi e servizi è detta LCA, Life Cycle Assessment: essa valuta l’impatto ambientale associato ad un processo o ad un prodotto considerando tutto il suo ciclo di vita. Nel presente elaborato di tesi la metodologia è applicata ad un processo chimico industriale in fase di studio su scala di laboratorio presso il Dipartimento di Chimica Industriale dell’Università di Bologna, che prevede la sintesi di syngas a partire da biogas tramite le reazioni di dry reformng (DR) e steam refroming (SR). Tale processo è stato studiato poiché a livello teorico presenta i seguenti vantaggi: l’utilizzo di biogas come materia prima (derivante dalla digestione anaerobica dei rifiuti), lo sfruttamento dell’anidride carbonica presente nel biogas e l’utilizzo di un solo reattore anziché due. Il processo viene analizzato attraverso due diversi confronti: in primo luogo è comparato con processi con tecnologie differenti che producono il medesimo prodotto (syngas); in secondo luogo è paragonato a processi che impiegano la stessa materia prima (biogas), ottenendo prodotti differenti. Nel primo confronto i processi confrontati sono uno scenario di Autothermal reforming (ATR) e uno scenario che prevede DR e SR in due reattori separati; nel secondo confronto i prodotti che si ottengono sono: energia termica ed elettrica attraverso un sistema CHP, biometano con un sistema di upgrading del biogas, energia e biometano (CHP + upgrading) ed infine metanolo prodotto da syngas (generato dal processo studiato). Per il primo confronto è risultato che lo scenario che porta ad un minore impatto ambientale è il processo studiato dall'università di Bologna, seguito dallo Scenario con DR e SR in reattori separati ed infine dal processo di ATR. Per quanto concerne il secondo confronto lo scenario migliore è quello che produce biometano, mentre quello che produce metanolo è al terzo posto.

Building Information Modeling e Maintenance Management: il caso del Pro-GET-onE

La tesi ha come obiettivo quello di analizzare l’evoluzione del settore della manutenzione edilizia e del cambiamento della politica manutentiva in relazione ai progressi portati dai nuovi strumenti informatici: facendo quindi riferimento ad uno specifico caso di studio e integrando l’utilizzo di software BIM, lo scopo è stato quello di programmare un life cycle adeguato. La prima parte della tesi delinea il cambiamento del quadro normativo dell’ambito della manutenzione e definisce lo stato dell’arte della pratica manutentiva, sia dal punto di vista tecnico e applicativo, ma anche da quello gestionale ed economico, con particolare riferimento al Maintenance Management. Nella seconda parte viene invece approfondito il caso studio di uno studentato di Atene facente parte del programma ProGETonE, definendo gli elementi che possono portare ad una corretta gestione del ciclo di vita di questo fabbricato: l’analisi parte da un approccio tradizionale, basato sul computo metrico e sulla PBS, ma si sviluppa e completa attraverso l’utilizzo di Revit e Mantus-P, con la relativa stesura finale di un piano di manutenzione. Questo processo ha portato ad evidenziare le differenze e i vantaggi che si possono trarre dal cambio di prospettiva e di strumenti nell’ambito della manutenzione edilizia.

Sostenibilità degli allevamenti di bovini da latte: valutazione degli impatti ambientali di un'azienda emiliana.

Il surriscaldamento globale è un fenomeno preoccupante ed è accertato che le attività umane sono responsabili di questa crisi climatica causata dall’aumento dei gas serra immessi nell’atmosfera. L’agricoltura contribuisce per il 23% delle emissioni planetarie di gas serra, che derivano per quasi l’80% dalla gestione degli allevamenti. L’allevamento è responsabile di diversi impatti ambientali, quali le emissioni enteriche delle bovine, le emissioni dalla fase di gestione delle deiezioni, e quelle che avvengono nella fase di coltivazione dei terreni aziendali, quali le emissioni di protossido di azoto dovute alle fertilizzazioni azotate e le emissioni derivanti dall’uso dei combustibili per le macchine agricole utilizzate per la gestione del bestiame, il consumo idrico, il consumo di energia per la climatizzazione estiva dell’allevamento e la produzione e lo smaltimento dei rifiuti plastici. Il rapporto però tra produzione di bestiame e cambiamento climatico è bilaterale. Infatti, i cambiamenti climatici influiscono negativamente sulla produzione zootecnica, con effetti diretti sulla salute animale e sull'efficienza riproduttiva, ma anche effetti indiretti derivanti dai cambiamenti nella qualità e quantità dei mangimi, disponibilità di acqua, alterazioni dell'ecosistema che portano a cambiamenti nella distribuzione di agenti patogeni e malattie. Proprio alla relazione, biunivoca, tra allevamento del bestiame ed impatto ambientale è dedicata la presente tesi. È stato infatti condotto uno studio con l'obiettivo di valutare gli impatti ambientali degli allevamenti di bovini da latte, sulla base di un modello di valutazione del ciclo di vita (Life Cycle Assessment) per un allevamento campione di un’azienda emiliana. I risultati emersi mostrano la possibilità di identificare gli impatti più rilevanti nell'allevamento bovino nei mangimi, negli imballaggi in plastica, nel consumo di energia e carburante.

Valutazione degli impatti ambientali relativi alla valorizzazione delle sanse di oliva in una prospettiva di ciclo di vita

Nel presente elaborato di tesi la metodologia Life Cycle Assessment (che in accordo con le norme ISO 14040-44 permette di quantificare i potenziali impatti sull’ambiente associati ad un bene o servizio lungo tutto il suo ciclo di vita) è applicata a processi appartenenti al settore agro-industriale, con particolare riguardo alla valorizzazione dei coprodotti della filiera olivicola olearia. Nello specifico vengono descritti i risultati di un’analisi del ciclo di vita condotta sul processo di valorizzazione delle sanse di oliva operata dalla Società Agricola A.R.T.E, che ha sede in Puglia. In questo processo, la sansa di olive è trattata mediante digestione anaerobica che permette la produzione di energia elettrica e di un digestato, stabilizzato e utilizzato come ammendante. Il processo analizzato si pone in alternativa sia al metodo di produzione che dà origine a sanse trifasiche, sia allo spandimento delle sanse su suolo agricolo, confrontati in termini di impronta di carbonio. Inoltre nello studio sono state confrontate diverse tecnologie di upgrading di biogas a biometano per valutare quale risulta essere ambientalmente preferibile e potenzialmente installabile nell’azienda A.R.T.E. Il sistema analizzato risulta un'alternativa complessivamente preferibile, da un punto di vista ambientale, sia al metodo di produzione che dà origine a sanse trifasiche, sia allo spandimento delle sanse su suolo agricolo. Il credito ambientale conseguibile mediante il recupero energetico dal biogas prodotto dalla digestione anaerobica delle sanse bifasiche e la produzione di un digestato stabile permettono un beneficio ambientale che controbilancia l’emissione di CO2 attribuibile all’intero sistema. Inoltre lo studio ha permesso una stima di quale tecnologia di raffinazione del biogas a biometano sia potenzialmente installabile nell’azienda A.R.T.E. I risultati mostrano che la tecnologia separazione a membrana risulta meno impattante rispetto alle altre tecnologie di upgrading.

Multi-performance assessment of a masonry building with a sustainable RC-Framed Skin

Questa tesi si propone di fornire un approccio multidisciplinare per la valutazione delle prestazioni di una tipologia di intervento sostenibile che consiste in un telaio in calcestruzzo armato (RCFramed skin) per la ristrutturazione integrata di edifici esistenti. Viene fornita una descrizione preliminare di tale tecnologia, con particolare attenzione al miglioramento simultaneo delle prestazioni strutturali (sismiche), non strutturali (energetiche) e alle questioni relative alla limitazione dell'invasività e dell'interruzione dell'uso della costruzione. La valutazione delle prestazioni dell'edificio nelle configurazioni pre e post intervento è effettuata, principalmente in termini di capacità sismica, ma anche del comportamento termo-igrometrico. In particolare, i benefici ottenuti sia dal punto di vista strutturale che energetico sono valutati con riferimento a tre diverse città appartenenti a tre differenti zone sismiche e climatiche. La fattibilità e la sostenibilità dell'intervento di adeguamento proposto sono indagate attraverso una valutazione LCA(Life Cycle Assessment) per l'impatto ambientale e LCC(Life Cycle Cost) per l’analisi economica. Infine, viene proposto un metodo per facilitare la selezione della soluzione di intervento ottimale per ogni sito, combinando l'aspetto strutturale con quello energetico, di impatto ambientale ed economico.

Impatti ambientali legati agli eventi motoristici presso l'autodromo Enzo e Dino Ferrari di Imola

Il presente elaborato di tesi tratta la valutazione degli impatti ambientali legati ai Grandi Eventi, l’analisi delle diverse iniziative e delle politiche sostenibili adottate da imprese pubbliche e private, e l’analisi della metodologia LCA “Life Cycle Assessment”. In particolar modo, questo studio è stato realizzato grazie alla collaborazione tra l’Università di Bologna e l’Autodromo Enzo e Dino Ferrari di Imola, con lo scopo di quantificare, mediante un’analisi LCA, le emissioni prodotte dai servizi di trasporto durante lo scorso Gran Premio di F1. I risultati ottenuti hanno consentito di quantificare l’impatto ed indicare proposte future al fine della relativa diminuzione

Valutazione del ciclo antropogenico del neodimio in Italia, mediante metodologie MFA e LCA

Per raggiungere gli obiettivi di neutralità climatica del 2050 stabiliti dal Green Deal europeo, l’approvvigionamento sicuro e sostenibile di materie prime critiche è considerato essenziale e l’attuale crisi energetica ne ha rimarcato l’importanza. Tra queste materie prime, il neodimio risulta essere fondamentale per un ampio numero di applicazioni tecnologiche di interesse crescente come la mobilità elettrica e la generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili. La produzione mondiale di neodimio è dominata dalla Cina e l’Italia dipende completamente dalle importazioni per soddisfare la propria domanda. Il riciclo dei prodotti a fine vita potrebbe coprire parte della domanda nazionale di neodimio e ridurre la dipendenza dalle importazioni cinesi. Ma, attualmente, la percentuale di riciclo del metallo è inferiore all’1% globalmente con attività di riciclo spesso inesistenti su scala industriale a livello nazionale. Per dare chiarezza sulla catena del valore di neodimio in Italia e dimostrare le potenzialità del suo riciclo, in questa tesi sono state applicate le metodologie di MFA e di LCA. Un modello dinamico retrospettivo di MFA è stato sviluppato col fine di investigare il ciclo antropogenico del neodimio, identificando e valutando i flussi e le riserve nazionali dal 1995 al 2020. Attraverso un modello di distribuzione dei tempi di vita è stata quantificata la riserva in uso del metallo, che ammonta a 3,3 kt Nd o 56 g Nd pro capite. Un riciclo della riserva in uso potrebbe soddisfare l’attuale domanda di neodimio oltre al 2030. I risultati dell’MFA sono stati integrati con i fattori LCA di caratterizzazione di impatto ambientale, dimostrando che il riciclo potrebbe ridurre più dell’80% delle emissioni di gas serra e della energia richiesta associate alla produzione di neodimio primario. Si prevede che lo studio possa contribuire all’implementazione di politiche e strategie di rafforzamento della catena di approvvigionamento del neodimio.

Assessing the Environmental Performance of New Mobility

This report has two main goals. First to improve methodologies of new mobility services .Second identify the solution to improve new mobility in urban transportation to decrease energy loss and decline climate change. This report also compares energy use and greenhouse gasses (GHG) emission impact for new mobility and all transportation modes. Having focus on central estimates and a range of possible alternatives to enhance the result to advance environmental effects. This analysis and research help to identify the possible solutions to make new mobility more sustainable

Greening the Lean Supply Chain: il caso Lush Cosmetics

«La salute degli ecosistemi da cui dipendiamo, noi e tutte le altre specie, si sta aggravando più rapidamente che mai; stiamo compromettendo le stesse basi delle economie, della sussistenza, della sicurezza alimentare, della salute e della qualità della vita in tutto il mondo». Così il chimico R. Watson commentava un diffuso rapporto del 2019 delle Nazioni Unite sulla sconvolgente perdita di flora e fauna a livello globale. In questi anni sono stati infiniti gli appelli che citano l’astratto concetto delle «generazioni a venire», eppure, non tutte le aziende stanno agendo come dovrebbero. I rifiuti prodotti sono ancora molti, soprattutto quelli plastici da packaging. Alcune ideologie snelle, come il Lean Thinking, esistono da decenni e sono strettamente legate a quella che oggi chiamiamo Green Manufacturing. Entrambe propongono diversi strumenti per far fronte alla produzione di massa e agli sprechi: questi verranno trattati nella prima parte, e successivamente saranno impiegati, con il supporto del software «openLCA», per verificare il percorso dell’azienda protagonista dell’analisi, ovvero Lush Cosmetics. L’attenzione all’impatto ambientale che i propri prodotti possono provocare lungo l’intero ciclo di vita ha modellato la gestione interna di ciascun processo e, spontaneamente, si riflette sugli attori dell’intera supply chain: così, il comportamento di uno può ugualmente modificare, in questo caso positivamente, il lavoro di molti. Il seguente elaborato pone l’attenzione sulle problematiche migliorabili, proponendo diverse soluzioni alternative rispetto alla gestione attuale, seppur migliore di altre realtà. Infine, si vuole stimolare il consumatore verso una maggior consapevolezza delle conseguenze delle sue azioni, in fase di acquisto prima ed al momento dello smaltimento poi. I provvedimenti normativi, nazionali ed europei, possono funzionare solo se sostenuti da un consumo responsabile e dalla diffusione di una chiara ed efficace educazione ambientale.

L’approccio del ciclo di vita applicato a sistemi di gestione ambientale: il caso dell’aeroporto Falcone – Borsellino di Palermo

La tesi tratta l’analisi preliminare dell’Organization Environmental Footprint (OEF) dell’ente gestore dell’aeroporto Falcone - Borsellino di Palermo (GES.A.P.). Viene inoltre sviluppato un nuovo metodo per la classificazione degli aspetti ambientali utilizzabile all’interno del Sistema di Gestione Ambientale (SGA) attualmente utilizzato dall’ente GES.A.P. Dopo un'introduzione sulle ragioni che hanno portato allo sviluppo di questi strumenti, vengono approfondite le fasi necessarie per la loro applicazione, specificate nella guida metodologica sull’OEF e nella norma ISO 14001. I dati raccolti per il calcolo dell’OEF sono stati inseriti in un modello dell’organizzazione creato con il software GaBi7 al fine di stimare gli impatti ambientali dell’organizzazione negli anni analizzati. In questo lavoro viene effettuata un’analisi del metodo EMRG (Environmental Management Research Group) utilizzato per l’individuazione e la classificazione degli aspetti ambientali nell’ambito del SGA (certificato ISO 14001:2004) di GESAP e delle innovazioni introdotte nella versione 2015 della norma ISO 14001. Viene suggerito un metodo alternativo basato sull’integrazione dei risultati di un'analisi Life Cicle Assessment (LCA), svolta tramite l’OEF, con la metodologia EMRG, attualmente impiegata, al fine di avviare il processo di transizione del SGA verso l’aggiornamento-consegna richiesto dalla ISO14001:2015. Dall’applicazione del metodo viene ricavata una nuova gerarchia degli aspetti ambientali di GESAP utilizzabile per l’implementazione del suo SGA.

Development and scale-up studies of bio-based poly(ester-amide)s

Plastics are polymers of conventional and extensive use in our day-to-day life. This is due to their light weight, adaptability to different uses and low prices. A downside of such extensive use is the environmental pollution arising from plastic production and disposal. Indeed, many commodity polymers are produced from non-renewable resources while other do not bio-degrade after their end-of-life disposal. Consequently, the ideal polymer comes from renewable raw materials and bio-degrades after its disposal, meaning that it would do little or no harm to the environment from the beginning to the end of its life cycle. In this thesis project a class of bio-based and bio-degradable co-polymers, namely poly(ester-amide)s, was investigated because of their tunable mechanical and bio-degradation properties as well as their renewable origin. Such polymers were synthetized and characterized thermically and mechanically. Furthermore, a scale-up procedure was developed and applied to one polymer and processing trials were made with the material obtained after scale-up.

Design of an indirectly fired gas turbine integrated with an organic rankine cycle unit for combined heat and power production

In the last years, the European countries have paid increasing attention to renewable sources and greenhouse emissions. The Council of the European Union and the European Parliament have established ambitious targets for the next years. In this scenario, biomass plays a prominent role since its life cycle produces a zero net carbon dioxide emission. Additionally, biomass can ensure plant operation continuity thanks to its availability and storage ability. Several conventional systems running on biomass are available at the moment. Most of them are performant either in the large-scale or in the small power range. The absence of an efficient system on the small-middle scale inspired this thesis project. The object is an innovative plant based on a wet indirectly fired gas turbine (WIFGT) integrated with an organic Rankine cycle (ORC) unit for combined heat and power production. The WIFGT is a performant system in the small-middle power range; the ORC cycle is capable of giving value to low-temperature heat sources. Their integration is investigated in this thesis with the aim of carrying out a preliminary design of the components. The targeted plant output is around 200 kW in order not to need a wide cultivation area and to avoid biomass shipping. Existing in-house simulation tools are used: They are adapted to this purpose. Firstly the WIFGT + ORC model is built; Zero-dimensional models of heat exchangers, compressor, turbines, furnace, dryer and pump are used. Different fluids are selected but toluene and benzene turn out to be the most suitable. In the indirectly fired gas turbine a pressure ratio around 4 leads to the highest efficiency. From the thermodynamic analysis the system shows an electric efficiency of 38%, outdoing other conventional plants in the same power range. The combined plant is designed to recover thermal energy: Water is used as coolant in the condenser. It is heated from 60°C up to 90°C, ensuring the possibility of space heating. Mono-dimensional models are used to design the heat exchange equipment. Different types of heat exchangers are chosen depending on the working temperature. A finned-plate heat exchanger is selected for the WIFGT heat transfer equipment due to the high temperature, oxidizing and corrosive environment. A once-through boiler with finned tubes is chosen to vaporize the organic fluid in the ORC. A plate heat exchanger is chosen for the condenser and recuperator. A quasi-monodimensional model for single-stage axial turbine is implemented to design both the WIFGT and the ORC turbine. The system simulation after the components design shows an electric efficiency around 34% with a decrease by 10% compared to the zero-dimensional analysis. The work exhibits the system potentiality compared to the existing plants from both technical and economic point of view.