Energie rinnovabili e tecnologie "low carbon" per la produzione di biocombustibili sostenibili in paesi in via di sviluppo: il caso della Jatropha Curcas. Progetto per l'autonomia energetica di una scuola e di un ambulatorio medico in Tanzania e Madagascar.

Le tematiche che saranno affrontate all’interno del mio elaborato toccano diversi temi sensibili, tutti relativi all’ambiente e alla sua conservazione. Nella prima parte della tesi parlerò di riscaldamento globale, cambiamento climatico ma soprattutto di energie rinnovabili, in particolare l’energia da biomasse. Nella parte centrale la lente di ingrandimento verrà posta sui diversi tipi di energia e sulle relative tecnologie. Mi concentrerò prevalentemente sugli oli vegetali a scopo energetico descrivendo le principali colture e le tecnologie di estrazione. Proseguirò quindi con un excursus sulla Jatropha Curcas descrivendo in dettaglio le caratteristiche di tale coltura in termini di arboricoltura e utilizzi energetici. L’ultima parte dell’elaborato sarà dedicata all’esposizione di due casi applicativi riguardanti la Jatropha Curcas, in particolare il dimensionamento energetico di una scuola e di un ambulatorio medico in Tanzania e Madagascar.

Piano di adattamento ai cambiamenti climatici della citta di Bologna. L'ambito del fiume Reno come sfida e opportunità verso una citta resiliente.

Questa tesi muove dal Piano di Adattamento ai Cambiamenti Climatici che il Comune di Bologna sta costruendo insieme ad altri tre partners attraverso il progetto life + BLUEAP. L’obiettivo della tesi è quello di presentare le evidenze attuali dei cambiamenti climatici nella situazione locale bolognese e vedere come la pianificazione urbanistica possa avere un ruolo importante nel prevenire e rallentare questi effetti e limitarne gli impatti a qualunque scala si intervenga; sia a livello di progetto urbano sia di politiche integrate ai piani urbanistici, si può tendere verso scelte “clima consapevoli”. Presenterò anche, quindi, una soluzione progettuale con comparazione del grado di resilienza dell’area prima e dopo l’intervento. L’ambito di studio e di progetto scelto è quello del fiume Reno, nel suo tratto di attraversamento urbano, perché mostra una serie di criticità legate al cambiamento climatico, rendendo evidenti i punti deboli e il livello di resilienza del sistema.

Valutazione della vulnerabilità costiera nell'area ravennate: il caso di Marina di Ravenna e foce Bevano

La tesi tratta di un concetto che negli ultimi anni sta diventando sempre più importante e per questo, deve essere studiato e analizzato: la vulnerabilità costiera. In generale per vulnerabilità si intende il carattere di chi o di ciò che è vulnerabile, ossia la sua predisposizione ad essere colpito, attaccato o danneggiato. Viene anche definita come l’attitudine di un dato elemento o contesto territoriale a supportare gli effetti di un evento dannoso in funzione dell’intensità dell’evento stesso. Questa nozione, in particolare, verrà applicata all’ambito costiero; pertanto si parlerà di vulnerabilità costiera dell’area ravennate. La vulnerabilità costiera è definita come il grado a cui un sistema costiero è suscettibile agli effetti negativi del cambiamento climatico, inclusi la variabilità climatica e gli eventi estremi. Negli ultimi decenni si è giunti alla conclusione che le manifestazioni meteo-marine di estrema entità hanno avuto la tendenza a svilupparsi con maggiore intensità e frequenza (es.: mareggiate). Questo è il motivo per cui la trattazione verterà su tale argomento, al fine di presentare, chiarire e rendere più esplicita questa tematica, sempre maggiormente presente nella realtà di tutti i giorni. Nei due siti di interesse: Marina di Ravenna e foce Bevano, sono stati effettuati due transetti, da cui sono stati estratti i relativi profili topografici, sui quali è stato calcolato il Dune Safety Factor, considerando i diversi valori di sopraelevazione marina totale.

Studio di una strategia locale di adattamento ai cambiamenti climatici: il caso dei Comuni della Romagna Faentina registrati EMAS.

Il cambiamento climatico è un fenomeno in atto a livello globale, oggi scientificamente dimostrato, irreversibile nel breve periodo, i cui effetti hanno già provocato nel Mondo ingenti perdite sociali, economiche ed ecosistemiche. Il fattore di incertezza che permane riguarda il modo in cui evolverà il clima nel futuro, che a sua volta dipende dalle quantità di gas climalteranti che continueranno ad essere immesse in atmosfera, e di conseguenza la tipologia e la dimensione degli impatti che potranno verificarsi. Di fronte all’inevitabilità del problema e dei rischi che ne derivano, l’uomo può adattarsi, come per sua natura ha sempre fatto di fronte a condizioni esterne – anche climatiche – avverse. Le strategie di adattamento al cambiamento climatico, secondo un approccio bottom-up, mirano a ridurre la vulnerabilità dei sistemi esposti alle variazioni del clima, rendendoli più preparati ad affrontare il futuro. Oltre ai fattori climatici vi sono altri elementi che incidono in modo determinante sulla vulnerabilità: sono tutte le variabili interne e specifiche di un sistema che ne definiscono il grado di sensibilità verso un potenziale danno. Lo studio ha focalizzato l’attenzione su tre Comuni dell’Appennino Faentino al fine di capire come il cambiamento climatico influisce sulle criticità naturali già esistenti e sulla vita dell’uomo e le sue attività e, conseguentemente, quali azioni potranno essere messe in atto per limitare il pericolo e i potenziali danni.

Caratterizzazione sperimentale dell'efficienza di batterie al gel di piombo

Fino a pochi anni fa l’economia dei paesi più sviluppati non teneva in nessun conto l’esauribilità delle risorse del pianeta. La crescita dei paesi cosiddetti emergenti ci ha messo di fronte ad un problema enorme: ciò che la terra produce non è più sufficiente per i consumi di tutti. In particolare è aumentato a dismisura il fabbisogno energetico di questi paesi: per soddisfarlo ogni risorsa viene utilizzata senza tenere conto degli effetti inquinanti. Si cominciano già a vederne i primi, di cui il più evidente è il cambiamento climatico, che può portare a veri e propri scompensi ambientali anche nel breve periodo fino a vere e proprie catastrofi (se l’aumento di temperatura supererà i 3°C). Questo problema non è risolvibile istantaneamente ma è fondamentale cominciare a fare qualcosa: un sistema di incentivi che promuova il rinnovabile e adottare nuovi sistemi di sfruttamento dell’energia. In tale ambito sono stati fatti grandi passi, ma bisogna continuare in questo senso. Risulta quindi fondamentale l’utilizzo di energie rinnovabili, che hanno il grande vantaggio di non essere inquinanti ma allo stesso tempo, non essendo programmabili, per poterle sfruttare al meglio e in modo istantaneo necessitano di sistemi di accumulo che permettano all’utente di soddisfare immediatamente la richiesta. Studiamo quindi il comportamento di un sistema di approvvigionamento alimentato da fonte rinnovabile non programmabile per la produzione di idrogeno, che permette un semplice stoccaggio in bombole a una pressione relativamente bassa (10 bar), consentendone l’utilizzo sia come idrogeno purissimo che in un metanatore. In particolare verificheremo il comportamento del sistema di accumulo a gel di piombo; per ottenerne il miglior rendimento, ricercandone la migliore efficienza e le curve di funzionamento. Per ottenere la migliore efficienza del sistema occorre che i componenti vengano progettati, studiati ed utilizzati nelle più performanti condizioni di lavoro.

Analisi dei profili di tensione e dei flussi di potenza in diversi tipi di reti di distribuzione in media e bassa tensione mediante il software OpenDSS

La teoria secondo la quale vi sia una forte interconnessione tra cambiamento climatico ed emissioni di gas serra è via via più radicata all’interno della comunità scientifica internazionale. La certezza che la richiesta di energia a livello mondiale non possa che aumentare, unita con le preoccupazioni causate dal cambiamento climatico ha indirizzato parte dei cosiddetti paesi “sviluppati” verso politiche volte all’efficienza energetica e alla produzione di energia attraverso fonti rinnovabili. In seguito a queste decisioni il sistema elettrico nazionale si trova in una fase di rapido cambiamento; in particolare le maggiori problematiche, legate alla rete di distribuzione, sono originate da un fenomeno di diffusione su larga scala della generazione distribuita. In questo contesto, nel presente lavoro di tesi, ci si serve del software openDSS per osservare gli ammodernamenti che la rete ha subito e subirà in futuro. In primo luogo viene trattata una rete, prettamente passiva, in bassa tensione che vuole essere lo specchio di ciò che era la rete prima della diffusione della generazione distribuita. Vengono evidenziati in particolare i profili delle tensioni lungo la rete di distribuzione e le potenze circolanti in rete. Viene successivamente studiata la prima rete con l’aggiunta di generatori, volti a simulare il comportamento di pannelli fotovoltaici, evidenziando alcune le problematiche causate dalla GD su una rete non adatta a sopportarla. Infine viene mostrato come la presenza di alcuni accumulatori (modellizzati per simulare il comportamento di veicoli elettrici) possa migliorare le condizioni della rete. L’obiettivo non è quello di condurre delle simulazioni di reti realmente esistenti e di studiare diversi modelli di sviluppo per esse, bensì quello di creare una rete di prova all’interno del software al fine di analizzare qualitativamente come la rete sia mutata e come possibili scenari potrebbero modificarla in futuro.

Effetto del muro di coronamento sulla portata di tracimazione a tergo di opere marittime

Le zone costiere appartengono alle aree con alta densità di popolazione, nonostante queste regioni siano le più vulnerabili al rischio di onde violente da tempesta e alla tracimazione di esse. In aggiunta, a causa del cambiamento climatico e all’innalzamento del livello del mare, si prevede un incremento nel numero e nell’intensità di tempeste violente. Come risultato, un grande quantitativo di acqua può tracimare, ciò porta all’instabilità e all’allagamento dell’eventuale opera atta alla protezione della costa, un disastro per la sicurezza della popolazione e per l’economia della zona. Per risolvere queste problematiche si è scelta una geometria tipica di difesa della costa e si è compiuta un’analisi di sensitività del modello, analizzando se al variare dei parametri caratteristici del muro paraonde e del relativo parapetto, il modello avverte una variazione della portata di tracimazione. Attraverso questo studio si vuole scoprire qual è la configurazione di cresta che da un punto di vista progettuale è il compromesso migliore tra efficacia della riduzione della portata e sollecitazioni accettabili.

Resine bio-based da oli vegetali: applicazioni industriali in prodotti vernicianti rinnovabili a basso impatto ambientale

La tesi riguarda lo studio di resine polimeriche derivanti da oli vegetali, impiegabili come leganti nei prodotti vernicianti per l’edilizia ed altri settori. I prodotti vernicianti plant-based sono stati confrontati con altri prodotti attualmente commercializzati, provenienti da fonti fossili. Considerata la produzione ingente dei prodotti vernicianti su base mondiale (8,31 kg/persona) sarebbe determinante impiegare delle fonti rinnovabili per garantirne una produzione sostenibile, diminuendo l’inquinamento, ritardando l’esaurimento del petrolio e riducendo le emissioni di CO2 e di conseguenza l’effetto serra ed il cambiamento climatico. Sono state trattate, quindi, alcune vie di sintesi “green” di leganti poliuretanici ed epossidici per prodotti vernicianti ad elevate prestazioni. Gli oli vegetali sono stati scelti come materie prime in quanto relativamente economici e disponibili in grandi quantità, risultando adatti per produzioni su scala industriale. Sono inoltre riportati i metodi di formulazione di uno smalto opaco bio-based per esterni (ad es. infissi e staccionate) e una vernice opaca per parquet (interni). Le formulazioni sperimentali sono state poi caratterizzate e confrontate con altri prodotti fossil-based presenti in commercio. I prodotti vernicianti sono stati sottoposti a test di brillantezza (gloss), adesione, presa di sporco, durezza, resistenza all’abrasione e resistenza chimica.

Vigneti tolleranti alla siccità attraverso la biodiversità

La ricerca per lo sviluppo di strategie agronomiche in grado di contrastare il cambiamento climatico nei sistemi viticoli rappresenta una priorità del settore produttivo e della formazione. Il lavoro di tesi ha approfondito le conoscenze su esperimenti di gestione agroecologica nel suolo in sistemi viticoli con trifoglio brachicalicino lungo il filare e sulla nell’interfilare. La consociazione con trifoglio brachicalicino, leguminosa annuale autoriseminante che disseca nel periodo estivo, ha migliorato lo stato idrico del suolo e delle viti, incrementato sensibilmente le rese produttive e ridotto le anomalie di maturazione in annate caratterizzate da marcata siccità estiva. L’introduzione della sulla, leguminosa perenne dotata di apparato radicale fittonante in grado di esplorare gli strati profondi del suolo, può migliorare ulteriormente la tolleranza delle viti alla siccità, anche attraverso il fenomeno della ridistribuzione idraulica. Le strategie agroecologiche in grado di contenere gli effetti e contrastare le cause del cambiamento climatico nei sistemi viticoli implicano una maggior conoscenza della biodiversità, non soltanto di quella viticola, attraverso la ricerca scientifica, il sapere rurale, il pensiero sistemico.

Viticoltura virtuosa e resiliente in un faro Agroecologico della Romagna

L’elaborato sperimentale è stato condotto in un giovane vigneto di Grechetto Gentile in fase di allevamento, presso il Faro Agroecologico Cantina Bulzaga (Brisighella, RA), un’azienda biologica che adotta strategie di gestione agroecologiche. Il lavoro ha messo in luce i molteplici vantaggi della gestione agroecologica in un contesto pedoclimatico caratterizzato dalla scarsità di risorse idriche, accentuata dai cambiamenti climatici. I riscontri sperimentali hanno fatto emergere quanto sia importante il ricorso a specifiche consociazioni, incentrate sulla biodiversità funzionale, per la creazione di ecosistemi resilienti ai cambiamenti climatici e il miglioramento dell’acquisizione delle risorse naturali dal suolo. La presenza di trifoglio brachicalicino (leguminosa annuale autoriseminante) lungo il filare ha determinato un significativo aumento della produzione e della crescita vegetativa delle giovani viti. Gli effetti riscontrati sono riconducibili alla maggiore disponibilità di azoto nel suolo e al miglioramento dello stato idrico, un aspetto già evidenziato in vigneti adulti. Un altro importante risultato emerso dal lavoro di tesi è la polifunzionalità del Faro Agroecologico, che ha suscitato molto fascino e curiosità in viticoltori, studenti e cittadini, offrendo un forte impulso all’enoturismo local,e attratto anche dalla biodiversità vegetale, animale ed enologica che distingue con originalità questo Faro della Romagna.

Repertory of best practices to mitigate the effects of climate change and expand the resilience of the Built Environment.

The way we live has revealed a lot about the choices made in the last decades. These choices are mostly based on a predatory socioeconomic structure, based on the pillars of anthropocentrism and inconsistent with the principles of global sustainability. This structure based on fossil fuels degrades the environment and directly and indirectly impacts the biomes. According to The International Energy Agency (2020), the sector was responsible for more than a third of global energy consumption and 40% of total GHG emissions into the atmosphere (directly and indirectly). This thesis presents the main effects of climate change observed in the built environment and at the urban territorial scale, through a review of the state of the art of the subject in the last decade (2010-2021). The thesis breaks down the projectual process seeking to identify how the architect and urban planner can mitigate the effects of climate change, adapting existing structures or in projects, and also promoting the expansion of the resilience of these building systems.

Valutazione e gestione del rischio per i Beni Culturali: strumenti e metodologie

Il patrimonio culturale sopravvissuto fino ai giorni nostri nonostante calamità naturali ed eventi catastrofici è oggi sempre più in pericolo: gli eventi naturali, accelerati e resi ancora più distruttivi dagli effetti del cambiamento climatico, lo scoppio continuo di nuovi conflitti armati e l’inconsapevolezza con cui gli uomini sfruttano il territorio comportano un aumento dei rischi e dei possibili danni ad un patrimonio che, tuttavia, è di importanza vitale per la crescita dell’umanità. Per evitare che il patrimonio culturale venga disperso o distrutto, è necessario applicare misure di prevenzione e protezione mirate, utilizzando in maniera efficiente gli strumenti disponibili; lo scopo ultimo della prevenzione e della protezione deve essere la resilienza, che va costruita attraverso la conoscenza e l’attenta pianificazione della gestione del patrimonio. Il presente lavoro di ricerca si propone dunque di analizzare i metodi e le strategie utilizzabili per la valutazione e la gestione del rischio applicati ai beni culturali, verificando a quale livello di consapevolezza si è giunti a livello sia nazionale che internazionale, passando in rassegna le tecnologie che permettono di proteggere il patrimonio agevolando il lavoro di mitigazione del rischio e applicando un prototipo di calcolo e analisi del rischio al caso studio del Museo di Nonantola, in provincia di Modena.

Composizione dello spazio d'acqua e innalzamento del mare. Il caso del basso ferrarese.

La tesi esplora il rapporto tra architettura e acqua, concentrandosi sulle nuove sfide poste dall'innalzamento del livello del mare per i territori marginali come il Basso Ferrarese nel Delta del Po. L'acqua è stata esplorata come elemento fluente e legato alla vita umana attraverso vari aspetti, dall'abitare ai giardini di Barragan, dalle opere di ingegneria romana alle architetture galleggianti. La ricerca ha portato alla creazione di un vocabolario progettuale che comprende relazioni spaziali, funzionali, formali e percettive per sviluppare nuovi scenari futuri. La tesi considera le sfide del cambiamento climatico soprattutto in relazione all’innalzamento del mare, che richiede nuovi approcci progettuali. L'elaborazione di visioni e immaginari utopici, in cui l'acqua diventa materia del progetto, è considerata importante dalla letteratura legata all’ecological urbanism per creare nuovi territori che affrontino le sfide ambientali in modo sostenibile. La ricerca si è concentrata sul Delta del Po e sulla costa adriatica italiana come una delle aree più estese a rischio in Europa. La tesi propone un'immaginario per la composizione futura dello spazio d'acqua che consenta alla persistenza e all'elemento naturale di convivere in armonia. Attraverso esercitazioni progettuali, la ricerca ha esplorato le possibilità compositive dell'area e ha cercato di capire se il sistema di relazioni identificato nella prima fase di ricerca può essere utilizzato per definire nuove possibilità dell'area. In sintesi, la tesi propone nuove riflessioni sul rapporto tra architettura e acqua e suggerisce l'importanza di un approccio sostenibile alle sfide ambientali che devono essere affrontate nei territori marginali. L'immaginario proposto per la composizione futura dello spazio d'acqua si basa su un sistema di relazioni che incoraggia la convivenza dell'uomo con la natura.

Stima dell'impatto ambientale delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione

Nel nuovo secolo l’uomo sta cercando di affrontare le problematiche del cambiamento climatico, che purtroppo sta già provocando fenomeni di frequenza ed intensità mai visti. Fra i diversi metodi per provare a mitigare le emissioni di gas serra vi è quello di sfruttare il settore delle Informations and Communications Technologies (ICT). Complessivamente si stima che le ICT consumino l’8-10% di elettricità in Europa e che siano responsabili del 4% delle emissioni di carbonio del continente. Questo lavoro analizza la letteratura scientifica che si è occupata degli studi relativi ai consumi ed alle emissioni legate alle ICT. L’analisi dell’impatto ambientale viene svolta tramite il metodo Life Cycle Assessment (LCA). Nella prima parte di questa tesi si analizzano le impronte di carbonio di diversi prodotti o servizi degni di nota fino ad arrivare in generale a tutto il settore delle ICT. Nella seconda, si valutano gli impatti ambientali di sistemi implementati con le ICT comparati con altri considerati tradizionali. In questo studio, vengono analizzati i benefici e le criticità del metodo di valutazione LCA usato per studiare le ICT. Gli studi con questa tecnica sono basati sempre e solo su un modello matematico, per cui dipendono dalle ipotesi dello studio e sono associati ad una sostanziale incertezza che va considerata nell’analisi finale. Per questo motivo, applicando questo metodo al singolo prodotto, i risultati possono essere utili per fornire una base di dati per futuri studi, considerando, tuttavia, che non si può definire in maniera rigida l’impatto per ogni prodotto. Piuttosto, l’LCA è risultata più efficace per fare una comparazione tra scenari ICT e non ICT per valutare come si possa usare la tecnologia per mitigare l’impatto ambientale. Le ICT sono il presente ed il futuro della società ed è proprio per questo che è necessario monitorarle e svilupparle consapevolmente, perché per quanto l’impatto ambientale di esse possa sembrare basso, non è mai nullo.

Progetto DERNetSoft: design e sviluppo di un'app mobile per un futuro più sostenibile

Da anni ormai siamo inconsapevolmente "in guerra" con la natura. Sfruttiamo e sprechiamo risorse naturali senza alcuna considerazione per le conseguenze. Le città sono considerate le principali fonti dei problemi ambientali e la regolamentazione del consumo energetico urbano è fondamentale per affrontare il cambiamento climatico globale. DERNetSoft Inc, start-up californiana, ha intravisto il problema come un’opportunità per creare un proprio business il cui scopo è quello di contribuire a costruire un futuro a basse emissioni di carbonio, fornendo un servizio tecnologico scalabile e conveniente per consentire la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra a livello mondiale. Per farlo vengono utilizzati i concetti di DER Energy e Aggregation Energy. Nel volume di tesi si affrontano e descrivono la progettazione di un’applicazione mobile, multipiattaforma, sviluppata con il framework React Native. L’app sviluppata è supportata da un’architettura basata su dei micro servizi implementati tramite il cloud di Google. La principale funzionalità dell’applicazione sviluppata è quella di notificare gli utenti di un evento ELRP che, attraverso incentivi economici, promuove la riduzione del consumo energetico durante i periodi di forte stress o emergenza della rete elettrica.