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Il lavoro di ricerca svolto può essere sommariamente suddiviso in tre parti: 1) audit energetico; 2) analisi termo-energetica tramite modellazione statica e dinamica del processo produttivo e/o parte di esso. Contestualmente all’analisi è stato fatto un approfondimento sul processo produttivo e sui materiali coinvolti per capire le criticità dello stesso; 3) proposte d’intervento le quali possono anche essere volte ad ottimizzare il ciclo di produzione. Dopo l’audit energetico ci si è resi conto che la fase più critica fosse il reparto della decolorazione e qui si è incentrata l’analisi termo-energetica. Lo studio è stato fatto, sulla vasca di decolorazione, con il Comsol Multiphiscs, prima analizzando il caso bidimensionale stazionario e poi quello transitorio. Avvalendosi di un sistema di filtraggio dinamico delle acque, in fase di processo, migliora significativamente il “lavaggio” dei capelli riducendo consistentemente i consumi idrici e quindi anche energetici. Infine tutto lo studio chimico sul processo di decolorazione. Il kit in provetta su campioni piccolissimi di capelli, consente di determinare preliminarmente quali campioni hanno subito tinture inquinanti e quali no. L’utilizzo di un protettivo che neutralizza il radicale libero in eccesso, che si forma nella reazione di ossidazione con l’H2O2 , interviene preservando la qualità del prodotto finito e quindi stabilizza il processo e riduce gli scarti. The research work carried out can be summarized in three parts: 1) energy audit; 2) thermalenergetic analysis by static and dynamic modeling of the production process and/or part of it. At the same time, an in-depth study of the production process and the materials involved to understand the criticalities of the same; 3) intervention proposals which can also be used to optimize the production cycle. After the energy audit we realized that the most critical phase was the decolorization department and here was focused the thermo-energetic analysis. The study was done on the bleaching tank with Comsol Multiphiscs, first analyzing the stationary two-dimensional case and then the transitional one. Utilizing a dynamic water filtering system during the process, it significantly improves hair washing by consistently reducing water consumption and therefore also energy. Finally, all the chemical study on the bleaching process. The test kit on tiny hair samples allows you to determine in advance which samples have been contaminated and what is not. The use of a protector that neutralizes the excess free radical formed in the oxidation reaction with H2O2 intervenes while preserving the quality of the finished product and thus stabilizes the process and reduces waste. Dottorato di ricerca in Ecosistemi e sistemi produttivi

Il degrado ambientale e i cambiamenti climatici sono il contesto in cui si svolgono oggi i processi educativi. Sono dunque necessarie nuove forme di conoscenza, che pongano gli individui, i gruppi, i responsabili della vita sociale a tutti i livelli (economico-politico, istituzionale, amministrativo, produttivo, culturale), nella condizione di non ignorare le conseguenze delle azioni umane, anche sull’ambiente. Educare alla partecipazione, in contrasto con la delega, promuove il senso di appartenenza e rende i cittadini attori responsabili dei processi decisionali di gestione del proprio territorio. Questo, nella rilevanza epistemologica del discorso pedagogico, trova forma nella dimensione di engagement a beneficio della persona e della comunità e si realizza nella partecipazione attiva all’interno della cosiddetta smart city.

Dottorato di ricerca in Scienze ambientali ; Sistemi agricoli ed ecologici sono intimamente connessi (l’agricoltura gioca un ruolo importante nei modelli ecosistemici) e l’attività agricola concreta in se concetti di gestione e cambiamento ambientale atti alla produzione di beni (in primis gli alimenti). Durante il secolo scorso, l’attività agricola si è intensificata caratterizzandosi sia nella crescente dipendenza da fattori esterni sia nella conversione delle coperture del suolo. Sebbene tale processo abbia incrementato la produttività, la sostenibilità di numerosi agroecosistemi è stata compromessa. Nei Paesi sviluppati la situazione è particolarmente critica e richiede una riorganizzazione del settore agricolo al fine di recuperare la sostenibilità venuta meno. Al fine di affrontare le questioni emergenti connesse con la crescita demografica mondiale e la veemenza tecnologica nella biosfera, assume una fondamentale importanza il quantificare la sostenibilità degli agroecosistemi. La sfida dei ricercatori è quindi quella di bilanciare le questioni bio-fisiche con quelle socio-economiche per promuovere lo sviluppo sostenibile dell’agricoltura. In Europa sono presenti modelli di sviluppo rurale sostenibile ed essi devono essere maggiormente compresi, esplorati e diffusi in quanto magnifici esempi di conoscenza acquisita tramite la tradizione e il sapiente uso del suolo. Il principale obiettivo della presente ricerca è quello di produrre un’indagine ambientale ed economica finalizzata alla progettazione e gestione di agroecosistemi sostenibili. Al fine di perseguire tale obiettivo, è necessario adottare un approccio multidimensionale capace di associare le caratteristiche agroecosistemiche alla gestione sostenibile. Questa ricerca vuole contribuire alla costruzione di una Scienza della Sostenibilità tramite la definizione di soluzioni pratiche capaci di incrementare la sostenibilità agricola, con minime ripercussioni sui livelli produttivi. La ricerca (articolata in vari studi) ha riguardato la valutazione della sostenibilità di alcuni agroecosistemi, a livello gerarchico di paesaggio (Lazio meridionale) e aziendale (Lazio meridionale, Provincia di Viterbo e Isola di Terceira), tramite indicatori di diversità (paesaggio e azienda) e di input/output (azienda). Gli studi condotti a livello di paesaggio hanno analizzato la sostenibilità ambientale in termini di metriche territoriali distinguendo l’ecoregione in base ad alcune caratteristiche (proprietà, altimetria e fitoclima). I risultati forniscono un profilo ecoregionale dell’Italia centrale dove i modelli storici di uso del suolo sono sopravvissuti a testimonianza della capacità umana di bilanciare il proprio sviluppo in base al contesto locale. Anche se i recenti cambiamenti sociali hanno portato a una maggior irruenza antropica e tecnologica sull’ambiente, la tradizione nei modelli d’uso del suolo (tramandata tra le generazioni mediante la cultura, l’educazione e le regolamentazioni locali) ha contribuito nel mitigare l’impatto umano ed ha agire da cuscinetto per la resilienza degli ecosistemi. Gli studi condotti a livello aziendale hanno analizzato la sostenibilità ambientale ed economica, in termini di circolazione dei flussi di materia ed energia, confrontando alcuni regimi gestionali contrastanti (biologico e convenzionale, misto e non misto). In generale, i risultati mostrano migliori prestazioni delle aziende biologiche rispetto alle convenzionali in ragione dell’organizzazione aziendale maggiormente portata al reimpiego della energia-materia prodotta e alla minor richiesta di energie ausiliari esterne provenienti da fonti non rinnovabili. Gli studi confermano il ruolo fondamentale degli allevamenti in quanto componente essenziale a migliorare l’efficienza e la sostenibilità aziendale (tale ruolo non viene sempre riconosciuto in termini sociali ed economici). In situazioni di bassa diversificazione strutturale e forte ascendente politico sul processo decisionale aziendale (come ad esempio sull’isola di Terceira) i costi ambientali dell’agricoltura possono aumentare significativamente. Al fine di informare in maniera appropriata i soggetti (pubblici e privati) coinvolti nel processo decisionale, sono necessarie maggiori risorse di conoscenza e di finanziamenti per misurare e monitorare le condizioni di sostenibilità dell’agricoltura. ; Agricultural and ecological systems are directly connected (agriculture plays an important role in ecosystem patterns) and the agroecosystems convey a high sense of stewardship care and historicity as food providers. During the last century, agriculture activity has intensified worldwide, characterized by an increasing dependence on external inputs and on land cover conversion. Although agriculture intensification has increased productivity, the sustainability of many agroecosystems has been compromised. In developed Countries the situation is particularly critical and requires a reorganization of the agricultural sector which would recover the sustainability failed. The measurement of agroecosystems sustainability has become of supreme importance, now essential to address the obvious problems related to the large population growth and technological vehemence in the biosphere. Defining socio-economical and bio-physical balance is a fundamental challenge for researchers in order to promote the sustainable development in agriculture. In Europe examples of sustainable rural development should be better acknowledged, explored and disseminated as meaningful case studies of traditional knowledge and wise land use. The main objective of the present research is to provide environmental-economic frameworks in order to design and evaluate agroecosystem sustainability. To achieve this objective, a multidimensional approach is needed that combines the feature of the agroecosystems with sustainable management. This research want to be a contribution in building a science of sustainability developing practical ways of improving sustainability in agriculture, with minimal impact to production. This research (containing various studies) has concerned the assessment of agroecosystem sustainability at landscape (Southern Lazio) and farming (Southern Lazio, Viterbo Province, Terceira Island) level based on the use of diversity (landscape and farming studies) and input/output (farming studies) indicators. Landscape level studies have analyzed the environmental sustainability in terms of landscape metrics distinguishing the landscape according to some characteristics (ownership, elevation and phytoclimate). Results provided a profile of an ecoregion in Central Italy, where historical land-use patterns are still alive on the territory and testify the capacity of human beings to develop a balanced relationship with their context of life at local level. Even if recent changes in society trends bring about more demographic pressure and more environmentally-aggressive technological fixes, tradition in land use patterns transferred from generation to generation through culture, education, regulations and action at local level, can help mitigate human impact and operate as a cultural buffer for ecosystem resilience. Farming level studies have analyzed the environmental and economical sustainability in terms of energy and material fluxes circulation comparing groups of farms in contrasting management regimes (organic vs. conventional; mixed vs. non-mixed). In general terms, results shows a diffuse better performance of organic farms respect to conventional ones because their organization was based on increased re-use of on-farm produced energy-matter flow and reduced demand of external inputs of non renewable energy-matter sources. The studies have confirmed the fundamental role of livestock as crucial agroecosystem component that improves the efficiency and sustainability of farms (this role is not yet acknowledged by society in economic terms). In situations of low structural diversification and strong policy ascendancy on farm decision making processes, the agricultural environmental costs may be enhanced significantly (eg.: Terceira Island). More intellectual and financial resources for measuring and monitoring sustainability conditions in agriculture are necessary, in order to appropriately inform decision making processes at both institutional and individual level.

La termodinamica del processo di svuotamento per evaporazione indotta da una pompa a vuoto in un serbatoio a volume costante è studiata teoricamente e sperimentalmente al fine di caratterizzare la dinamica del sistema e prevederne le condizioni critiche di funzionamento. Il modello termodinamico si basa sulla classica teoria monodimensionale per i sistemi aperti e fornisce previsioni che sono in ottimo accordo con i risultati sperimentali ottenuti da misurazioni su un impianto di prova.

Rapporto iniziale del Contratto di Ricerca del 11/10/2017 (prot. 0001670) con Start-up innovativa Circa Garage Srl di Genova bando della Regione Liguria - POR-FESR 2014-2020, Asse 1, Azione 1.1.3, "Sostegno alla valorizzazione economica dell'innovazione attraverso la sperimentazione e l'adozione di soluzioni innovative nei processi, nei prodotti e nelle formule organizzative, nonché attraverso il finanziamento dell'industrializzazione dei risultati della ricerca", cofinanziato dal F.E.S.R. - Fondo Europeo di Sviluppo Regionale, Titolo Progetto "CG-CNR_InfiniteBattery"

Il seguente elaborato offre una visione panoramica sul ciclo di vita dell’idrogeno puro (H2), concentrandosi in particolare sulla produzione, sullo stoccaggio e sull’impiego di tale elemento. Di ogni voce vengono analizzate sia le tecnologie attualmente esistenti, sia quelle allo stato prototipale; queste ultime, sebbene risolvano le criticità dei sistemi già esistenti, sono ancora in uno stadio di ricerca e sviluppo e, attualmente, non sono abbastanza efficaci ed economicamente vantaggiose per un commercio in scala globale. I settori d’impiego dell’idrogeno sono molteplici ma in questa trattazione verranno presi in esame solamente l’utilizzo dell’elemento in ambito edilizio e automobilistico, con particolare attenzione verso la tecnologia delle celle a combustibile. Più nello specifico, nell’analisi delle soluzioni impiantistiche per la distribuzione dell’energia elettrica presenti negli edifici, viene esaminato uno studio in cui si confrontano un sistema di stivaggio dell’energia elettrica attraverso elettrolisi dell’acqua ed un più classico sistema ad accumulatore. Per quanto riguarda l’ambito automotive, invece, si cita il celebre esempio della Toyota Mirai come prima auto ad idrogeno ad essere prodotta in serie e pioniera delle FCEV (fuel cell electric vehicle).

In questo studio è affrontato il progetto di un energy harvester destinato ad alimentare un nodo sensore impiegato per scopi di monitoraggio strutturale. La applicazione in questione è specifica per l'ambito ferroviario, dovendo il sistema essere collocato sul tirante di poligonazione della linea area di contatto. Sono state indagate modalità di conversione dell'energia dalle vibrazioni generate dal contatto fra catenaria e pantografo, studiandone la possibile integrazione con la conversione dell'energia solare tramite celle fotovoltaiche. Sono stati quindi progettati e realizzati due prototipi di energy harvester a vibrazioni, basati su tecnica di conversione rispettivamente elettromagnetica e piezoelettrica. La fase di progettazione è stata affinata tramite simulazioni MATLAB e COMSOL, utilizzando il metodo degli elementi finiti, ed è stato curato il progetto dei circuiti di regolazione della tensione generata dai dispositivi. Sulla base del consumo del nodo sensore misurato ne è stata simulata la alimentazione da parte di un energy harvester solare al variare del periodo dell'anno. I dispostivi realizzati sono stati valutati attraverso varie misurazioni e sono state indagate tra gli sviluppi futuri possibili approcci per il miglioramento della tecnologia realizzata.

The contribution, based on the real case study of the Friuli-Venezia Giulia region, proposes a critical reflection on the model of Ecologically Equipped Production Areas (APEA), highlighting the importance of a broader vision that can integrate the different scales of intervention with the specificities of the contexts to which they belong, intertwining economic, social and spatial dynamics. From this point of view, Italy, as a center of the Mediterranean basin, can represent a context of experimentation for the reuse and regeneration of production areas, also increasing the competitiveness of the national production system.