L'equazione del mezzo poroso: proprieta matematiche e applicazioni fisiche

In questa tesi viene presentata una breve trattazione matematica dell' equazione del mezzo poroso. Questa è uno dei più semplici esempi di PDE parabolica non lineare e degenere, che appare nella descrizione di molti fenomeni naturali, legati alla diffusione, filtrazione e propagazione del calore. I risultati sono confrontati con quelli ben noti del modello parabolico classico. Una particolare attenzione è rivolta alla proprietà matematica di propagazione finita che contrasta con il paradosso della velocità infinita, tipico del modello parabolico lineare.

Studio di un impasto acido funzionale ad elevata biodisponibilita di selenio

Dal 2008, sono evidenti che i benefici del selenio nell'organismo dipendono dalla forma in cui è ingerito, stabilendo che quella organica è migliore dell'inorganica. L’introduzione di selenio raccomandato a livello internazionale è di 55-70 μg/giorno e la sua specie chimica efficace dal punto di vista biologico è la seleniometionina. Infatti, si può affermare che il selenio in forma inorganica possieda una bassa bioattività rispetto al selenio legato agli aminoacidi (Se-metionina e Se-cisteina) di maggiore bioattività. Nell’ambito dei prodotti lievitati da forno, uno dei fattori che desta maggior interesse è l’effetto esercitato dal processo tecnologico (che include fermentazione e cottura) sull’aumento della biodisponibilità dei composti antiossidanti e nutrizionali. In particolare, attraverso il processo fermentativo, è possibile aumentare sia l’azione degli enzimi digestivi sul substrato alimentare, che la stabilità del selenio inorganico e organico presente modificandone le caratteristiche chimiche e fisiche (es. organicazione). Nello specifico, i processi fermentativi che caratterizzano gli impasti acidi (basati sulle interazioni metaboliche tra batteri lattici e lieviti) sono stati riconosciuti efficaci per modificare la composizione delle micro e macromolecole responsabili del miglioramento non solo delle caratteristiche qualitative ma anche di quelle nutrizionali, come il selenio. Lo scopo della mia tesi era lo sviluppo di un prodotto funzionale a base di cereali arricchito con selenio bioattivo tramite un processo di natura biotecnologica di tipo fermentativo. L’aggiunta di selenio alla farina attraverso un impasto acido arricchito favorisce la sua organicazione da parte dei batteri lattici presenti che trasformano parte del selenio additivato (SeIV) in forme organiche come SeMet e MeSeCys e in parte in altri frammenti organici non rilevati dall’analisi. D’altra parte la quantità di selenio inorganico rilevato nei digeriti di piadina ottenuta con impasto acido è risultata essere drasticamente ridotta. Dalla mia sperimentazione ho ottenuto molteplici indicazioni che riguardano la possibilità di produrre un alimento fermentato a base di cereali ed a elevato contenuto di selenio bioattivo. Dal punto di vista applicativo questo sperimentazione costituisce una base sia per la comprensione del ruolo dei processi fermentativi nella generazione di alimenti o ingredienti funzionali ma anche per l’individuazione di nuovi microrganismi probiotici con potenziali attività antiossidante ricchi di selenio bioattivo.

Strategie alimentari atte a incrementare il contenuto di Omega3 e CLA del latte

Tra i componenti naturali biologicamente attivi, e con cui è possibile arricchire il latte, notevole importanza rivestono gli acidi grassi Omega3 e i CLA. I ruoli benefici svolti da questi particolari lipidi si manifestano soprattutto nella regolazione dei processi infiammatori, nella prevenzione del diabete e delle malattie cardiovascolari; è inoltre dimostrato come i CLA abbiano attività anticancerogena e ipocolesterolemica, stimolino il sistema immunitario e prevengano l’insorgenza del diabete e delle malattie croniche non trasmissibili. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di individuare, in condizioni sperimentali controllate e nelle comuni realtà di allevamento, le possibili strategie alimentari atte ad aumentare le concentrazioni di Omega-3 e CLA del latte vaccino, senza penalizzare i titoli di grasso del latte. I lavori sperimentali effettuati possono essere distinti in 3 fasi: una prima fase in cui l’oggetto principale delle ricerche svolte è stato l’incremento in acidi grassi Omega3 del latte, una seconda fase in cui l’obiettivo si è allargato anche all’incremento delle concentrazioni in CLA, e una terza fase che ha avuto come scopo quello di incrementare i livelli di Omega3 e CLA del latte senza penalizzare i titoli di grasso. Le strategie alimentari più efficaci si sono basate sulla modificazione degli apporti lipidici della razione attraverso la supplementazione con seme di soia o relativo olio, semi di lino o relativo olio, olii di pesce e acido stearico. Le ricerche svolte hanno evidenziato come, attraverso opportune ed accurate modulazioni degli apporti lipidici delle razioni, sia di fatto possibile innalzare i contenuti di acidi grassi della serie Omega3 e CLA nel latte vaccino, senza penalizzare i titoli del grasso del latte.

Aspetti di sostenibilità in agricoltura a diverse scale spaziali e temporali. Valutazioni ambientali, economiche ed energetiche.

La Tesi analizza le relazioni tra i processi di sviluppo agricolo e l’uso delle risorse naturali, in particolare di quelle energetiche, a livello internazionale (paesi in via di sviluppo e sviluppati), nazionale (Italia), regionale (Emilia Romagna) e aziendale, con lo scopo di valutare l’eco-efficienza dei processi di sviluppo agricolo, la sua evoluzione nel tempo e le principali dinamiche in relazione anche ai problemi di dipendenza dalle risorse fossili, della sicurezza alimentare, della sostituzione tra superfici agricole dedicate all’alimentazione umana ed animale. Per i due casi studio a livello macroeconomico è stata adottata la metodologia denominata “SUMMA” SUstainability Multi-method, multi-scale Assessment (Ulgiati et al., 2006), che integra una serie di categorie d’impatto dell’analisi del ciclo di vita, LCA, valutazioni costi-benefici e la prospettiva di analisi globale della contabilità emergetica. L’analisi su larga scala è stata ulteriormente arricchita da un caso studio sulla scala locale, di una fattoria produttrice di latte e di energia elettrica rinnovabile (fotovoltaico e biogas). Lo studio condotto mediante LCA e valutazione contingente ha valutato gli effetti ambientali, economici e sociali di scenari di riduzione della dipendenza dalle fonti fossili. I casi studio a livello macroeconomico dimostrano che, nonostante le politiche di supporto all’aumento di efficienza e a forme di produzione “verdi”, l’agricoltura a livello globale continua ad evolvere con un aumento della sua dipendenza dalle fonti energetiche fossili. I primi effetti delle politiche agricole comunitarie verso una maggiore sostenibilità sembrano tuttavia intravedersi per i Paesi Europei. Nel complesso la energy footprint si mantiene alta poiché la meccanizzazione continua dei processi agricoli deve necessariamente attingere da fonti energetiche sostitutive al lavoro umano. Le terre agricole diminuiscono nei paesi europei analizzati e in Italia aumentando i rischi d’insicurezza alimentare giacché la popolazione nazionale sta invece aumentando.

Sviluppo economico e qualità istituzionale: il ruolo di disuguaglianza e corruzione

Nell'ambito delle teorie dello sviluppo, un filone di studi, originato dai lavori di North (1973) e consolidatosi negli ultimi anni, individua nelle istituzioni, definite come le regole del gioco o i vincoli disegnati dagli uomini per disciplinare i loro rapporti, i fattori fondamentali dello sviluppo economico. Le istituzioni, nel modello elaborato da Acemoglu, Johnson e Robinson (2004), sono il frutto di interazioni dinamiche tra potere politico de jure, determinato dalle istituzioni politiche, e potere politico de facto, determinato dalla distribuzione delle risorse economiche. Sulla base di questa prospettiva teorica, questa tesi propone uno studio di carattere quantitativo sulla qualità istituzionale, la traduzione operativa del concetto di istituzioni, composta dalle tre fondamentali dimensioni di democrazia, efficienza ed efficacia del governo e assenza di corruzione. La prima parte, che analizza sistematicamente pro e contro di ciascuna tipologia di indicatori, è dedicata alla revisione delle misure quantitative di qualità istituzionale, e individua nei Worldwide Governance Indicators la misura più solida e consistente. Questi indici sono quindi utilizzati nella seconda parte, dove si propone un'analisi empirica sulle determinanti della qualità istituzionale. Le stime del modello di regressione cross-country evidenziano che la qualità istituzionale è influenzata da alcuni fattori prevalentemente esogeni come la geografia, la disponibilità di risorse naturali e altre caratteristiche storiche e culturali, insieme ad altri fattori di carattere più endogeno. In quest'ultima categoria, i risultati evidenziano un effetto positivo del livello di sviluppo economico, mentre la disuguaglianza economica mostra un impatto negativo su ciascuna delle tre dimensioni di qualità istituzionale, in particolare sulla corruzione. Questi risultati supportano la prospettiva teorica e suggeriscono che azioni di policy orientate alla riduzione delle disparità sono capaci di generare sviluppo rafforzando la democrazia, migliorando l'efficienza complessiva del sistema economico e riducendo i livelli di corruzione.

Il risparmio delle risorse alla scala abitativa e di insediamento. Tecnologie non convenzionali e valutazione ambientale attraverso metodologia LCA.

Nel corso del mio lavoro di ricerca mi sono occupata di identificare strategie che permettano il risparmio delle risorse a livello edilizio e di approfondire un metodo per la valutazione ambientale di tali strategie. La convinzione di fondo è che bisogna uscire da una visione antropocentrica in cui tutto ciò che ci circonda è merce e materiale a disposizione dell’uomo, per entrare in una nuova era di equilibrio tra le risorse della terra e le attività che l’uomo esercita sul pianeta. Ho quindi affrontato il tema dell’edilizia responsabile approfondendo l’ambito delle costruzioni in balle di paglia e terra. Sono convinta che l’edilizia industriale abbia un futuro molto breve davanti a sé e lascerà inevitabilmente spazio a tecniche non convenzionali che coinvolgono materiali di semplice reperimento e posa in opera. Sono altresì convinta che il solo utilizzo di materiali naturali non sia garanzia di danni ridotti sull’ecosistema. Allo stesso tempo ritengo che una mera certificazione energetica non sia sinonimo di sostenibilità. Per questo motivo ho valutato le tecnologie non convenzionali con approccio LCA (Life Cycle Assessment), approfondendo gli impatti legati alla produzione, ai trasporti degli stessi, alla tipologia di messa in opera, e ai loro possibili scenari di fine vita. Inoltre ho approfondito il metodo di calcolo dei danni IMPACT, identificando una carenza nel sistema, che non prevede una categoria di danno legata alle modifiche delle condizioni idrogeologiche del terreno. La ricerca si è svolta attraverso attività pratiche e sperimentali in cantieri di edilizia non convenzionale e attività di ricerca e studio sull’LCA presso l’Enea di Bologna (Ing. Paolo Neri).

Ingegnerizzazione di sistemi software basati su schermi adattativi pervasivi

Ingegnerizzazione di sistemi software per schermi pervasivi che riconoscono l'attenzione degli osservatori e adattano ad essi i propri contenuti, interagendo tramite interfacce naturali. Viene proposto un framework per facilitare lo sviluppo di applicazioni che utilizzano kinect e OpenNI. Sulla base del framework realizzato viene presentato anche lo sviluppo di un prototipo per uno di questi sistemi, calato nel contesto accademico.

Risparmio e tutela ambientale: vantaggi economici ed ecologici derivanti dall'uso dei tetti verdi.

Il fenomeno dell’urbanizzazione ha fatto sì che crescesse il numero delle abitazioni a scapito delle aree verdi ma, in un’ottica di sostenibilità umana, la tutela degli ecosistemi naturali diventa un obiettivo imprescindibile. Le infrastrutture verdi nascono proprio con questo scopo: cercare soluzioni per fare non solo convivere ma collaborare la natura e l’uomo. Con piccoli accorgimenti come le coperture verdi, le pavimentazioni permeabili, i “rain garden” si sfruttano le caratteristiche degli elementi già presenti in natura per avere benefici sia per la qualità dell’aria, sia per la tutela da catastrofi come allagamenti. In questa trattazione vedremo nel dettaglio come queste infrastrutture possano giovare all’uomo economicamente e ecologicamente analizzando i possibili benefici derivanti del tetto verde dell’Università di Bologna.

Il consolidamento dei calcari porosi nel restauro: metodologie di applicazione ed effetti di un nuovo trattamento inorganico a base di idrossiapatite

Il degrado della pietra è un processo che causa la perdita di parti importanti del patrimonio architettonico, per tale ragione è importante intervenire con restauri conservativi. Per il caso specifico della fase del consolidamento, attualmente l'interesse è tornato su prodotti inorganici, perchè più compatibili con la pietra. In particolare i trattamenti a base di idrossiapatite sembrano molto promettenti perchè conferiscono coesione alla pietra degradata, senza alterarne la porosità e la permeabilità naturali, aspetto che non si riscontra per altri tipi di consolidanti.

Influenza dei fattori morfodinamici e degli interventi di gestione sulle comunità macrobentoniche di spiagge nell'alto Adriatico

La presente tesi si inserisce nel contesto del progetto europeo Theseus, che ha l’obiettivo di pianificare strategie di difesa sostenibili nei confronti dell’erosione costiera e del rischio di inondazioni. E’ stata indagata la zona intertidale di sei spiagge della costa emiliano-romagnola, diverse per caratteristiche morfodinamiche, grado di antropizzazione e modalità di gestione contro l’erosione. Lido di Spina, Bellocchio e lido di Dante sono siti più naturali, Cervia, Cesenatico e Cesenatico sud sono antropizzati per la presenza di strutture di difesa costiera o attività di bulldozing. Lo scopo principale è stato quello di valutare la risposta della componente macrobentonica a variazioni morfodinamiche conseguenti alla differente gestione. I principali risultati possono essere così riassunti. Bellocchio, sito naturale, si è rivelato il più differente per tipologia di sedimento, fine e argilloso, e comunità presenti, con specie non tipiche delle spiagge sabbiose, quali Polydora e Mytilus galloprovincialis. Lido di Dante, anch’esso naturale, si pone all’opposto, con un sedimento più grossolano e caratterizzato sia dalla dominanza di Lentidium mediterraneum, la cui presenza evidenzia il maggiore grado di idrodinamismo del sito, sia dalle specie Scolelepis squamata ed Eurydice spinigera, tipiche delle spiagge sabbiose esposte al moto ondoso. Cervia, Cesenatico e Cesenatico sud presentano un numero di specie e di individui minore rispetto agli altri siti, come probabile conseguenza della gestione antropica, e comunità che rispecchiano le variazioni idrodinamiche dovute alla presenza di barriere. In generale, le differenze individuate sia fra le comunità che fra i descrittori sedimentari e morfodinamici, sembrano dovute alle caratteristiche peculiari dei siti e dal grado di antropizzazione piuttosto che dalla presenza di un vero e proprio gradiente morfodinamico o geografico. Questi risultati portano un contributo sostanziale alla problematica generale dell’impatto conseguente ai cambiamenti climatici e alla messa in opera di programmi di gestione sostenibili da un punto di vista anche ambientale.

Rinnovo della certificazione uni en iso 14001:2004 - il sistema di gestione ambientale quale strumento per l'attuazione del miglioramento continuo

Il mercato, in questi ultimi dieci anni, si è modificato in un qualcosa di più globale e competitivo. Questa trasformazione ha imposto alle imprese l’adozione di strategie orientate all’innovazione di prodotto e di processo, e all’efficienza industriale “Environmentally friendly” di lungo periodo. Le aziende, infatti, per competere sia nel territorio nazionale sia in quello internazionale, sono alla costante ricerca di una continua ottimizzazione, attraverso il processo “deming” del miglioramento continuo, delle proprie prestazioni; spesso però capita che massimizzino esclusivamente la performance produttiva, che è stata migliorata con l’introduzione, oramai da circa 35 anni, della Lean production e oggi quindi presenta limitati margini di miglioramento. È alla luce di questo ragionamento che le aziende, quelle più lungimiranti, stanno cercando di dirigersi verso un’altra direzione, ovvero quella che mira a ridurre gli sprechi e le perdite, di risorse naturali, nei processi produttivi, in accordo coi principi della sostenibilità ambientale. Considerando le quantità di risorse naturali messe in gioco in grandi aziende quali la VM Motori S.p.A. possiamo intuire quanta marginalità di miglioramento potremmo ottenere con l’attuazione di processi di miglioramento focalizzati sui singoli aspetti. I primi due capitoli trattano il tema dello sviluppo sostenibile e del S.G.A. in Italia e all’estero. Nel capitolo 3 introduco l’Azienda, descrivo tutte le fasi di processo per la fabbricazione di varie tipologie di motori rigorosamente diesel, l’impianto elettrico, termico e di aria compressa. Nel capitolo 4 faccio l’analisi di tutti gli aspetti e gli impatti ambientali; inoltre, per ogni fattore d’impatto ambientale, verrà compilata la cosiddetta VIA che sarà riassunta nell’ultimo paragrafo. Nel capitolo 5 affronto il concetto del miglioramento continuo applicando la filosofia del World Class Manufacturing che è stato implementato in Azienda.

Chemistry of aerosol particles and fog droplets during fall-winter season in the Po Valley

Air quality represents a key issue in the so-called pollution “hot spots”: environments in which anthropogenic sources are concentrated and dispersion of pollutants is limited. One of these environments, the Po Valley, normally experiences exceedances of PM10 and PM2.5 concentration limits, especially in winter when the ventilation of the lower layers of the atmosphere is reduced. This thesis provides a highlight of the chemical properties of particulate matter and fog droplets in the Po Valley during the cold season, when fog occurrence is very frequent. Fog-particles interactions were investigated with the aim to determine their impact on the regional air quality. Size-segregated aerosol samples were collected in Bologna, urban site, and San Pietro Capofiume (SPC), rural site, during two campaigns (November 2011; February 2013) in the frame of Supersito project. The comparison between particles size-distribution and chemical composition in both sites showed the relevant contribution of the regional background and secondary processes in determining the Po Valley aerosol concentration. Occurrence of fog in November 2011 campaign in SPC allowed to investigate the role of fog formation and fog chemistry in the formation, processing and deposition of PM10. Nucleation scavenging was investigated with relation to the size and the chemical composition of particles. We found that PM1 concentration is reduced up to 60% because of fog scavenging. Furthermore, aqueous-phase secondary aerosol formation mechanisms were investigated through time-resolved measurements. In SPC fog samples have been systematically collected and analysed since the nineties; a 20 years long database has been assembled. This thesis reports for the first time the results of this long time series of measurements, showing a decrease of sulphate and nitrate concentration and an increase of pH that reached values close to neutrality. A detailed discussion about the occurred changes in fog water composition over two decades is presented.

Sviluppo di tecniche per la progettazione delle reti di monitoraggio della qualita' dell'aria

L’obiettivo del lavoro consiste nell’implementare una metodologia operativa volta alla progettazione di reti di monitoraggio e di campagne di misura della qualità dell’aria con l’utilizzo del laboratorio mobile, ottimizzando le posizioni dei dispositivi di campionamento rispetto a differenti obiettivi e criteri di scelta. La revisione e l’analisi degli approcci e delle indicazioni fornite dalla normativa di riferimento e dai diversi autori di lavori scientifici ha permesso di proporre un approccio metodologico costituito da due fasi operative principali, che è stato applicato ad un caso studio rappresentato dal territorio della provincia di Ravenna. La metodologia implementata prevede l’integrazione di numerosi strumenti di supporto alla valutazione dello stato di qualità dell’aria e degli effetti che gli inquinanti atmosferici possono generare su specifici recettori sensibili (popolazione residente, vegetazione, beni materiali). In particolare, la metodologia integra approcci di disaggregazione degli inventari delle emissioni attraverso l’utilizzo di variabili proxy, strumenti modellistici per la simulazione della dispersione degli inquinanti in atmosfera ed algoritmi di allocazione degli strumenti di monitoraggio attraverso la massimizzazione (o minimizzazione) di specifiche funzioni obiettivo. La procedura di allocazione sviluppata è stata automatizzata attraverso lo sviluppo di un software che, mediante un’interfaccia grafica di interrogazione, consente di identificare delle aree ottimali per realizzare le diverse campagne di monitoraggio

Use of bioassays and biomarkers in Daphnia magna to assess the effect of pharmaceutical residuals in freshwater ecosystems

Widespread occurrence of pharmaceuticals residues has been reported in aquatic ecosystems. However, their toxic effects on aquatic biota remain unclear. Generally, the acute toxicity has been assessed in laboratory experiments, while chronic toxicity studies have rarely been performed. Of importance appears also the assessment of mixture effects, since pharmaceuticals never occur in waters alone. The aim of the present work is to evaluate acute and chronic toxic response in the crustacean Daphnia magna exposed to single pharmaceuticals and mixtures. We tested fluoxetine, a SSRI widely prescribed as antidepressant, and propranolol, a non selective β-adrenergic receptor-blocking agent used to treat hypertension. Acute immobilization and chronic reproduction tests were performed according to OECD guidelines 202 and 211, respectively. Single chemicals were first tested separately. Toxicity of binary mixtures was then assessed using a fixed ratio experimental design with concentrations based on Toxic Units. The conceptual model of Concentration Addition was adopted in this study, as we assumed that the mixture effect mirrors the sum of the single substances for compounds having similar mode of action. The MixTox statistical method was applied to analyze the experimental results. Results showed a significant deviation from CA model that indicated antagonism between chemicals in both the acute and the chronic mixture tests. The study was integrated assessing the effects of fluoxetine on a battery of biomarkers. We wanted to evaluate the organism biological vulnerability caused by low concentrations of pharmaceutical occurring in the aquatic environment. We assessed the acetylcholinesterase and glutathione s-transferase enzymatic activities and the malondialdehyde production. No treatment induced significant alteration of biomarkers with respect to the control. Biological assays and the MixTox model application proved to be useful tools for pharmaceutical risk assessment. Although promising, the application of biomarkers in Daphnia magna needs further elucidation.

Late Quaternary geological evolution of the Montenegro and Northern Albania continental margins

The object of this work has been the analysis of natural processes controlling the geological evolution of the Montenegro and Northern Albania Continental Margin (MACM) during the Late Quaternary. These include the modern sediment dispersal system and oceanographic regime, the building and shaping of the shelf margin at the scale of 100 kyr and relative to the most recent transition between glacial and interglacial periods. The analysis of the new data shows that the MACM is a shelf-slope system formed by a suite of physiographic elements, including: an inner and an outer continental shelf, separated by two tectonically-controlled morphological highs; a lobated drowned mid-shelf paleodelta, formed during the last sea level fall and low stand; an upper continental slope, affected by gravity-driven instability and a system of extensional faults with surficial displacement, featuring an orientation coherent with the regional tectonics. The stratigraphic study of the MACM shows a clear correspondence between the Late Pleistocene/Holocene mud-wedge and the low reflectivity sectors of the inner shelf. Conversely, most of the outer shelf and part of the continental slope expose deposits from the last sea level low stand, featuring a general sediment starving condition or the presence of a thin postglacial sediments cover. The MACM shows uplift in correspondence of the Kotor and Bar ridges, and subsidence in the outer shelf and upper slope sectors. In fact, seaward of these tectonic ridges, the sparker seismic profile show the presence of four well-defined seismo-stratigraphic sequences, interpreted as forced regression deposits, formed during the last four main glacial phases. In this way, the MACM records the 100 kyr scale sea level fluctuations on its seismo-stratigraphic architecture over the last 350 kyr. Over such time range, through the identification of the paleoshoreline deposits, we estimated an average subsidence rate of about 1.2 mm/yr.