Strategie di intervento per la difesa del mare e della costa dagli inquinamenti accidentali di idrocarburi

Il presente lavoro di tesi nasce dall’esigenza di comprendere e studiare come viene affrontata, e gestita, l’emergenza in mare derivante dallo sversamento accidentale, o volontario, di idrocarburi; il sistema di risposta nazionale a questo genere di emergenze si sviluppa su più livelli e per ogni livello sono individuati gli organi responsabili e i relativi compiti. Le azioni da intraprendere sono specificate negli elaborati di pianificazione redatti dall’Agenzia Nazionale di Protezione Civile, dal Ministero dell’Ambiente e della Tutela del territorio e del Mare, dalle Capitanerie di Porto Locali, dalle Province e dai Comuni; i primi 3 si occupano dell’emergenza in mare, mentre le Province e i Comuni si occupano degli interventi da attuare sulla costa in seguito allo spiaggiamento degli idrocarburi. La regione Emilia-Romagna, in particolare, non possiede elaborati di pianificazione per la gestione del rischio di inquinamento costiero; per questo motivo, sulla base delle indicazioni riportate negli elaborati di pianificazione nazionale e consultando elaborati già esistenti di altre regioni adriatiche, è stata redatta una proposta di linee guida per la redazione di un Piano Comunale d’Emergenza che preveda il rischio di inquinamento costiero. Per poter prevedere quale tecnica di bonifica sarà possibile applicare ad uno sversamento di idrocarburi, esistono software che modellano i processi chimico-fisici che la sostanza subisce con il passare del tempo. Ogni tecnica ha dei limiti sia di efficienza che di applicabilità; essi sono principalmente dovuti alle condizioni meteomarine e ai processi che la sostanza subisce nel tempo una volta sversata; la conoscenza di questi limiti permette di effettuare, nella maggior parte delle situazioni, la scelta della tecnica di intervento più appropriata ed efficiente a seconda della situazione. La tesi è strutturata come segue. Nel Capitolo 1 sono descritte le problematiche e le cause relative agli incidenti in mare che comportano il rilascio di idrocarburi in esso e gli effetti che questi hanno sull’ambiente e i cambiamenti che la sostanza subisce una volta sversata in mare. Nel Capitolo 2 sono descritte le strategie di intervento per il recupero degli idrocarburi sversati in mare e le tecniche di bonifica attuabili sulla costa impattata dallo sversamento. Nel Capitolo 3 è illustrato il sistema di risposta nazionale all’emergenza derivante dallo sversamento in mare di idrocarburi; ad ogni livello è dedicato un paragrafo del Capitolo 3. Inoltre sono presentate delle linee guida per la redazione di un Piano Comunale d’Emergenza che preveda il Rischio di Inquinamento Costiero da idrocarburi e altre sostanza nocive. Nel Capitolo 4 è illustrato il software ADIOS 2 che permette di modellare i processi chimico-fisici che la sostanza subisce quando viene sversata in mare e di simulare l’utilizzo di alcune strategie di intervento. Nel Capitolo 5 sono riportate le considerazioni conclusive e i risultati ottenuti.

Architettura cloud per lo sviluppo multi-piattaforma di Sistemi Operativi: Applicazioni specifiche

Il mondo dell’Internet of Things e del single board computing sono settori in forte espansione al giorno d’oggi e le architetture ARM sono, al momento, i dominatori in questo ambito. I sistemi operativi e i software si stanno evolvendo per far fronte a questo cambiamento e ai nuovi casi d’uso che queste tecnologie introducono. In questa tesi ci occuperemo del porting della distribuzione Linux Sabayon per queste architetture, la creazione di un infrastruttura per il rilascio delle immagini e la compilazione dei pacchetti software.

Inquinamento diffuso da nitrati di origine agricola e strategie di mitigazione per la salvaguardia delle acque sotterranee

Lo scopo di questo elaborato è quello di illustrare le possibili opzioni di mitigazione per far fronte alla problematica dell’inquinamento diffuso delle acque derivato dal rilascio di nitrati di origine prevalentemente agricola. Le opzioni di mitigazione sono necessarie ad evitare il deterioramento sia sotto il profilo qualitativo che quantitativo. Nel primo capitolo vengono presentate le normative di riferimento sia a livello Europeo che a livello Nazionale. A livello Europeo viene esaminata la Direttiva 91/676/CEE “Direttiva sui nitrati”, la Direttiva 75/440/CEE per la qualità delle acque e la Direttiva 2000/60/CEE “Direttiva quadro sulle acque”. A livello Nazionale la Direttiva 2000/60/CE è stata recepita con l’emanazione del Decreto Legislativo 152/2006. Nel secondo capitolo viene presentata una panoramica sulle possibili opzioni di mitigazione per ridurre la quantità di nitrati presenti nelle acque sotterranee e superficiali, provenienti dall’attività agricola. Queste opzioni vengono suddivise in base all’ambito in cui è possibile intervenire per migliorare la qualità dell’acqua e dell’ecosistema.

Interfaccia utente per assegnamento missioni e monitoraggio di un trattore automatico

Il presente lavoro consiste nella realizzazione di un'interfaccia utente adibita all'assegnamento di missioni e al monitoraggio remoto di un rover agricolo autonomo. Sfruttando l'informatica per la sua implementazione, tale interfaccia trova invece applicazione nel campo dell'automazione e dell'agricoltura di precisione. L'utilizzatore ha perciò la facoltà di muovere il rover in campo aperto e di demandargli missioni specifiche, ricevendo allo stesso tempo un feedback continuo sul suo operato. L'applicativo software comunica quindi in maniera bidirezionale con il veicolo controllato ed è predisposto per sfruttare diversi canali di comunicazione (antenne seriali, pacchetti udp, socket tcp). La scrittura del codice è stata seguita da una serie di prove di comunicazione con il veicolo, effettuate indoor, e infine da alcuni test completi effettuati outdoor, con il rover in movimento.

Progettazione di un sistema di Location Intelligence per una multiutility

Le informazioni di tipo geografico caratterizzano più dell'80% dei dati utilizzati nei processi decisionali di ogni grande azienda e la loro pervasività è in costante aumento. La Location Intelligence è un insieme di strumenti, metodologie e processi nati con l'obiettivo di analizzare e comprendere a pieno il patrimonio informativo presente in questi dati geolocalizzati. In questo progetto di tesi si è sviluppato un sistema completo di Location Intelligence in grado di eseguire analisi aggregate dei dati georeferenziati prodotti durante l'operatività quotidiana di una grande azienda multiservizi italiana. L’immediatezza dei report grafici e le comparazioni su serie storiche di diverse sorgenti informative integrate generano un valore aggiunto derivante dalle correlazioni individuabili solo grazie a questa nuova dimensione di analisi. In questo documento si illustrano tutte le fasi caratterizzanti del progetto, dalla raccolta dei requisiti utente fino all’implementazione e al rilascio dell’applicativo, concludendo con una sintesi delle potenzialità di analisi generate da questa specifica applicazione e ai suoi successivi sviluppi.

Catalizzatori polifunzionali per la sintesi di Metil Isobutil Chetone

In this work, we have examined the activity and selectivity of new catalysts for the single-stage production of methyl isobutyl ketone (MIBK, 4- methyl-2-pentanone) from acetone (both in liquid and gas phase), using a fixed bed reactor operated in the temperature range between 373 and 473 K. The main reaction pathways for the synthesis of MIBK from acetone are given in Fig.1. The first step is the self condensation of acetone to diacetone alcohol (DAA, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone); the second step is the dehydration of DAA to mesityl oxide (MO, 4-methyl-3-penten-2-one); the final step is the selective hydrogenation of the carbon–carbon double bond of MO to form MIBK. The most commonly observed side reactions are over-condensations and unselective hydrogenations (also shown in Fig.1). Two types of catalysts were studied: i)Pd supported on MgO-SiO2 mixed oxides with ratio of Mg to Si, synthetized using Ohnishi’s method and ii)Pd supported on alumina doped with 5% or 10% of MgO. The different Mg-Si and Mg-Al catalysts were characterized by different techniques (XRD, BET, SEM, NH3-TPD and CO2-TPD) and tested under different conditions in the condensation of acetone to diacetone alcohol and its dehydration to mesityl oxide to enhance the activity. Palladium was chosen as metal component, and its hydrogenation activity was studied. A low hydrogenation activity negatively affects the acetone conversion and promotes the production of mesityl oxide. Hydrogenation conditions being too severe may favor the unwanted hydrogenation of acetone to 2-propanol and of MIBK to methyl isobutyl carbinol (MIBC, 4-methyl-2-pentanol) but this effect is less detrimental to the MIBK selectivity than an unsufficient hydrogenation activity.

Grafene: proprietà chimico-fisiche strutturali e applicazioni innovative in campo biomedico

Il mio elaborato, partendo dalla scoperta di un nuovo materiale, il grafene, ne illustra le caratteristiche, la produzione, la distribuzione e le applicazioni. Lo studio è stato condotto tramite l' utilizzo di fonti bibliografiche e sitografiche , con lo scopo di far conoscere questo nuovo materiale e di illustrarne le potenzialità e le forme di utilizzo, in particolare in ambito biomedico. Si illustreranno nel dettaglio le sue proprietà fisiche e chimiche, descrivendo alcuni metodi sperimentali con i quali viene sintetizzato. In particolare, vedremo nel dettaglio la tecnica sperimentale di sintesi, chiamata Chemical Vapour Deposition, e il successivo trasferimento del grafene prodotto su diversi substrati adatti per la sua caratterizzazione. Inoltre, analizzeremo lo sfruttamento tecnologico di questo materiale e le varie possibilità di creare nuovi compositi. Sono state svolte alcune considerazioni non solo sugli scenari attuali, ma anche su quelli futuri, mettendo in luce le ricerche e le tecniche di produzione nell'ambito di una vasta gamma di applicazioni. Il lavoro svolto è stato possibile grazie all' interesse crescente per il grafene che ha portato, il 28 gennaio 2013, la Comunità Europea ad approvare i due più grandi progetti mai finanziati in Europa. Tra questi il Graphene Flagship Project (www.graphene-flagship.eu) che coinvolge oltre 143 gruppi di ricerca da 23 Stati Europei con un budget di 1000 milioni di euro per lo sviluppo di tecnologie e dispositivi a base grafene.

Ingegnerizzazione di materiali nanostrutturati fotocataliticamente attivi

Il lavoro oggetto di questa tesi è rivolto alla sintesi e alla caratterizzazione di materiali nanostrutturati costituiti da biossido di titanio e ossido di silicio da utilizzare come fotocatalizzatori per la depurazione delle acque. L’obiettivo è stato quello di realizzare un sistema in fase solida costituito da una matrice inerte, la silice, e una fase fotocataliticamente attiva, la nano-TiO2. Tale sistema si inserisce perfettamente nel settore di ricerca che studia la sintesi colloidale di eterostrutture nano e micro cristalline che combinano materiali diversi in un’unica particella. Il progetto nasce all’interno dell’ISTEC-CNR di Faenza, dove è stato svolto il lavoro.

Sperimentazione e validazione di nuove tecnologie per il miglioramento della shelflife dei prodotti ittici attraverso l’uso di un film edibile a base pectinica

Quando si parla di shelf life di un prodotto alimentare si fa riferimento al periodo di tempo durante il quale un prodotto mantiene le sue caratteristiche qualitative nelle normali condizioni di conservazione/utilizzo e di conseguenza può essere consumato in totale sicurezza. Gli alimenti, infatti, sono prodotti facilmente deperibili che subiscono modifiche a carico della loro composizione a causa dell’innesco di una serie di reazioni sia di tipo microbiologico che chimico-fisico, con i conseguenti rischi per la sicurezza igienico sanitaria del prodotto. Nei prodotti ittici la degradazione biologica risulta essere una delle prime cause di deterioramento dell’alimento ciò perché essi stessi sono caratterizzati dalla presenza di microrganismi provenienti principalmente dalle materie prime impiegate e dal processo di produzione/preparazione utilizzato. Durante la conservazione e lo stoccaggio del prodotto ittico, in particolare sono tre i meccanismi che determinano il deterioramento e quindi la riduzione della shelf life, ovvero: l’autolisi enzimatica (post mortem e che modifica la consistenza del tessuto muscolare favorendo inoltre la crescita microbica ed il rilascio di ammine biogene); l’ossidazione (che riduce le qualità organolettiche del prodotto alterando gli acidi grassi poliinsaturi); la crescita microbica (con produzione di metaboliti come ammine biogene, acidi organici, solfiti, alcool, aldeidi e chetoni che causano i cattivi odori) (Jiang et al. 1990, Koohmaraie M., 1996, Koutsoumanis& Nychas, 1999, Aoki et al., 1997; Bremner, 1992). Risulta quindi strategico, il poter determinare la conservabilità di un alimento verificando dal punto di vista quantitativo, come tutti i fattori che contribuiscono all’alterazione della qualità del prodotto e all’incremento del processo degradativo (popolazione microbica, attività enzimatiche, variazioni chimiche) varino nel tempo.

Analisi del comportamento di serbatoi di gas naturale liquefatto per applicazioni di propulsione navale in scenari di incendio

Il presente lavoro di tesi vuole focalizzare l’attenzione sull’impiego del GNL per la propulsione navale, analizzando aspetti legati alla sicurezza delle infrastrutture necessarie a tale scopo. Si sono considerati due diversi casi di studio: il primo riguarda un deposito costiero attrezzato per poter svolgere attività di rifornimento per imbarcazioni, mentre il secondo caso interessa una nave da trasporto passeggeri alimentata a GNL. È stata condotta un’analisi del rischio: l’identificazione dei pericoli ha seguito le linee guida proposte dalla metodologia MIMAH, oltre a sfruttare risultati di analisi HAZOP e HAZID. La stima delle frequenze di rilascio è stata effettuata con la tecnica della parts count, sulla base di valori ottenuti da database affidabilistici. La valutazione delle conseguenze è stata realizzata con il supporto del software DNV PHAST, utilizzando come riferimento i valori soglia proposti dal D.M. 9/5/2001. È stata infine impostata una modellazione fluidodinamica con lo scopo di valutare la possibilità di rottura catastrofica dei serbatoi di stoccaggio dovuta ad un’eccessiva pressurizzazione causata da una situazione di incendio esterno. Le simulazioni sono state condotte con il supporto del software CFD ANSYS® FLUENT® 17.2. Si è modellata una situazione di completo avvolgimento dalle fiamme considerando due geometrie di serbatoio diverse, nel caso di materiale isolante integro o danneggiato. I risultati ottenuti dall’analisi del rischio mostrano come i danni derivanti da un ipotetico scenario incidentale possano avere conseguenze anche significative, ma con valori di frequenze di accadimento tipici di situazioni rare. Lo studio fluidodinamico del comportamento di serbatoi di stoccaggio avvolti dalle fiamme ha evidenziato come questi siano capaci di resistere a condizioni gravose di incendio per tempi prolungati senza che si abbia una pressurizzazione tale da destare preoccupazione per l’integrità strutturale delle apparecchiature.

Effetto delle alte pressioni di omogeneizzazione sul volatiloma e profilo in acidi grassi di membrana di Listeria monocytogenes Scott A

Nella mia sperimentazione ho studiato i meccanismi di risposta, in termini di modificazione a livello delle membrane citoplasmatiche e in termini di rilascio di molecole volatili, messi in atto da Listeria. monocytogenes (Scott A) quando sottoposta in fase stazionaria a diversi trattamenti ad alta pressioni di omogeneizzazione compresi tra 0.1 e 200 MPa. I dati della mia tesi hanno consentito di evidenziare i meccanismi di risposta di un importante patogeno alimentare quando sottoposto ad una tecnologia proposta in alternativa al trattamento termico al fine di ridurre il danno termico degli alimenti preservandone le caratteristiche nutrizionali, funzionali ed organolettiche, senza effetti negativi sulla loro sicurezza e shelf-life. Inoltre, hanno dimostrato che L. monocytogenes risponde al trattamento iperbarico modificando in prima istanza la composizione in acidi grassi e producendo delle ossilipine al crescere dello stress. Alle condizioni di stress più stringenti adottate diventano fondamentali in L. monocytogenes anche la produzione di molecole volatili quali alcoli ed esteri sia per bilanciare il potenziale redox cellulare sia per eliminare molecole estremamente tossiche quali gli acidi grassi rilasciati dai meccanismi messi in atto alle condizioni meno stressanti di pressione

Membrane elettrofilate a base di miscele polimeriche per la modifica strutturale di compositi laminati

I compositi laminati presentano problematiche legate alla delaminazione, ovvero al distaccamento delle lamine costituenti, ed allo scarso smorzamento delle vibrazioni (damping). L’obiettivo del presente elaborato di tesi è lo sviluppo e la produzione di membrane nanofibrose prodotte mediante elettrofilatura di blend polimeriche per la modifica strutturale di compositi laminati al fine di migliorarne la proprietà di damping e la resistenza alla delaminazione. Particolare attenzione è stata posta all’ottimizzazione sia dei parametri della soluzione (principalmente concentrazione e sistema solvente) che dei parametri di processo (portata, voltaggio applicato e distanza ago-collettore). La morfologia delle nanofibre è stata osservata mediante microscopia a scansione elettronica (SEM), la quale ha confermato la presenza di nanofibre con diametro nanometrico (200-800 nm), e prive di difetti (beads). Inoltre, le membrane sono state caratterizzate termicamente (TGA e DSC) e meccanicamente (prove di trazione).

Design di nuovi poliesteri a base di polibutilene succinato per la preparazione di scaffold per l’ingegneria tissutale del miocardio: struttura chimica e architettura molecolare come tool efficienti per modulare le proprietà chimico-fisiche

L’ingegneria dei tessuti molli, quali il miocardio, sta sempre più emergendo come approccio alternativo alle terapie tradizionali. In questo ambito, i poliesteri costituiscono una classe di polimeri promettente, poiché le variegate strutture chimiche che li caratterizzano permettono di soddisfare un’ampia gamma di esigenze. Negli ultimi anni, l’attenzione della ricerca si è incentrata sul poli(butilene succinato)(PBS). Il PBS, tuttavia, possiede proprietà meccaniche non ottimali per l’ingegneria dei tessuti molli; inoltre i tempi di degradazione sono lunghi; ciò è dovuto al grado di cristallinità e all’idrofobicità, entrambi elevati. Nell’ottica di migliorare le proprietà non soddisfacenti di tale omopolimero, sono stati sintetizzati e caratterizzati nuovi copoliesteri alifatici a base di PBS biocompatibili e biodegradabili. In particolare, sono stati realizzati un copolimero a blocchi e uno statistico a base di Pripol 1009, un diacido commerciale (Croda), e un copolimero a blocchi a base di neopentil glicole, valutando sia l’effetto del tipo di comonomero introdotto nel PBS (Pripol 1009 vs. neopentil glicole) che quello dell’architettura molecolare (copolimero statistico vs. copolimero multiblocco). I materiali sintetizzati sono stati processati in forma di film attraverso pressofusione e di scaffold tramite elettrofilatura. Oltre alla caratterizzazione molecolare, film e scaffold sono stati sottoposti anche ad analisi termica, diffrattometrica, meccanica e a studi di degradazione idrolitica in condizioni fisiologiche. I risultati ottenuti hanno evidenziato la possibilità di modulare sia le proprietà meccaniche che la velocità di degradazione in condizioni fisiologiche. Tutti i copolimeri, infatti, presentano caratteristiche di elastomeri termoplastici e dei profili di degradazione variabili rispetto all’omopolimero, che li rendono adatti per applicazioni nel campo dell’ingegneria dei tessuti molli.

Realizzazione di sensori di posizione attraverso integrazione di fibre coassiali allineate

Il seguente elaborato presenta le varie fasi della realizzazione di sensori di posizione attraverso l'integrazione di fibre coassiali piezoelettriche allineate. Grazie all'effetto piezoelettrico diretto, un sensore piezoelettrico è in grado di rilevare l'esatta posizione della sollecitazione meccanica, confrontando le varie differenze di potenziale rilevate dagli elettrodi.

Sviluppo di un sensore elettrochimico modificato per la determinazione quantitativa di ammoniaca in fase gassosa

Oggigiorno, a causa dell’aumento delle emissioni gassose di ammoniaca, occorre far fronte alla necessità di salvaguardare l’ambiente e la salute degli esseri viventi. A tale scopo, stanno acquisendo sempre più interesse dispositivi portatili che forniscano quantificazioni accurate. Grazie alle interessanti prestazioni esibite dai transistor elettrochimici organici (OECTs) a base di PEDOT:PSS, per la quantificazione di analiti in ambiente acquoso, nasce l’idea di realizzare un sensore elettrochimico ad essi ispirato e in grado di effettuare determinazioni in fase gas. Si vuole realizzare una tipologia di sensore a due terminali che unisca l’elettronica di lettura semplificata, l’amplificazione del segnale e il basso apporto di energia necessario garantito dagli OECTs, ad una geometria adeguata anche per applicazioni non convenzionali. Tale dispositivo viene modificato tramite elettrodeposizione di particelle di IrO2 per rendere il canale polimerico sensibile alle variazioni di pH e sottoposto a dip coating in un idrogel semi-solido per garantire la presenza di un’interfaccia efficace tra il materiale sensibile e l’aria circostante in cui si vuole quantificare ammoniaca. Questo lavoro di tesi ha comportato una prima fase di progettazione del sensore, dove vengono valutati i parametri di deposizione e caratterizzazione delle particelle sintetizzate e del materiale composito finale, la corretta formulazione del substrato gel per un’interfaccia solido-gas efficace ed una seconda, dove l’attenzione è invece volta all’ottimizzazione della risposta elettrochimica e delle prestazioni del sensore, con particolare riguardo verso ripetibilità, riproducibilità delle misure, tempo di risposta e limite di rivelabilità. Al termine del lavoro si raggiunge l’ottimizzazione di un sensore elettrochimico a due terminali per la quantificazione di ammoniaca gassosa che, grazie alla sua geometria, si presta anche ad applicazioni wearable nel campo dei materiali intelligenti.