Materiali e tecnologie per l’Economia verde e l‘Economia circolare
POLYPAPER: COMPOSITO IDROSOLUBILE A BASE CELLULOSA
ALBERTO CIGADA, Nextmaterials Srl
PolyPaper è un materiale composito con brevetto internazionale concesso basato su una matrice idrosolubile a base di Polivinilalcol P(VA) caricata con cellulosa in percentuali tra il 30 e il 60%.
Le caratteristiche di maggior interesse sono: il poter essere processato con le tradizionali tecnologie di lavorazione dei polimeri (stampaggio a iniezione e a compressione, ma anche stampa 3D); la possibilità di modulare le proprietà di rigidezza e resistenza sia tramite scelta della composizione di partenza che tramite trattamenti termici; il poter essere riciclato nella filiera della carta, in quanto il PVA in acqua scioglie completamente in poco tempo rilasciando la cellulosa. Due esempi possono aiutare a capire le possibili applicazioni: l’utilizzo in sostituzione della plastica tradizionale per la realizzazione di borre di cartucce da caccia che vengono inevitabilmente disperse nell’ambiente; l’uso integrato con il cartone ondulato per la realizzazione di packaging innovativo ad alte prestazioni completamente riciclabile nella filiera della carta. PolyPaper viene oggi prodotto e commercializzato da Nextmaterials Srl, spin-off affiliato al Consorzio INSTM.
UN APPROCCIO GREEN PER L'ANALISI DEI METALLI NEI FILTRI DI PARTICOLATO ATMOSFERICO PREPARATI CON SMART STORE
PAOLA CIRELLI, Unità di Ricerca INSTM di Brescia
Il particolato atmosferico, noto anche come PM (Particulate Matter), rappresenta una serie di piccole particelle solide o liquide sospese nell'aria. Il PM costituisce un grave rischio sia per la salute umana, poiché le particelle più sottili (PM2.5 e PM10) possono causare problemi respiratori e cardiaci, che per gli ecosistemi, poiché può danneggiare la vegetazione e influenzare la qualità del suolo e dell'acqua. È quindi di fondamentale importanza monitorare i livelli di inquinamento atmosferico al fine di attuare politiche di intervento. Il particolato può essere raccolto tramite i campionatori, che permettono di catturare le particelle di PM sulla superficie di un filtro. Grazie all’analisi chimica del filtro è poi possibile determinare la concentrazione dei metalli presenti nel PM. I filtri possono essere preparati con il metodo Smart Store, che consiste nel plastificare i filtri e tagliarli in un diametro di 30 mm. Questa è una procedura non distruttiva, facile, veloce e green, perché evita l’utilizzo di acidi, solitamente utilizzati in metodi convenzionali. I filtri preparati con Smart Store possono poi essere analizzati con strumenti a fluorescenza dei raggi X (XRF), per ottenere la concentrazione elementare del PM.
PRODUZIONE DI BIOMATERIALI DA BIOMASSE RESIDUE PER APPLICAZIONI IN AMBITO BIOMEDICALE ED ELETTRONICO: VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI AMBIENTALI ATTRAVERSO LA METODOLOGIA LIFE CYCLE ASSESSMENT
ALESSANDRO FRANCINI, Unità di Ricerca INSTM di Modena e Reggio Emilia
Il presente studio è stato condotto nell'ambito di un progetto di ricerca finanziato dal Ministero dell'Università e della Ricerca nel 2017, all'interno del programma PRIN. Il progetto, il cui acronimo è VISION, mira a valorizzare biomasse residue non edibili (es. Cynara cardunculus L.) per estrarre composti chimici dall’alto valore aggiunto, tra cui l'acido levulinico e alcuni acidi carbossilici. A partire da questi, infatti, sono stati ingegnerizzati e sintetizzati biomateriali con specifiche proprietà di biodegradazione e biocompatibilità, per applicazioni in ambito biomedicale ed elettronico. Questo studio analizza attraverso la metodologia Life Cycle Assessment (LCA) gli impatti ambientali associati ad alcuni processi sperimentali condotti all’interno del progetto VISION, per l’ottenimento di un supporto biomedicale in Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) e di un circuito elettronico a radiofrequenza per applicazioni di IoT, a base dello stesso materiale. Nello specifico, lo studio di LCA include i processi di estrazione dei solventi dalle biomasse residue, nonché l’ottenimento del PHBV e le sue successive fasi di lavorazione, condotte a livello sperimentale e su scala di laboratorio. Attraverso l’interpretazione dei risultati è possibile far luce sulle principali criticità in termini di consumi di materie prime, energia, smaltimento dei residui, consentendo di impostare eventuali interventi migliorativi sui processi esaminati. Lo studio permette di comparare due diverse modalità di valorizzazione dello stesso biomateriale (PHBV), contribuendo ad una più ampia valutazione cradle-to-grave relativa alle performance ambientali della filiera di bioraffinazione proposta, dall’estrazione dei building blocks a partire dai residui lignocellulosici fino allo smaltimento dei bio-compositi ottenuti.
TRASFORMARE SCARTI INDUSTRIALI IN RISORSE VERDI: IL RUOLO CHIAVE DELLA CARBONATAZIONE ACCELERATA
GIADA BIAVA, Unità di Ricerca INSTM di Brescia
La carbonatazione di rifiuti industriali alcalini è una sfida molto attuale al fine di ridurre le emissioni di CO2 e promuovere un'economia circolare. Lo scopo del progetto è di valutare il potenziale sequestro delle scorie di acciaieria e le polveri di cementeria (cement kiln dust) nel processo di carbonatazione diretta accelerata in acqua utilizzando un set-up sperimentale che lavora alla pressione di 15 bar. L'obiettivo è quello di identificare le condizioni di reazione ottimali e gli scarti più promettenti al fine di utilizzarli come parte integrante nei materiali edili
INQUINAMENTO DELLE ACQUE E INTELLIGENZA ARTIFICIALE: IL CASO STUDIO DELL’ANTIBIOTICO-RESISTENZA
MICHELE SPEZIANI, Unità di Ricerca INSTM di Brescia
Il problema dell’antibiotico-resistenza rappresenta una criticità riconosciuta a livello mondiale. L’utilizzo di antibiotici nella medicina umana e veterinaria contribuisce alla diffusione di essi nell’ambiente, alterando il normale habitat dei batteri e favorendo lo sviluppo di nuove classi di batteri resistenti ad essi.
Con l’obiettivo di monitorare lo stato dei corsi di acqua e ottenere maggiori informazioni riguardo alla persistenza in natura di antibiotici e di prodotti della loro degradazione, nuove tecniche che combinano il Machine Learning, branca dell’Intelligenza Artificiale, con la spettroscopia vibrazionale hanno portato ad interessanti risultati preliminari. Tramite queste tecnologie, infatti, è stato possibile identificare la presenza di antibiotici, e di farmaci in generale, in campioni di acqua artificialmente contaminati, potendo distinguere questi dall’acqua pura e potabile.
ESTRAZIONE DI CHITOSANO DA FUNGHI DA UTILIZZARE NELLA DEPURAZIONE DELLE ACQUE
GIOVANNI MAINETTI, Unità di Ricerca INSTM di Brescia
L'estrazione del chitosano dai funghi rappresenta un innovativo approccio ecocompatibile per affrontare le sfide della depurazione delle acque. Questo è un polimero naturale che si distingue per le sue eccezionali proprietà flocculanti e adsorbenti, rendendolo un candidato ideale per la rimozione di inquinanti organici e metalli pesanti dalle acque reflue. Questo processo innovativo si basa sull'utilizzo di funghi come fonte abbondante e rinnovabile di materia prima, eliminando la necessità di ricorrere a sostanze chimiche nocive per l'ambiente. Attualmente, il chitosano viene estratto da crostacei, un processo lungo e costoso, spesso legato alle fluttuazioni stagionali delle risorse ittiche. Lo sviluppo di questa tecnologia offre l'opportunità di ottimizzare un processo finora dispendioso e difficile da industrializzare, con ampie prospettive nel settore della valorizzazione delle risorse fungine, promuovendo così la bioeconomia. Dal punto di vista biochimico, la biocompatibilità del chitosano contribuisce a ridurre l'impatto ambientale, promuovendo la sostenibilità nell'ambito della depurazione delle acque. L'estrazione del chitosano dai funghi rappresenta quindi una soluzione promettente per affrontare le sfide ambientali e sostenere una gestione responsabile delle risorse idriche.
VALUTAZIONE DELLA SOSTENIBILITÀ DEL RECUPERO DI METALLI PREZIOSI DA SCHEDE ELETTRONICHE
ANTONELLA CORNELIO, Unità di Ricerca INSTM di Brescia
Negli ultimi anni, a causa anche dell’epidemia di COVID-19, si è assistito ad una crescita esponenziale dell’uso dei dispositivi elettrici ed elettronici. Di conseguenza diventa fondamentale prestare molta attenzione alla sostenibilità delle materie prime utilizzate. Nell’ambito dei dispositivi elettrici ed elettronici, le schede elettroniche, costituite da metalli preziosi come oro, rame e argento, rappresentano elementi fondamentali per il loro funzionamento. È evidente che il loro recupero e riciclo diventa essenziale dal punto di vista economico, geostrategico e ambientale, al fine di non sprecare risorse preziose.