Aprile 2020 risultati, persone, fatti della ricerca di Ateneo - Università degli Studi di Parma
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aprile 2020 risultati, persone, fatti della ricerca di Ateneo
UNIPR Ricerca: un nuovo strumento per fare
conoscere la nostra migliore ricerca
in evidenza: Gentili lettrici e lettori,
quest’anno accademico si è aperto all’insegna della sostenibilità. Molti sicu-
Le ceneri da combustione dei ramente ricorderanno la cerimonia di apertura del 29 novembre, con la non
rifiuti: da problema a risorsa rituale presenza del Presidente Mattarella e la prolusione del Prof. Giovannini
dedicata allo sviluppo sostenibile. In quell’occasione, il nostro Rettore dedicò
Efficienza energetica nelle gran parte del suo discorso a sottolineare i tre aspetti della sostenibilità coi
costruzioni: il contributo dalla quali l’Università si confronta ogni giorno: sostenibilità economica, ambientale
fisica tecnica e sociale. Tutti concetti che si ritrovano nel Rapporto di sostenibilità dell’U-
niversità di Parma, presentato ufficialmente a dicembre 2019, e che hanno
Fotovoltaico alternativo per portato alla definizione di precise azioni miranti, fra l’altro, a ridurre gli sprechi
un’energia sostenibile di acqua e di energia, a sostituire i veicoli più inquinanti, a programmare nuove
piantumazioni ed aree verdi, a nuove forme di inclusione e di supporto alle
Modelli e metodi per la gestione fasce più deboli, a nuove iniziative di divulgazione scientifica.
integrata delle reti energetiche “Salvare il pianeta e salvare l’umanità. Utopia o dovere morale?” era il titolo
dell’intervento del Prof. Giovannini. Personalmente avrei ritenuto più giusto un
Sostenibilità ambientale di secco “Dovere morale!” ma, guardando ai comportamenti medi delle società
packaging e processi dell’indu- di tutto il mondo, temo che con gli appelli ai doveri morali non si risolverebbe
stria alimentare un gran ché. Figuriamoci se lo spauracchio dell’effetto serra può modificare le
abitudini consolidate dei popoli se persino in tempi di pandemia, con ospedali
Quando il packaging diventa stracolmi e i drammi vissuti da tante famiglie, bisogna far ricorso a divieti ca-
sinonimo di sostenibilità tegorici, alla mobilitazione massiccia delle forze dell’ordine, nonché a droni e
verifiche sulle celle telefoniche, per riuscire a far rispettare una direttiva dalla
Le scienze che tutelano le acque quale dipende anche la propria vita oltre a quella di tanti altri. Mentre una
frazione, in aumento fortunatamente, di popolazione è ben consapevole della
Rigenerazione urbana e adatta- necessità di apportare modifiche radicali allo stile di vita, un’altra frazione
mento al cambiamento climatico appare refrattaria a qualsiasi cambiamento. E la classe politica non aiuta certo
a migliorare le cose: si va dalla negazione esplicita dei cambiamenti climatici
nella città consolidata
(!) da parte di importanti capi di stato all’organizzazione di summit mondiali
UNIPR Ricerca dai quali escono bei protocolli, poi purtroppo elusi da molti degli stati parteci-
Aprile 2020 panti.
a cura di: In attesa di improbabili inversioni di tendenza a breve termine, l’università
Università di Parma può e deve comunque agire. In due direzioni: primo, promuovendo la cultura
Area Ricerca, Internazionalizzazione e della sostenibilità fra il suo personale e gli studenti e, in generale, nella società,
Terza Missione facendo comprendere che anche atti apparentemente simbolici, se considerati
Via Università n. 12 - 43121 Parma individualmente, ad esempio l’uso della borraccia o la rinuncia all’auto privata
nel tragitto casa-università, possono invece assumere grande significato
inviare commenti, segnalazioni e quando ripetuti quotidianamente da migliaia di individui. In secondo luo-
spunti a: go - e questo è l’aspetto più rilevante - l’università può promuovere ricerche
dirigenza.ricerca@unipr.it su tematiche di forte impatto ambientale e sociale. Tanti docenti di diversi
dipartimenti del nostro Ateneo da anni sono attivi sul fronte della sostenibilità
archivio: ambientale. In questo numero di UNIPRicerca diamo conto di alcune delle
www.unipr.it/ricerca ricerche da loro condotte, in particolare nell’ambito delle energie rinnovabili
e del risparmio energetico, dello smaltimento e riciclo dei rifiuti, della prote-
in copertina: parco fotovoltaico associato zione delle falde acquifere, del packaging innovativo e biodegradabile, della
alle Aule delle Scienze, Campus universitario
rigenerazione urbana.
di UNIPR.
immagini: fornite e concesse dai Buona lettura e un cordiale saluto,
docenti autori delle ricerche Roberto Fornari
Prorettore per la Ricerca Parma, 3 aprile 2020
Le notizie a pagina 29 sono in parte
tratte e riadattate dall’archivio noti-
zie del portale
www.unipr.it
LE CENERI DA COMBUSTIONE
DEI RIFIUTI: DA PROBLEMA Il team di ricerca
da sinistra: Mario Tribaudino, Chiara De Matteis e Luciana Mantovani (dottoran-
A RISORSA da e ricercatrice RTD-A, entrambe assunte sul progetto di eccellenza)
A Parma, il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Mario Tribaudino, Professore Ordinario
di Mineralogia del Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità
Ambientale, sta conducendo una ricerca, finanziata dal Ministero della Istruzione e
della Ricerca, per conoscere quali minerali sono presenti nei residui solidi di un incene-
ritore. È una nuova ricerca che parte dalla considerazione che, nonostante se ne parli
spesso, la reale costituzione delle ceneri prodotte dagli inceneritori è poco nota. Que-
sta conoscenza potrà fornire nuovi approcci per rendere inerti e riutilizzabili questi
materiali.
Prof. Tribaudino, ci spieghi perché è Parma brucia circa 195.000 tonnel- il metallo, nell’industria dei cementi
importante studiare i residui solidi di late di rifiuti l’anno questo risulta o nell’industria ceramica, oppure
un inceneritore? nell’imponente massa di 39.000 direttamente nell’edilizia. Il maggior
Quando pensiamo ai rifiuti, pensiamo tonnellate di cenere pesante, e circa problema al riutilizzo estensivo delle
a grandi masse di plastiche, residui 7.000 di cenere volante. Massa per ceneri è dato dalla presenza di ele-
alimentari, vetri, pezzi di metallo la quale si vuole trovare un riciclo per menti potenzialmente tossici, come
inutilizzabili e così via. In realtà molto evitare che finisca nelle discariche. il piombo, lo zinco ed il rame, che si
di questo materiale viene diretta- In particolare, la cenere pesante è trovano nelle ceneri in quantità vicine
mente riciclato. La parte restante considerata un rifiuto non pericoloso, al limite di legge. Conoscere dove si
viene spesso inviata agli inceneritori, di cui è possibile un utilizzo. trovano questi elementi, se posso-
nei quali gran parte della massa no essere rilasciati nell’ambiente, e
Da cosa sono composte queste ceneri
viene trasformata in vapore durante come si comportano durante i vari
pesanti?
l’incenerimento. Tuttavia, ne rimane trattamenti industriali è alla base del
Le ceneri pesanti sono un aggregato riutilizzo del residuo di combustione.
una parte residua sotto forma di
di composti solidi: una parte è costi- In molti casi occorre fare un tratta-
ceneri: le ceneri pesanti, quelle che si
tuita da residui metallici o ceramici mento mirato delle ceneri.
depositano sul fondo della camera e
incombusti, ma la maggior parte è
che vengono continuamente rimosse Sembrano problemi di interesse per
costituita da un vetro (amorfo) e da
(avete presente le ceneri del cami- l’ingegneria, la chimica, ambientale o
un insieme di minerali, analoghi a
no?), e le ceneri volanti, che si diffon- civile, o per la chimica applicata, che
quelli presenti anche in natura. Que-
dono nella camera di combustione contributo potete dare partendo dalla
sto insieme, quando esce dall’ince-
e che richiedono processi di abbat- mineralogia?
neritore, è molto reattivo ed assorbe
timento più complessi. Le ceneri pe-
molto rapidamente CO2 dall’atmo- Esiste una forte somiglianza chimica
santi sono circa il 20% della massa
sfera formando carbonati di calcio. e mineralogica tra le ceneri pesanti e
dei rifiuti inceneriti, quelle volanti il
Una volta stabilizzato può essere molte rocce presenti ad alta tempe-
4%. Se contiamo che l’inceneritore di
sfruttato in vari modi: per recuperare ratura. Non è una cosa tanto strana:
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di dimensioni inferiori al micrometro,
di vedere come sono cristallizzati e,
con l’ausilio della microanalisi, di de-
finirne la loro composizione chimica,
identificando i minerali che li com-
pongono. Invece per l’analisi media
noi utilizziamo analisi chimiche glo-
bali, su alcuni grammi di campione,
e analisi di diffrazione a raggi X. Le
analisi chimiche globali ci dicono la
composizione media, mentre la dif-
frazione rivela i minerali più comuni.
Tutto questo viene effettuato per dif-
ferenti granulometrie. Ma il punto più
importante è, a partire da questi dati
e dalla letteratura, capire che cosa
sono e come si formano i minerali
che abbiamo osservato: ci forniscono
indicazioni importanti sulle condizio-
ni di formazione e potenzialmente sul
loro riutilizzo.
figura 1. Le ceneri pesanti si presentano come un aggregato chiaro, con grani di dimensioni
variabili. La base della foto è lunga 12 cm. Professore, che impatto può avere
l’inceneritore è un imbuto in cui Le ceneri pesanti sono un materiale questa ricerca sul progresso delle
finiscono tutti i prodotti dell’uomo molto composito. Sono eterogenee conoscenze?
e l’uomo a sua volta li prende dalla per composizione chimica e granulo- È molto importante sapere dove si
terra in cui vive. Tolta la componen- metria (Figure 1 e 2). Noi dobbiamo trovano gli elementi potenzialmente
te organica, quel che rimane è la cercare di studiare questa etero- tossici. Se sono legati a un mine-
componente solida inorganica, cioè geneità, ma anche di capire come rale che si decompone facilmente
materiali cristallini e amorfi, analoghi sono costituite in media. Andare in saranno rilasciati altrettanto facil-
a quelli che costituiscono le rocce. dettaglio sui vari minerali presenti mente nell’ambiente, mentre se sono
Ci sono comunque delle differenze: serve per capire dove vanno a finire fortemente incorporati e legati in una
per esempio il silicio nelle scorie gli elementi chimici potenzialmente struttura cristallina il riutilizzo delle
degli inceneritori è maggiormente tossici e capire che tipo di reazioni ceneri diventa possibile. Conoscere
presente (come SiO2, spesso allo avvengono all’interno delle ceneri, sia dove sono localizzati gli elementi
stato amorfo) rispetto alla media durante l’incenerimento che durante chimici ci permette quindi di valutare
delle rocce della crosta terreste, e la fase successiva di maturazione. la effettiva tossicità delle ceneri. Una
così è anche per il cloro, ubiquitario Questo viene effettuato con l’uso del ricerca su questo tema ci è stata
nelle plastiche. Queste differenze microscopio elettronico a scansione finanziata da IREN SpA. In generale,
viste dalla prospettiva delle scienze (SEM), con annessa microanalisi, su conoscere come sono legati, e con
della terra illustrano come e che cosa campioni lucidati (Figura 3). Il micro- quale concentrazione, i vari elementi
l’uomo abbia utilizzato nell’ambiente scopio permette di distinguere grani chimici ci permette di prevedere
circostante. Il mineralogista studia la
costituzione chimico-cristallografica
dei minerali che si formano durante
la combustione nell’inceneritore, le
reazioni che si osservano, le strutture
con cui cristallizzano, e li confron-
ta con quanto è noto dallo studio
degli stessi minerali in natura. Tutto
questo dà una indicazione delle
condizioni chimiche e fisiche in cui
si sono formati, principalmente tipo
e temperatura di combustione dei
rifiuti. Inoltre, permette di prevedere
come si comporteranno in condizioni
di trattamento, cioè inertizzazione e
riciclo.
figura 2. Una volta inglobati in resina e lucidati i granuli presentano una elevata eterogeneità,
Ci illustri l’approccio metodologico del legata ad una variazione chimica e mineralogica. Si nota ad esempio una porzione più scura,
vostro gruppo di ricerca. ricca in elementi metallici ed una più chiara costituita essenzialmente da silicati di Calcio (Ca)
e di Alluminio (Al). In entrambe è presente del vetro. La base della foto è lunga due millimetri.
4 aprile 2020
figura 3. Una volta osservati al microscopio elettronico le sezioni si presentano come un agglomerato di cristalli finissimi, con strutture come
quella a lisca di pesce che si osserva nell’immagine, che indicano una cristallizzazione molto veloce durante l’incenerimento. Il minerale chiaro è
kirschtenite (CaFeSiO4), in una matrice vetrosa più scura.
il comportamento nel riciclo e di (ambiente) del progetto d’eccellenza concludere a breve una pubblica-
immaginare idonee metodologie di del dipartimento di Scienze Chimi- zione. Poi pensiamo di estendere
trattamento. Si tratta di argomenti di che, della Vita e della Sostenibilità queste ricerche ad altri inceneritori
grande impatto economico e sociale, Ambientale. Speriamo che anche e di valutare come si comportano
che sono oggetto di pubblicazioni in futuro questi argomenti possano le ceneri in funzione del tempo di
scientifiche in riviste di alto livello. ricevere adeguato spazio didattico, maturazione e della temperatura di
Per esempio, sono state già state personalmente credo che possano inertizzazione. Ma tantissimi altri
pubblicate ricerche rivolte alla carat- aprire nuove prospettive agli studenti campi sono aperti, dalla ricerca degli
terizzazione magnetica dei metalli di scienze geologiche. equilibri termodinamici delle reazioni
nelle ceneri pesanti, in collaborazione osservate, alla definizione di minerali
Guardiamo avanti, su quali progetti
con l’Università di Bologna, e sul indice delle condizioni di trattamen-
state lavorando?
riutilizzo delle ceneri volanti come ri- to, alla creazione di una relazione tra
empitivi negli asfalti, in collaborazio- Il primo progetto è quello di caratte- composizione chimico-mineralogica
ne con il Dipartimento di Ingegneria rizzare mineralogicamente i prodotti e tipo di rifiuti apportati nell’incene-
e Architettura del nostro Ateneo. dell’inceneritore di Parma. Su questo rimento.
stiamo lavorando e contiamo di
La ricerca vede il coinvolgimento di
studenti? Il gruppo di ricerca
Senz’altro. Questi temi sono ampia- Il gruppo di ricerca di Parma si inserisce in un progetto nazionale che coin-
mente discussi nel corso di Minera- volge 10 sedi differenti, sia universitarie che CNR (Consiglio Nazionale
logia Ambientale di recente attivato delle Ricerche), e 6 unità operative sulla caratterizzazione e sul riciclo della
e tenuto dalla dott.ssa Luciana Man- componente minerale dei residui industriali. In particolare, l’Unità di Parma,
tovani. Diversi studenti hanno già che comprende al suo interno anche personale dell’Università di Bologna, si
chiesto di effettuare la tesi in questo occupa dei residui dall’incenerimento dei rifiuti solidi urbani, con una collabo-
ambito, a testimonianza dell’interes- razione continua con il dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di
se suscitato da queste tematiche. Torino. In prospettiva si vogliono poi ampliare le collaborazioni internazionali:
Inoltre, una posizione di dottorato nel 2021 verrà organizzata una scuola internazionale sulla caratterizzazione
è stata assegnata al tema WG5 mineralogica dei rifiuti da tenersi a Bardonecchia (TO).
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Giorgio Pagliarini Luca Cattani Fabio Bozzoli
EFFICIENZA ENERGETICA
NELLE COSTRUZIONI:
IL CONTRIBUTO DALLA
FISICA TECNICA Pamela Vocale Sara Rainieri
Tematiche rilevanti per lo sviluppo sostenibile, quali l’efficienza negli usi finali dell’e-
nergia, il risparmio energetico e l’utilizzo delle fonti rinnovabli in campo civile e indu-
striale sono tradizionalmente ambiti di interesse per i team di ricerca universitari di
Fisica tecnica. Da anni il gruppo coordinato da Giorgio Pagliarini del Dipartimento di
Ingegneria e Architettura dell’Università di Parma si occupa di migliorare l’efficienza
energetica nel settore delle costruzioni.
Prof. Pagliarini, il settore delle costru-
zioni è particolarmente sensibile al
tema dell’efficienza energetica, sia
nella fase di realizzazione di edifici
e impianti, sia in quelle di gestione e
smaltimento. In che cosa consiste il
vostro contributo di ricerca in questo
ambito veramente cruciale per uno
sviluppo sostenibile?
Oltre a lavorare in diversi ambiti di
interesse generale, il nostro gruppo
da diversi anni intraprende un’attività
dedicata a tematiche di interesse
locale: Piazza Ghiaia, Ospedale
Nuovo, Campus Universitario. Ab-
biamo studiato e proposto soluzioni
molto innovative per questi comparti
di grande interesse per la città di
Parma.
Tutte tematiche che stanno particolar-
mente a cuore alla nostra città, e che
hanno comunque applicabilità anche figura 1. Nella stagione fredda la copertura vetrata può rendere lo spazio sottostante più
su scala globale. Ne sono prova le confortevole; in quella calda, invece, in assenza di opportuni accorgimenti, può essere causa di
pubblicazioni scientifiche apparse su discomfort termico.
primarie riviste internazionali del set- Pagliarini G., Rainieri S. “Dynamic Thermal Simulation of a Glass-Covered Semi-Out-
door Space with Roof Evaporative Cooling”. Energy and Buildings, 43 (2011) 592-598;
tore. Ci racconti i risultati ottenuti dal Pagliarini G., Rainieri S. “Thermal environment characterization of a glass covered
gruppo di Fisica Tecnica partendo dagli semi-outdoor space subjected to natural climate mitigation”. Energy and Buildings, 43
studi sulla copertura di Piazza Ghiaia. (2011) 1609-1617.
6 aprile 2020
Mentre al Campus universitario avete
ipotizzato e progettato un impianto di
cogenerazione accoppiato a un inno-
vativo sistema di accumulo termico. Ce
lo può descrivere?
Il Campus Universitario rappresenta
la tipica utenza termica disconti-
nua: l’esigenza di riscaldamento è
fortemente ridotta, se non annullata,
nelle ore notturne, nel fine settimana
e nei periodi festivi. Questa caratte-
ristica del carico rende problematico
l’impiego efficiente di un impianto
cogenerativo, di energia elettrica e
figura 2. L’Ospedale Nuovo di Parma include 6 edifici, per complessivi 93968 m2 climatizzati. calore. L’impiego di un accumulatore
Pagliarini G., Corradi C., Rainieri S., Hospital CHCP system optimization assisted by TRN- termico può aiutare a superare tale
SYS building simulation tool. Applied Thermal Engineering, vol. 44, p. 150-158, (2012). limitazione. Nel caso del Campus
dell’Università di Parma (figura 3), si
Si voleva valutare l’effetto della coper- to di climatizzazione tradizionale che
è dimostrato adeguato un sistema di
tura vetrata sulla sensazione termica producesse lo stesso raffreddamento
accumulo costituito da 1000 – 1500
degli utenti della piazza: in inverno, della lastra di vetro.
m3 di acqua.
la presenza della copertura mitiga
Citava prima altre importanti ricerche,
la sensazione di freddo, rendendo lo Sono numerosi i finanziamenti da voi
ad esempio sull’Ospedale Nuovo, dove
spazio più confortevole; in estate, in- ottenuti dalla Regione Emilia–Romagna
avete condotto uno studio di fattibilità
vece, il surriscaldamento della lastra su fondi strutturali europei, per progetti
per un impianto trigenerativo. Può
di vetro dovuto all’assorbimento della su efficienza energetica nel settore
raccontarci i risultati ottenuti e che
radiazione solare può produrre un delle costruzioni, in particolare della
evoluzioni, in termini di applicabilità,
effetto contrario (figura 1). climatizzazione. Segno che la vostra
hanno avuto le vostre ricerche?
Per alleviare questa possibile causa ricerca corrisponde a quanto l’Europa ci
di disagio termico, è stato studiato il Lo studio relativo all’Ospedale Nuovo chiede in termini di innovazione verso
fenomeno del raffreddamento eva- derivava dall’esigenza di ridurre il la sostenibilità. Ci racconti quali sono
porativo: la superficie della copertura consumo di gas naturale e di ener- gli obiettivi di queste ricerche e quale il
viene irrorata con un flusso di acqua gia elettrica per la climatizzazione potenziale impatto.
nebulizzata che, a contatto con la (figura 2). L’analisi, energetica ed
Nell’ambito del POR-FESR 2014-20
copertura, evapora, sottraendo alla economica, ha portato all’individua-
il gruppo di ricerca ha ottenuto dalla
lastra di vetro il calore latente di va- zione della configurazione ottimale
RER l’approvazione di tre progetti,
porizzazione e, dunque, raffreddando d’impianto e al suo ottimale dimen-
per complessivi circa 567.000 euro:
la copertura, anche al di sotto della sionamento. Negli anni seguenti l’A-
HEGOS (Nuove pompe di calore
temperatura dell’aria. Questa tecnica zienda Ospedaliera ha effettivamente
per l’harvesting energetico in smart
non è stata implementata ma, all’oc- adottato una soluzione impiantistica
buildings), NANOFANCOIL (Applica-
correnza, consentirebbe di alleviare il basata sulla trigenerazione, sostan-
zione delle micro/nanotecnologie per
discomfort termico con un costo che zialmente in linea con quella da noi
lo sviluppo di componenti innovativi
è di circa il 10% rispetto a un impian- studiata.
figura 3. Figura 3 Il calore prodotto in eccesso dal motore cogenerativo viene immagazzinato nell’accumulatore termico, per essere utilizzato
qualora il fabbisogno superi la produzione.
Pagliarini G., Rainieri S., “Coupling of a thermal energy storage system with combined heat and power generation for the heating requi-
rements of a university campus”, Applied Thermal Engineering, 30 (2010) 1255–1261.
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figura 4. L’utilizzo del terreno come accumulatore termico accoppiato alla pompa di calore richiede un’accurata conoscenza delle sue proprietà
termiche. Sulla base del metodo di stima dei parametri è stata messa a punto un’innovativa procedura di misura delle proprietà termiche carat-
teristiche del sistema terreno-sonda geotermica.
Bozzoli F., Pagliarini G., Rainieri S., Schiavi L., “Estimation of soil and grout thermal properties through a TSPEP (two-step parameter
estimation procedure) applied to TRT (thermal response test) data”, Energy, 36 (2011) 839-846.
per gli impianti di condizionamento), L’attività di ricerca in ambito energe- energetica e fonti rinnovabili”, che ha
CLIWAX (Materiali a cambio di fase tico ha avuto un’importante ricaduta come oggetto l’efficienza energetica in
per l’harvesting energetico in climatiz- sulla didattica. Per il Corso di Laurea edilizia, con particolare riferimento alla
zazione). Principale tema dei progetti Magistrale in Ingegneria Meccanica certificazione energetica e all’impiego
sono le nuove tecniche di climatiz- abbiamo attivato il corso di insegna- delle fonti rinnovabili. Vogliamo fatti-
zazione, basate sull’uso delle pompe mento “Exergetica”, che ha come vamente contribuire alla formazione
di calore, eventualmente azionate da oggetto i metodi dell’analisi exergetica di nuove generazioni di ingegneri e
energia elettrica da fonte rinnovabile. e termoeconomica, e per il Corso di architetti con maggiori competenze
La pompa di calore consente lo sfrut- laurea Magistrale in Architettura, il in termini di progettazione di edifici a
tamento di sorgenti termiche a bassa corso di insegnamento “Efficienza basso impatto energetico.
temperatura, quale, per esempio, la
sorgente geotermica (figura 4), in al-
ternativa all’impiego dei combustibili
fossili, responsabili dell’inquinamento
atmosferico da gas serra.
Su fondi strutturali europei abbiamo
inoltre ottenuto il finanziamento
di una borsa di dottorato, che si è
appena conclusa con una tesi sulla
correlazione tra consumo di ener-
gia elettrica per la climatizzazione
e condizioni climatiche. Lo studio
ha consentito di quantificare la
dipendenza del consumo di energia
elettrica dalla temperatura esterna
e, in particolare, ha dimostrato che
il consumo di energia elettrica per la
climatizzazione estiva aumenta con
la temperatura esterna molto più
rapidamente di quanto previsto da
una relazione di semplice proporzio-
nalità (figura 5). Questa circostanza
è rilevante in relazione alla sempre
maggiore diffusione degli impianti di
condizionamento dell’aria e all’incre-
mento della temperatura ambiente figura 5. Il consumo di energia elettrica per la climatizzazione aumenta al diminuire della
conseguente al riscaldamento globa- temperatura ambiente in inverno e al crescere della temperatura ambiente in estate. Mentre
le causato dai gas serra. la prima correlazione è lineare, nel periodo estivo il consumo di elettricità aumenta con legge
quadratica, come previsto dal secondo principio della termodinamica.
Che ricadute ha avuto sulla didattica Pagliarini, G., Bonfiglio, C., Vocale, P., Outdoor temperature sensitivity of electricity consump-
la vostra attività di ricerca in ambito tion for space heating and cooling: An application to the city of Milan, North of Italy. Energy
energetico? and Buildings, vol. 204, (2019).
8 aprile 2020
FOTOVOLTAICO ALTERNATIVO
PER UN’ENERGIA SOSTENIBILE Alessio Bosio
Agli inizi degli anni ‘80, in conseguenza della prima crisi del petrolio, si comincia a
parlare di fonti di energia rinnovabile. In quello stesso periodo nasce il Laborato-
rio ThiFiLab (Thin Film Laboratory) dell’allora Dipartimento di Fisica, grazie ad una
collaborazione tra Alessio Bosio e Nicola Romeo, con l’intento di sviluppare nuove
tecnologie per la produzione di celle solari a basso costo ed alta efficienza, ovvero
produrre energia elettrica a buon mercato direttamente dal sole. L’approccio innova-
tivo derivava dall’utilizzare strati estremamente sottili (film sottili) di materiali con
proprietà fisiche superiori a quelle del silicio, fino ad allora l’unico semiconduttore
utilizzato nel campo fotovoltaico civile. Con questi nuovi materiali e relative tecno-
logie a film sottile era possibile fabbricare un’intera cella solare in pochi micrometri
(milionesimi di metro) di spessore. L’esigua quantità di materiale e, di conseguenza,
la bassa impronta energetica ha permesso di realizzare dispositivi altamente soste-
nibili da un punto di vista ambientale.
Prof. Bosio, ci spiega meglio l’innova- produzione industriale basata sulla Qual è la sfida oggi?
tività delle celle solari a film sottile da tecnologia a film sottili. I materiali Moduli a base di diseleniuro di indio
voi studiate? alternativi utilizzati come assorbitori gallio e rame (CuInGaSe2) e tellururo
La grande maggioranza di modu- sono il tellururo di cadmio (CdTe) e il di cadmio (CdTe) hanno recentemen-
li fotovoltaici oggi installati viene diseleniuro di indio gallio e rame (Cu- te raggiunto un’efficienza di conver-
prodotta con la consolidata tecnolo- InGaSe2) con cui si sono realizzate sione superiore al 23% rendendo la
gia del silicio mono e policristallino, celle solari con efficienze di conver- tecnologia del film sottile confronta-
parente molto stretto della tecnologia sione superiori al 17%. L’efficienza di bile, o addirittura superiore in termini
per realizzare i micro-chip per l’elet- conversione misura quale frazione di efficienza, alla tecnologia del silicio.
tronica, ma le complesse operazioni della luce solare che arriva sulle celle Tuttavia, questi composti semicon-
di taglio e assemblaggio delle fette viene effettivamente convertita in duttori presentano lo svantaggio di
ricavate dai lingotti di silicio mono- elettricità. I processi di fabbricazione includere elementi non abbondanti
cristallino (wafer) rendono questa e di scalabilità industriale sono coper- sulla crosta terrestre (indio per Cu-
tecnica intrinsecamente complicata e ti da più di 10 brevetti, depositati dal InGaSe2 e tellurio per CdTe) oppure
costosa. Al ThiFiLab si sono studiati nostro gruppo di ricerca negli anni tossici, come il cadmio. Inoltre il
materiali diversi, alternativi al silicio, 2000-2010. In quegli anni sono stati processo produttivo richiede spesso
in grado di assorbire la luce del sole realizzati moduli fotovoltaici a base di l’uso di sostanze tossiche o perico-
in strati di spessore inferiori al µm, tellururo di cadmio (CdTe) di grandi lose come acido solfidrico e seleni-
aprendo così la strada a processi di dimensioni (≈ 1 m2) e con efficienza drico, idrazina, acidi forti, arsina e
di circa 12% - 13% (figura 1).
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Interazione degli studenti con il
ThiFiLab
L’attrattività del laboratorio ri-
guardo alla scienza dei materiali
e alla tecnologia fotovoltaica è
molto alta presso gli studenti
dei corsi di laurea in Fisica. Le
tecniche utilizzate, la com-
prensione di ogni singolo step
realizzativo, la caratterizzazione
del dispositivo finito permettono
l’acquisizione di una conoscenza
completa che va ben al di là del
mondo delle celle solari. Questo
know-how è molto apprezza-
to dal mondo industriale del
coating, dell’elettronica e della
figura 1. Modulo fotovoltaico a base di film sottili policristallini di CdTe con efficienza di con- diagnostica strumentale. I nostri
versione di circa il 15%. In piena luce solare eroga una potenza di 110 W per un’area di 0,72 m2. laureati e dottorandi trovano
fosfina. Diventa pertanto sempre più piccole dimensioni: come si arriva da facilmente occupazione a pochi
pressante utilizzare semiconduttori questi alla produzione industriale? mesi dalla fine del loro ciclo di
innovativi come kesteriti (Cu2ZnSn- studi presso laboratori di ricerca
La tecnologia sviluppata al ThiFiLab e sviluppo di aziende ed enti.
Se4), seleniuro di antimonio (Sb2Se3) permette la realizzazione di tutti
e grafene, i cui costituenti sono molto
abbondanti sulla crosta terrestre.
Questo è l’asse portante della nostra
attuale ricerca. Utilizzando la kesteri-
te è stata realizzata una piastrella fo-
tovoltaica (figura 2) particolarmente
adatta all’integrazione architettonica
negli edifici a basso impatto energeti-
co. Questa tecnologia rappresenta un
esempio strategico di come materiali
avanzati e nanotecnologie potreb-
bero aiutare a liberare la Comunità
Europea da una forte dipendenza da
elementi rari e/o processi di produ-
zione non sicuri, per un approvvigio-
namento energetico sostenibile.
Nel vostro laboratorio ThiFiLab vengo-
no realizzati prototipi di celle solari di
figura 2. Mini-modulo a film sottili
policristallini di Cu2ZnSnSe4, realizzato su
piastrella ceramica commerciale da integrare
direttamente in pareti ventilate di case a im- figura 3. Il cuore della linea produttiva di moduli fotovoltaici a base di CdTe assemblata nel
patto energetico nullo; dispositivo prodotto 2011: impianto di Close-Spaced Sublimation (CSS), completo del tunnel di riscaldamento a
all’interno del progetto di Industria 2015 dal 550°C e di raffreddamento a temperatura ambiente, per la deposizione dello strato assorbi-
titolo “Piastrelle Ceramiche Fotovoltaiche per tore (CdTe). Nel 2011 con queste macchine si sono ottenuti moduli di area 1 m2 ed efficienze
Involucri Edilizi Sostenibili”. superiori al 13%.
10 aprile 2020figura 4. Immagine termografica di
un modulo fotovoltaico (tecnologia
poli-silicon) presa in condizioni opera-
tive mediante drone. I punti più caldi,
evidenziati in colore tendente al bianco
nella termografia, evidenziano difetti che
rendono il modulo sottoproduttivo.
gli strati costituenti la cella solare, Nel mondo circa l’80% dell’ener- parallelamente alla ricerca sulle celle
questo ha permesso di studiare tutti gia utilizzata da azioni antropiche solari a film sottili, notevole cono-
i materiali ma anche le interfacce, è prodotta con fonti fossili. È ormai scenza anche sui moduli commer-
ovvero come gli strati interagisco- accettato che vi è un legame forte tra ciali basati sulla tecnologia del silicio
no tra di loro. La ricerca ha puntato l’aumento della temperatura media mono e policristallino. La continua
all’ottimizzazione di ogni singolo step del pianeta e l’emissione in atmosfera richiesta di diagnostiche su impianti
del processo realizzativo della cella di anidride carbonica (CO2). Diventa fotovoltaici da parte di produttori,
solare, utilizzando tecniche adatte sempre più pressante rispondere alle gestori ed operatori del settore ha
per essere scalate a livello industria- esigenze dei paesi in via di sviluppo, portato alla elaborazione di una
le. Tutti gli strati vengono depositati di crescita in modo da eliminare il procedura standardizzata in grado di
mediante sputtering, tecnica nata per divario con le nazioni più industria- predire in che modo i moduli fotovol-
depositare film sottili su grandi su- lizzate. Questo è possibile solo se si taici invecchiano e quindi perdono
perfici di vetri o altri substrati a basso realizzano politiche di approvvigiona- efficienza, denominata Diagnostica
costo, poi adattata alle esigenze dei mento energetico carbon-free in gra- Predittiva.
laboratori di ricerca. Noi abbiamo do di contenere le emissioni di CO2, Per far fronte alle sempre più nu-
utilizzato questa tecnica consapevoli in accordo con il concetto di sviluppo merose richieste di intervento su
della fattibilità del processo inverso, sostenibile, capaci di mantenere l’au- impianti fotovoltaici sottoproduttivi
ovvero di come passare dalla ricer- mento di temperatura medio entro è stato fondato SpoT s.r.l., Spin-off
ca in laboratorio (prototipo) alla 1,5 °C rispetto agli anni ‘90. Solo una dell’Università di Parma in grado di
produzione industriale. Il ThiFiLab ha produzione energetica mediante Fonti effettuare test direttamente sugli
sviluppato know-how (coperto da 8 di Energia Rinnovabile (FER) assicura impianti mediante termografia ed
brevetti) in grado di ingegnerizzare il un abbattimento delle emissioni di elettroluminescenza con droni ad
processo produttivo della cella a base CO2 fino al 95% rispetto alle fonti autonomia aumentata (figura 4).
di tellururo di cadmio (CdTe), realiz- fossili. Un kWh elettrico prodotto con L’elettroluminescenza in campo, as-
zando una macchina in linea, comple- i nostri moduli fotovoltaici immette in sieme alla Diagnostica Predittiva, ha
tamente automatizzata, in grado di atmosfera 90 grammi di CO2 contro i permesso a Spot s.r.l. di essere classi-
produrre moduli fotovoltaici di grande 1800 grammi prodotti da una centra- ficato lo scorso novembre tra le prime
dimensione, al ritmo di un modulo al le a carbone! dieci start up innovative che hanno
minuto e con capacità produttiva di partecipato a Mr. Startup, Contest a
Lei è fondatore dello Spin-off uni-
18 MW/anno (figura 3). livello nazionale per imprese inno-
versitario SpoT - Smart Photovoltaic
Professore, che tipo di valore ambien- Technology, di cosa si occupa? vative lanciato da MISTER - Smart
tale ha la vostra ricerca? Innovation.
Negli anni il ThiFiLab ha sviluppato,
La collaborazione con gruppi di ricerca e aziende innovative internazionali europei
Fin dai primi anni ’80 il ThiFiLab è stato molto attivo a livello europeo partecipando a progetti di ricerca all’interno
di alcuni Progetti Quadro (Joule, FP7, Horizon 2020) finanziati dalla Commissione Europea. In quest’ambito ha
collaborato con numerosi gruppi di ricerca ed aziende innovative in Germania, Francia, Belgio, Spagna, Slovenia
e Svizzera. Con loro ha sviluppato progetti di ricerca e studi sui materiali assorbitori per celle solari a film sottili e
tecnologie innovative di taglio laser utilizzate negli impianti produttivi di moduli fotovoltaici. Di recente ha istituito
collaborazioni con gruppi di ricerca in Uzbekistan, Cuba, Regno Unito, Ungheria, Messico e USA.
11Agostino Gambarotta Andrea De Lorenzi Costanza Saletti
MODELLI E METODI
PER LA GESTIONE
INTEGRATA DELLE
RETI ENERGETICHE Edoardo Di Mattia Mattia Alzapiedi Mirko Morini
La riduzione dei consumi di energia da fonti fossili è un tema che impone oggi un ap-
proccio multidisciplinare, soprattutto quando si applica a sistemi complessi quali scuole,
campus universitari, quartieri e città. Da anni impegnato nello studio dei Sistemi Ener-
getici per ridurre i consumi di energia e le emissioni nell’ambiente è il team di ricerca
guidato da Agostino Gambarotta, docente presso il Dipartimento di Ingegneria e Archi-
tettura e Direttore del CIDEA, Centro interdipartimentale per l’energia e l’ambiente.
Prof. Gambarotta, siete partiti anni ritmi di gestione innovativi che non si tale è stato realizzare un sistema di
fa dallo studio della rete di teleriscal- basano solamente sull’esperienza di monitoraggio per determinare in ogni
damento del Campus e siete arrivati un operatore (costruita sul passato), istante, misurando i parametri di in-
a progettare soluzioni avanzate per il ma anche sulla capacità di prevedere teresse, le condizioni operative della
controllo e la gestione efficiente delle l’evoluzione del sistema nel futuro rete di teleriscaldamento. Quindi ab-
reti energetiche. Come avete iniziato e tenendo conto delle reali richieste di biamo realizzato un sistema remoto
qual è la peculiarità delle soluzioni che energia e delle condizioni al contorno di gestione che ogni quindici minuti,
proponete? (in particolare le condizioni meteo). conoscendo le richieste termiche e
A dire il vero siamo partiti ancora pri- Su queste considerazioni si basano le previsioni meteo, con una proce-
ma studiando sistemi di controllo per gli algoritmi di “Model Predictive dura di ottimizzazione basata su un
i Motori a Combustione Interna. In Control” (MPC) che stiamo utilizzan- algoritmo MPC calcola i parametri
quel campo sono fondamentali i mo- do con successo. di regolazione trasmessi poi agli
delli matematici per simulare il siste- attuatori degli impianti. Il sistema
In quale misura le soluzioni che avete
ma da controllare, e molti algoritmi di sviluppato per il controllo e la gestione è operativo sul complesso scolasti-
controllo utilizzano modelli dinamici delle reti termiche permettono di ridur- co da tre anni ed ha permesso una
per prevederne in “real-time” il com- re i consumi di energia primaria senza riduzione dei consumi termici nella
portamento. Gli strumenti utilizzati in significativi interventi sugli impianti? stagione invernale tra il 12 e il 16%.
questi campi (si pensi soprattutto ai Come funziona realmente il sistema e Un analogo sistema è operativo al
veicoli ibridi) sono del tutto applica- con quali risultati? plesso di Scienze della Terra del
bili alle reti energetiche complesse, Campus (figura 1). In questo caso
Nella nostra ricerca siamo riusciti
quali sono quelle che oggi utilizziamo la procedura di gestione, analoga a
fin dall’inizio a tradurre le soluzio-
per soddisfare i nostri “bisogni” di quella appena descritta, controlla
ni proposte in sistemi di controllo
energia. La capacità di gestire la com- le valvole che regolano il flusso di
prototipali che abbiamo inizialmente
plessità è fondamentale per integrare acqua calda dalla rete di teleriscal-
applicato (in collaborazione con
sempre più le fonti rinnovabili nelle damento agli scambiatori di calore
un’Azienda del settore) ad un com-
reti energetiche esistenti. dell’edificio. Il sistema ha permesso
plesso scolastico (tre edifici ed una
Poter simulare con modelli matema- di ottenere nelle ultime due stagioni
palestra) servito da un’unica centrale
tici il comportamento di un sistema invernali una riduzione dei consumi
termica. Il primo passo fondamen-
complesso permette di definire algo- termici tra l’8 ed il 12%.
12 aprile 2020Un esempio è costituito dai sistemi
Power-to-Gas per la conversione di
energia elettrica da fonte rinnovabile
in metano sintetico: su questo tema
è attualmente attivo il progetto di
ricerca E-CO2 (finanziato su fondi
POR-FESR dalla Regione Emilia-Ro-
magna) in cui siamo coinvolti come
CIDEA e che prevede la realizzazio-
ne di un pilota al Campus. Un altro
esempio è la ricerca sulla gassifica-
zione di biomasse: nell’ambito del
progetto SYNBIOSE (finanziato dal
MiSE) abbiamo realizzato un impian-
to pilota con un gassificatore ed un
motore cogenerativo integrato nelle
figura 1. Il sinottico del controllore MPC (“Model Predictive Control”) operante da due stagioni reti del Campus.
sul ramo della rete che alimenta l’edificio di Scienze della Terra al Campus. State considerando anche altre tipo-
Da un plesso scolastico - monitorato plementari, integrando le nostre logie di reti energetiche? Quali sono le
e gestito con un algoritmo innovativo esperienze per sviluppare strumenti criticità e le possibilità?
orientato al risparmio energetico - a un innovativi per la progettazione e Il futuro (ed anche il presente!)
intero quartiere: come si può affrontare la gestione ottimizzata delle reti dell’Energia richiede una visione
la complessità di tali sistemi? di teleriscaldamento. L’obiettivo è “olistica” che permetta di inserire
La chiave per affrontare lo studio di estendere le metodologie descritte a nuovi e diversi componenti in reti
sistemi complessi è la modularità, comparti più ampi, quali aree urbane. energetiche complesse. Nella mag-
ovvero la capacità di scomporre il Abbiamo anche l’obiettivo di appli- gior parte dei casi occorre operare
sistema nei suoi componenti tenendo care queste metodologie al nostro sulle reti esistenti, integrando in esse
conto delle loro interazioni. Definiti i Campus (figura 2), che rappresenta le nuove tecnologie (prime fra tutte
modelli matematici dei singoli com- di fatto un comparto esteso (77 ha, le fonti rinnovabili). É quindi neces-
ponenti, si possono assemblare i di- più di 30 edifici e circa 12.000 per- sario estendere lo studio anche alle
versi elementi per costruire il modello sone giornalmente) e che potrebbe reti elettriche, alle reti gas, fino ad
globale di un sistema complesso, riu- diventare un “living lab” a scala arrivare alle reti di trasporto: questo
scendo a simularne adeguatamente il reale per applicare e sperimentare è evidente se si pensa ad esempio
comportamento dinamico. Si tratta di nuove tecnologie, e per sviluppare a nuove soluzioni per lo storage di
costruire opportunamente “matton- collaborazioni con soggetti pubbli- energia, alle tecnologie Power-to-
cini” che si “incastrino” l’uno nell’altro ci (Università, CNR, ENEA, ecc.) e Gas, ai veicoli elettrici che richiedono
per costruire e studiare realtà com- privati su temi di ricerca strategici nel -è ormai chiaro- una integrazione
plesse, al fine di poterne ottimizzare campo dell’Energia e dell’Ambiente. ottimizzata nelle reti energetiche.
l’architettura e la gestione.
Con questa strategia è possibile
studiare con gli stessi strumenti
Sistemi e Reti Energetiche comples-
se e diverse. Il punto è sviluppare
competenze orientate ad una visione
“sistemistica” in cui le conoscenze
dei singoli componenti e delle singole
tecnologie (quali quelle ad esempio
trattate negli altri approfondimenti di
questo numero della rivista) possano
essere integrate.
Obiettivo di un progetto europeo che
vi è stato di recente finanziato (DI-
STRHEAT) è proprio applicare le meto-
dologie che avete sviluppato a livello di
comparti urbani. Che tipo di risultati vi
aspettate?
Il progetto DISTRHEAT è nato da
una delle collaborazioni che abbiamo
sull’argomento. Con i nostri partner
svedesi lavoriamo su aspetti com- figura 2. Il controllo digitalizzato: dal singolo edificio a un intero quartiere.
13figura 3. Uno schema che illustra come opera un controllore MPC.
È necessario pensare all’integrazione incoraggiano in questa direzione. Su ficaci tra professionalità anche molto
delle diverse tipologie di reti ener- questo tema è recentemente partito diverse tra loro (ad esempio preve-
getiche di interesse, ed è possibile un progetto di ricerca (finanziato su dendo insegnamenti “trasversali” che
utilizzare un approccio del tutto fondi POR-FESR dalla Regione Emi- diano ai neolaureati di aree diverse la
simile a quello che abbiamo usato lia-Romagna) denominato “ENER- capacità di “dialogare” tra loro).
per le reti di teleriscaldamento: studi GYNIUS” cui partecipiamo come Per quanto riguarda la ricerca, dob-
riportati nella letteratura scientifica ci CIDEA finalizzato all’integrazione di biamo rilevare che purtroppo esiste
reti energetiche diverse (termiche, un significativo problema di “reclu-
elettriche, gas) per ottimizzare i flussi tamento” di laureati intenzionati a
di energia e ridurre i consumi e le sviluppare competenze specifiche
emissioni. attraverso una esperienza iniziale
in Università (con borse, assegni di
Ci sembra di capire che questo approc-
cio richieda un know-how specifico ricerca o dottorato di ricerca), e ciò
che va sviluppato nell’ambito delle vale per molte attività di carattere
professionalità attualmente esistenti. tecnico-scientifico. Mentre all’estero
Che tipo di prospettive vedete nella le esperienze di ricerca post-laurea
formazione di queste competenze e in Università sono una opportunità
quali problemi nello sviluppo della di- per sviluppare studi di interesse
dattica e nel reclutamento di ricercatori industriale (che aprono le porte ad
in grado di coniugare le competenze un inquadramento in azienda), da
trasversali richieste? noi queste vengono percepite come
L’esigenza di affrontare con una “parentesi” con scarso peso a livello
visione “olistica” le tematiche legate occupazionale. Occorre cambiare
all’Energia ed all’Ambiente richiede questa tendenza, dimostrando sia
un approccio multidisciplinare. Il alle aziende che ai laureati come
dialogo costruttivo tra competenze l’attività di ricerca post-laurea non
diverse è oggi un requisito fonda- sia un periodo di “parcheggio”, ma
mentale per affrontare lo studio di un momento formativo in cui si
Sistemi e di Reti Energetiche sempre acquisiscono ulteriori competenze
più digitalizzati ed interconnessi. “spendibili” nel mondo del lavoro.
Dal punto di vista della didattica A prova di ciò, voglio segnalare che
questo non significa, però, che tutti due nostri collaboratori (un borsista
debbano sapere poco di tutto, ma ed un assegnista) sono stati recen-
che le competenze specifiche che temente assunti da una Azienda del
figura 4. Visita guidata alla Centrale Termi-
già forniamo ai nostri studenti siano settore proprio per il know-how da
ca del Campus, l’impianto di cogenerazione loro sviluppato lavorando ai progetti
nato all’interno del progetto Synbiose in unite a competenze “trasversali” che
favoriscano la creazione di legami ef- presentati sopra.
occasione della Notte dei Ricercatori 2019.
14 aprile 2020Giuseppe Vignali Anna Ronzano Giulia Borghesi
SOSTENIBILITÀ
AMBIENTALE DI
PACKAGING E
PROCESSI DELL’INDU-
STRIA ALIMENTARE Roberta Stefanini Giovanni Tancredi
Il packaging, in particolare l’imballaggio degli alimenti individuale e “monoporzio-
ne”, è una soluzione pratica che sperimentiamo ogni giorno, qualche volta magari
chiedendoci se questa comodità possa essere sostenibile: e se non ora, almeno, nel
prossimo futuro. In prima linea nello studio e nella proposta di soluzioni impianti-
stiche, di packaging e di processo finalizzate a ridurre l’impatto ambientale della
distribuzione al dettaglio è il gruppo di ricerca coordinato da Giuseppe Vignali del
Dipartimento di Ingegneria e Architettura, che utilizza da anni un approccio di siste-
ma: “occuparsi di packaging significa, anche e soprattutto, valutare l’impatto ambientale
associato a un prodotto, processo o attività, attraverso l’identificazione e la quantificazio-
ne dei consumi di materia, energia ed emissioni nell’ambiente in tutte le fasi di vita di un
prodotto alimentare”.
Prof. Vignali, il tema del packaging va
dunque affrontato nel quadro di un
approccio trasversale legato all’intero
ciclo di vita di un prodotto: dalle mate-
rie prime alla produzione, dal trasporto
alla distribuzione, dal consumo fino
allo smaltimento. Ci racconta che tipo
di ricerca si fa nel nostro ateneo su una
questione così dibattuta, quella degli
imballaggi, e qual è il vostro contributo
distintivo?
Da circa dieci anni mi occupo, insieme
al mio gruppo di lavoro, di tematiche
legate all’impatto ambientale del
packaging alimentare inteso appunto
come insieme di fasi che hanno come
aspetto finale il confezionamento e la
vendita di un alimento.
Lavoro da sempre in questo settore,
come ingegnere meccanico, con la
finalità di migliorare i processi; ad un
certo punto, tuttavia, in accordo con
le imprese, abbiamo capito come il
miglioramento dovesse riguardare figura 1. Possibile approccio per incrementare la sostenibilità del packaging.
15Ritengo che oggi uno dei maggiori
generatori di impatto ambientale sia
proprio lo spreco alimentare. Diversi
studi della FAO dimostrano come le
quantità di cibo sprecato lungo tutta
la filiera (da quella agricola “losses” a
quella industriale e alla fase di consu-
mo domestico “waste”) siano ingenti
e con elevatissimo impatto ambien-
tale. In questo settore, come in altri,
la priorità è sicuramente ridurre gli
sprechi e, di seguito, rendere possibile
il loro riciclo ed eventuale recupero
energetico (figura 2). Molte ricer-
che attuali sono rivolte ad ottenere
figura 2. Evidenza del ruolo del packaging nella GDO. prodotti a valore aggiunto da scarti
agricoli o industriali di lavorazione di
anche l’impatto ambientale e non solo In generale le aziende si pongono que- vegetali. Queste si rivolgono princi-
le performance o l’aspetto economico, sta sfida: avere un packaging che sia palmente al settore farmaceutico o
che restano tuttavia imprescindibili riciclabile, se possibile biodegradabile cosmetico. In questo caso la nostra
per le imprese e i consumatori. o compostabile, con buone prestazioni sfida è industrializzare e rendere
Per questo motivo stiamo affrontando di conservazioni degli alimenti e di profittevoli le soluzioni tecnologiche
il problema tramite metodologia Life lavorazione. Immagino non sia facile testate in laboratorio o su scala pilota.
Cycle Assessment (LCA), per una se- racchiudere in un’unica soluzione tutti
questi aspetti, soprattutto quello della In che modo le vostre ricerche danno
rie di prodotti alimentari confezionati,
riciclabilità. un effettivo contributo alle politiche per
valutando diverse alternative possi- la sostenibilità ambientale?
bili sul mercato e valutando i diversi Solitamente è necessario raggiungere
scenari di fine vita di tutti i materiali di un compromesso fra questi aspetti, Per prima cosa cercando di portare
ma ci sono margini di miglioramento. la discussione a livello scientifico,
packaging.
quantitativo e quindi il più possibile
Abbiamo così assistito negli ultimi
Un’esperienza molto significativa è oggettivo. Esistono molti indicatori
anni a miglioramenti non solo nelle
quella che vi ha portato a un finanzia- di impatto ambientale, al punto che
mento regionale a fianco della coope- prestazioni, ma anche nella disponi-
soluzioni di packaging che appaiono
rativa Lattemilia. Ci racconta i risultati bilità e nel prezzo di alcuni materiali
virtuose da un lato, possono risultare
ottenuti? innovativi. Oggi esistono molte solu- addirittura più impattanti di altre per
zioni che si definiscono “green” ma, a altri aspetti. Un approccio quanti-
In quel caso la sfida era duplice, ossia
nostro avviso, solo una attenta valu- tativo, basato su modelli ed esperi-
cercare di ottenere prodotti ad elevato
tazione del ciclo di vita può garantire menti, riesce a dare una valutazione
valore aggiunto e basso impatto
una valutazione quanto più oggettiva più completa ed affidabile del reale
ambientale, partendo da residui della
possibile del loro impatto ambientale impatto di un certo tipo di packaging,
lavorazione del Parmigiano Reggiano.
(figura 1). Ruolo molto importante dalla sua fabbricazione allo smalti-
Siamo particolarmente fieri dei risul-
hanno anche le municipalizzate che mento o riciclo. Il Centro Interdipar-
tati ottenuti con una ricotta avente
dovranno investire per migliorare le timentale per il Packaging CIPACK,
all’interno parte di latticello, e confe-
tecnologie di selezione e riciclaggio del quale faccio parte, ha competenze
zionata e trattata in modo innovativo
di molti materiali, potenzialmente multidisciplinari ed è in grado di
per preservarne gusto e aroma per più
riciclabili, ma che nella pratica non lo testare diversi tipi di materiali, e di
giorni. Tutto questo è stato possibile
sono. proporre nuove soluzioni adattate al
grazie al contributo regionale che ha contesto nelle quali si vogliono intro-
permesso al gruppo operativo, con L’approccio LCA sta dando risultati an-
durre (ad esempio settore alimentare
all’interno attori aziendali e del settore che su altri fronti, dal settore del “food
o farmaceutico). Proprio questo è lo
ricerca, di ottimizzare preparazione, waste and losses” a quelli del riciclo e
spirito con il quale è stato fondato e
trattamento e confezionamento della del risparmio energetico. Quali sono le
condotto tale centro, ossia facilitare il
stessa senza ricorrere a trattamenti vostre ultime ricerche sul tema? Quali
trasferimento tecnologico da Univer-
termici impattanti sulle caratteristiche gli sviluppi futuri della vostra ricerca?
sità a impresa.
sensoriali e nutrizionali del prodotto.
Oltre a questo progetto, tanti altri
sono stati portati avanti nell’ultimo
periodo, anche con finanziamenti
esclusivamente aziendali, frutto della
visione sempre più aperta alla inno-
vazione e alla riduzione di impatto
ambientale che le aziende del settore
stanno dimostrando. I nostri comportamenti possono influenzare il futuro delle prossime generazioni.
16 aprile 2020Claudio Corradini Alessia Bacchi
QUANDO IL PACKAGING DIVENTA
SINONIMO DI SOSTENIBILITÀ
Il Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita, e della Sostenibilità Ambientale
(SCVSA) vanta una pluriennale attività nel campo del packaging, iniziata nel 1997 su
iniziativa di Angelo Montenero con il diploma universitario in Chimica e Tecnologia
del Packaging, convertito nel 2001 in corso di laurea triennale ed evoluto dal 2011 in
un master di I livello in Packaging. Diversi docenti e ricercatori di SCVSA si dedica-
no attivamente a ricerche sul packaging: il gruppo guidato da Claudio Corradini ha
come obiettivo lo sviluppo di packaging attivo, ottenuto funzionalizzando film poli-
merici quali il polietilene tereftalato (PET) o acido polilattico (PLA) in grado di vei-
colare sostanze con proprietà antimicrobiche; un secondo team, guidato da Alessia
Bacchi, ha ottenuto nel 2019 un finanziamento del MIPAAF (Ministero delle Politiche
Agricole Alimentari e Forestali) per la realizzazione di packaging attivo basato su
cocristalli.
Prof. Corradini, che ruolo ha il packa- soluzioni spray da impiegare sia per I film realizzati, oltre ad essere tutti
ging in un’ottica di sostenibilità? la realizzazione di packaging attivo, di origine naturale, biodegradabili ed
Recentemente il “gran parlare” delle sia come coadiuvanti alimentari rivol- edibili, possono inoltre venir trattati
variazioni climatiche, dell’impatto ti alla protezione, conservazione ed con ulteriori sostanze che aggiungo-
ambientale che hanno le materie eventuale arricchimento di alimenti, no nuove funzioni a quelle proprie del
plastiche generate in larga maggio- sia di origine animale che vegetale. film (figura 1).
ranza da derivati del petrolio e altre
fonti non rinnovabili, hanno sensibi-
lizzato mondo produttivo ed opinione
pubblica verso una soluzione rivolta
all’impiego di materiali che possano
sostituire i materiali plastici, in parti-
colare quelli impiegati nel packaging.
Con la Prof.ssa Antonella Cavazza,
valida ricercatrice di chimica anali-
tica, e diversi dottorandi e borsisti,
ho costituito un gruppo di ricerca
che da anni è attivo nel campo della
produzione e caratterizzazione di
biopolimeri compositi di origine na-
turale, biodegradabili ed edibili. Con figura 1. Serie di film edibili aromatizzati con derivati vegetali (cipolla, carciofo, peperoncino
tali polimeri vengono realizzati film e ed altro).
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