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Il drammatico uno-due della pandemia seguita dal conflitto in Ucraina ha contribuito dolorosamente a un passaggio culturale importante, facendoci finalmente realizzare che la transizione ecologica è uno strumento per conseguire una maggiore indipendenza dalle importazioni di materie prime, energia e semilavorati, da cui le economie europee sono estremamente indipendenti. Le soluzioni proprie della crisi ecologica (dalle fonti rinnovabili al ciclo idrico integrato, dall'economia circolare alla fusione nucleare) si rivelano infatti essere ciò che serve per affrontare la crisi geo-politica, energetica ed economica che ci attanaglia.Lo speciale estivo di Smart City "La transizione ecologica in tempo di crisi" racconta i punti di contatto tra le crisi del nostro tempo, e la ricerca di possibili soluzioni comuni, affrontando temi quali la gestione dell'acqua, le opportunità offerte dalle energie forestali e marine, le sfide dei sistemi di stoccaggio energetico sostenibili e della fusione nucleare.
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Più fonti non programmabili come sole e vento installeremo, più avremo bisogno di sistemi di accumulo di durata crescente. Le moderne batterie al litio svolgono egregiamente il compito su una scala scala temporale che va dai secondi alle ore. Ma per applicazioni in cui i cicli di carica e scarica sono più radi e più lunghi, la loro convenienza economica viene meno. Ed è qui che entrano in gioco le batterie a flusso: parenti delle normali batterie, se ne differenziano perché invece di avere i reagenti impacchettati al loro interno insieme agli elettrodi, li conservano all’esterno in appositi contenitori. Seppur meno efficienti, permettono di aumentare la capacità di accumulo semplicemente aggiungendone di nuovi. Finora questo settore è dominato dalle batterie a flusso al vanadio cinesi, ma una start-up Italiana, Green Energy Storage, è convinta di avere in mano una tecnologia migliore basata sul manganese: più economico, reperibile e facile da maneggiare; una tecnologia che ad oggi non esiste e sulla quale, quindi, si può ancora aspirare ad acquisire un primato. Ospite Salvatore Pinto, Fondatore e presidente - Green Energy Storage.
La crisi Hormuz ha fatto tremare tutto il mondo della logistica e degli auto-trasporti pesanti in particolare, giacché proprio il gasolio - da cui questi dipendono completamente - ha fatto registrare in questi giorni uno degli aumenti più sostanziosi, con rischi addirittura di razionamento. Torniamo quindi a parlare di biocarburanti, cui oggi dovremmo guardare come strumento di autonomia e sicurezza energetica prima ancora che di decarbonizzazione. Come vedremo infatti, oggi bio-carburanti come il biodiesel e come l’HVO - quest’ultimo del tutto equivalente al gasolio - possono essere prodotti a costi non troppo diversi da quelli dei carburanti tradizionali a partire da grassi vegetali e animali. Tuttavia regolamenti molto restrittivi sulle materie prime ammesse dalla normativa europea per produrre questi biocombustibili, obbligano all’importazione di grassi vegetali dall’estero (come navi cariche di olio da frittura esausto) anche quando potremmo produrli in Europa e in Italia con pratiche agricole adeguate, in alcuni casi perfino carbon negative. Un’occasione mancata per la sostenibilità e la sicurezza della logistica e dei trasporti pesanti. Ospite David Chiaramonti. Prof. del Dipartimento di Energia del Politecnico di Torino.
Da rifiuti a materie prime: è il concetto chiave alla base di molti processi di economia circolare. E siccome i rifiuti sono straordinariamente variegati, altrettanto variegato è lo spettro di processi di riciclo che si stanno progressivamente mettendo a punto. E a dimostrazione che volere è potere, parliamo di un progetto che ha visto protagonisti il Politecnico di Milano e l’azienda Calchera Sangiorgio, specializzata nella produzione di materiali per il restauro e il risanamento delle murature e la bioedilizia, che ha trovato il modo di valorizzare una serie di rifiuti agro-alimentari (tra cui non mancano gusci di uova marce e conchiglie di vongole scadute) e residui di lavorazione di pietre e altri materiali, alcuni dei quali apparentemente improbabili. Ospite Marco Imperadori, professore di Produzione E Gestione Dell'Ambiente Costruito al Politecnico di Milano.
La dissalazione è una risorsa strategica per molti paesi che da essa dipendono completamente per il rifornimento di acqua dolce. Tra questi, presto ci saranno anche varie regioni del Sud-Europa, come il Sud-Italia. Il problema della dissalazione è tuttavia la necessità di ingenti quantità di energia. Uno studio del Politecnico di Torino, pubblicato su Cell Reports Physical Science, descrive un nuovo materiale: un gel ottenuto da alghe brune, che permette di produrre acqua dolce, valorizzando il calore a bassa temperatura disperso da moltissimi processi industriali. Parliamo di fumi e reflui a 50 o 60°C, di cui siamo pieni: un oceano di energia, ma di bassa qualità, che i ricercatori torinesi hanno trovato il modo di usare per produrre il più essenziale dei beni: l’acqua. Ne parliamo con Matteo Fasano, professore del Dipartimento DENERG del Politecnico di Torino.
Arrivano le prime celle solari basate sulla tecnologia Black Diamond, nella quale un sottilissimo strato di diamante nero artificiale funge da catodo. Sono state messe a punto dall’Istituto di Struttura della Materia del CNR e hanno la capacità di funzionare a temperature comprese tra 325 °C e 625 °C, del tutto impossibili per la tecnologia fotovoltaica tradizionale che perde efficienza surriscaldandosi. Le celle solari al diamante hanno il comportamento opposto, e questo le renderebbe perfette per quelle applicazioni in cui la luce del sole viene concentrata. Potenzialmente, il fotovoltaico ad alta temperatura permetterebbe di aumentare moltissimo l’efficienza nello sfruttamento dell’energia solare, grazie a una sorta di doppia produzione, fotovoltaica e termodinamica nello stesso tempo. L’innovazione è stata descritta sulla rivista Joule e la raccontiamo con l'aiuto di Daniele Trucchi, dirigente di ricerca dell'Istituto di Struttura della Materia del CNR e direttore del DiaTHEMA Lab.
Dopo decenni di ricerche, grazie anche a scoperte recenti come la CRIPR-Cas9 da Nobel di pochi anni fa, le terapie geniche hanno preso a diffondersi nella pratica clinica. E seppure al momento siano riservate solo a patologie genetiche gravissime e a certi tipi di cancro, le terapie geniche sono tuttavia destinate a offrire risposte a un ventaglio sempre più ampio di patologie, meno letali ma non per questo poco rilevanti, come la nevralgia del trigemino, una patologia che colpisce circa un milione di persone in Europa, distruggendo in molti casi la qualità della vita. È questo l’obiettivo del progetto TREAT, di cui parliamo con Chiara Mercurio, ricercatrice dell’Università Statale di Milano. Un caso particolarmente ingegnoso di applicazione della terapia genica, che introduce un gene in più che permette di “calmare” le cellule nervose a comando.
Da anni ricercatori di tutto il mondo sono impegnati nel tentativo di sviluppare muscoli artificiali. Ma finora nessuna soluzione è ancora riuscita a offrire quel mix di forza, volume ridotto, escursione, velocità, capacità di controllo fine e silenziosità che caratterizza le fibre muscolari. Tuttavia, la settimana scorsa un gruppo di ricercatori del MIT e del Politecnico di Bari ha descritto su Science Robotics qualcosa che ci si avvicina molto, applicando a una soluzione nota - chiamata attuatore McKibben - che funziona con particolari fibre pneumatiche, un altrettanto particolare tipo di pompa detta “elettroidrodinamica”, portando a qualcosa di davvero molto simile ai muscoli dell’uomo e degli altri animali. Ne parliamo con Vito Cacucciolo, professore di robotica del Politecnico di Bari.
Un paio di settimane fa, dopo ben 33 anni, un gruppo di ricercatori dell'Università di Huston ha infranto il record di temperatura per un materiale superconduttore a pressione ambiente. I superconduttori sono materiali in grado di condurre l'elettricità senza nessuna dispersione di energia e possono essere usati per generare potentissimi campi magnetici. Il nuovo materiale, una particolare ceramica, è rimasto superconduttivo fino alla temperatura di -123°C, contro i -141 °C del record precedente. Il balzo, di ben 18 gradi, è frutto di una nuova tecnica mai sperimentata prima e fa sperare che possa essere il primo di una serie di nuovi materiali superconduttivi in grado di funzionare a temperature sempre meno estreme, e quindi più facili da gestire. Si tratta di qualcosa che rivoluzionerebbe svariati settori, dall'energia alla medicina, ai trasporti. Ne parliamo con Lucio Rossi, fisico tra i massimi esperti di superconduttività, professore dell'Università degli Studi di Milano.
Per più di una settimana a Smart City abbiamo parlato di nuove tecnologie che rendono il legno trasparente o più resistente dell'acciaio, ma anche di super materiali a base di cellulosa e di pioppi modificati per contenere pochissima lignina. Tuttavia, mentre prendono piede nuove applicazioni del legno, l'Italia rimane debole nella silvicoltura e nell'economia forestale. Abbiamo una superficie forestale in crescita da un secolo, ma importiamo enormi quantità di legno per mobili, costruzioni e legna da ardere. Una situazione legata a vari fattori, a cui ha tentato di dare risposta la Strategia Nazionale Forestale, operativa dal 2020. Chiudiamo questo speciale cercando di capire, con l'aiuto di Alessandra Stefani - Presidente del Cluster Nazionale Italia Legno - se qualcosa sta cambiando anche in Italia.
La presenza della lignina, che pure conferisce al legno alcune delle sue proprietà più importanti, è tuttavia un ostacolo alla sua trasformazione in materiali avanzati, come il legno trasparente e il cosiddetto superlegno, più resistente dell'acciaio e quasi del tutto inerte di fronte a fuoco, acqua e funghi. Da qui, il lavoro dell'università del Maryland, che dopo aver inventato il superlegno, ora punta a renderlo più economico e ambientalmente sostenibile grazie alla selezione di specie arboree - come il pioppo - già prive, o quasi, di lignina. Ne parliamo con Chiara Biselli, genetista, ricercatrice del Centro di Ricerca Foreste e Legno del CREA, l'ente di ricerca dedicato all'agroalimentare e alle foreste.
Dopo aver parlato di super-legno e di legno trasparente, dedichiamo questa puntata ai materiali avanzati a base di cellulosa. Alla base di tutti questi materiali, così come del legno ingegnerizzato, ci sono importanti proprietà delle fibre di cellulosa. Diverse start-up in tutto il mondo stanno sviluppando varianti di questi materiali che sono destinati a entrare progressivamente nella nostra vita quotidiana. Ne parliamo ancora con Irene Bonadies, prima ricercatrice all'Istituto per i polimeri compositi e biomateriali (Cnr-Ipcb) di Pozzuoli.
In questa puntata parliamo di come potenziare il legno, trasformandolo in un materiale più resistente e più leggero dell'acciaio, addirittura antiproiettile. L'idea del superlegno è scaturita all'Università del Maryland, che nel corso degli anni l'ha perfezionata. Oggi è una tecnologia pronta per essere applicata a livello industriale, come dimostra la nascita delle prime imprese e start-up che lavorano a questo obiettivo. La più avanti di queste è Inventwood, nata come Spin-off della ricerca di Liangbing Hu proprio all'University of Maryland, che produce un materiale ottenuto rimuovendo la lignina e poi comprimendo il legno fino a ridurne il volume di 4 o 5 volte. Il risultato è un materiale caratterizzato da una resistenza a trazione fino al 50% superiore all'acciaio, e un rapporto resistenza/peso 10 volte maggiore. Esistono test in cui una tavoletta di superlegno resiste senza troppi problemi perfino ai proiettili. Ne parliamo con Irene Bonadies, prima ricercatrice all'Istituto per i polimeri compositi e biomateriali (Cnr-Ipcb) di Pozzuoli.
Come spiegato nella puntata precedente, esistono diversi processi che permettono di trasformare una tavoletta di legno convenzionale in un materiale semi-trasparente. Da qui, l'ampio ventaglio di potenziali applicazioni di cui parliamo in questa puntata, che vanno dall'edilizia, all'interior design, fino al settore dell'elettronica di consumo, dove per esempio sottili lamine di legno trasparente potrebbero essere utilizzate per realizzare gli schermi dei cellulari. Ne parliamo ancora con Giulio Malucelli, professore di Scienza e Tecnologia dei Materiali presso il Politecnico di Torino.
Da una decina di anni, la ricerca è impegnata nel tentativo di "potenziare" il legno, dotandolo di caratteristiche innovative che possano renderlo adatto a una gamma di applicazioni più ampia. Ne parliamo ampiamente nel corso delle prossime puntate, a partire da questa. Uno dei filoni più affascinanti riguarda la possibilità di rendere il legno traslucido, con l'idea che questo tipo di materiali possano un domani sostituire alcune superfici trasparenti o semi trasparenti, non solo grazie a una maggiore sostenibilità, ma soprattutto alla capacità di coniugare la trasparenza con le caratteristiche meccaniche e di sicurezza che il legno offre abitualmente. Ne parliamo con Giulio Malucelli, professore di Scienza e Tecnologia dei Materiali presso il Politecnico di Torino.
Messo a punto all'Università di Bologna il primo nano-motore con la retromarcia che funziona con la luce. Qualcosa che fa intuire quale sia il potenziale, ancora del tutto inesplorato, che lo sviluppo delle nanotecnologie ci potrà mettere a disposizione in futuro. Lo sviluppo di nano-motori rotanti artificiali è una delle frontiere più promettenti della ricerca chimica, perché questi dispositivi possono svolgere molte funzioni in campo tecnologico e biomedico: muscoli artificiali, sistemi di conversione dell'energia, nuove forme di sintesi chimica e nuovi farmaci. Più precisamente i ricercatori bolognesi sono riusciti a sintetizzare una molecola chiamata ROAR che, se illuminata, inizia una sorta di danza che la porta a ruotare in un senso o nell'altro a seconda del colore della luce. Ce ne parla Massimiliano Curcio, ricercatore al Dipartimento di Chimica Industriale "Toso Montanari" dell'Università di Bologna.
La corsa a ridurre i consumi energetici dell'IA è cominciata: si lavora su nuovi paradigmi come la cosiddetta IA on the edge; c'è un enorme lavoro per sviluppare HW ad hoc per far "girare" le reti neurali artificiali, e ora una ricerca pubblicata su Nature Artificial Intelligence da un gruppo di studiosi dell'Università di Bologna e dell'INFN di Roma Tre ci ricorda che il percorso per rendere efficiente l'IA ha ulteriori opzioni da esplorare. I ricercatori hanno infatti applicato un formalismo matematico preso dalla termodinamica statistica e lo hanno applicato all'analisi delle reti neurali profonde, cuore dei moderni sistemi di Intelligenza Artificiale, scoprendo che è possibile ristrutturarle per renderle più efficienti. Ne parliamo con Pierluigi Contucci, professore al Dipartimento di Matematica dell'Università di Bologna e coautore dello studio.
Stimolare la crescita e la rigenerazione del tessuto nervoso, riparando danni come quelli causati da lesioni al midollo spinale, oppure ictus, è da sempre uno dei più ambiziosi obiettivi della medicina rigenerativa. E finora non è stato raggiunto. Sembra però che un team di ricercatori dell'Università degli Studi di Milano e dell'Università di Verona sia riuscito nell'impresa, descritta in uno studio che ha conquistato la copertina di Immunity nel mese di febbraio. I ricercatori hanno scoperto che è possibile ammaestrare alcune cellule del sistema immunitario a fare ciò che non era riuscito a nessuno prima d'ora. Prelevate dal paziente e indotte con segnali chimici a comportarsi come veri e propri elettricisti del sistema nervoso, vengono semplicemente reinserite nel paziente dove svolgono autonomamente il loro lavoro. La nuova terapia ha un nome: REMaST, e ora uno spin-off universitario, Hemera, è nato per portarla nella pratica medica. Ne parliamo con Ilaria Decimo, docente di Farmacologia all'Università di Verona, coordinatrice della ricerca e co-fondatrice di Hemera.
Torniamo al centro BI-REX, il Competence Center specializzato sui Big Data e sulle applicazioni di Industria 4.0 che ha sede a Bologna. Da anni il centro si è attrezzato con una linea pilota, che permette alle imprese di testare e mettere a punto nuovi processi produttivi che investono in tecnologie quali IOT, robotica, additive e smart manufacturing. Ma alcune settimane fa, a BI-REX, è nato IPAZIA, il nuovo supercomputer per mettere a disposizione delle capacità di supercalcolo che sono alla base di applicazioni rilevanti, come la manutenzione predittiva, la simulazione di parti e componenti, l'IA e i gemelli digitali. Ne parliamo con Stefano Cattorini, General Director at BI-REX.
Negli ultimi anni la sharing economy ha dimostrato come la condivisione degli asset possa aumentarne l'efficienza d'uso: un'auto condivisa, ad esempio, viene utilizzata per molte più ore rispetto a un veicolo privato. Tuttavia, nel settore della logistica - e in particolare in quello del trasporto pesante - i modelli di economia condivisa, pur ampiamente studiati, trovano ancora scarsa applicazione pratica. Tra i primi esempi di shared logistics emerge la condivisione dei semirimorchi: un camion può trasportare un carico lungo una tratta e, a metà percorso, cedere il semirimorchio a un'altra motrice che completa il viaggio, mentre il primo autista rientra con un nuovo carico. Un sistema semplice solo in apparenza, che offre vantaggi significativi in termini di efficienza operativa e qualità della vita dei conducenti. Nonostante le barriere tecnologiche siano ormai superate, questo modello resta poco diffuso. Il tema viene approfondito con Damiano Frosi, direttore dell'Osservatorio Contract Logistics "Gino Marchet" del Politecnico di Milano.
Un sistema di messaggistica dedicato ai veicoli autonomi, che fornisce in tempo reale informazioni su come comportarsi: una sorta di vigile urbano elettronico incorporato nell'incrocio stesso che, sulla base di un sistema di comunicazione strettamente locale - quindi indipendente da Internet - comunica con i veicoli dando le istruzioni necessarie. La soluzione, denominata TLM (Time-Logic-Map), è stata messa a punto dal CNR di Pisa insieme all'Università di Pisa e al Massachussetts Institute of Technology, ed è stata presentata con successo alla Vehicle Technology Conference di Chengdu. Ne parliamo con Ilaria Matteucci, prima ricercatrice di IIT-CNR.
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