Produzione di poliidrossialcanoati mediante la tecnologia B-PLAS

L’impianto B-PLAS si prepone l’obiettivo di convertire fanghi di depurazione di origine agroalimentare in una bioplastica completamente bio-based e biodegradabile: i poliidrossialcanoati (PHA). La produzione di PHA in questo contesto, si basa sull’integrazione di tecnologie dal diverso grado di maturità industriale: carbonizzazione idrotermale (HTC), digestione anerobica, produzione di PHA tramite colture microbiche miste (MMC) e sua estrazione. Lo scopo del presente lavoro è consistito nel monitoraggio di tale impianto in tutte le sue unità di processo ed in tutte le sue fasi di produzione, valutandone l’efficienza attraverso lo studio di parametri indicativi, con particolare attenzione al COD: parametro che indica la frazione di carbonio organico disponibile per i microorganismi sia anaerobici che aerobici, ed è quindi strettamente correlato alle rese globali di processo. Il PHA ottenuto da tale impianto è stato estratto e sottoposto a caratterizzazione mediante determinazione del peso molecolare e delle proprietà termiche, caratteristiche di particolare interesse per la definizione dell’applicabilità commerciale dello stesso. Infine, è stato realizzato uno studio comparativo per la valutazione della biodegradabilità aerobica ed anaerobica del polimero ottenuto dall’impianto B-PLAS, il poliidrossibutirrato (PHB), posta a confronto con la biodegradabilità di altri biopoliesteri quali: polibutileneadipato-co-tereftalato (PBAT), policaprolattone (PCL) e acido polilattico (PLA).

Valutazione degli impatti ambientali di un processo biobased nella produzione di acido crotonico

L’utilizzo di biomasse come fonte di chemicals nell’industria chimica mira a rendere più sostenibili i processi industriali e i materiali prodotti. In particolare, l’acido crotonico (AC), impiegato come building block nella produzione di vernici e rivestimenti, è prodotto tradizionalmente da fonti fossili. La domanda globale ammonta a circa 1000 tonnellate ed è in continuo aumento, rendendo prioritaria l’individuazione di una sintesi alternativa e sostenibile. In questo studio, l’analisi del ciclo di vita (life cycle assessment, LCA) è stata applicata per stimare la carbon footprint e la domanda cumulativa di energia relative ad una sintesi innovativa dell’AC, basata sulla conversione termica di un precursore derivato da biomasse di scarto. In particolare, il processo prevede l’applicazione di un trattamento termochimico a poli-idrossi-butirrati (PHB) prodotti da colture batteriche miste a valle del processo B-PLAS. Sono stati modellati due scenari comparativi con l’obiettivo di (i) valutare la sostenibilità ambientale della sintesi alternativa nella tecnologia B-PLAS, considerando una condizione “base” di processo (con un contenuto di PHB pari al 30% nello slurry in ingresso al processo) e una “ottimale” (con un contenuto di PHB pari al 60%); (ii) confrontare gli impatti ambientali del processo di sintesi alternativo per entrambi gli scenari con quelli di sintesi dell’AC da fonti fossili. I risultati dell’LCA mostrano che nel processo B-PLAS, giunti alla produzione dello slurry (fango) arricchito in PHB, si possono avere due strade equivalenti estraendo i PHB o convertendoli in AC con una lieve preferenza per il processo estrattivo (0.71MJ/kgslurry vs 1.11MJ/kgslurry) nella condizione di base e (0.69MJ/kgslurry vs 1.17MJ/kgslurry) in quella ottimale. Estendendo la comparazione alla produzione dell’AC da fonti fossili, quello bioderivato comporta un impatto ambientale ampiamente inferiore, stimato in 159.6 MJ/kgAC e 204.6 MJ/kgAC per gli scenari “base” e “ottimale”.

Ottimizzazione impiantistica di servizi di climatizzazione e acqua calda con produzione di energia da fotovoltaico: il caso studio del progetto "e-SAFE"

In questa tesi si è approfondito dal punto di vista impiantistico ed energetico il primo progetto pilota “e-SAFE”, relativo ad un condominio di edilizia popolare sito a Catania. Il progetto europeo “e-SAFE” mira alla riqualificazione “globale” del patrimonio edilizio UE, con obiettivi quali la decarbonizzazione, tramite raggiungimento di edifici nZEB, e la sicurezza sismica, includendo finalità sociali. È stata svolta la progettazione degli impianti tecnici relativi ai servizi di climatizzazione (riscaldamento e raffrescamento) e produzione acqua calda sanitaria (ACS), tramite adozione di sistema a pompa di calore abbinato ad impianto fotovoltaico provvisto di batterie di accumulo, al fine di massimizzare l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili. Una soluzione innovativa è stata prevista per il sistema ACS tramite bollitori decentralizzati che permettono l’eliminazione della rete di ricircolo e dotano il servizio centralizzato di una certa “individualità”, con adozione di logiche di controllo che consentono di sfruttare al massimo l’energia da fotovoltaico. Sono state quindi svolte analisi energetiche, relative a tre casi impiantistici (senza PV, con PV e con batterie d’accumulo), con modellazione del sistema edificio-impianto adottando una procedura di calcolo orario, per poi confrontare i consumi elettrici, le emissioni e i principali indicatori energetici al fine di dimostrare la bontà delle scelte progettuali effettuate. Si è dimostrato come l’impiego dell’impianto fotovoltaico, abbinato ad un corretto dimensionamento delle batterie di accumulo, consente di ottimizzare la contemporaneità di produzione e consumo di energia. Nonché permette di minimizzare il prelievo di energia elettrica dalla rete nazionale, consumando e stoccando in loco l’elettricità autoprodotta da fonti energetiche totalmente rinnovabili.

Uso combinato della metodologia Life Cycle Assessment e del modello RothC per stimare le prestazioni ambientali della produzione di uva in due aziende a conduzione convenzionale

Lo studio ha applicato la metodologia Life Cycle Assessment (LCA) con l’obiettivo di valutare i potenziali impatti ambientali derivanti dalla coltivazione dell’uva in due aziende a conduzione convenzionale del ravennate, denominate DZ e NG. Successivamente è stato applicato il modello RothC per simulare scenari sulla variazione del Soil Organic Carbon (SOC) e valutare in che misura le diverse pratiche agronomiche di gestione del suolo influenzino la variazione del SOC e la relativa emissione di CO2. Infine, i risultati dell’LCA sono stati integrati con quelli del modello RothC. Gli esiti dell’LCA indicano che, generalmente, sui diversi aspetti ambientali l’azienda DZ ha impatti superiori a quelli di NG soprattutto a causa di un maggiore utilizzo di fertilizzanti e pesticidi. Per quanto riguarda il contributo al riscaldamento globale (GWP), DZ mostra un impatto circa doppio di quello di NG. Il modello RothC ha individuato quali pratiche culturali aumentano il SOC mitigando le emissioni di CO2eq., in particolare: l’inerbimento perenne, la scelta di forme di allevamento con elevata produzione di residui culturali e l’utilizzo di ammendanti. L’integrazione dei valori dei due strumenti ha permesso di ottenere un bilancio globale di CO2eq. in cui le emissioni totali rispetto al GWP aumentano in DZ e diminuiscono in NG, portando a un impatto di DZ circa tre volte superiore rispetto a quello di NG. Fertilizzazione, potatura e lavorazione del suolo sono pratiche considerate nel calcolo del GWP in termini di consumo ed emissione dei processi produttivi, ma non come input di carbonio fornibili al suolo, determinando sovra o sottostima delle effettive emissioni di CO2eq. Questo studio dimostra l’utilità di incentivare la diffusione dell’applicazione integrata dei due strumenti nel settore viticolo, determinante per la comprensione e quantificazione delle emissioni di CO2 associate alla fase di coltivazione, sulla quale quindi indirizzare ottimizzazioni e approfondimenti.

Studio sperimentale di una pompa di calore elio-assistita a CO2 per la climatizzazione e la produzione di acqua calda sanitaria

Il seguente lavoro di tesi ha come obiettivo lo studio delle prestazioni energetiche di una pompa di calore elio-assistita, reversibile e multi-sorgente, la quale combina la tecnologia delle pompe di calore aria-acqua con quella dei collettori solari ibridi termo-fotovoltaici. L’impianto oggetto di studio è situato presso il centro di ricerca ENEA Casaccia ed è stato sviluppato con lo scopo di soddisfare la richiesta di riscaldamento/raffrescamento e produzione di acqua calda di un edificio residenziale o commerciale. In questo elaborato si è analizzato il funzionamento invernale della pompa di calore finalizzato alla produzione di acqua calda sanitaria, confrontando due modalità operative differenti con diverse impostazioni di lavoro della frequenza del compressore e della valvola di laminazione. L’elemento distintivo delle due modalità operative è il componente avente la funzione di evaporatore in quanto in una modalità è stata impiegata una batteria alettata con ventilazione forzata, mentre nell’altra un campo di pannelli termo-fotovoltaici. I risultati ottenuti dalle prove sperimentali hanno evidenziato migliori prestazioni della pompa di calore con i collettori ibridi termo-fotovoltaici, in caso di presenza di elevati valori di irraggiamento solare. Elemento di innovazione dell’impianto sperimentale è l’utilizzo del fluido naturale R744 (CO2) come refrigerante il quale viene sfruttato anche per raffreddare le celle fotovoltaiche comportando in questo modo, un doppio effetto utile all’impianto stesso: miglioramento del rendimento elettrico dei collettori solari e contemporaneamente un incremento della temperatura di evaporazione con conseguente beneficio sulle prestazioni della pompa di calore.

Produzione di biogas dagli scarti della lavorazione dell’alga ulva lactuca coltivata in mare aperto

Il presente lavoro si pone tre obiettivi: studio dei possibili utilizzi del sottoprodotto algale di Ulva L., a valle di un processo di estrazione dell’azienda South Agro srl che produce biofertilizzanti da alghe; digestione anaerobica del sottoprodotto, presso i laboratori dell’Università di Bologna, per determinarne il BMP; analisi costi-benefici per tre scenari diversi per un impianto a biogas di piccola taglia. Il primo obiettivo, è stato conseguito tramite una panoramica bibliografica delle vie di biovalorizzazione della biomassa Ulva L. Emerge che Ulva L. presenta numerose potenzialità dall’ambito alimentare ai chemicals, dall’ambito energetico a quello dei fertilizzanti. In questo lavoro esploreremo la conversione per valorizzazione energetica. Per il secondo obiettivo, è stato effettuato lo studio del potenziale biochimico del metano del residuo dell’azienda: ha prodotto una quantità di metano inferiore alla quota minima emersa dalle ricerche, che incrociano valutazioni del BMP alle fattibilità economiche di transformazione per la produzione di biometano. Questo suggerisce una possibile digestione anaerobica con un feed costituito da diversi residui algali a disposizione della stessa azienda, dato che tratta tre macroalghe. Considerando un valore di BMP di 180 Nmq / t SV, corrispondente a un feed di 3,3 t/g proveniente da tre alghe diverse, emerge una potenzialità di biometano prodotto economicamente possibile per un impianto a biogas di piccola taglia. Per il terzo obiettivo, è stata effettuata un’analisi costi-benefici tramite MATLAB e fogli Excel, basate su ricerche di impianti a biogas di piccola taglia e applicazione degli incentivi vigenti dalle normative. Il tutto è servito per creare tre scenari diversi (100, 200 e 300 kWel) che avvierebbero diversi benefici a livello territoriale, oltre che per l’azienda in questione: efficientamento energetico, economici, ambientali, simbiosi industriale e anche di avviamento di processi d’economia circolare.

Progettazione di un impianto per la produzione di idrogeno verde

Uno studio sulle tecnologie attuali per la produzione di idrogeno, comprensive di membrane per gli elettrolizzatori e stato dell'arte di esse. Assieme a questo una breve valutazione numerica di un impianto con relative componenti.

Nucleosintesi stellare e produzione di elementi chimici nelle stelle

Le stelle sono i corpi celesti fondamentali per comprendere l'evoluzione del nostro Universo. Infatti, attraverso processi di fusione nucleare che avvengono al loro interno, nel corso della loro vita le stelle producono la maggior parte dei metalli che popolano la tavola periodica, non presenti all'inizio della vita dell'Universo e la cui presenza è attribuile soltanto alla nucleosintesi stellare. In questa tesi viene trattato questo aspetto, ovvero la produzione di elementi chimici nelle stelle, seguendo in ordine cronologico le principali fasi della vita delle stelle stesse. Nel primo capitolo sono fornite delle informazioni generali sulle reazioni termonucleari, che sono alla base della vita delle stelle e della produzione di molti elementi chimici. Successivamente, vengono approfondite le catene di reazioni termonucleari che consentono la fusione dell'idrogeno in elio all'interno delle stelle, ovvero la catena protone-protone e il ciclo CNO. Nei capitoli seguenti sono state analizzate le reazioni termonucleari di fusione dell'elio in carbonio, note come processo 3-alfa, e di elementi più pesanti, quali carbonio, neon, ossigeno e silicio, che avvengono quando la stella è ormai una gigante o supergigante rossa. Infine, nell'ultimo capitolo viene descritto come, nelle fasi finali della loro vita, le stelle riescano a produrre elementi più pesanti attraverso processi di cattura neutronica, per poi rilasciarli attraverso le esplosioni di supernove, arricchendo significativamente il mezzo interstellare.

Analisi ed efficientamento di un impianto tecnologico di lavorazione a freddo delle lamiere per la produzione di elettrodomestici in serie: il caso Electrolux S.p.A.

L'elaborato di tesi prende in esame il processo di produzione della linea “Pordenone”, in funzione nello stabilimento forlivese, di Electrolux S.P.A., azienda leader mondiale nella produzione di elettrodomestici e apparecchiature per l'uso domestico. Ragione del presente studio è l’acquisizione dell’opportuna comprensione del funzionamento dell’impianto al fine di individuare le inefficienze, le causali di fermata per la pianificazione della produzione o per gli interventi di manutenzione correttiva dei guasti, in modo da poter suggerire azioni di miglioramento. Per monitorare il processo di produzione è stato applicato all'oggetto di indagine lo studio del diagramma di Pareto, che ha permesso di evidenziare le principali causali all'origine della riduzione di produttività. Oltre a suggerire ipotesi di azioni di miglioramento, si è sottolineata l'importanza del coinvolgimento motivazionale degli operatori nelle procedure di lavoro, e l'opportunità di una maggiore implementazione del sistema informatico. Ragioni di carattere economico o di sicurezza dell'operatore, non hanno permesso di accogliere alcuni suggerimenti proposti, mentre sono state apportate migliorie nella produzione attraverso la riduzione delle fermate di lavoro. Nell'attuale clima di incertezza produttiva e di calo di domanda da parte di alcuni mercati, non è facile elaborare strategie di produzione innovative, tali da garantire la qualità del prodotto offerto e i risultati economici attesi, nel rispetto autentico dell'ambiente della collettività. Tuttavia, si ritiene che le informazioni generate da un adeguato monitoraggio del sistema offrano la possibilità di guardare avanti verso i progressi, piuttosto che concentrare la propria attenzione sulle opportunità mancate, e che le stesse informazioni possano trasformare l'agire dalla reattività (azione dopo il fatto) alla proattività (agire in anticipo) per migliorare efficacemente il processo di produzione.

La produzione di valore tra passato e presente: peculiarità e implicazioni del progresso tecnologico

L'obiettivo di questa tesi è quello di analizzare la struttura della società odierna, alla luce delle influenze e modifiche apportate dall’avvento dell'informatica e mostrare come, in generale, il progresso tecnologico abbia profondamente cambiato il nostro modo di vivere. L'introduzione dei computer, l'avvento dell'era digitale e di internet hanno segnato un profondo cambiamento nella storia moderna. In questa tesi andremo prima ad analizzare il capitalismo cognitivo, che vede, al centro della produzione di valore, non più il tempo, ma la conoscenza. Verranno indagati ed esposti i vari aspetti e gli elementi fondamentali della nuova dimensione immateriale, che si è venuta a creare con l'avvento del mondo digitale. Successivamente, viene analizzata la nuova struttura delle imprese, come esse si sono evolute e come si dovrebbero evolvere, per ottimizzare le proprie risorse e adattarsi al nuovo sistema economico sociale. Particolare attenzione verrà posta al nuovo ruolo dei manager e alla produzione sociale. Nel terzo capitolo, vengono analizzati i cambiamenti che sono avvenuti negli ultimi anni all'interno della società; illustreremo il nuovo modo di lavorare, che prevede l'uomo affiancato costantemente dalla tecnologia, e l’apporto dell’intelligenza artificiale al cambiamento della società nei suoi diversi aspetti. Saranno esposte le nuove problematiche emergenti, sia in abito giuridico che etico, conseguenti alla creazione di scenari economico-sociali di cui, prima della rivoluzione tecnologica, non si immaginava nemmeno l'esistenza. Per concludere, vengono presentate le sfide che la politica deve e dovrà affrontare per controllare le nuove dinamiche economiche e le situazioni di monopolio globale che si sono create. Verranno analizzate problematiche e possibili soluzioni, nonché le implicazioni che il progresso tecnologico ha avuto sulla circolazione delle informazioni e di conseguenza sulla percezione della realtà da parte del consumatore.

Studio del parametro di coalescenza e caratterizzazione della sorgente nella produzione di (anti)nuclei in collisioni ad alte energie

In questo lavoro di tesi è stato approfondito il modello di coalescenza, ampiamente utilizzato in letteratura per descrivere la formazione di (anti)nuclei leggeri in collisioni ad alta energia negli acceleratori e di antinuclei cosmici, con applicazioni alle ricerche indirette di materia oscura nell’universo. Nello specifico, è stato studiato il parametro di coalescenza per (anti)nuclei con numero di massa A ≤ 4; utilizzando un fit ai dati dell’esperimento ALICE a LHC sulla dimensione della sorgente di protoni in collisioni pp a √s = 13 TeV, si è cercato di esplicitare la dipendenza del parametro di coalescenza dall’impulso trasverso. Dal confronto delle previsioni del modello così ottenuto con le misure del parametro di coalescenza raccolte da ALICE, si osserva che il parametro di coalescenza di d e 3He non segue l’andamento previsto. Questo risultato evidenzia quindi la necessità di rivedere il modello di sorgente adottato o i suoi limiti di applicazione a diversi sistemi di collisione. In vista della possibilità di implementare il meccanismo di formazione per coalescenza nei generatori Monte Carlo per la simulazione degli antinuclei, si è tentato di caratterizzare la sorgente di protoni attraverso l’utilizzo del generatore PYTHIA 8.3. In particolare, è stata effettuata un’analisi delle coordinate spaziali, della quantità di moto e del tempo di produzione dei protoni a rapidità centrale generati in 10^5 collisioni pp. I grafici ottenuti mostrano che la sorgente è sostanzialmente isotropa.

Analisi e ottimizzazione strutturale di una pressa di colaggio per la produzione di sanitari

L'odierna volatilità dei costi delle materie prime e il generale aumento dei prezzi legati all'energia, rendono necessario lo sviluppo di strategie atte a contenerne le conseguenze, in modo particolare all'interno delle innumerevoli realtà industriali che risultano inevitabilmente coinvolte. Il seguente elaborato è incentrato sull’analisi del funzionamento di una pressa per il colaggio di articoli sanitari in ceramica e sulla ricerca di soluzioni costruttive alternative del telaio della macchina che garantiscano le medesime prestazioni dell’originale ma con un’eventuale diminuzione sul costo di produzione. Ai fini dell’analisi vengono sviluppati una serie di modelli matematici (sia analitici che basati sui metodi numerici) con l’obiettivo di studiare lo stato deformativo e tensionale della macchina, valutare le condizioni di carico a cui sono soggette le varie giunzioni (saldate e bullonate) e individuare eventuali criticità. Il medesimo approccio è utilizzato nell’analisi delle soluzioni alternative sviluppate all’interno dell’elaborato. Su di esse viene poi svolta una stima dei costi di produzione da confrontare con i costi relativi agli equivalenti semilavorati presenti nella struttura originale, in modo da individuare e valutare un eventuale vantaggio in termini economici.

Studio di fattibilità per la valorizzazione di reflui liquidi in un impianto di produzione di fine chemicals

Il progetto di tesi è stato svolto all’interno della divisione logistica dello stabilimento BASF Italia s.p.a. situato a Pontecchio Marconi (BO). L’elaborato tratta lo studio di fattibilità per la valorizzazione di reflui liquidi in un impianto di produzione di fine chemicals volto principalmente al miglioramento della separazione tra liquidi immiscibili all’interno delle cisterne del parco reflui del sito. La prima fase dello studio si è concentrata nella valutazione dello stato dell’arte nell’attuale gestione dei reflui in sito, che ha visto la sua prosecuzione naturale nel campionamento degli stessi per la caratterizzazione chimico-fisica. A seguito dello screening tecnologico e in funzione dei risultati ottenuti dalle analisi, sono stati individuati i processi più idonei per la finalità descritta. Infine sono stati contattati alcuni fornitori per svolgere delle prove con impianti pilota con l’obiettivo di ricavare dei risultati rappresentativi di un processo industriale. Lo studio di fattibilità si è concluso con il confronto tra le soluzioni individuate, evidenziando i diversi aspetti di carattere tecnico-economico-ambientale e illustrando gli svantaggi e i vantaggi di ognuna delle tecnologie.

Analisi delle potenzialità di produzione di una linea di processo

L’obiettivo della tesi è l’analisi delle potenzialità di produzione di una linea di processo dell’azienda Basf, trovando i colli di bottiglia e proponendo delle modifiche per migliorare il processo, sia in efficienza che in volumi prodotti. L’impianto è suddiviso in tre sezioni: sintesi, estrazione e distillazione del prodotto P1. Produrre maggiori quantità di P1 è fondamentale per mantenere lo stabilimento al passo con le richieste del mercato. Lo studio è stato caratterizzato dall’analisi delle apparecchiature della linea nelle condizioni di esercizio e da verifiche secondo le portate attuali; successivamente sono state valutate delle modifiche, intere o parziali, della sezione di distillazione. Le proposte si differenziano nell’investimento necessario, esse sono definite: "low cost”, “high cost 1”, “high cost 2”. La prima opzione equivale ad un classico revamping, in cui vengono sostituiti i riempimenti delle colonne di distillazione per migliorare l’efficienza fluidodinamica e assicurare un punto di esercizio sotto il limite dell’ingolfamento. La proposta high cost 1 suggerisce, invece, oltre ai riempimenti strutturati, la sostituzione di una colonna con un’altra di diametro maggiore nella sezione di esaurimento. La terza proposta prevede di modificare la quasi totalità della linea di processo, effettuando uno scambio delle tre colonne di distillazione, in cui la minore viene eliminata, con l’installazione di una terza di dimensioni superiori. Ogni proposta permette di ottenere delle quantità di P1 maggiori generando un beneficio economico stimato con il Valore Attuale Netto, il punto di ritorno e il Tasso Interno di Rendimento. Per ridurre la necessità di vapore e acqua di torre è stato valutato un recupero energetico che ha come ulteriore beneficio la diminuzione delle emissioni di CO2 in atmosfera. L’elaborato si conclude con la scelta della proposta più conveniente sulla base dei criteri sopra citati e della possibilità realistica di implementazione.

Sbottigliamento di un processo per la produzione di additivi per plastiche

Il presente elaborato descrive il lavoro svolto durante l’attività di tesi volta allo sbottigliamento di uno specifico step di una linea produttiva di additivi per plastiche. In una prima fase del progetto è stato studiato il processo di riferimento, con un focus particolare sulla sezione d’interesse. Sono state approfondite le modalità di conduzione dell’impianto, sono state individuate le criticità e i bad actors della linea ed è stata effettuata un’analisi dei trend e dei dati tramite l’uso di tools informatici come TrendMiner, Pi Vision e MiniTab. Il tutto è stato consolidato con la consultazione quotidiana del DCS. In questo modo sono state individuate le fasi limitanti del collo di bottiglia. In un secondo stadio sono state proposte modifiche tecnologiche volte all’ottimizzazione delle fasi critiche individuate. In questo è stato fondamentale il confronto con fornitori di strumentazione ed apparecchiature, process safety engineers, nonché l’implementazione di prove su piccola e grande scala per la valutazione della fattibilità tecnica di alcune proposte. Infine, sono state valutate due soluzioni di sbottigliamento. È stato realizzato uno studio di fattibilità economica con un’accuratezza del 30% e, insieme a valutazioni di carattere tecnico, è stata proposta l’alternativa migliore.