Immissione di idrometano in un impianto turbogas. Studio di fattibilità in un'azienda cartiera.

Per contrastare gli effetti dell’ormai inequivocabile cambiamento climatico che sta affliggendo il pianeta, nel 2015 l’Accordo di Parigi ha fissato gli obiettivi per intraprendere il processo di decarbonizzazione del settore energetico a livello mondiale. Nell’operare tale transizione risulta fondamentale individuare soluzioni alternative, che conducano principalmente all’abbattimento delle emissioni di gas serra ed altri inquinanti, e che siano allo stesso tempo in grado di assicurare il proseguimento del progresso economico. L’idrogeno, compatibile con l’impiego in un ampio ventaglio di applicazioni, può assumere un ruolo determinante nel raggiungimento di questi traguardi. Nel presente elaborato viene dunque delineata una panoramica complessiva inerente a tale tematica, dando rilievo alle tecnologie di generazione dell'idrogeno a basso impatto ambientale, in particolare quelle riguardanti l’elettrolisi dell’acqua, realizzabili attraverso l’impiego di energia elettrica generata da fonti rinnovabili. La trattazione prosegue con la presentazione del caso di studio, incentrato sull’utilizzo di idrometano, una miscela di gas naturale addizionata ad idrogeno, per la produzione di energia tramite l’impiego di quest’ultimo all’interno di un gruppo turbogas. Viene quindi eseguita una valutazione tecnico-economica, in riferimento all’industria cartiera del gruppo Pro-Gest di Mantova, riguardante la convenienza dell’installazione di un impianto per la produzione locale di idrogeno verde, destinato ad autoconsumo all’interno di una centrale cogenerativa. Il raggiungimento della competitività economica di soluzioni di natura simile a quelle esposte in questo elaborato, basate sullo sfruttamento di risorse rinnovabili, rappresenterebbe un grande passo in avanti per quanto riguarda la realizzabilità di una completa transizione ad un sistema energetico più sostenibile.

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.

Biocosmetici innovativi ottenuti da processi di scomposizione e ricomposizione di farina di ghianda

In questo lavoro di Tesi è stato progettato un modello di bioraffineria che valorizza una matrice vegetale di scarto, la farina di ghianda, utilizzandola come materia prima per la produzione di biocosmetici ad elevato valore aggiunto. Le ghiande, lungi dall’essere uno scarto forestale privo di valore, sono una preziosa risorsa rinnovabile, disponibile a livello globale in ingenti quantità nonché ricca fonte di preziosi fitocomposti che mediante bioliquefazione molecolare possono essere resi biodisponibili e solubili in ambiente acquoso. Vengono condotte prove di bioliquefazione molecolare con preparati enzimatici commerciali diversi al fine di identificare il metodo di estrazione più adatto per ottenere il bioliquefatto con il maggiore potere antiossidante da inserire nelle formulazioni cosmetiche. Dalla scomposizione di tale materia vegetale di scarto nelle componenti principali e dalla ricomposizione delle stesse si ottengono biocosmetici che soddisfano tutti i requisiti di sostenibilità: costituiti quasi interamente da una sola materia prima di scarto, ottenuti attraverso processi biotecnologici a basso impatto ambientale e una produzione di rifiuti prossima allo zero. Mediante modellazione 3D vengono progettati prototipi di packaging cosmetici sostenibili ed ecocompatibili.

Sintesi di dimetiladipato da carbonati organici e ciclopentanone utilizzando catalizzatori eterogenei a base di zinco

Lo scopo di questo progetto è studiare e sviluppare una sintesi alternativa del dimetiladipato (DMA), a partire da ciclopentanone (CPO) e dimetilcarbonato (DMC), con l’utilizzo di un ossido misto di zinco e magnesio come catalizzatore eterogeneo. Le prove sono state svolte in fase liquida con un reattore operante in condizioni discontinue (batch). In particolare, si è investigato l’effetto di diversi parametri operativi sulla reazione quali il tempo, il rapporto molare di alimentazione dei due reagenti, il carico catalitico utilizzato, il rapporto atomico Zn/Mg nel catalizzatore e la temperatura. Una volta individuate le migliori condizioni, si è valutata la possibilità di svolgere la reazione in due step, per cercare di incrementare la resa di DMA. Inizialmente, si è studiato solo il secondo step, cioè la reazione fra l’intermedio (carbossimetilciclopentan-2-one) e il metanolo e si sono ottenute rese di DMA del 92% con un rapporto MeOH:Intermedio di 150:1. Dopo aver ricavato le migliori condizioni di tale reazione, si è svolta la reazione completa a due step e si è dimostrato che è possibile condurre il secondo step a temperature più basse rispetto al primo, per convertire l’intermedio rimasto a DMA e migliorarne la resa dal 32% al 40%.

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.

Strategie di differenziazione dei salumi fermentati

I salumi rappresentano una grande tradizione italiana, lo dimostra il fatto che l'industria suinicola nazionale è principalmente orientata all’allevamento di suino “pesante”, indirizzato proprio all'industria salumiera. L’industria salumiera moderna si trova a dover fare i conti con esigenze di mercato che possono sembrare contrastanti: da un lato si richiedono prodotti tradizionali e locali, dall’altro l’attenzione del consumatore si sta spostando verso ricette innovative, ingredienti naturali, di nicchia, salubri, etici, tracciati e a basso impatto ambientale. Alla luce di ciò, emerge la necessità di un maggiore livello di innovazione al fine di creare nuovi segmenti d’offerta in risposta ai diversi fabbisogni dei consumatori. Il presente lavoro si è posto come obiettivo quello di esaminare le strategie di differenziazione dei salumi fermentati adottate dal Salumificio DelVecchio di Cesena, discutendo le scelte aziendali in relazione alla letteratura scientifica. L’azienda, partendo da una linea di base, la Linea Tradizione, che copre tutti i principali salumi presenti sul territorio italiano, è riuscita a differenziare il proprio portafoglio intervenendo a livello di materie prime e di ricette. Sono state così realizzate la Linea Mora Romagnola, i cui salumi vengono prodotti utilizzando la carne dell’omonima razza; la Linea Bio, con 12 prodotti certificati presso l’ente CCPB - tale linea è stata ulteriormente differenziata con la proposta di 6 Salamini Boscone Aromatizzati; il Salamino Boscone Bio Fonte di Omega 3, in cui la fonte di omega-3 è data dall’aggiunta di semi di lino biologici; e la linea di salumi pre-affettati take-away pronti all’uso. Sulla base di questa analisi e della bibliografia riportata, il portafoglio del Salumificio DelVecchio, pur essendo un’azienda con un profilo soprattutto locale, risulta spiccatamente differenziato al fine di soddisfare le richieste di un’ampia gamma di consumatori.

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.

Analisi tecnica ed economica di un sistema di storage elettrochimico accoppiato ad un parco eolico

L'elaborato si occupa di analizzare diverse tecnologie di accumulo elettrochimico con lo scopo di dimensionare un sistema di accumulo che verrà accoppiato ad un parco eolico, collocato in Sicilia. Lo standard di connessione sarà in AT a 36 kV, un nuovo standard di Terna che permette di snellire le connessioni di impianti rinnovabili con potenza inferiore a 100 MW. A seguito di un primo dimensionamento analitico e di un confronto con i fornitori, si è optato per l'utilizzo della tecnologia Litio-ione, meno costosa e più performante e il cui impatto ambientale risulta essere controllato. Infine, si è realizzata una valutazione economica del sistema, ipotizzando tre diverse destinazioni di utilizzo del sistema di accumulo, che può offrire servizi ancillari alla rete o partecipare al nuovo mercato delle capacità di Terna, con lo scopo di creare una riserva di energia e partecipare al controllo e alla stabilità della rete. Si è quindi stimato un possibile tempo di ritorno dell'investimento, tenendo conto anche dell'aumento dei prezzi legato all'attuale condizione politico-economica.

Valutazione di interventi di ripascimento per le spiagge siciliane in erosione con il dragaggio di sabbie relitte

Diverse spiagge siciliane sono a rischio erosione.Tra le cause vi sono l'elevata urbanizzazione costiera della regione e la riduzione degli apporti solidi fluviali, per cui il bilancio sedimentario della spiaggia risulta negativo. L'innalzamento del livello del mare prodotto dal surriscaldamento globale potrà solo aumentare il problema dell'erosione costiera, rendendo necessari interventi di protezione. La Regione Siciliana ha redatto nel 2020 il Piano Regionale Contro l'Erosione Costiera (PRCEC) nel quale fa riferimento ai depositi sottomarini quale fonte strategica per l'esecuzione di interventi di ripascimento. Il seguente lavoro di tesi si pone l'obiettivo di valutare l'esecuzione di interventi di ripascimento con l'utilizzo di sedimenti di spiagge sottomarine profonde e si fonda sul lavoro svolto durante il periodo di tirocinio presso la Società Italiana Dragaggi (SIDRA) S.p.A., società specializzata in dragaggi sia per la manutenzione dei fondali, sia per la protezione costiera. In vista di una richiesta di interventi di ripascimento da parte della regione Siciliana, la società si è occupata di ricercare dei depositi sottomarini a largo delle coste della Regione ed ha ottenuto la concessione per uno di questi. Le profondità a cui si trovatale deposito riduce notevolmente le alternative adottabili per il dragaggio. Il mezzo standard per eseguire dragaggi di profondità è una draga TSHD con l’estensione del braccio di aspirazione per il raggiungimento delle profondità richieste. Questo tipo di draga è conveniente per elevati quantitativi di materiale mentre per volumi ridotti sarebbe potuta risultare poco competitiva. Si sono quindi analizzate delle possibili alternative di estrazione per le quali si sono valutate le produzioni e i costi di intervento corrispondenti. Il lavoro di tesi si è chiuso con il confronto dei costi di tali alternative per l’individuazione dell’opzione più conveniente.

Analisi ambientale della coltivazione di biomasse a scopo energetico con metodologia Life Cycle Assessment (LCA)

Lo scopo dello studio è un'analisi comparativa degli impatti ambientali, calcolati utilizzando la metodologia del Life Cycle Assessment, della fase agricola di 9 colture dedicate (lignocellulosiche, oleaginose e cereali) da biomassa, con diifferenti destinazioni energetiche (biocarburanti di I e II generazione ed energia elettrica). E' infine stata eseguita un'analisi "from cradle to grave" considerando anche le diverse tecnice di trasformazione possibili, con dati bibliografici. Sotto tutti i profili (impatto per ettaro, impatto per unità energetica generata, e impatto totale della filiera, risulta un netto vantaggio delle coltrue lignocellulosiche, e fra queste specialmente le poliennali.

Applicazione della Metodologia LCA(Life Cycle Assesment): La sostenibilità ambientale di Impianti a Biomassa della regione Emilia Romagna

Lo studio che la candidata ha elaborato nel progetto del Dottorato di ricerca si inserisce nel complesso percorso di soluzione del problema energetico che coinvolge necessariamente diverse variabili: economiche, tecniche, politiche e sociali L’obiettivo è di esprimere una valutazione in merito alla concreta “convenienza” dello sfruttamento delle risorse rinnovabili. Il percorso scelto è stato quello di analizzare alcuni impianti di sfruttamento, studiare il loro impatto sull’ambiente ed infine metterli a confronto. Questo ha consentito di trovare elementi oggettivi da poter valutare. In particolare la candidata ha approfondito il tema dello sfruttamento delle risorse “biomasse” analizzando nel dettaglio alcuni impianti in essere nel Territorio della Regione Emilia-Romagna: impianti a micro filiera, filiera corta e filiera lunga. Con la collaborazione di Arpa Emilia-Romagna, Centro CISA e dell’Associazione Prof. Ciancabilla, è stata fatta una scelta degli impianti da analizzare: a micro filiera: impianto a cippato di Castel d’Aiano, a filiera corta: impianto a biogas da biomassa agricola “Mengoli” di Castenaso, a filiera lunga: impianto a biomasse solide “Tampieri Energie” di Faenza. Per quanto riguarda la metodologia di studio utilizzata è stato effettuato uno studio di Life Cycle Assesment (LCA) considerando il ciclo di vita degli impianti. Tramite l’utilizzo del software “SimaPro 6.0” si sono ottenuti i risultati relativi alle categorie di impatto degli impianti considerando i metodi “Eco Indicator 99” ed “Edip Umip 96”. Il confronto fra i risultati dell’analisi dei diversi impianti non ha portato a conclusioni di carattere generale, ma ad approfondite valutazioni specifiche per ogni impianto analizzato, considerata la molteplicità delle variabili di ogni realtà, sia per quanto riguarda la dimensione/scala (microfiliera, filiera corta e filiera lunga) che per quanto riguarda le biomasse utilizzate.

Valutazione della sostenibilità ambientale tramite metodologia LCA di sistemi per lo sfruttamento di fonti alternative di energia e materiali

La dissertazione ha riguardato l’analisi di sostenibilità di un sistema agronomico per la produzione di olio vegetale a fini energetici in terreni resi marginali dall’infestazione di nematodi. Il processo indagato ha previsto il sovescio di una coltura con proprietà biofumiganti (brassicacea) coltivata in precessione alla specie oleosa (soia e tabacco) al fine di contrastare il proliferare dell’infestazione nel terreno. Tale sistema agronomico è stato confrontato attraverso una analisi di ciclo di vita (LCA) ad uno scenario di coltivazione della stessa specie oleosa senza precessione di brassica ma con l’utilizzo di 1-3-dicloropropene come sistema di lotta ai nematodi. Allo scopo di completare l’analisi LCA con una valutazione dell’impatto sull’uso del suolo (Land use Impact) generato dai due scenari a confronto, sono stati costruiti due modelli nel software per il calcolo del Soil Conditioning Index (SCI), un indicatore quali-quantitativo della qualità del terreno definito dal Dipartimento per l’Agricoltura degli Stati Uniti d’America (USDA).

Applicazione delle metodologie LCA ed LCC per la valutazione ambientale ed economica della produzione del pellet realizzato tramite scarti agricoli di potature degli uliveti

Nel seguente lavoro è stata sviluppata una analisi ambientale ed economica del ciclo di vita del pellet, realizzato con scarti agricoli dalle potature degli uliveti. L’obiettivo di tale lavoro è dimostrare se effettivamente l’utilizzo del pellet apporti vantaggi sia dal punto di vista ambientale sia da quello economico. In tale progetto si sviluppano quindi un LCA, Life cycle analysis, e un LCC, Life Cycle Cost, secondo gli steps standard suggeriti da tali metodologie. Per effettuare l’analisi del ciclo di vita è stato utilizzato il software Simapro che ha permesso di valutare gli impatti ambientali sulle varie categorie di impatto incluse. In particolare sono stati considerati due metodologie, una midpoint ed una endpoint, ossia l’Ecoindicator 99 e il CML2 baseline 2000. Per le valutazioni finali è stata poi utilizzata la normativa spagnola sugli impatti ambientali, BOE 21/2013 del 9 dicembre, che ci ha permesso di caraterizzare le varie categorie d’impatto facendo emergere quelle più impattate e quelle meno impattate. I risultati finali hanno mostrato che la maggior parte degli impatti sono di tipo compatibile e moderato; pochi, invece, sono gli impatti severi e compatibili, che si riscontrano soprattutto nella categoria d’impatto “Fossil Fuels”. Per quanto riguarda invece l’analisi economica, si è proceduto effettuando una valutazione iniziale fatta su tutto il processo produttivo considerato, poi una valutazione dal punto di vista del produttore attraverso una valutazione dell’investimento ed infine, una valutazione dal punto di vista del cliente finale. Da queste valutazioni è emerso che ciò risulta conveniente dal punto di vista economico non solo per il produttore ma anche per l’utente finale. Per il primo perché dopo i primi due anni di esercizio recupera l’investimento iniziale iniziando ad avere un guadagno; e per il secondo, poiché il prezzo del pellet è inferiore a quello del metano. Quindi, in conclusione, salvo cambiamenti in ambito normativo ed economico, l’utilizzo del pellet realizzato da scarti di potature di uliveti risulta essere una buona soluzione per realizzare energia termica sia dal punto di vista ambientale, essendo il pellet una biomassa il cui ciclo produttivo non impatta severamente sull’ambiente; sia dal punto di vista economico permettendo al produttore introiti nell’arco del breve tempo e favorendo al cliente finale un risparmio di denaro sulla bolletta.