Sintesi e caratterizzazione di prepolimeri per resine epossidiche derivanti da fonti rinnovabili e naturali attraverso un processo a basso impatto ambientale

La sostituzione di materie prime provenienti da risorse fossili con biomasse rinnovabili, utilizzando un processo a basso impatto ambientale, è una delle più importanti sfide della "Green Chemistry". Allo stesso tempo, la sintesi di resine epossidiche fornisce la chiave per la realizzazione di materiali ad alto valore aggiunto. Tuttavia, ad oggi, il 90% della produzione di resine epossidiche è basato sull'uso di bisfenolo A, che ha effetti di xenoestrogeno, ed epicloridrina, tossica e cancerogena. Su queste basi, è stata individuata una strategia sintetica per la sintesi di prepolimeri innovativi per resine epossidiche, che utilizza come substrato di reazione diidrossibenzeni di origine naturale ed evita l'uso di epicloridrina e altri reagenti tossici o pericolosi. La suddetta strategia sintetica è basata sulla sequenza: allilazione dei diidrossibenzeni - epossidazione dei doppi legami ottenuti. In questa procedura non vengono utilizzati drastiche condizioni di reazione e il solvente è acqua, con una catalisi di trasferimento di fase o, in aggiunte di acetonitrile, in un sistema bifasico. La resa complessiva dei due “step” dipende dalla posizione dei due ossidrili nei diidrossibenzeni. Il reagente che porta la resa massima è l’idrochinone (1,4 diidrossibenzene), che, come riportato in letteratura, permette la formazione di resine epossidiche con proprietà simili alle resine di epicloridrina e bisfenolo A. The substitution of raw materials from fossil fuels with renewable biomass using a low environmental impact process is one of the greatest challenges of the "Green Chemistry". At the same time, the synthesis of epoxy resins provides the key to the realization of high added value materials. However, 90% of the production of epoxy resins is based on the use of bisphenol A, a xenoestrogen, and epichlorohydrin, that is toxic and carcinogenic. On these bases, a synthetic strategy for the synthesis of innovative prepolymers of epoxy resins, that uses dihydroxybenzenes of natural origin as reaction substrates and avoids the use of epichlorohydrin and other toxic or dangerous reagents has been identified. The above synthetic strategy is based on the sequence: allylation of dihydroxybenzenes - epoxidation of the double bonds obtained. In this procedure, drastic reaction conditions are dismissed and the solvent used is water with a phase transfer catalysis or, in addition, acetonitrile in a biphasic system. The overall yield of the two steps depends on the position of the two hydroxyls of the dihydroxybenzenes. The reagent that leads to the highest yield is hydroquinone (1,4 dihydroxybenzene), which, as reported in literature, allows the formation of epoxy resins with similar properties to the resins from bisphenol A and epichlorohydrin.

Riduzione dell'impatto ambientale nella combustione delle biomasse

L'elaborato si prefigge di indagare i sistemi di rimozione del particolato attualmente presenti sul mercato o prossimi alla commercializzazione, installabili su apparecchiature di piccola potenza a combustione di biomasse.

Progettazione preliminare di un velivolo regionale a ridotto impatto ambientale

In questo elaborato è presentata la progettazione preliminare di un velivolo di classe regionale di generazione N+3/+4 da 90 posti passeggeri, realizzata in collaborazione con Alenia Aermacchi. Tale velivolo, allo scopo di ridurre i consumi e le emissioni, è dotato di ala laminare, ingestione strato limite e, visto il posizionamento dei propulsori, di propulsione ibrida. Attraverso la riduzione del Finess Ratio di fusoliera, grazie alla possibilità di ridurre la resistenza di scia attraverso l'ingestione strato limite, si è ottenuta una notevole riduzione del peso del velivolo che, insieme alla riduzione di resistenza globale e l'uso del propulsore ibrido, hanno permesso di ottenere un risparmio del 30% sui consumi di carburante, rispetto agli attuali velivoli della stessa categoria.

Studio ed ottimizzazione di una via di sintesi di idrossitirosolo a ridotto impatto ambientale

In questo progetto di tesi abbiamo lavorato all’ottimizzazione di un nuovo processo di sintesi di idrossitirosolo eco-compatibile e di possibile applicazione industriale. Il processo, che risulta una via molto competitiva per ottenere idrossitirosolo, si compone di due step: una prima sintesi di un intermedio acetalico e la successiva riduzione di questo al prodotto di interesse. In particolare il lavoro di tesi ha riguardato lo studio di catalizzatori e delle condizioni per le due reazioni al fine di aumentare le selettività dei prodotti target, analizzando la formazione dei sottoprodotti. Si è cercato, inoltre, di intraprendere una strada alternativa, provando la sintesi di un intermedio acetalico ciclico (possibilmente più stabile dell’altro intermedio acetalico) e, quindi, la sua riduzione, ritenendo di poter così evitare la formazione dei sottoprodotti. In this project we worked on the optimization of a new and industrially applicable process for the synthesis of hydroxytyrosol. Furthermore, we devised a process according to the principles of green chemistry. The process, that is a competitive way to obtain hydroxytyrosol, consists of two steps: first the synthesis of an acetalic precursor and then its reduction. Particularly the work was focused on the study of the catalysts and the conditions for the two reactions in order to increase the selectivity of target products, also analyzing the formation of the by-products. At last, we tried to take an alternative route with the synthesis of another acetalic precursor: a cyclic one. This because we thought that a cyclic acetal should be more stable than not cyclic one and maybe the reduction on this second precursor could not pass by the formation of the by-products already saw.

Metodi e modelli per la logistica distributiva nella filiera globale dell'olio alimentare. Analisi dell'impatto ambientale

La tesi tratta il tema dell'impatto ambientale della logistica distributiva della filiera globale dell'olio alimentare. Sono presentati i tratti salienti del mercato dell'olio: produttori, consumatori e packaging per l'olio. Si affronta il concetto di Green Logistics e le categorie chimiche inquinanti per la valutazione dell'impatto ambientale della filiera. Il caso analizzato riguarda la logistica di un'azienda italiana produttrice e distributrice di olio. Sono presentati e simulati degli scenari alternativi all'organizzazione logistica distributiva di tale azienda per eventuali migliorie maggiormente ecosostenibili.

L'impatto ambientale delle operazioni di bonifica delle acque sotterranee

Il lavoro di tesi è stato svolto presso l’azienda Ecosurvey® - 3000 Srl, con sede a Bologna. Ecosurvey® fornisce servizi e consulenze nel campo della geologia e delle scienze ambientali e opera in diversi ambiti, tra cui le bonifiche del suolo, del sottosuolo e delle acque sotterranee. L’inquinamento del suolo e del sottosuolo è, infatti, il contesto dello studio di questa tesi. Tale inquinamento è persistente: con riferimento ai fenomeni di contaminazione, il sottosuolo registra la storia industriale di un sito. L’approccio che tenta di coniugare i bisogni dell’uomo nella società con il rispetto dell’ambiente è lo sviluppo sostenibile, ovvero, secondo la World Commission on Environment and Development, uno sviluppo che soddisfa i bisogni del presente senza compromettere la possibilità delle generazioni future di soddisfare i propri. Tra i molti ambiti in cui si applica il concetto di sostenibilità, è da ricordare quello delle bonifiche dei siti contaminati. A tal proposito, l’United States Environmental Protection Agency nel 2008 ha introdotto il concetto di “green remediation” come la pratica del considerare tutti gli effetti ambientali di un’azione di bonifica, includendo nel processo opzioni in grado di minimizzarne l’impronta ambientale. Nel 2013 la società Battelle, con i servizi tecnici ambientali di U.S. Navy, e U.S. Army Corps of Engineers ha sviluppato un applicativo denominato SiteWiseTM per la valutazione degli impatti ambientali associati alle tecnologie di bonifica delle acque sotterranee. Nell’ambito di questa tesi, in riferimento ad un intervento di bonifica presso un impianto di produzione di bitumi in attività, contaminato da idrocarburi, idrocarburi aromatici e composti organo-clorurati, con l’applicativo sono stati esaminati i principali indicatori dell’impronta ecologica (emissioni di gas serra, di ossidi di azoto, di zolfo e di polveri sottili; consumi di acqua, suolo ed energia) per tre diverse opzioni di bonifica, effettuandone poi il confronto.

Alternative Energy at a Steel Mill

More than ever alternative energy solutions are being discussed including potential legislative action. With the use of fossil fuels being the most abundant and most controversial sources of energy, new solutions must be found. This paper looks at the economic and technical feasibility of different types of alternative energy and cogeneration applications within a steel mill. This paper examines alternative energy systems. The systems examined include Solar systems, thermal electric materials, and an Organic Rankine Cycle cogeneration project. None of the projects has limiting technical feasibility issues however each of the projects face economically limiting factors. Taking into account tangible and non-tangible factors the solar system and Organic Rankine Cycle cogeneration project are recommended for further study and potential installation.

Influence of gender and estrous cycle in the forced swim test in rats

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Influence of gender and estrous cycle in the forced swim test in rats

The present work aimed at studying the influence of the estrous cycle in the forced swim test, an animal model of depression. For this, 44 male and female Wistar rats were divided into five groups according to the hormonal state in the first day of the study: metaestrus (N = 12), diestrus (N = 8), proestrus (N = 7), estrous (N = 6) and males (N = 11). They were housed in groups of five, with water and food ad libitum under a 12/12 h light/dark cycle. Females were screened daily for the estrous cycle. The animals were subjected to two swimming sessions in a glass cylinder with water up to 15 cm at 28±2º C. The data of the first five minutes of a 15-min first session were compared to those of a 5-min second session 24 h later. The results indicate that the latency to the first immobility was substantially reduced in the second session and was longer for females in diestrus and proestrus in the first session. The results also indicate that females in diestrus and proestrus exhibited less immobility than males in the first session; females in diestrus also exhibited less immobility than females in metaestrus. Females in metaestrus and diestrus, as well as males, did not present the decrease in total immobility times in the second session. The present results are analyzed in terms of differential effects of progesterone and estrogen on a learning component and an affective component.

Numerical Analysis on a Dual-Loop Waste Heat Recovery System Coupled with an ORC for Vehicle Applications

The internal combustion (IC) engines exploits only about 30% of the chemical energy ejected through combustion, whereas the remaining part is rejected by means of cooling system and exhausted gas. Nowadays, a major global concern is finding sustainable solutions for better fuel economy which in turn results in a decrease of carbon dioxide (CO2) emissions. The Waste Heat Recovery (WHR) is one of the most promising techniques to increase the overall efficiency of a vehicle system, allowing the recovery of the heat rejected by the exhaust and cooling systems. In this context, Organic Rankine Cycles (ORCs) are widely recognized as a potential technology to exploit the heat rejected by engines to produce electricity. The aim of the present paper is to investigate a WHR system, designed to collect both coolant and exhausted gas heats, coupled with an ORC cycle for vehicle applications. In particular, a coolant heat exchanger (CLT) allows the heat exchange between the water coolant and the ORC working fluid, whereas the exhausted gas heat is recovered by using a secondary circuit with diathermic oil. By using an in-house numerical model, a wide range of working conditions and ORC design parameters are investigated. In particular, the analyses are focused on the regenerator location inside the ORC circuits. Five organic fluids, working in both subcritical and supercritical conditions, have been selected in order to detect the most suitable configuration in terms of energy and exergy efficiencies.

Analisi sperimentale del funzionamento di un sistema micro-ORC

Questa tesi tratta nello specifico lo studio di un impianto micro-ORC, capace di sfruttare acqua alla temperatura di circa 70-90°C come sorgente termica. Questo sistema presenta una potenza dichiarata dal costruttore pari a 3kW e un rendimento del 9%. In primo luogo, si descrivono le caratteristiche principali dei fluidi organici, in particolare quelle del freon R134a, impiegato nel banco prova. Vengono illustrati dettagliatamente l’impianto e la sensoristica utilizzata per le misurazioni delle varie grandezze fisiche. Tramite esse, con l’utilizzo di un programma di acquisizione dati appositamente relizzato in ambiente LabVIEW, è stato possibile calcolare in tempo reale tutti i parametri di funzionamento, necessari per la caratterizzazione del sistema. Per una veloce ed efficiente elaborazione dei dati registrati durante le prove in laboratorio, è stato realizzato un programma in linguaggio VBA. L’utilizzo di questo codice ha permesso, in primo luogo, di individuare e correggere eventuali errori di calcolo e acquisizione presenti in ambiente LabVIEW e, in secondo luogo, si è reso indispensabile per comprendere il funzionamento dell’impianto nelle varie fasi, come accensione, spegnimento e produzione di potenza. Sono state inoltre identificate le modalità di risposta del sistema al variare dei comandi impostabili dall’utente, quali il numero di giri della pompa e la variazione della temperatura della sorgente calda. Si sono poi osservate le risposte del sistema al variare delle condizioni esterne, come ad esempio la temperatura dell’acqua di condensazione. Una specifica prova è stata analizzata in questo elaborato. Durante tale prova il sistema ha lavorato in forte off-design, erogando una potenza elettrica pari a 255 W, raggiungendo un basso valore del rendimento (pari a 1.8%). L’analisi dei dati ha portato ad identificare nuovi limiti di funzionamento, legati ad esempio alla quantità di fluido interna al sistema.

Candidate radial-inflow turbines and high-density working fluids for geothermal power systems

Optimisation of Organic Rankine Cycles (ORCs) for binary-cycle geothermal applications could play a major role in the competitiveness of low to moderate temperature geothermal resources. Part of this optimisation process is matching cycles to a given resource such that power output can be maximised. Two major and largely interrelated components of the cycle are the working fluid and the turbine. Both components need careful consideration. Due to the temperature differences in geothermal resources a one-size-fits-all approach to surface power infrastructure is not appropriate. Furthermore, the traditional use of steam as a working fluid does not seem practical due to the low temperatures of many resources. A variety of organic fluids with low boiling points may be utilised as ORC working fluids in binary power cycle loops. Due to differences in thermodynamic properties, certain fluids are able to extract more heat from a given resource than others over certain temperature and pressure ranges. This enables the tailoring of power cycle infrastructure to best match the geothermal resource through careful selection of the working fluid and turbine design optimisation to yield the optimum overall cycle performance. This paper presents the rationale for the use of radial-inflow turbines for ORC applications and the preliminary design of several radial-inflow turbines based on a selection of promising ORC cycles using five different high-density working fluids: R134a, R143a, R236fa, R245fa and n-Pentane at sub- or trans-critical conditions. Numerous studies published compare a variety of working fluids for various ORC configurations. However, there is little information specifically pertaining to the design and implementation of ORCs using realistic radial turbine designs in terms of pressure ratios, inlet pressure, rotor size and rotational speed. Preliminary 1D analysis leads to the generation of turbine designs for the various cycles with similar efficiencies (77%) but large differences in dimensions (139289 mm rotor diameter). The highest performing cycle (R134a) was found to produce 33% more net power from a 150°C resource flowing at 10 kg/s than the lowest performing cycle (n-Pentane).

Optimisation methods for coupled thermodynamic and 1D design of radial-inflow turbines

Optimisation is a fundamental step in the turbine design process, especially in the development of non-classical designs of radial-inflow turbines working with high-density fluids in low-temperature Organic Rankine Cycles (ORCs). The present work discusses the simultaneous optimisation of the thermodynamic cycle and the one-dimensional design of radial-inflow turbines. In particular, the work describes the integration between a 1D meanline preliminary design code adapted to real gases and the performance estimation approach for radial-inflow turbines in an established ORC cycle analysis procedure. The optimisation approach is split in two distinct loops; the inner operates on the 1D design based on the parameters received from the outer loop, which optimises the thermodynamic cycle. The method uses parameters including brine flow rate, temperature and working fluid, shifting assumptions such as head and flow coefficients into the optimisation routine. The discussed design and optimisation method is then validated against published benchmark cases. Finally, using the same conditions, the coupled optimisation procedure is extended to the preliminary design of a radial-inflow turbine with R143a as working fluid in realistic geothermal conditions and compared against results from commercially-available software RITAL from Concepts-NREC.

Applicazione della metodologia Life Cycle Assessment al Passito di Pantelleria

Il presente studio riguarda l’applicazione della metodologia Life Cycle Assessment (LCA) ad una bottiglia di Passito di Pantelleria, prodotta dall’Azienda vitivinicola “Donnafugata” localizzata nel comune di Marsala in Sicilia. L’obiettivo di tale studio consiste nel quantificare e valutare le prestazioni energetico-ambientali derivanti dall’intero ciclo di vita del processo produttivo, nonché le fasi di produzione che presentano il maggiore impatto. Lo studio è stato ulteriormente approfondito effettuando una comparazione tra la produzione della singola bottiglia di Passito nei diversi anni 2007, 2008 e 2009 con lo scopo di determinare quali tra questi risulta avere il maggiore impatto ambientale. Gli impatti ambientali di un’Azienda vitivinicola risultano avere la loro particolare importanza in quanto la produzione di vino è un processo di natura complessa. Di conseguenza tali impatti possono compromettere le componenti fondamentali del processo produttivo, a partire dalle uve coltivate in vigna fino ad arrivare in cantina, dove avviene la trasformazione dell’uva in mosto e la successiva fase di vinificazione che determina il prodotto finale messo in commercio. Proprio attraverso il fluire delle seguenti fasi di trasformazione, in che misura queste consumano energia e producono emissioni? È importante sottolineare che lo studio del ciclo di vita di un prodotto può essere considerato come un supporto fondamentale allo sviluppo di schemi di etichettatura ambientale attraverso i quali è possibile indirizzare il consumatore finale verso beni più rispettosi dell’ambiente e fornire informazioni chiare e trasparenti sulle prestazioni ambientali del prodotto stesso. Allo stesso tempo tale strumento può essere adoperato dall’azienda per fornire garanzia delle credenziali ambientali del prodotto acquisendo così un vantaggio competitivo rispetto alle aziende concorrenti. Infatti, nell’ambito delle politiche comunitarie di prodotto, una delle applicazioni più significative della valutazione del ciclo di vita si ha nella dichiarazione ambientale di prodotto o EPD (Environmental Product Declaration). L’EPD è uno schema di certificazione volontaria che rappresenta un marchio di qualità ecologica per i prodotti, permettendo di comunicare informazioni oggettive, confrontabili e credibili relative alla prestazione ambientale degli stessi. Per essere convalidabili, le prestazioni ambientali presenti nelle EPD devono rispettare i requisiti stabiliti dal PCR- Product Category Rules, un documento nel quale sono presenti le regole per lo studio di una certa categoria di prodotto. Il presente lavoro può essere suddiviso in cinque step successivi. Il primo prevede la descrizione della metodologia LCA, adottata per la quantificazione dell’impatto ambientale, analizzandone singolarmente le quattro fasi principali che la caratterizzano; il secondo presenta la descrizione dell’Azienda vitivinicola e del Passito di Pantelleria, oggetto della valutazione, mettendo in evidenza anche le particolarità ambientali del territorio Pantesco in cui il prodotto prende vita; il terzo fornisce una descrizione delle caratteristiche principali dello strumento applicativo utilizzato per l’analisi, SimaPro nella versione 7.3; il quarto descrive le diverse attività di lavorazione svolte nel complesso processo di produzione della bottiglia di Passito, focalizzando l’attenzione sui componenti primari dell’oggetto di valutazione ed il quinto riguarda la descrizione dell’analisi LCA applicata alla singola bottiglia di Passito.