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.

Analisi della Supply Chain e mappatura degli acquisti. Caso aziendale: Termotecnica Industriale S.r.l.

Il Supply Chain Management è una rete di strutture che producono materie prime e le trasformano in prodotti finiti da consegnare ai clienti. Per gestire in maniera efficace l’impresa, l’intera struttura della catena di approvvigionamento deve seguire il flusso aziendale correttamente, in modo da non creare rallentamenti nella fornitura e causare problemi al soddisfacimento dei bisogni del cliente. Questo elaborato analizza tutte le componenti che influiscono sul successo di una supply chain, in particolare la funzione strategica degli acquisti, evidenziandone le principali problematiche che si possono riscontrare e le soluzioni che invece si possono applicare. Gli acquisti, che nascono dalla richiesta di un bisogno da soddisfare, sono da considerarsi un vantaggio competitivo e di redditività per un’azienda, in quanto incidono direttamente sul fatturato totale, motivo per cui sono stati oggetto dello studio. L’acquisto deve rispecchiare le specifiche tecniche e funzionali richieste, al fine di soddisfare i bisogni del cliente. Analizzando tale reparto presso l’azienda Termotecnica Industriale S.r.l., una Piccola Media Impresa (PMI) che si occupa di progettazione, fabbricazione ed installazione di caldaie industriali e generatori di vapore a recupero di calore, si è ricercato un nuovo modello di approvvigionamento da seguire. L’obiettivo di questa analisi è di sviluppare una strategia aziendale che gestisca in maniera corretta la catena di fornitura, ottenendo migliori condizioni contrattuali ed evitare problemi come gli acquisti a collo di bottiglia. E’ stato necessario, individuare una nuova metodologia che aiutasse i buyer a instaurare il giusto rapporto col fornitore selezionato, in funzione all’acquisto che si sta per compiere. Infatti per ogni tipologia di approvvigionamento ci sono approcci differenti da utilizzare con i fornitori per ottenere delle agevolazioni rispetto a quanto offerto in precedenza dello stesso.

Correlazione tra viscosita del cioccolato e parametri di processo e di prodotto

Lo sviluppo di questa tesi è stato quello di analizzare diversi campioni di pasta di cacao e di cioccolato liquido prelevati, rispettivamente, dai tank prima del dosaggio degli ingredienti e dal preleva campioni della conca fine concaggio. Le analisi di viscosità effettuate sui campioni hanno l’obiettivo di determinare la causa della variazione di viscosità in una particolare ricetta di cioccolato. La viscosità è una proprietà che può essere influenzata da numerosi fattori, perciò è difficile tenere sempre in considerazione tutte le variabili. Ciò che ho riscontrato durante questa ricerca è stato il fatto che la viscosità del cioccolato viene influenzata, o comunque dipende, dalla viscosità della pasta cacao. Un altro fattore importante è la distribuzione particellare del cioccolato; questa ipotesi origina dal fatto che si hanno viscosità diverse delle conche a parità di altre variabili come l’umidità, la temperatura, la percentuale in grassi o l’aggiunta di lecitina. Questo ulteriore fattore di grandezza delle particelle necessita l’ottimizzazione dei parametri di raffinazione per poter ottenere sempre la stessa distribuzione e può dipendere dalla variabilità delle materie prime (pasta cacao) o dalle dimensioni dello zucchero. I diversi fattori che possono essere presi in considerazione per la variabilità della viscosità sono la distribuzione particellare dello zucchero, che può determinare la presenza o l’assenza di grumi all’interno del cioccolato, la viscosità della materia prima della pasta cacao e la presenza di una percentuale troppo elevata di umidità o di grasso. Ci possono anche essere fattori di processo che alterano la corretta produzione del cioccolato, come il controllo non adeguato delle impostazioni degli strumenti che comporterebbe temperature o velocità scorrette di produzione, oppure la variazione della sequenza di dosaggio che consiste nell’aggiunta di un ingrediente prima o dopo di quando viene richiesto dalla specifica ricetta di quel cioccolato.

Design for repair: ottimizzazione metodologie e caso di studio sottogruppo meccanico

Negli ultimi anni si è visto un forte segnale di cambiamento culturale indirizzato verso la sostenibilità affermando sempre più efficacemente i concetti di riciclaggio, riduzione e riutilizzo. Finora il design dei prodotti si è concentrato su aspetti che sfavorivano tale approccio e piuttosto si ponevano come specifica quella di definire a priori la vita del prodotto. Infatti, si sono sempre più sviluppate tecniche di accoppiamento delle parti che una volta accoppiate non consentivano più il disassemblaggio di queste. L’obiettivo di tale elaborato è stato quello di definire, nella famiglia di metodologie chiamata Design for X, un criterio che possa valutare e guidare la progettazione in ottica più mirata verso la riparabilità del prodotto “Design for Repair”. Aumentare la riparabilità del prodotto vuol dire poter aumentare la sua longevità, così da non avere la necessità di sostituirlo con un componente nuovo causando un impatto ambientale doppio, ossia la mancata necessità sia di sfruttare risorse per la realizzazione del sostituto sia di non dover occuparsi del processo di smaltimento del prodotto sostituito.

Sistemi integrati per il monitoraggio dell’ambiente e la salvaguardia dei libri nei locali universitari

Negli ultimi anni l’evoluzione tecnologica ha avuto un incremento esponenziale; ogni anno, numerose innovazioni, hanno portato notevoli cambiamenti sulla vita dei consumatori e sul modo in cui essi interagiscono. Al giorno d’oggi, la tecnologia ha raggiunto livelli tali da renderne necessario l’utilizzo per poter soddisfare vari tipi di bisogni. In questa situazione, lo sviluppo di Internet ha consentito di poter entrare in una nuova era, quella dell’Internet of Things (IoT). Questo nuovo modello sarebbe in grado di portare grossi benefici nella vita di tutte le persone, partendo dalle grandi aziende, fino ad arrivare ai singoli consumatori. L’idea di questo progetto di tesi è di posizionare un dispositivo, in grado di poter rilevare temperatura ed umidità dell’ambiente, nei locali universitari nei quali sono immagazzinati i libri, in modo tale da poter monitorare l’andamento termico degli spazi ed eventualmente effettuare delle operazioni di ripristino della temperatura e dell’umidità per evitare il danneggiamento e il deterioramento dei materiali. In questo documento di tesi andremo ad approfondire l’implementazione del dispositivo IoT in grado di rilevare i dati dell’ambiente. Nello specifico analizzeremo l’ambito applicativo di questo dispositivo, l’implementazione del sistema su una scheda Raspberry Pi 4, sfruttando anche un componente aggiuntivo contenente in sensori necessari al funzionamento del sistema, e vedremo nello specifico anche l’implementazione della pagina Web creata per la visualizzazione dei dati. Negli ultimi anni abbiamo vissuto una grande crisi a livello sanitario e oggi stiamo passando un periodo di difficoltà economica dovuta all’aumento del costo di alcune materie prime quali elettricità e gas. I futuri sviluppi su questo progetto potrebbero portare a risolvere in piccolo alcuni di questi problemi.

Smart freight transport in urban areas: a crowd-shipping model using autonomous vehicles

L'avanzamento dell'e-commerce e l'aumento della densità abitativa nel centro città sono elementi che incentivano l'incremento della richiesta merci all'interno dei centri urbani. L'attenzione all'impatto ambientale derivante da queste attività operative è un punto focale oggetto di sempre maggiore interesse. Attraverso il seguente studio, l'obiettivo è definire attuali e potenziali soluzioni nell'ambito della logistica urbana, con particolare interesse alle consegne dell'ultimo miglio. Una soluzione proposta riguarda la possibilità di sfruttare la capacità disponibile nei flussi generati dalla folla per movimentare merce, pratica nota sotto il nome di Crowd-shipping. L'idea consiste nella saturazione di mezzi già presenti nella rete urbana al fine di ridurre il numero di veicoli commerciali e minimizzare le esternalità negative annesse. A supporto di questa iniziativa, nell'analisi verranno considerati veicoli autonomi elettrici a guida autonoma. La tesi è incentrata sulla definizione di un modello di ottimizzazione matematica, che mira a designare un network logistico-distributivo efficiente per le consegne dell'ultimo miglio e a minimizzare le distanze degli attori coinvolti. Il problema proposto rappresenta una variante del Vehicle Routing Problem con time windows e multi depots. Il problema è NP-hard, quindi computazionalmente complesso per cui sarà necessario, in fase di analisi, definire un approccio euristico che permetterà di ottenere una soluzione sub-ottima in un tempo di calcolo ragionevole per istanze maggiori. L'analisi è stata sviluppata nell'ambiente di sviluppo Eclipse, attraverso il risolutore Cplex, in linguaggio Java. Per poterne comprendere la validità, è prevista un'ultima fase in cui gli output del modello ottimo e dell'euristica vengono confrontati tra loro su parametri caratteristici. Bisogna tuttavia considerare che l' utilizzo di sistemi cyber-fisici a supporto della logistica non può prescindere da un costante sguardo verso il progresso.

Pianificazione della produzione e gestione strategica dei fornitori nel settore della moda: il caso Fabiana Filippi s.p.a.

Il presente elaborato è volto all’analisi di come viene pianificata la produzione in Fabiana Filippi spa e nello specifico al monitoraggio delle prestazioni dei fornitori di materie prime. L’attività di pianificazione della produzione viene infatti strutturata a partire dalle consegne che i fornitori confermano di riuscire a garantire; risulterebbe dunque inutile strutturare e pianificare una produzione se a monte non vengono monitorati i fornitori che ne permettono l’avvio. Proprio per questa ragione è stato introdotto uno strumento di monitoraggio dei fornitori che permetta di analizzarli completamente a 360°, sulla base di quattro parametri di riferimento: affidabilità di consegna, puntualità, qualità di consegna e rispetto delle quantità richieste. A ciascun fornitore è stata poi associata una classe (A, B, C) con lo scopo di individuare dei target minimi prestazionali che i fornitori appartenenti a ciascuna di esse devono raggiungere.Tali target minimi sono stati poi definiti a partire da un trade-off tra gli obiettivi prestazionali richiesti dall’azienda e i valori di prestazione medi ottenuti dai fornitori relativi ad una stessa classe. A partire dai valori prestazionali ottenuti di partenza (AS-IS), si è deciso di analizzare nello specifico la situazione di quattro differenti fornitori ai quali, sono state dapprima individuate le cause che determinavano un basso livello prestazionale e a partire da queste, trovate e poi applicate delle soluzioni migliorative al fine di elevare il livello prestazionale iniziale (TO-BE). I risultati ottenuti hanno permesso di dimostrare quanto sia migliorativo avere un sistema di monitoraggio continuo del livello di prestazione di fornitura che permetta dunque, qualora si registrino dei valori non soddisfacenti, di individuare delle soluzioni al fine di agevolare la fornitura e di conseguenza evitare ritardi di produzione.

Sintesi assistita al microonde di nanoparticelle Au/Pt per applicazioni catalitiche

Negli ultimi decenni la necessità di salvaguardare l’ambiente ha portato ad un importante sviluppo dei processi catalitici con particolare attenzione agli aspetti di sostenibilità e impatto ambientale. Le nanoparticelle metalliche, note per le ottime proprietà catalitiche, ricoprono un ruolo fondamentale nel settore della catalisi. Al fine di innescare effetti sinergici e ottenere catalizzatori più performanti, la ricerca si sta orientando verso lo studio di nanoparticelle bimetalliche o multicomponente. Questo lavoro di tesi presenta la sintesi di nanoparticelle di Au, Pt e AuPt applicabili in catalisi e preparate mediante un processo a basso impatto ambientale assistito da microonde. Un’estesa caratterizzazione chimicofisica dei prodotti (DLS/ELS, UV-VIS, ICP-OES, XRD; TEM-EDS) ha consentito di ottimizzare le sintesi rispetto a distribuzione granulometrica, stabilità colloidale, resa di reazione e composizione di fase. Per AuPt NPs si sono sviluppate due preparazioni finalizzate all’ottenimento di diverse nanostrutture, core-shell e leghe. Infine, le prestazioni catalitiche dei campioni preparati sono state valutate mediante idrogenazione di 4-nitrofenolo (4-NP) a 4-amminofenolo (4-AP) in presenza di NaBH4, una reazione modello utilizzata per testare l'attività catalitica di nanometalli. Il campione in lega, Au97.5Pt2.5, e il campione core-shell, Au90@Pt10, hanno evidenziato effetti sinergici positivi con una migliore attività catalitica rispetto ai monometalli.

Pesca e acquacoltura tra diversificazione e multifunzionalità

In questo lavoro di tesi,è stato descritto come le tecniche di pesca che da sempre consentono l’approvvigionamento di risorse da mari, laghi e fiumi siano state sempre più sviluppate nel tempo ed adattate per soddisfare le esigenze sempre più crescenti dei consumatori di tutto il mondo; è stato fatto un inquadramento generali sulle varie tecniche ed è stato descritto anche come però spesso tali tecniche siano dannose per l’ambiente circostante e arrechino spesso danni irreparabili ad interi ecosistemi, è stato poi riportato come abbiano causato un impoverimento delle risorse e come, se non opportunamente gestite potrebbero negli anni causare il collasso e l’estinzione di intere specie di animali. Sono state riportate le pratiche della pesca sostenibile e le soluzioni attualmente attuate per tutelare le varie specie, con riferimento particolare al caso del Tonno Rosso. È stato poi descritto come l’acquacoltura sia una pratica che tenta di contrastare, in maniera seppur marginale, il destino a cui sembrano essere condannati ambienti marini, fluviali e lacustri, è stato descritto come anche tale pratica abbia avuto un’evoluzione costante fin da tempi antichissimi e come sia stata migliorata per andare incontro alle richieste dei consumatori senza però venir meno ai principi morali e umani nei confronti degli animali, sono state illustrate le varianti di questa pratica mettendone singolarmente in luce pregi e difetti. Sostanzialmente è infine stato concluso che acquacoltura e pesca sostenibile sono le uniche pratiche che potrebbero di fatto permettere di proseguire con l’approvvigionamento di materie prime ittiche senza necessariamente rimodulare completamente le abitudini alimentari, permettendo una collaborazione tra gli habitat marini, fluviali e lacustri e le nostre necessità.

Analisi di fattibilità di accumulatore di energia domestico a volano in accordo ai piani energetici nazionali per lo sviluppo sostenibile

Nel primo punto del capitolo seguente si propone una panoramica sulla decarbonizzazione del settore energetico e si discutono i principali provvedimenti europei avviati a tal fine. Si analizza lo scenario energetico italiano e le sue prospettive future; anche l’Italia deve impegnarsi in termini di energie rinnovabili e riduzione dei gas serra. Nel settore energetico nazionale sono comprese la produzione, la trasformazione e l’utilizzo di energia elettrica. In questa fase in particolare, si studiano i dati relativi alla fase di produzione. Inoltre, si studia la dipendenza energetica dell’Italia dalle fonti fossili estere. Di seguito saranno analizzati i piani energetici auspicabili per il 2030 e per il 2050. Nel secondo punto si passa poi all’analisi dei consumi, attraverso lo studio dei consumi medi e l’approfondimento sui consumi dei principali elettrodomestici. Nella prima sezione del capito che segue vengono analizzati i principali sistemi di accumulo di energia domestica con particolare enfasi riguardo i limiti applicativi. Le batterie a litio seppur relativamente economiche hanno un forte impatto ambientale che sarebbe ammortizzato utilizzando un nuovo modello di volano (MechSTOR). Nella seconda parte del capitolo, si esamina invece la fattibilità del modello di accumulo a volano. I costi del volano verrebbero ammortizzati dal guadagno relativo all’immissione in rete di energia elettrica? L’analisi in Simulink ha permesso di lavorare con i segnali di potenza, utilizzando le curve di carico domestico e la curva di produzione fotovoltaica al fine di studiare la convenienza economica della batteria a volano.

Studio di fattibilità e simulazione termodinamica di un prototipo di pompa di calore a R290 di potenza nominale pari a 35 kW

L’elaborato presenta nel dettaglio le fasi di progettazione di un prototipo di unità idronica reversibile condensata ad aria avente come fluido refrigerante l’R290 ed una capacità frigorifera nominale in freddo di circa 35 kW partendo dalla struttura di una macchina già realizzata La progettazione è stata eseguita servendosi di un foglio di calcolo realizzato ad-hoc, presentando i metodi di bilancio per una macchina operante sia in regime di riscaldamento che raffrescamento, nonché il calcolo degli indici di efficienza puntuali e stagionali in accordo alla normativa vigente. In parallelo sono state eseguite le medesime simulazioni al calcolatore mediante l’impiego di un software tecnico di configurazione, mostrato nel dettaglio, con lo scopo di appurare l’accuratezza del software e capire se i bilanci energetici fossero stati condotti correttamente. Pertanto, nell'elaborato sono esposte le modalità con cui tale software è strutturato e come esso interagisce con i vari componenti costituenti la macchina modellata e simulata.

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.

Determinazione di composti bioattivi da campioni di oli di oliva aromatizzati

In questa tesi sperimentale verranno mostrati e discussi i risultati dell’analisi svolta in Spagna presso l’Università di Granada. L’obbiettivo è stato quello di determinare la presenza di composti bioattivi a partire da cinque campioni di oli di oliva aromatizzati prodotti presso le strutture del Campus di Scienze degli Alimenti di Cesena. Per la precisione, si sono valutati tre oli ottenuti mediante aromatizzazione per co-estrazione di olive con arance, sottoprodotti di arance e pepe nero e due campioni di controllo ottenuti per frangitura delle sole olive utilizzate anche per le co-frangiture. Sotto la supervisione di un gruppo di docenti dell’Università di Granada, i campioni sopra citati sono stati sottoposti ad una prima fase di estrazione in soluzione idro-alcolica e ad una successiva analisi esplorativa qualitativa mediante UPLC-DAD-ESI-TOF-MS. I risultati sono stati commentati in relazione alla presenza nell’olio aromatizzato di molecole a struttura fenolica e polifenolica, note per potere esplicare anche in vivo attività salutistiche, che si sono ripartite dalle materie prime vegetali impiegate in co-frangitura all’olio ottenuto. Nello specifico, è emersa la presenza di composti bioattivi peculiari dei frutti dell’olivo, in particolar modo secoiridoidi e derivati, in netta minoranza rispetto ai composti non identificati ipoteticamente derivanti dalle matrici vegetali impiegate in co-estrazione.

Make or Buy: decisioni difficili in un mercato di estrema volatilità ed incertezza. Il caso Montenegro s.r.l.

La pandemia COVID-19 ha causato una crisi della supply chain globale, con ritardi e rallentamenti nella produzione, nella distribuzione di beni essenziali e componistica elettronica dovuti alla chiusura delle fabbriche. In un momento in cui le catene di approvvigionamento globali avevano appena iniziato a “riprendersi” dopo due anni di pandemia, un altro evento geopolitico mondiale dalle grandi conseguenze ha fatto la sua comparsa, la Guerra in Ucraina. L’invasione ha causato un ulteriore aumento dei prezzi delle materie prime in quanto l'Ucraina è un importante produttore di cereali e un fornitore di materie prime come il gas naturale. In questo contesto, nasce questo elaborato che si pone l’obiettivo di dare al Gruppo Montenegro tutti gli strumenti necessari per compiere una scelta di “make or buy” in risposta ad una previsione della domanda crescente. Per raggiungere questo scopo si sono analizzate parallelamente sia la scelta “buy” sia la scelta “make”. In conclusione, alla tesi è stata proposta una soluzione che prevede tre diversi scenari, che in base all’evoluzione del mercato e dei trend globali potrà essere strategicamente d’aiuto all’azienda sulle decisioni da implementare nei prossimi anni.

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

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