Biochar characterization for its environmental and agricultural utilization. Occurrence, distribution and fate of labile organic carbon and polycyclic aromatic hydrocarbons

In this thesis the potential risks associated to the application of biochar in soil as well the stability of biochar were investigated. The study was focused on the potential risks arising from the occurrence of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in biochar. An analytical method was developed for the determination of the 16 USEPA-PAHs in the original biochar and soil containing biochar. The method was successfully validated with a certified reference material for the soil matrix and compared with methods in use in other laboratories during a laboratory exercise within the EU-COST TD1107. The concentration of 16 USEPA-PAHs along with the 15 EU-PAHs, priority hazardous substances in food, was determined in a suite of currently available biochars for agricultural field applications derived from a variety of parent materials and pyrolysis conditions. Biochars analyzed contained the USEPA and some of the EU-PAHs at detectable levels ranging from 1.2 to 19 µg g-1. This method allowed investigating changes in PAH content and distribution in a four years study following biochar addition in soils in a vineyard (CNR-IBIMET). The results showed that biochar addition determined an increase of the amount of PAHs. However, the levels of PAHs in the soil remained within the maximum acceptable concentration for European countries. The vineyard soil performed by CNR-IBIMET was exploited to study the environmental stability of biochar and its impact on soil organic carbon. The stability of biochar was investigated by analytical pyrolysis (Py-GC-MS) and pyrolysis in the presence of hydrogen (HyPy). The findings showed that biochar amendment significantly influence soil stable carbon fraction concentration during the incubation period. Moreover, HyPy and Py-GC-MS were applied to biochars deriving from three different feedstock at two different pyrolysis temperatures. The results evidenced the influence of feedstock type and pyrolysis conditions on the degree of carbonisation.

Stress abiotici e trattamenti ultra-diluiti: effetti fisiologici e molecolari sulla crescita in vitro di frumento

Gli stress abiotici determinando modificazioni a livello fisiologico, biochimico e molecolare delle piante, costituiscono una delle principali limitazioni per la produzione agricola mondiale. Nel 2007 la FAO ha stimato come solamente il 3,5% della superficie mondiale non sia sottoposta a stress abiotici. Il modello agro-industriale degli ultimi cinquant'anni, oltre ad avere contribuito allo sviluppo economico dell'Europa, è stato anche causa di inquinamento di acqua, aria e suolo, mediante uno sfruttamento indiscriminato delle risorse naturali. L'arsenico in particolare, naturalmente presente nell'ambiente e rilasciato dalle attività antropiche, desta particolare preoccupazione a causa dell'ampia distribuzione come contaminante ambientale e per gli effetti di fitotossicità provocati. In tale contesto, la diffusione di sistemi agricoli a basso impatto rappresenta una importante risorsa per rispondere all'emergenza del cambiamento climatico che negli anni a venire sottoporrà una superficie agricola sempre maggiore a stress di natura abiotica. Nello studio condotto è stato utilizzato uno stabile modello di crescita in vitro per valutare l'efficacia di preparati ultra diluiti (PUD), che non contenendo molecole chimiche di sintesi ben si adattano a sistemi agricoli sostenibili, su semi di frumento preventivamente sottoposti a stress sub-letale da arsenico. Sono state quindi condotte valutazioni sia a livello morfometrico (germinazione, lunghezza di germogli e radici) che molecolare (espressione genica valutata mediante analisi microarray, con validazione tramite Real-Time PCR) arricchendo la letteratura esistente di interessanti risultati. In particolare è stato osservato come lo stress da arsenico, determini una minore vigoria di coleptile e radici e a livello molecolare induca l'attivazione di pathways metabolici per proteggere e difendere le cellule vegetali dai danni derivanti dallo stress; mentre il PUD in esame (As 45x), nel sistema stressato ha indotto un recupero nella vigoria di germoglio e radici e livelli di espressione genica simili a quelli riscontrati nel controllo suggerendo un effetto "riequilibrante" del metabolismo vegetale.

Perdite aeree prolungate dopo resezione polmonare

Il tumore del polmone e una delle neoplasie più diagnosticate dal 1985 e rimane ancora oggi la causa più frequente di morte cancro-correlata nel mondo. Una resezione polmonare anatomica completa continua ad essere il cardine della terapia per il tumore non a piccole cellule. Perdite aeree prolungate (PAL) sono la più comune complicanza dopo una chirurgia polmonare e sono state riportate con un’incidenza compresa tra il 3-26%, simile sia nelle resezioni polmonari per via toracotomica sia in quelle per via toracoscopica. Fattori di rischio descritti sono scissure interlobari incomplete, patologie polmonari sottostanti (come enfisema, fibrosi, tubercolosi o neoplasie), aderenze pleuriche, pazienti anziani (>75 anni) e bassa capacita di diffusione. Lo sviluppo di strumentazione all’avanguardia e di nuove tecniche chirurgiche ha contribuito a ridurre l’incidenza di queste complicanze. Considerando l’alto impatto clinico e socio-economico di queste problematiche, e stata inoltre sviluppata una varietà di complementari naturali e materiali sintetici molti utili nella gestione delle perdite aeree.

Ingegnerizzazione di sostituti del tessuto cartilagineo

Questa tesi compilativa prende in esame la cartilagine, partendo dalla composizione dei suoi diversi tipi rappresentati nel corpo umano e delle funzioni qui svolte, per descrivere i metodi utilizzati per riprodurla artificialmente mediante cellule staminali, fattori di crescita e scaffold dedicati coltivati in ambiente controllato. La cartilagine è un tessuto molto particolare perché, diversamente dagli altri tessuti, non possiede una rete di capillari e quindi riceve un limitati apporto di ossigeno e sostanze nutritive, che spiega la sua poverissima capacità intrinseca di riparazione. La cartilagine è però un tessuto soggetto a numerosi stress di vario tipo e quindi è soggetta a traumi che possono essere di natura sportiva o accidentale (soprattutto la cartilagine di tipo articolare) ed è anche colpita da malattie degenerative. Questo ha stimolato gli studi che intendono ingegnerizzare un tessuto artificiale in grado di aumentare la capacità di riparare la zona colpita. In quest’ottica, vengono attivamente condotti esperimenti in grado di definire protocolli che inducano cellule staminali al differenziamento in cellule di tipo cartilagineo. Tali cellule, seminate su supporti (scaffolds) 3D biocompatibili di diversa natura, naturali o sintetici, eventualmente bioattivi, possono essere coltivate in ambienti dedicati, detti bioreattori, che utilizzino stimoli fisici (p. es. vibrazionali, microgravità, ultrasonici, regolazione della tensione di ossigeno, sforzi di taglio, compressione dinamica e compressione idrostatica ciclica) che si sono dimostrati utili per indurre l’appropriato fenotipo cellulare, valutabile attraverso una batteria di approcci di misura morfologica e funzionale.

Tecniche di rigenerazione del fluido di dialisi per trattamenti di sostituzione renale eco-sostenibili

Il riscaldamento globale e i cambiamenti climatici ci portano ad adottare atteggiamenti molto più rispettosi nei confronti dell'ambiente facendo un punto fermo della salvaguardia delle risorse naturali. In ambito di dialisi, tuttavia, il consumo idrico sembra ampiamente ignorato dalle questioni relative ai rifiuti medici creati da un'unica apparecchiatura. Se stimiamo una popolazione che riceve cure dialitiche di circa 2 milioni di pazienti in tutto il mondo, allora un "servizio di dialisi mondiale" avrebbe utilizzato circa 156 miliardi di litri di acqua. L’obiettivo di questo elaborato è fornire informazioni riguardo alle ultime tecniche in ambito di emodialisi per la progettazione di un sistema di eco-dialisi finalizzato alla riduzione del consumo idrico associato alla terapia.

Nuove metodologie di apprendimento digitale: Microlearning e mobile learning

La tesi tratta in modo approfondito le tipologie di apprendimento non tradizionale, ovvero in contesto non scolastico/universitario, focalizzandosi sull'importanza che hanno i dispositivi mobili come mezzo di aggiornamento e miglioramento costante delle conoscenze e abilità delle persone. Queste nuove metodologie sono chiamate microlearning e mobile learning, evoluzioni naturali dell'e-learning nate dall'esigenza di un apprendimento che non fosse più solo a distanza, ma applicabile al contesto mobile per rispecchiare le nuove esigenze delle persone.

Qualita di nuove accessioni di fragola (fragaria x ananassa) in funzione del tipo di materiale di propagazione: Aspetti analitici e sensoriali

La ricerca è stata svolta presso il Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura - Unità di Ricerca per la Frutticoltura di Forlì (CRA-FRF) ed ha riguardato lo studio delle caratteristiche qualitative e di alcuni composti bioattivi dei frutti di 10 diverse accessioni varietali di fragola (6 varietà: Alba, Nora, Garda, Jonica, Brilla, Pircinque; 4 selezioni in avanzata fase di studio ottenute nell’ambito dei programmi di breeding pubblico-privati condotti e coordinati dal CRA-FRF: CE 51, CE 56, VR 177.2, VR 4) coltivate per un biennio nello stesso ambiente (cesenate). Sono state considerate due differenti tipologie di piante: frigoconservata (tipologia tradizionale) e fresca “cima radicata” (tipologia innovativa che si sta sempre più affermando presso i produttori). L’obiettivo principale di questa tesi è finalizzato alla caratterizzazione qualitativa e nutrizionale dei frutti raccolti dalle due tipologie di pianta. L’interesse di monitorare l’effetto di questa innovativa tecnica di coltivazione deriva dalla sua sempre maggiore affermazione in quanto consente una significativa riduzione dei costi di produzione. Lo studio delle 10 accessioni di fragola (tra cui quelle che attualmente stanno dominando lo standard varietale del Nord Italia) può permettere di aggiungere informazioni importanti sulla loro caratterizzazione qualitativa, in particolare sulle caratteristiche sensoriali mediante un approccio quantitativo descrittivo. Infine, la ripetizione dello studio per due annate differenti può consentire di valutare l’influenza del fattore “anno” sui caratteri studiati.

Valutazione delle prestazioni ambientali di un rivestimento isolante termoacustico attraverso la metodologia LCA

Il presente studio riporta i risultati emersi dal Life Cycle Assessment (LCA) del Corkwall, un prodotto da costruzione utilizzato in edilizia come coibentante termico ed acustico, riempitivo di crepe ed in grado di conferire resistenza al fuoco e impermeabilità alle facciate degli edifici. Il Corkwall è un'emulsione ottenuta dall’unione di sughero granulato e resine acriliche - prodotto dall’azienda Portoghese Amorim S.A. - commercializzato in tutto il mondo. Si sono presi in considerazione gli impatti derivanti dall’intero ciclo produttivo: dall’acquisizione delle materie prime fino al confezionamento del prodotto finito. I risultati di questo studio dimostrano che la fase di produzione del Corkwall è quella di gran lunga più impattante rispetto a tutte le categorie di impatto analizzate. Ciò è dovuto principalmente alla produzione delle resine acriliche. L’utilizzo di resine naturali migliorerebbe le prestazioni ambientali ma peggiorerebbe la qualità e la funzionalità del prodotto. Per migliorare le prestazioni ambientali del ciclo produttivo sarebbe opportuno sostituire interamente i trasporti in gomma con trasporti su rotaia. Ciò apporterebbe un miglioramento variabile dal 34% sull’eutrofizzazione, al 77% sull’assottigliamento dello strato di ozono stratosferico. Infine è stata effettuata una valutazione comparativa tra il Corkwall e un pannello di sughero (Corkpan) aventi stessa funzione di coibentazione termica. I risultati mostrano che la produzione del Corkpan comporta degli impatti ambientali migliori, che variano dal 48% sulla riduzione dello strato di ozono, al 100% sul riscaldamento globale, ad esclusione della categoria di acidificazione in cui il Corkpan è peggiore del 2%. Il Corkpan risulta essere più vantaggioso anche perché, a differenza del Corkwall, esso è recuperabile e riutilizzabile. Il vantaggio che offre il Corkwall è che può essere impiegato sulle facciate esterne ed aderendo al substrato funge da riempitivo di crepe e fessure apportando anche un miglioramento estetico agli edifici.

Il senso di presenza nelle realtà virtuali vissute tramite HMD: l'interazione e le interfacce

Grazie alla crescente evoluzione tecnologica è oggi possibile, tramite Head Mounted Display (HMD), vivere una realtà virtuale ricca nei dettagli, interattiva ed immersiva. L’avanzamento in questo settore ha infatti portato a una vera e propria rivoluzione, aprendo la possibilità di utilizzare questa tecnologia in molteplici ambiti. L’ostacolo riscontrato è che a un progresso di tale entità non si associa un adeguato aggiornamento e perfezionamento riguardo alle metodologie di interazione con oggetti 3D, dell’utilizzo di interfacce grafiche e del generale design ambientale. La diretta conseguenza di questo mancato aggiornamento è quella di indebolire o addirittura annullare l’effetto presenza dell'HMD, requisito indispensabile che consente all’utente di immergersi sensorialmente nel contesto simulato. L’obiettivo di questo studio consiste nel comprendere cosa è necessario tenere in considerazione e quali regole vanno cambiate per poter mantenere un'alta sensazione di presenza per l'utente all’interno di una realtà virtuale. A questo scopo è stato creato un ambiente virtuale 3D in grado di supportare l'utilizzo di un HMD, l'Oculus Rift, e di diversi dispositivi di input in grado di consentire controllo tramite movimenti naturali, il Razer Hydra ed il Leap Motion, in modo da poter effettuare un'analisi diretta sul livello del fattore presenza percepito nell'effettuare diverse interazioni con l'ambiente virtuale e le interfacce grafiche attraverso questi dispositivi. Questa analisi ha portato all'individuazione di molteplici aspetti in queste tipologie di interazioni e di design di intrefacce utente che, pur essendo di uso comune negli ambienti 3D contemporanei, se vissuti in un contesto di realtà virtuale non risultano più funzionali e indeboliscono il senso di presenza percepito dall'utente. Per ognuno di questi aspetti è stata proposta ed implementata una soluzione alternativa (basata su concetti teorici quali Natural Mapping, Diegesis, Affordance, Flow) in grado di risultare funzionale anche in un contesto di realtà virtuale e di garantire una forte sensazione di presenza all'utente. Il risultato finale di questo studio sono quindi nuovi metodi di design di ambienti virtuali per realtà aumentata. Questi metodi hanno permesso la creazione di un ambiente virtuale 3D pensato per essere vissuto tramite HMD dove l'utente è in grado di utilizzare movimenti naturali per interagire con oggetti 3D ed operare interfacce grafiche.

Oli extra vergini di oliva prodotti da varieta autoctone dell'areale di Brisighella: Profilo sensoriale e relazioni con la frazione fenolica

Il progetto sperimentale è stato focalizzato alla valutazione qualitativa di oli extra vergini di oliva monovarietali (Nostrana di Brisighella, Ghiacciola, Don Carlo), prodotti da olive coltivate nell’areale Brisighellese analizzandoli sia per alcuni parametri chimici che per alcune caratteristiche sensoriali rilevabili in fase gustativa (attributi di amaro e piccante). Per ogni campione sono stati valutati i parametri di qualità stabiliti dal Reg. CEE n. 2568/91 e successive modifiche: acidità libera, numero di perossidi, estinzioni specifiche nell’ultravioletto, composizione in acidi grassi ed analisi sensoriale secondo il metodo del “Panel test”. Gli oli sono stati anche sottoposti alla caratterizzazione della frazione biofenolica mediante estrazione secondo metodo COI (COI/T.20/Doc. n.29) seguita da separazione cromatografica HPLC ed identificazione guidata sia da rivelatore a fotodiodi (DAD) che da spettrometro di massa (MSD). I dati ottenuti sono stati elaborati con l’ausilio di tecniche di analisi multivariata (PCA) valutando sia le correlazioni esistenti tra le variabili, che la possibilità di discriminare i campioni in gruppi omogenei per caratteristiche chimiche e/o sensoriali. Più specificatamente, si è rivolta l'attenzione alle relazioni esistenti tra la concentrazione in singole molecole a struttura fenolica e l'intensità degli attributi sensoriali positivi, amaro e piccante. In ultima analisi, si è proceduto a determinare il contenuto totale in derivati fenolici dell’idrossitirosolo e tirosolo (semplici e complessi) presenti in 20 g di olio per verificare la conformità al claim salutistico approvato dall'EFSA nel 2011 “i polifenoli dell’olio di oliva contribuiscono alla protezione dei lipidi ematici dallo stress ossidativo”, che è possibile inserire in etichetta qualora il prodotto soddisfi il limite richiesto dal Reg. UE 432/2012.

La raccolta e la gestione degli oli esausti domestici

Obiettivo della tesi è riconoscere i fattori di successo e i principali limiti legati all’implementazione dei progetti di recupero degli oli domestici sul territorio italiano. Il problema nasce dall’ esigenza di gestire in modo efficiente la raccolta differenziata di questo rifiuto che, se gettato nello scarico di casa o nel lavandino, provoca impatti ambientali rilevanti rendendo particolarmente difficoltoso e dispendioso il trattamento delle acque reflue e causa gravi danni agli ecosistemi naturali. La questione è da tempo inquadrata e disciplinata dalle direttive comunitarie in materia di rifiuti e dalla strategia “Europa2020” che ha come obiettivo principale una crescita intelligente, sostenibile ed inclusiva. A livello nazionale, invece, il Testo Unico Ambientale assolve alla funzione principale di riordino e coordinamento della disciplina, dando attuazione ai principi comunitari in materia e conformando l’ordinamento nazionale agli obiettivi e alle priorità individuate dal legislatore europeo. Gli oli esausti domestici sono un rifiuto scomodo e complesso da gestire ma la valorizzazione energetica può essere una valida alternativa ai sistemi di smaltimento classici. Infatti, attraverso un semplice processo chimico l’olio da cucina usato può essere trasformato in biodiesel. Questo particolare biocombustibile rispetta tutti i criteri di sostenibilità imposti dalla Comunità Europea e riduce, inoltre, l’impatto della produzione di biocarburanti sull’agricoltura.

Il luogo nella memoria conservazione e valorizzazione della rocca di Modigliana

Nella valle del Marzeno, posta su un’altura che domina e protegge la città, si trova la rocca di Modigliana, una costruzione antica, che si configura come una preziosa occasione per poter leggere e comprendere la storia di un luogo. È infatti un delicato palinsesto, una testimonianza fisica di complesse trasformazioni storiche e sociali, accumulate nel tempo. La cittadina di Modigliana sorge in una posizione geografica di natura strategica, vicina all’attuale confine tra Emilia Romagna e Toscana, teatro di numerosi conflitti e contese politiche nel corso della storia. La rocca viene costruita alla fine del IX secolo, come torre residenziale dei Conti Guidi, una potente famiglia a cui va attribuito un ruolo politico decisivo nell’Italia centrale del medioevo. Sotto il dominio dei Guidi,durato circa quattro secoli, Modigliana diventa capitale del feudo romagnolo e la rocca un palatium, emblema del forte potere politico e militare che i conti detenevano sul territorio. Nel 1377 il Comune di Modigliana viene annesso alla Repubblica Fiorentina e la rocca subisce importanti trasformazioni, perdendo la propria funzione palaziale e acquistando quella militare difensiva, fino ad un definitivo abbondono nel XVI secolo. La rocca, definita ‘Roccaccia’ per la propria imponenza, è divenuta simbolo e identità della cittadina nella percezione collettiva locale. In seguito al crollo di una parte del mastio, la rocca presenta un suggestivo spaccato, visibile da tutto il paese, che permette di osservare l’interno dell’antica costruzione. Purtroppo la mancata attuazione di un progetto di conservazione della rocca, ha lasciato la rovina in uno stato di totale degrado, pericolosità e inaccessibilità, portandola ad un lento declino. Il progetto si pone innanzitutto l’obiettivo di conservare e valorizzare il manufatto, permettendo l’accessibilità e la fruizione della rocca, senza stravolgerne i caratteri naturali e accettando i limiti imposti dal luogo. Sfruttando i percorsi storici e gli spazi esistenti, il progetto è pensato con l’intento di rendere conoscibile la composizione delle parti del manufatto e il suo funzionamento. Queste volontà progettuali hanno portato a maturare l’idea di voler restituire alla città di Modigliana un luogo, che il degrado e l’incuria stanno rubando al tempo.

Le funzioni circolari ed esponenziali

Nei capitoli I e II ho costruito rigorosamente le funzioni circolari ed esponenziali rispettivamente attraverso un procedimento analitico tratto dal libro Analisi Matematica di Giovanni Prodi. Nel III capitolo, dopo aver introdotto il numero di Nepero e come limite di una particolare successione monotona, ho calcolato i limiti notevoli dell'esponenziale e della sua inversa, che sono alla base del calcolo differenziale di queste funzioni, concludendo poi la sezione dimostrando l'irrazionalità del numero e, base dei logaritmi naturali. Nel capitolo successivo ho dato, delle funzioni circolari ed esponenziali, i rispettivi sviluppi in serie di Taylor ma solamente nel V capitolo potremo renderci veramente conto di come i risultati ottenuti siano fra loro dipendenti. In particolare verrà messa in evidenza come il legame del tutto naturale che si osserva fra le funzioni circolari e le funzioni esponenziali rappresenta le fondamenta di argomenti molto notevoli e pieni di significato, come l'estensione ai numeri complessi dell'esponenziale o le celebri identità di Eulero. L'ultimo capitolo vedrà come protagonista pi greco, così misterioso quanto affascinante, che per secoli ha smosso gli animi dei matematici intenzionati a volerne svelare la natura. Come per il numero di Nepero, non potrà mancare un paragrafo dedicato alla dimostrazione della sua non razionalità.

Mitigazione dell'isola di calore attraverso i tetti verdi: il caso di studio di Via Terracini a Bologna

Con il termine “tetti verdi” si intendono vere e proprie coperture vegetate, che fungono da valida alterativa alle tipologie convenzionali a coppi oppure in guaina impermeabilizzante. Per quanto questi possano essere considerati una soluzione moderna relativa alle diverse Best Management Practices (BMP), in realtà sono stati realizzati e sfruttati fin dall'antichità. Dagli anni Settanta ad oggi hanno preso sempre più piede in Europa e negli altri continenti a causa dei molteplici benefici che li accompagnano a livello ambientale. All'interno di questo studio ci si pone l‟obiettivo di valutarne i vantaggi, principalmente a livello energetico ed idraulico, riscontrati in letteratura, direttamente sul campo, grazie al sito di studio presso la sede di Ingegneria di via Terracini, Bologna. Sulle coperture del LAGIRN (Laboratorio di Geoingegneria e Risorse Naturali), infatti, nell‟estate 2013 sono stati realizzati due tetti verdi (uno a Sedum, che sarà indicato con la sigla GR, e uno con piante autoctone, identificato con la sigla NA). Tramite il confronto tra le temperature registrate grazie a diversi tipi di strumentazione, è stato possibile quantificare i comportamenti delle coperture su scala annuale, non solo l‟una rispetto l‟altra, ma anche in rapporto a una porzione di tetto lasciata a guaina bituminosa (indicato con la sigla RR). Considerando il ruolo della vegetazione come strumento per la mitigazione del fenomeno d‟isola di calore urbana, infine, con l‟ausilio del software CFD denominato ENVI-met si è modellata l‟intera area del Lazzaretto e si sono simulati tre diversi scenari: 1) Lo stato attuale 2) Una situazione ipotetica con tutte coperture a Sedum 3) Una situazione ipotetica con tutte coperture con specie autoctone per la giornata estiva più calda e per un comune giorno di Ottobre, a seguito di una minuziosa calibrazione. Il confronto tra la situazione reale e quelle supposte dimostra la validità dei green roofs nella lotta al riscaldamento delle grandi città.

Fractal sets and their applications in medicine

La geometria euclidea risulta spesso inadeguata a descrivere le forme della natura. I Frattali, oggetti interrotti e irregolari, come indica il nome stesso, sono più adatti a rappresentare la forma frastagliata delle linee costiere o altri elementi naturali. Lo strumento necessario per studiare rigorosamente i frattali sono i teoremi riguardanti la misura di Hausdorff, con i quali possono definirsi gli s-sets, dove s è la dimensione di Hausdorff. Se s non è intero, l'insieme in gioco può riconoscersi come frattale e non presenta tangenti e densità in quasi nessun punto. I frattali più classici, come gli insiemi di Cantor, Koch e Sierpinski, presentano anche la proprietà di auto-similarità e la dimensione di similitudine viene a coincidere con quella di Hausdorff. Una tecnica basata sulla dimensione frattale, detta box-counting, interviene in applicazioni bio-mediche e risulta utile per studiare le placche senili di varie specie di mammiferi tra cui l'uomo o anche per distinguere un melanoma maligno da una diversa lesione della cute.