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APPROCCIO INTERDISCIPLINARE NELL’AFFRONTARE LE ATTUALI SFIDE ECOLOGICHE: È NECESSARIO CAMBIARE IL NOSTRO APPROCCIO ALLA RICERCA

Un gruppo di 20 ricercatori, di cui 5 dell’Università di Torino, ha esplorato la “fertilizzazione incrociata”, un’innovativa pratica interdisciplinare sul nesso chimica-energia così cruciale nell’antropocene

 

Un gruppo di 20 ricercatori, provenienti dall’area delle Scienze Chimiche e delle Scienze Sociali (di cui 5 dell’Università di Torino), dopo aver condiviso una settimana di studio e approfondimento in occasione di una scuola invernale (http://catenerchem.cpe.fr), ha esplorato un’innovativa pratica interdisciplinare volta a costruire una scienza diversa da quella esistente, per affrontare alcune delle principali sfide ecologiche del XXI secolo. Da questa interazione è nato l’articolo An anthropocene-framed transdisciplinary dialog at the chemistry-energy nexus, pubblicato su Chemical Science, la rivista di riferimento della Royal Society of Chemistry (RSC).

Gli autori hanno fatto una valutazione dettagliata del ciclo di vita di cinque entità chimiche particolarmente critiche per la transizione energetica – anidride carbonica, idrogeno, metano, ammoniaca e materiali plastici – basata su un esame approfondito dei dati disponibili, delle direzioni strategiche di ricerca proposte da alcuni importanti attori pubblici e privati, in termini di conseguenze sia ecologiche che sociali. Ciò ha consentito di identificare esistenti tensioni reali e persino contraddizioni inconciliabili in alcune aree di ricerca.

Sulla base di un’analisi interdisciplinare alcune opzioni tecnologiche, seppur auspicabili dal punto di vista di un’analisi mono-disciplinare, si rivelano invece dannose dal punto di vista ecologico, sociale o economico. Gli autori hanno dimostrato che solo un dialogo profondo e radicale tra le discipline può rivelare queste tensioni e quindi portare a una ricerca più consapevole e informata delle sfide da fronteggiare.

Con un’analisi di tipo storico è stato possibile comprendere meglio le interconnessioni tra le molecole oggetto di studio e, più in generale, tra le diverse opzioni tecnologiche che più da vicino le riguardano. L’avvalersi della teoria dei giochi e dell’economia mette in luce i rischi associati ad un eccessivo ottimismo sulla capacità di alcuni percorsi di ricerca di essere finanziati e diffusi su scala nazionale o internazionale.

Attingere agli studi culturali contribuisce ad accrescere la consapevolezza delle implicazioni Nord-Sud di alcune innovazioni, dando maggiore rilievo a visioni del mondo e del progresso diverse da quelle specifiche delle società del Nord globale. L’interesse per le scienze sociali permette inoltre di rimuovere potenziali conflitti d’utilizzo e di potere, legati alla disponibilità e al controllo dei materiali critici necessari per la produzione di alcune specie chimiche. Questi, riportati in dettaglio nello studio sono solo alcuni esempi della “fertilizzazione incrociata” che può avvenire attraverso un dialogo interdisciplinare.

“Di fronte alla crisi ecologica e alle sue molteplici sfaccettature, – dichiara Silvia Bordiga, docente del Dipartimento di Chimica UniTo – l’attuale approccio scientifico, dipendente ancora troppo da divisioni disciplinari e sub-disciplinari, e spesso non lascia spazio ad una completa condivisione degli strumenti e delle conoscenze delle Scienze Naturali (Biologia, Chimica e Fisica) e delle Scienze Sociali. Non riuscendo a stabilire stabili legami tra le discipline, la ricerca sta abdicando alla capacità di formulare soluzioni sostenibili. Questo studio è un invito ben documentato a sfruttare appieno la ricchezza delle varie discipline per costruire una scienza diversa da quella esistente, che sia in grado di offrire potenziali soluzioni alla crisi ecologica ed energetica”.

A proposito delle implicanze energia-chimica-mondo globale, cinque sostanze (l’anidride carbonica (CO2), l’idrogeno (H2), il metano (CH4), l’ammoniaca (NH3) ed i biopolimeri sono state analizzate in modo incrociato con il quadro di riferimento planetario e come parte di cinque “roadmaps” delineate da associazioni internazionali, considerate il riferimento per la definizione delle strategie politiche per la transizione energetica. Gli autori hanno inoltre considerato i punti di vista che emergono da altre discipline inerenti alla sfera umanistica (storia, economia, scienze politiche, etica etc.) per sottolineare che spesso si incontrano degli elementi di frattura rispetto a quanto emerso dalle aree più tecniche.

“In questo contesto – conclude Bordiga – riteniamo che gli elementi interdisciplinari della storia, dell’economia e dell’antropologia siano rilevanti per qualsiasi tentativo di analisi incrociata. Le intuizioni distintive e cruciali tratte da elementi delle scienze umane e sociali ci hanno portato a riconsiderare questioni aperte e possibili punti senza sbocco presenti nelle principali roadmap, sviluppate per guidare la ricerca chimica verso la transizione energetica. Riteniamo che queste questioni aperte non siano sufficientemente affrontate nell’arena delle Scienze Naturali, malgrado siano rilevanti per una piena comprensione dell’attuale crisi planetaria e per la nostra capacità di valutare correttamente il potenziale e i limiti dei risultati e delle proposte avanzate dalla ricerca scientifica”.

Silvia Bordiga. Fotografia di Elisa Giuliano
Silvia Bordiga. Fotografia di Elisa Giuliano

Testo e foto dall’Ufficio Stampa Area Relazioni Esterne e con i Media Università degli Studi di Torino

ALBARELLA, PARCO DEL DELTA DEL PO: ENERGIA SOLARE, DIETA VEGETARIANA E MOLTI ALBERI SONO LA RICETTA PILOTA DEL PROGETTO ALBA, PER IL PIANETA

Pubblicata su «PLOS Climate» ricerca dell’Università di Padova che simula l’impatto delle emissioni sull’isola di Albarella nel Parco del Delta del Po

Non è un segreto che il clima del pianeta stia cambiando anche per il fatto che in atmosfera la concentrazione dei gas a effetto serra è aumentata: in particolare, l’anidride carbonica è passata da 330 ppm (parti per milione) negli anni ‘70 a 420 ppm nel 2024, con conseguenze disastrose sul clima – riscaldamento della temperatura media dell’aria di 1,5-2 °C, ancora in crescita, fusione delle calotte polari, deregolamento del clima in generale –. Un’allerta internazionale è stata lanciata dal gruppo di scienziati dell’Intergovernmental Panel on Climate Change attraverso i loro periodici Reports e, parallelamente, la politica e l’industria mondiali stanno promuovendo il passaggio da energie derivate da risorse fossili a energie rinnovabili a bassa emissione di CO2 e meno impattanti sull’ambiente.

Lo studio dal titolo “Tackling climate change: the Albarella island example” pubblicato sulla rivista «PLOS Climate» che vede come primo autore Augusto Zanella, docente del Dipartimento Territorio e Sistemi Agro-Forestali dell’Università di Padova, si focalizza sul bilancio di COequivalente dell’isola di Albarella, nel Parco del Delta del Po (Rovigo), in modo da programmare un cambiamento sostenibile in 10 anni delle fonti energetiche, dello stoccaggio naturale del carbonio e dei consumi sull’isola.

«Con l’aiuto di studenti, gestori e abitanti dell’isola abbiamo raccolto i dati necessari per stilare un bilancio annuale delle emissioni di COequivalente, cioè tutto ciò che serve a fare funzionare un’isola da più di 110 mila turisti all’anno in termini di energia e risorse» commenta Augusto Zanella, primo autore della ricerca.

Tutte le entrate e uscite di beni ed energia legati al funzionamento economico dell’isola sono state convertite in emissioni di COvirtuale in modo da programmare un cambiamento sostenibile in 10 anni delle fonti energetiche, dello stoccaggio naturale del carbonio e dei consumi sull’isola di Albarella.

Le variabili investigate sono:

1) stoccaggio netto di carbonio degli ecosistemi semi-naturali;

2) dieta degli esseri umani presenti sull’isola;

3) energia fossile attualmente utilizzata;

4) domanda di energia elettrica;

5) rifiuti prodotti;

6) trasporti.

«Invece di tentare di risolvere il problema su scala mondiale, abbiamo deciso di provare su una superficie confinata come quella di un’isola per vedere se su piccola scala e con le tecnologie disponibili oggi il problema sia concretamente risolvibile in un tempo sufficientemente breve» aggiunge Zanella.

I ricercatori hanno ipotizzato due scenari “estremi”: da un lato l’economia dell’isola rimane invariata, quindi nessuna differenza rispetto al passato, dall’altro uno scenario molto più ottimistico che prevede il miglioramento tecnologico ai fini di ridurre le emissioni: per esempio l’utilizzo esclusivo di energia prodotta da pannelli solari, l’impianto di alberi su metà dei prati dell’isola, una dieta vegetariana per abitanti e turisti, il riciclo sull’isola di tutti i rifiuti.

Se si avverasse lo scenario più ottimistico, in 10 anni le emissioni nell’isola si ridurrebbero dei ¾, tornando ai livelli degli anni ’60. Queste ridotte emissioni sarebbero causate da tre variabili principali: costruzione, funzionamento e riciclo dei pannelli solari (25% delle emissioni); i consumi alimentari di abitanti e turisti, (60,5%); gli impianti di alberi ancora in crescita che stoccherebbero il 14,5% delle emissioni prima di raggiungere la maturità.

«La nostra ricerca è un esempio pratico diretto, una simulazione basata su dati reali e oggettivi. Siamo consapevoli che la nostra esperienza non può rappresentare la complessa realtà del nostro pianeta: essa rivela che in un’area turistica geograficamente limitata, una popolazione preparata al cambiamento che impieghi nuove tecnologie potrebbe sperare di ridurre fino al 25% le emissioni di COequivalente. Le perdite energetiche irrimediabili e la necessità di nutrire una densa popolazione umana impedirebbero quindi oggi di scendere sotto questa soglia minima. Per raggiungere questo obiettivo – non completamente risolutivo –, bisogna avere volontà di cambiare e disponibilità economica», conclude Zanella.

Augusto Zanella
Augusto Zanella

Il progetto “ALBA – Albarella Laboratorio Diversità Ambiente” è un progetto Uni-Impresa del 2019 in cui l’Università di Padova collabora con l’Associazione Comunione dell’Isola di Albarella per un progetto di gestione sostenibile delle risorse dell’isola. L’obiettivo è di creare e mantenere nel tempo un ambiente antropizzato che si discosti il meno possibile dal suo corrispondente naturale tramite una forte riduzione delle emissioni di gas serra, come previsto dalle direttive UE. Il responsabile scientifico del progetto è il prof. Augusto Zanella, docente del Dipartimento Territorio e Sistemi Agro-Forestali dell’Università di Padova.

Link alla ricerca: https://journals.plos.org/climate/article?id=10.1371/journal.pclm.0000418

Titolo: Tackling climate change: the Albarella island example – «PLOS Climate» – 2024

Autori: Augusto Zanella, Cristian Bolzonella, Mauro Rosatti, Enrico Longo, Damien Banas, Ines Fritz, Giuseppe Concheri, Andrea Squartini, Guo-Liang Xu, Lingzi Mo, Daniele Mozzato, Claudio Porrini, Lucia Lenzi, Cristina Menta, Francesca Visentin, Marco Bellonzi, Giulia Ranzani, Debora Bruni, Matteo Buson, Daniele Casarotto, Michele Longo, Rebecca Bianchi, Tommaso Bernardon, Elisa Borella, Marco Ballarin, Vitaliy Linnyk, Patrizia Pengo, Marco Campagnolo, Karine Bonneval, Nils Udo, Vera Bonaventura, Roberto Mainardi, Lucas Ihlein, Allan Yeomans, Herbert Hager.

 

 

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università di Padova

L’INTELLIGENZA ARTIFICIALE PUÒ ACCELERARE LA PRODUZIONE DI COMBUSTIBILI SOLARI: LO DIMOSTRA UNO STUDIO DEL POLITECNICO DI TORINO

Torino, 13 giugno 2024

La ricerca, pubblicata sulla rivista Journal of the American Chemical Society, potrebbe aprire le porte ad un nuovo modo di produrre combustibili solari per fronteggiare la crisi climatica

 

Un team di ricercatori del Politecnico di Torino, coordinato dal professor Eliodoro Chiavazzo – Ordinario di Fisica Tecnica Industriale e direttore dello SMaLL lab al Dipartimento Energia-DENERG – e composto da Luca Bergamasco e Giovanni Trezza – rispettivamente Ricercatore e Dottorando presso il Dipartimento Energia – con la collaborazione dei gruppi di ricerca del professor Erwin Reisner dell’Università di Cambridge (Gran Bretagna) e del professor Leif Hammarström dell’Università di Uppsala (Svezia), ha dimostrato come alcune tecniche di Intelligenza Artificiale possono essere utilizzate per accelerare i tempi di sviluppo dei sistemi di produzione dei combustibili solari.

Il procedimento studiato rappresenta un significativo passo in avanti nella produzione di combustibili solari – fonti energetiche rinnovabili ottenute a partire dalla CO2 sfruttando l’energia solare – fondamentali per ridurre le emissioni di CO2 in atmosfera e contribuire così alla lotta al cambiamento climatico.

Il nuovo studio, appena pubblicato sulla prestigiosa rivista Journal of American Chemical Society, dimostra come sia possibile migliorare l’attuale produzione di combustibili solari avvalendosi dell’Intelligenza Artificiale, e in particolare della tecnica denominata Apprendimento Sequenziale.

A suscitare l’interesse dei ricercatori sono infatti le potenzialità dei combustibili solari, capaci di ridurre l’anidride carbonica in atmosfera e allo stesso tempo di riutilizzarla per produrre risorse utili. Una fonte rinnovabile particolarmente promettente, la cui valorizzazione potrebbe contribuire a fronteggiare l’attuale crisi climatica e costruire un futuro più sostenibile.

Concentrandosi in particolare sulla produzione di monossido di carbonio (CO) – un combustibile utile anche come precursore per la produzione di altri combustibili più comuni, a partire dalla CO2 – il team di ricercatori ha dimostrato come alcune tecniche di Intelligenza Artificiale possono essere utilizzate per “guidare” gli esperimenti, accelerando quindi i tempi di sviluppo e migliorando notevolmente i procedimenti di produzione dei combustibili solari.

Il sistema oggetto dello studio si basa su un processo foto-chimico, nel quale una preparazione costituita da acqua, tensioattivi e opportune molecole funzionalizzanti in contatto con la CO2 viene esposta alla luce solare, attivando la conversione delle molecole di anidride carbonica in combustibile. Data la complessità del sistema, la sua ottimizzazione richiede un elevato numero di esperimenti e analisi in condizioni diverse – per esempio, diverse composizioni e diverse concentrazioni dei costituenti chimici.

“L’apprendimento sequenziale è un approccio in cui un modello apprende continuamente da nuovi dati che gli vengono forniti, e risulta particolarmente utile in contesti in cui i dati non sono disponibili tutti in una volta ma vengono raccolti progressivamente – spiega il professor Eliodoro Chiavazzo – I modelli quindi “imparano” da un primo set di pochi esperimenti, e sono in grado di fornire indicazioni su quali esperimenti conviene svolgere successivamente. Per il sistema in oggetto, i modelli proposti hanno consentito di ottimizzare la produzione di combustibile solare in soli 100 esperimenti rispetto ai 100,000 teoricamente necessari”.

“Per questo lavoro abbiamo usato due dei più recenti modelli di apprendimento sequenziale oggi a disposizione, coordinandoci con i ricercatori dell’università di Cambridge per lo svolgimento degli esperimenti e l’analisi dei risultati – commenta Giovanni Trezza – Lo studio ha permesso di identificare uno dei parametri chiave che regola il sistema foto-chimico considerato, altrimenti molto difficile da individuare”.

“Il sistema considerato per la riduzione della CO2 è di per sé molto innovativo, perché sfrutta l’auto-assemblamento dei tensioattivi e delle molecole funzionalizzanti in aggregati molecolari chiamati “micelle foto-catalitiche” – aggiunge Luca Bergamasco – che possono migliorare di molto la conversione della CO2 in combustibile. Il fatto di aver applicato l’intelligenza artificiale ad un sistema così complesso, ha quindi aggiunto un ulteriore elemento di valore all’approccio, consentendo di dimostrarne a pieno le enormi potenzialità”.

“Ad oggi, le tecniche di apprendimento sequenziale sono ancora relativamente poco sfruttate, soprattutto in ambito chimico; questo lavoro, in particolare, rappresenta il primo tentativo di applicarle ad un sistema foto-catalitico così complesso come quello considerato – concludono gli autori dello studio – La ricerca sull’applicazione di queste tecniche prosegue nell’ambito dei combustibili solari ma non solo, anche per altre applicazioni nel campo della conversione e dell’accumulo di energia”.

L’articolo è disponibile in modalità open access al seguente link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c01305

anidride carbonica
Foto di Gerd Altmann

Testo dall’Ufficio Web e Stampa del Politecnico di Torino.

Grazie alla geodesia satellitare, il magma come fonte di energia semi-infinita

Lo studio dell’Università di Pisa pubblicato su Nature Communications.

Il magma può essere utilizzato come fonte di energia semi-infinita, ma per farlo è prima necessario capire dove si trova sotto i nostri piedi e come si muove. Per la prima volta, grazie ad innovative tecniche di geodesia satellitare, scienziati e scienziate dell’Università di Pisa sono riusciti a studiare il magma a profondità sinora mai esplorate per capire come si muove e come risale verso la superficie. La ricerca pubblicata sulla rivista Nature Communications è stata svolta dal dottore Alessandro La Rosa e dalla professoressa Carolina Pagli del dipartimento di Scienze della Terra dell’Ateneo pisano. Hanno inoltre collaborato al lavoro il professore Freysteinn Sigmundsson dell’Università dell’Islanda e altri studiosi da Cina, Francia e Regno Unito.

La possibilità di ricavare energia dal magma è una opportunità concreta allo studio in Paesi come l’Islanda – racconta Carolina Pagli – per misurare i movimenti millimetrici della superficie terrestre la tecnica principale che abbiamo usato è l’Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) che abbiamo combinato con il sistema globale di navigazione satellitare (GNSS) per avere una visione a tre dimensioni dei movimenti della crosta terrestre”.

Il monitoraggio satellitare è durato dal 2014 al 2021 e ha riguardato il rift dell’Afar, una depressione nel Corno d’Africa tra Stato di Gibuti, Eritrea, Somalia ed Etiopia dove si trova il punto più basso del continente africano. I risultati hanno rilevato un sollevamento della crosta terrestre di circa 5 mm/anno rivelando la comune origine di fenomeni in superficie molto distanti fra loro.

“Nel nostro studio abbiamo dimostrato come l’apporto di magma nella crosta avvenga ad impulsi, in luoghi diversi ma contemporaneamente – spiega Alessandro La Rosa – nello specifico l’afflusso di magma è avvenuto simultaneamente in quattro diversi luoghi, distanti decine di km e a profondità comprese tra 9 e 28 km, causando il sollevamento della superficie su una zona larga circa 100 km”.

Carolina Pagli si occupa da sempre di ricerca sui vulcani attivi tramite tecniche di geodesia satellitare. Dopo avere acquisito il PhD all’Università d’Islanda dove ha studiato i vulcani attivi e l’influenza del ritiro dei ghiacciai sulla produzione di magma ha continuato il suo percorso presso l’Università di Leeds nel Regno Unito. Tornata in Italia grazie al programma ministeriale Rita Levi Montalcini è adesso professoressa associata di Geofisica della Terra Solida al dipartimento di Scienze della terra dell’Università di Pisa.

Alessandro La Rosa è stato dottorando e assegnista di ricerca nel gruppo di ricerca di Carolina Pagli ed è attualmente Research Fellow a GFZ-Potsdam (Germania).

 Alessandro La Rosa e Carolina Pagli durante le ricerche ad Afar
Grazie alla geodesia satellitare, il magma come fonte di energia: in foto, Alessandro La Rosa e Carolina Pagli durante le ricerche ad Afar

Riferimenti bibliografici:

La Rosa, A., Pagli, C., Wang, H. et al. Simultaneous rift-scale inflation of a deep crustal sill network in Afar, East Africa, Nat Commun 15, 4287 (2024), DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-47136-4

 

Testo e foto dal Polo Comunicazione CIDIC dell’Università di Pisa.

Un condensatore per accumulare energia in pochi nanometri. Una tecnologia innovativa dai laboratori dell’Università di Pisa

Un condensatore che permette di accumulare energia in pochi nanometri per applicazioni fino a media e alta frequenza. Il lavoro pubblicato su Advanced Materials, una delle più prestigiose riviste del settore

 

Una tecnologia innovativa per produrre condensatori robusti, flessibili e a basso costo, capaci di accumulare energia in pochi nanometri e posizionabili su ogni tipo di substrato, anche flessibile. 
Lo studio del team del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa coordinato da Giuseppe Barillaro è stato condotto in collaborazione con il Surflay Nanitec GmbH di Berlino e il Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa, ed è stato pubblicato su Advanced Materials (link), la rivista più prestigiosa nel settore della scienza dei materiali.
“Un condensatore – spiega Giuseppe Barillaro – è in grado di immagazzinare energia in un materiale isolante posto tra due conduttori metallici. La sua capacità aumenta al diminuire dello spessore del materiale isolante.
Il metodo che abbiamo sviluppato ci consente di controllare l’assemblaggio dei condensatori chiamati elettrolitici, cioè quelli che tipicamente usano come materiale isolante un liquido o un gel con un’elevata concentrazione di ioni (detto elettrolita). 
I condensatori elettrolitici prodotti con il nostro metodo hanno spessore ridotto di almeno cinquanta volte rispetto ai condensatori attuali, mentre una frequenza di funzionamento di almeno cinquanta volte superiore.
A differenza degli attuali condensatori elettrolitici, che funzionano per applicazioni a bassa frequenza, come le reti elettriche, i 
nano-condensatori dell’Università di Pisa possono essere usati per applicazioni a media ed alta frequenza, come per esempio le comunicazioni wireless”.
Il processo di produzione individuato dai ricercatori è molto semplice: un substrato metallico sul quale è stata indotta una carica superficiale viene immerso in un liquido contenente un polielettrolita di spessore nanometrico con carica opposta, che quindi si deposita sul metallo. Il substrato può essere poi immerso di nuovo in un altro liquido contenente un polielettrolita con carica opposta alla prima, per formare un altro strato. Il processo è semplicissimo e può essere automatizzato con una macchina che immerge alternativamente il metallo nei due liquidi, il che lo rende anche estremamente economico.
“Il condensatore  – conclude Barillaro – è realizzabile su qualunque tipo di substrato, anche su materiali curvi e flessibili, e su aree molto vaste, aprendo la strada a diverse possibili applicazioni in campo di sistemi wearable, automotive, e energy storage. Per esempio, la flessibilità intrinseca dei polielettroliti permetterebbe di usarli all’interno di una pelle elettronica – electronic skin -, come sensori di pressione e/o per immagazzinare energia, ma le potenzialità sono infinite, e in settori che nella nuova rivoluzione industriale del 5.0 assumeranno una rilevanza sempre più marcata.” 
 
Il lavoro su materiali innovativi per immagazzinare energia infatti è una delle ricerche condotte nel laboratorio FoReLab del Dipartimento, dedicato allo sviluppo delle tecnologie per industria e società 5.0.
 
Giuseppe Barillaro
Giuseppe Barillaro

Link all’articolo scientifico:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202309365

 

Testo e foto dall’Unità Comunicazione Istituzionale dell’Università di Pisa.

Nuove finestre fotovoltaiche “smart” per la green energy e le comunicazioni ottiche del futuro

L’Università di Milano-Bicocca e l’Istituto Nazionale di Ottica del CNR, in collaborazione con Glass to Power SpA e il Laboratorio LENS, hanno realizzato la prima finestra “ibrida” intelligente, capace di generare energia elettrica dalla luce solare e di ricevere dati attraverso la luce visibile in modalità wireless. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Advanced Energy Materials.

Milano, 12 marzo 2024 – La sostenibilità energetica e l’interconnessione sono i due pilastri principali su cui si baseranno le smart cities del futuro, con dispositivi energetici intelligenti e connessi, completamente integrati negli edifici, capaci di soddisfare rigorose normative e di avere un impatto energetico minimo. In quest’ambito, nel lavoro pubblicato sulla rivista Advanced Energy Materials, il team composto da ricercatori dell’Università di Milano-Bicocca e di Cnr-Ino, in collaborazione Glass to Power SpA e LENS, ha realizzato e studiato il primo esempio di finestra fotovoltaica dotata anche della capacità di scambiare dati attraverso la luce mediante la tecnologia VLC (Visible Light Communication).

“Il dispositivo è stato realizzato sfruttando nuovi concentratori solari luminescenti a Quantum Dots, soddisfa tutte le normative internazionali sugli elementi fotovoltaici e edilizi, ed è stato caratterizzato dal punto di vista di resa energetica di conversione solare secondo i più alti standard internazionali”,

spiega Sergio Brovelli, docente dell’Università di Milano-Bicocca e Presidente del Consiglio Scientifico di Glass to Power SpA.

“La finestra “ibrida” messa a punto ha una funzione duale: viene sfruttata non solo come elemento fotovoltaico per la conversione di energia solare in elettrica, ma per la prima volta anche come efficace sistema di ricezione di dati wireless codificati come modulazione di intensità nella luce emessa dalle comuni sorgenti LED, a frequenze impercettibili per l’occhio umano, sfruttando la tecnologia VLC”, continua Jacopo Catani, primo ricercatore del CNR-INO.

L’uso di sorgenti LED bianche per comunicare dati, oltreché per illuminare, prende anche il nome di Light-Fidelity (Li-Fi). Il dispositivo è in grado di funzionare come ricevitore VLC anche sotto la luce solare diretta, combinando così funzioni di energia e connettività wireless in una soluzione realistica per edifici intelligenti e sostenibili. La capacità di generare energia elettrica raccogliendo la luce solare o artificiale e al contempo di trasmettere dati apre anche la possibilità di realizzare dispositivi intelligenti autoalimentati, che possano scambiare dati in modo pervasivo e sostenibile senza sostanziale impatto energetico o sulla salute umana.

Questo risultato pionieristico rappresenta un importante passo verso l’utilizzo sostenibile e green delle tecnologie ottiche nelle smart cities e nell’implementazione dell’Internet of Things (IoT) e della rivoluzione promessa dai sistemi di comunicazione di sesta generazione (6G).

finestre fotovoltaiche
Nuove finestre fotovoltaiche “smart” per la green energy e le comunicazioni ottiche del futuro, in grado di scambiare dati attraverso la luce mediante la tecnologia VLC

 

La scheda

Chi: Università di Milano-Bicocca, Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche di Sesto Fiorentino (CNR-INO), Glass to Power SpA, Laboratorio Europeo di Spettroscopie non Lineari di Sesto Fiorentino (Firenze)

Che cosa: F. Meinardi*, F. Bruni, C. Castellan, M. Meucci, A. M. Umair, M. La Rosa, J. Catani*, S. Brovelli*, Certification Grade Quantum Dot Luminescent Solar Concentrator Glazing with Optical Wireless Communication Capability for Connected Sustainable Architecture Advanced Energy Materials (February 2024), Link alla ricerca: https://doi.org/10.1002/aenm.202304006

Tutti i ringraziamenti e riferimenti ai progetti finanziatori sono presenti all’interno della pubblicazione.

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università di Milano-Bicocca.

Fondi sostenibili, tassonomia e transizione: Europa virtuosa nell’era del cambiamento climatico – Il Secondo Report annuale di O-Fire, l’Osservatorio sulla finanza sostenibile promosso da Università di Milano-Bicocca, Banca Generali e AIFI, fa il punto sugli investimenti “green” a livello internazionale ed europeo

Milano, 28 febbraio 2024 – Lo scorso anno si è assistito, per la prima volta, ad una riduzione del flusso globale dei fondi sostenibili, che ha registrato un deflusso netto di 2,5 miliardi di dollari. Diverse le cause: a giocare un ruolo decisivo è stato il complesso contesto economico e geopolitico internazionale e le conseguenze che, a cascata, ha portato con sé, dai timori di recessione all’aumento della pressione inflazionistica e dei tassi d’interesse.

Unica eccezione, il contesto europeo che, al contrario, ha mantenuto i flussi netti positivi, attraendo 3,3 miliardi di dollari nel quarto trimestre dello scorso anno, seppur in calo rispetto al trimestre precedente. Questo uno dei risultati emersi dal Secondo Rapporto annuale di O-Fire, (“Osservatorio sulla Finanza d’Impatto e sue Ricadute Economiche”), l’Osservatorio sulla finanza sostenibile lanciato due anni fa dall’Università di Milano-Bicocca insieme a Banca Generali Spa e AIFI – Associazione italiana del private equityventure capital e private debt. Le attività di O-Fire rientrano nello Spoke 4 di Musa, Ecosistema dell’Innovazione finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca nell’ambito del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza. Il Rapporto, dal titolo “ESG Disclosure Obligations, sustainable funds and renewable energy sources in the midst of the ecological transition, è stato presentato questa mattina all’Auditorium “Guido Martinotti” dell’Università di Milano-Bicocca.

Verso un orizzonte normativo rinnovato
L’Europa si sta muovendo rapidamente verso un rinnovamento del quadro normativo per la sostenibilità. La recente pubblicazione dell’Atto delegato per l’Ambiente e l’introduzione della Direttiva sulla rendicontazione di sostenibilità delle imprese (CSRD) segnano passi decisivi verso l’ampliamento dei requisiti di informativa non finanziaria. Con l’obbligo per quasi 50.000 aziende di aderire agli European Sustainability Reporting Standards, l’UE punta a una maggiore trasparenza e responsabilità sociale d’impresa, fattori chiave per la competitività sul mercato.

L’analisi evidenzia, dunque, come la Tassonomia europea sia ancora in una fase di piena evoluzione e che saranno necessarie nuove integrazioni e modifiche che possano favorire gli investimenti necessari a rendere l’Unione Europea a zero emissioni nel 2050.

Finanza Sostenibile e Transizione Energetica: un binomio indissolubile
Il Rapporto pone in evidenza l’importanza cruciale degli investimenti nelle fonti di energia rinnovabile per la transizione energetica e il conseguimento degli obiettivi di finanza sostenibile. Tuttavia, emergono sfide legate all’impatto del cambiamento climatico sulla produzione energetica, che potrebbero ridefinire gli equilibri globali di domanda e offerta e influenzare gli investimenti nel settore.

«Gli investimenti nelle Fonti di energie rinnovabili – scrivono i ricercatori – pur influenzando positivamente il rating ESG, possono avere un effetto opposto sul rating del credito. Un’analisi sulla relazione tra i due tipi di rating relativa a 116 società europee ha mostrato infatti che solo per 35 società, che rappresentano il 30% del campione, il rating di credito e il rating ESG hanno la stessa qualità».

Adattamento al cambiamento climatico: una priorità urgente
La necessità di adattarsi ai cambiamenti climatici richiede un impegno finanziario considerevole e ben ponderato, attualmente sostenuto solo in minima parte dagli investimenti globali. L’allocazione di risorse verso interventi specifici come la prevenzione delle catastrofi naturali e la sicurezza alimentare resta fondamentale per mitigare gli effetti del cambiamento climatico.

«I risultati emersi dal rapporto sottolineano le sfide e le opportunità che ci attendono sulla strada verso una transizione ecologica più giusta ed equa – ha commentato Giovanna Iannantuoni, rettrice dell’Università di Milano-Bicocca e presidente di MUSA –. È significativo osservare come, nonostante le turbolenze economiche e geopolitiche, l’Europa continui a dimostrare una resilienza unica nel mantenere flussi netti positivi di investimenti sostenibili. Questo è un chiaro indicatore dell’impegno del continente verso obiettivi di sostenibilità a lungo termine, anche in tempi incerti. Tuttavia, la riduzione globale dei flussi di fondi sostenibili ci ricorda che il cammino verso la sostenibilità è disseminato di sfide che richiedono attenzione, innovazione e cooperazione internazionale. Questo rapporto non solo mette in evidenza i progressi compiuti ma anche le aree in cui dobbiamo concentrare maggiormente i nostri sforzi. È attraverso questa consapevolezza e comprensione che possiamo mobilitare azioni concrete per affrontare le sfide più urgenti del nostro tempo, per un impegno collettivo verso una finanza che sia veramente sostenibile, inclusiva e capace di affrontare le sfide del nostro secolo».

«Raggiungere gli ambiziosi obiettivi in termini di politica climatica è un’impresa che richiede e continuerà a richiedere grande responsabilità, impegno e capacità di coordinamento tra istituzioni, imprese e privati, per incanalare nella giusta direzione di un mondo più sostenibile sforzi e investimenti della collettività – dichiara Carmelo Reale, Responsabile Area General Counsel & Group Sustainability di Banca Generali – e in questo contesto le istituzioni finanziarie sono uno dei principali catalizzatori per la promozione di investimenti in questa direzione. Gli anni passati hanno visto un grande sviluppo della sensibilità legata alle questioni ambientali e dell’offerta di investimenti sostenibili da parte dell’industria finanziaria, ma il 2023 ha mostrato per la prima volta un risultato in controtendenza nei flussi verso questi investimenti. Ora è quindi fondamentale focalizzarsi sulle best practices per rilanciare la finanza d’impatto e non abbandonare il percorso virtuoso fatto finora. Ringraziamo l’Università di Milano-Bicocca e tutte le persone coinvolte nel progetto per il meticoloso ed eccezionale lavoro di ricerca e analisi, i cui risultati saranno integrati nella nostra riflessione sulle sfide future dell’industria degli investimenti sostenibili e nel nostro modello. Noi come banca siamo in prima linea per cogliere la sfida della sostenibilità come dimostra anche la recente adesione agli UN Global Compact, iniziativa volontaria delle Nazioni Unite volta ad incoraggiare le imprese a creare un quadro economico, sociale ed ambientale per un’economia mondiale sana e sostenibile».

Fondi sostenibili, tassonomia e transizione: Europa virtuosa nell’era del cambiamento climatico, per il Secondo Report annuale di O-Fire. Foto di Nattanan Kanchanaprat

Testo dall’Ufficio Stampa dell’Università di Milano-Bicocca.

Il Progetto AMPS alimenta il futuro rivoluzionando la produzione di celle a ossidi solidi

Un’iniziativa europea per automatizzare e favorire la produzione su larga scala di sistemi (celle a combustibile ed elettrolizzatori) a ossidi solidi

L’elettrificazione si configura come scelta primaria nel complesso processo di decarbonizzazione. Tuttavia, la sua applicazione non è sempre tecnicamente fattibile o conveniente dal punto di vista economico. Vi sono infatti settori che richiedono soluzioni alternative all’elettrificazione e dovranno affrontare significative sfide di decarbonizzazione, come ad esempio quelli hard-to-abate (acciaio, cemento, fertilizzanti) e il settore heavy-duty (trasporto pesante, marittimo, aviazione). L’idrogeno e i combustibili sintetici derivati dall’idrogeno (comunemente noti come e-fuels) emergono come elementi cruciali per l’eliminazione dei combustibili fossili. Per affrontare con successo questa transizione, diventa inoltre imperativo l’utilizzo di tecnologie elettrochimiche efficienti e robuste (celle a combustibile ed elettrolizzatori). In particolare, le tecnologie ad alta temperatura offrono efficienze molto elevate ed una ampia flessibilità in termini di flussi di ingresso. Inoltre, dimostrano l’unicità di poter funzionare in modalità reversibile all’interno dello stesso componente, migliorando la loro versatilità in diverse applicazioni.

AMPS è un progetto finanziato da Horizon Europe (budget di 8,7 M€, finanziamento di 6,6 M€) avviato nel giugno 2023. Il focus principale di questo progetto è l’avanzamento, la dimostrazione e la validazione di tecniche di produzione ad alta velocità ed economicamente vantaggiose e misure di controllo qualità per la produzione di celle e stack a ossidi solidi SOC (Solid Oxide Cells). Questi obiettivi sono raggiunti all’interno di ambienti di produzione reali, sottolineando l’impegno del progetto a contribuire in modo pratico e significativo allo sviluppo del settore.

Gli obiettivi principali di AMPS includono la produzione automatizzata ad alta velocità di celle SOC, piastre bipolari e di interconnettori, insieme all’assemblaggio automatizzato ad alta velocità degli stack, con controllo qualità integrato. Il tracciamento completo dei componenti e la produzione in serie ottimizzata saranno realizzati utilizzando un virtual twin dell’intero processo. In ultima analisi, il progetto mira a dimostrare un costo di produzione degli stack SOC inferiore a 800 €/kW per un volume di produzione di 100 MW/anno, con l’obiettivo generale di stabilire una catena di approvvigionamento europea dedicata per la produzione di sistemi SOC.

Nel contesto del progetto AMPS, Il Politecnico di Torino è responsabile della valutazione della sostenibilità economica del processo produttivo innovativo (con un obiettivo < 800 €/kW) in confronto ai metodi convenzionali di produzione di celle ad ossidi solidi (SOC). L’analisi include anche una dettagliata valutazione del ciclo di vita del processo per dimostrarne la sostenibilità ambientale, con un particolare focus sulla gestione dei rifiuti e il riciclo per raggiungere un elevato livello di circolarità. Sarà inoltre fornita una panoramica completa del processo di produzione, comprendendo valutazioni di sicurezza e regolamentari. Sulla base di queste analisi, l’obiettivo finale è quello di evidenziare il ruolo dei sistemi SOC nella promozione della decarbonizzazione in diversi settori finali in Europa. A tal fine, il Politecnico di Torino svilupperà uno strumento di ottimizzazione ad hoc per individuare le condizioni che rendono i sistemi SOC la soluzione ottimale per applicazioni industriali e di trasporto. Infine, Politecnico di Torino si occuperà anche delle attività di dissemination, communication, ed exploitation.

Il team di lavoro del Politecnico di Torino, guidato da Marta Gandiglio, include Massimo Santarelli, Paolo Marocco ed Alessandro Magnino del Dipartimento Energia “Galileo Ferraris” – DENERG e Giovanni Andrea Blengini e Isabella Bianco del Dipartimento di Ingegneria dell’Ambiente, del Territorio e della Infrastrutture – DIATI.

Consorzio:

Questa iniziativa unisce prominenti aziende europee coinvolte nella catena di produzione di celle a combustibile ad ossidi solidi (SOFC) ed elettrolizzatori ad ossidi solidi (SOEC). Il progetto è coordinato da VTT e comprende aziende di automazione come Rocksoft e Smartal, insieme a produttori di attrezzature manifatturiere come SITEC, Haikutech e Dosetec. Il progetto include anche la produzione di celle da parte di Elcogen AS e la produzione di stack da parte di Elcogen Oy. Questi partner industriali ricevono supporto dagli istituti di ricerca del Politecnico di Torino e di VUTS.

AMPS progetto celle ossidi solidi

Il sito internet del progeffo AMPS: https://www.amps-project.eu/

Pagina LinkedIn del gruppo di ricerca STEPS, dipartimento DENERG del Politecnico di Torino: https://www.linkedin.com/company/steps-steps-synergies-of-thermo-chemical-and-electro-chemical-power-systems

12 Febbraio 2024

Testo dall’Ufficio Web e Stampa del Politecnico di Torino.

Il geotermico è la rinnovabile più efficace per diminuire le emissioni di CO2 (seguono idroelettrico e solare)

Lo studio dell’Università di Pisa su 27 paesi OCSE dal 1965 al 2020 pubblicato sul Journal of Cleaner Production

Impianto ad energia geotermica di Nesjavellir in Islanda, che fornisce acqua calda all'area di Reykjavík
Impianto ad energia geotermica di Nesjavellir in Islanda, che fornisce acqua calda all’area di Reykjavík. Foto di Gretar Ívarsson, modificata da Fir0002, in pubblico dominio

Per diminuire le emissioni di CO2 nell’atmosfera, il geotermico è la fonte di energia rinnovabile più efficace, seguito da idroelettrico e solare. La notizia arriva da uno studio su 27 paesi OCSE dal 1965 al 2020 pubblicato sul Journal of Cleaner Production.

La ricerca ha analizzato l’impatto di alcune fonti di energia rinnovabile per la produzione di energia elettrica: geotermico, solare, eolico, biofuel, idroelettrico. Dai risultati è emerso che ognuna di esse contribuisce a ridurre le emissioni di CO2 e dunque è utile agli obiettivi della transizione ecologica. Fra tutte, le migliori sono il geotermico, l’idroelettrico, e il solare, in ordine decrescente di importanza. A livello quantitativo, 10 terawattora di energia elettrica prodotti da geotermico, idroelettrico, e solare, consentono infatti di ridurre le emissioni di CO2 pro capite rispettivamente di 1.17, 0.87, e 0.77 tonnellate.

I 27 paesi OCSE esaminati dal 1965 al 2020 sono stati scelti come campione perché contribuiscono notevolmente al rilascio di emissioni di CO2 nell’atmosfera e rappresentano circa un terzo del totale delle emissioni globali di CO2. Nello specifico si tratta di Australia, Austria, Canada, Cile, Cipro, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Grecia, Islanda, Irlanda, Israele, Italia, Giappone, Messico, Paesi Bassi, Nuova Zelanda, Norvegia, Polonia, Portogallo, Corea del Sud, Spagna, Svezia, Svizzera, Regno Unito e Stati Uniti.

Per ricavare i dati, la ricerca ha analizzato molteplici fonti, le principali sono: Food and Agriculture Organization (FAO), International Energy Agency (IEA), OECD, Our World in Data (OWID), e World Bank.

“È noto che circa due terzi degli italiani si dichiara appassionato del tema della sostenibilità e ritiene importante l’uso delle rinnovabili per avere città più sostenibili  – dice Gaetano Perone, ricercatore del dipartimento di Economia e Management dell’Università di Pisa e autore dell’articolo – la mia analisi spiega in modo dettagliato l’impatto di ciascuna energia rinnovabile sulle emissioni di CO2, considerando anche altri aspetti legati ai costi di implementazione e costruzione delle centrali e delle opportunità date dalle caratteristiche geografiche e climatiche dei paesi considerati”.

Riferimenti bibliografici:

Gaetano Perone, The relationship between renewable energy production and CO2 emissions in 27 OECD countries: A panel cointegration and Granger non-causality approach, Journal of Cleaner Production,
Volume 434, 2024, 139655, ISSN 0959-6526, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.139655

Testo dall’Unità Comunicazione Istituzionale dell’Università di Pisa.

La Scuola IMT e Nemesys avviano un progetto di ricerca e sviluppo per i materiali e le tecnologie della filiera dell’idrogeno

materiali tecnologie filiera dell'idrogeno
Marco Paggi, ordinario in Scienza delle Costruzioni e direttore dell’unità di ricerca Musam della Scuola IMT Alti Studi Lucca

Lucca 3 febbraio 2022 – Entra nel vivo la collaborazione tra l’unità di ricerca Musam -Multi-Scale Analysis of Materials – della Scuola IMT Alti Studi Lucca e Nemesys, la startup di cui la multinazionale Baker Hughes ha appena acquisito la quota del 30%.

La collaborazione tra la Scuola IMT Alti Studi Lucca e Nemesys, startup con sedi a Firenze e Pontedera (Pisa) avviata ad ottobre 2021 prevede un progetto di ricerca sui materiali e le tecnologie della filiera dell’idrogeno. In particolare, l’unità di ricerca guidata da Marco Paggi si occuperà della ingegnerizzazione e dello sviluppo di prototipi e di tutta la fase che va dal prodotto di laboratorio a uno pressoché pronto per la commercializzazione.

Particolarmente gradita dunque, la notizia odierna dell’entrata di Baker Hughes in Nemesys, un importante riconoscimento da parte di un player internazionale di grande rilievo per la Toscana.

“Le sfide scientifiche sul tema dell’idrogeno – commenta Marco Paggi, ordinario in Scienza delle Costruzioni e direttore dell’unità di ricerca Musam della Scuola IMT – dalla produzione allo stoccaggio, sono un chiaro esempio di ricerca di frontiera con impatto atteso su energia e trasporti, temi caldi per la società. La Scuola IMT è lieta di poter collaborare con una startup che si impegna nel sviluppare soluzioni tecnologiche chiave per il settore industriale.”

Il professor Paggi desidera anche ringraziare Emilio Paolo Vasciminno, private banker, per la sua attività di open innovation che ha portato ad avviare la collaborazione scientifica tra Nemesys e la Scuola IMT.

Testo e foto dall’Ufficio Comunicazione ed Eventi Scuola IMT Alti Studi Lucca sul nuovo progetto di ricerca e sviluppo per materiali e tecnologie della filiera dell’idrogeno.