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Biometanolo da biogas, ma anche da biomasse legnose. Questa la sfida vinta dal Politecnico di Milano e la Fattoria Autonoma Tabacchi S.C. 

Si tratta della tecnologia BIGSQUID (Biogas-to-liquid) ed è stata presentata il 13 luglio a Roma durante l’Assemblea annuale di Confagricoltura “Da oltre 100 anni immaginiamo il futuro. Con le imprese agricole per la crescita dell’Italia”.

A idearla il Centre for Sustainable Process Engineering Research (SuPER) diretto dal Professor Flavio Manenti, Ordinario di Impianti Chimici del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” e brevettata dal Technology Transfer Office (TTO) tutti del Politecnico di Milano. La tecnologia BIGSQUID è stata proposta per ingegnerizzazione ed industrializzazione a Fattoria Autonoma Tabacchi S.C., presieduta dal Dr. Fabio Rossi.

Si tratta di una risposta tecnologica alternativa al biogas e al biometano. Opzione interessante sopratutto se si guarda alla prossima scadenza degli incentivi degli attuali impianti a biogas, i quali non potranno essere convertiti a produzione di biometano.

LA CAPACITÀ DELL’IMPIANTO

L’impianto su cui è stata sviluppata la tecnologia è situato nella Località Giove di Città di Castello (PG). La struttura è in grado di produrre fino a 4.500 ton/anno di biometanolo. Si tratta di una fonte energetica che può essere impiegata come “fuel avanzato per la decarbonizzazione dei trasporti agricoli e industriali, nonché come biochemical carbon negative (-88%) per intrappolare la CO₂ e in tutti i derivati del metanolo come pannelli truciolari, polimeri, vernici e colle” spiega in una nota il Politecnico.

PROSPETTIVE DI UTILIZZO

Secondo i ricercatori la tecnologia BIGSQUID potrebbe portare un grande contributo alla transizione green. “Se applicata a un terzo degli impianti italiani (circa 600) si potrebbero produrre fino a 3 milioni di ton/anno di biometanolo. 1 milione di ton/anno andrebbe a coprire l’attuale fabbisogno nazionale per essere immesso sul mercato in sostituzione del metanolo fossile importato, decarbonizzando totalmente uno dei principali settori industriali. Un surplus di 2 milioni di ton/anno potrebbe essere esportato o utilizzato come additivo sostitutivo nelle benzine per renderle più ecocompatibili” fanno sapere dal Politecnico.

Fonte: Canale Energia

Gli impianti eolici offshore, sui quali sono riposte grandi aspettative per la decarbonizzazione del sistema elettrico, portano vantaggi ambientali per tutto il loro ciclo di vita. È quanto emerge da uno studio pubblicato sulla rivista Sustainable Production and Consumption, in cui i ricercatori del Politecnico di Milano hanno analizzato i potenziali impatti ambientali di un impianto eolico offshore galleggiante in fase di autorizzazione al largo della Sicilia.

Nell’analisi sono state incluse le fasi di approvvigionamento dei materiali, trasporto dei componenti, assemblaggio e installazione con imbarcazioni specializzate, manutenzione durante la fase operativa, smontaggio e fine vita.

Complessivamente, i risultati dell’analisi forniscono un’indicazione di massima, utile a prendere consapevolezza sui carichi ambientali di un sistema di generazione di elettricità da fonte rinnovabile e confrontarlo con altre fonti energetiche.

Dal confronto dei risultati, per 1 GWh di energia prodotta dal parco eolico con la medesima quantità di energia prelevata dalla rete elettrica nazionale, gli impatti complessivi dell’eolico risultano significativamente ridotti per quasi la totalità delle categorie di impatto analizzate: rispetto alla categoria “cambiamento climatico” il beneficio è pari ad una riduzione degli impatti del 92%, mentre si osserva un peggioramento solo per la categoria “esaurimento delle risorse abiotiche” (+95%). Inoltre, i risultati dimostrano che gli investimenti in termini di emissioni di gas a effetto serra ed energia verrebbero ripagati velocemente dall’evitata generazione di energia da fonti fossili, rispettivamente in 2 e 3 anni.

La letteratura scientifica è ancora carente quando si tratta di analisi del ciclo di vita (LCA) di parchi eolici offshore, con turbine di grande taglia (oltre 15 MW) installate su strutture galleggianti, che rispecchiano i recenti sviluppi del settore e le attuali tendenze di mercato. Tuttavia, per valutarne la reale sostenibilità ambientale, è significativo analizzare le tecnologie di generazione elettrica da fonti rinnovabili anche in ottica di ciclo di vita.

A firmare questo lavoro, Mario Grosso, docente di Gestione e Trattamento Rifiuti, Lucia Rigamonti, docente di metodologie per il life cycle thinking e Gaia Brussa, ricercatrice al Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale.

Il progetto QUID (Quantum Italy Deployment) è la realizzazione italiana della European Quantum Communication Infrastructure (EuroQCI), promossa dalla Commissione Europea con l’obiettivo di creare un’infrastruttura europea per la comunicazione quantistica.

Nel corso del progetto saranno integrate le infrastrutture di comunicazione esistenti, in fibra ottica o in aria, e dotate di sistemi di distribuzione quantistica di chiavi crittografiche (QKD), che copriranno buona parte del territorio nazionale; allo stesso tempo, QUID promuove lo sviluppo delle aziende italiane che producono sistemi e servizi per la comunicazione quantistica a diverse categorie di utenti.

Lo scopo principale di QUID è lo sviluppo di nodi in reti di comunicazione quantistica metropolitane (QMANs), collegate tra loro attraverso l’Italian Quantum Backbone, infrastruttura che copre il territorio italiano e che distribuisce, con stabilità e accuratezza senza precedenti, segnali di tempo e frequenza campione, usando fibre ottiche commerciali. In ogni QMAN verranno effettuati scambi di chiave quantistica tra un nodo e l’altro utilizzando sistemi QKD a variabili discrete; distanze superiori a quelle metropolitane verranno coperte utilizzando dei nodi “trusted” o innovative tecniche di Twin-Field QKD (con nodi “untrusted”).

QUID unirà, inoltre, siti importanti per il collegamento tra la comunicazione in fibra ottica e il segmento spaziale del QCI europeo.

Accanto a queste attività di tipo infrastrutturale, QUID pone grande attenzione allo sviluppo dei metodi per l’erogazione ottimale dei servizi di comunicazione quantistica.

Infine, QUID lascia spazio allo sviluppo di tecniche innovative legate alla QKD, per l’incremento della frequenza di trasmissione, per l’utilizzo di nuovi tipi di fibre ottiche e per la trasmissione in aria.

Il consorzio QUID riunisce le aziende italiane leader nel settore, i principali Istituti di ricerca coinvolti nella comunicazione quantistica, sia per il segmento terrestre che per il segmento spaziale, e le università impegnate nell’innovazione e nella formazione.

La presenza delle aziende che producono dispositivi QKD, gestiscono reti di telecomunicazioni e servizi sia terrestri che spaziali, e che offrono soluzioni integrate di sicurezza informatica, permetterà di collegare agevolmente i sistemi QKD nelle reti di comunicazione sul territorio nazionale.

Il consorzio, guidato dall’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM), è composto, oltre che dal Politecnico di Milano, da: Agenzia Spaziale Italiana (ASI), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Coherentia, Thales Alenia Space – Italia, QTI, Leonardo, ThinkQuantum, Tim SpA, Telsy, Telespazio, Consorzio TOP-IX, Università degli studi dell’Aquila, Università La Sapienza, Università degli Studi di Napoli Federico II, Università degli Studi di Padova, Università degli Studi di Trieste.

Controllare la forma di una goccia è una scoperta rivoluzionaria e ci permetterà presto di fabbricare dispositivi a tecnologia liquida in ambito farmaceutico e ambientale. Mediante l’incapsulazione di un liquido in un altro, saranno possibili applicazioni quali il rilascio controllato di farmaci, i processi di emulsificazione e, ad esempio, la bonifica di fuoriuscite di inquinanti liquidi come il petrolio.

I ricercatori del Politecnico di Milano in collaborazione con l’Università Aalto di Helsinki e l’Università di Oxford, hanno condotto uno studio sul controllo di forma di gocce costituite da una miscela di acqua e di una proteina (idrofobina).

“Se una goccia di fluido puro, ed esempio di sola acqua, mantiene sempre la sua forma iniziale durante l’evaporazione, queste gocce fatte di una miscela acqua-idrofobina mostrano invece sorprendenti cambiamenti di forma durante l’evaporazione”

afferma Pierangelo Metrangolo del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico.

“L’idrofobina – inizialmente disciolta nell’acqua raggiunge infatti la superficie libera della goccia nel corso dell’evaporazione e inizia ad auto-assemblarsi per creare un film sottile che incapsula la goccia e permette di controllarne la forma grazie ad una particolare combinazione delle condizioni di gravità e delle proprietà chimiche e meccaniche del soluto che è svelata e descritta da un modello matematico”

continua Pasquale Ciarletta del Dipartimento di Matematica del Politecnico.

Questa ricerca dimostra l’importanza di un approccio multidisciplinare per stimolare l’innovazione: l’interazione fra matematica e chimica ha permesso la comprensione di un nuovo fenomeno fisico ed il suo trasferimento tecnologico per ingegnerizzare materiali innovativi che rivoluzioneranno diverse applicazioni industriali.

La collaborazione degli autori dello studio Pasquale Ciarletta, Pierangelo Metrangolo e Davide Riccobelli, è stata finanziata dal progetto NewMed di Regione Lombardia per creare metodi e materiali innovativi per la medicina di precisione e personalizzata. 

I risultati di questi studi sono stati pubblicati dalla prestigiosa rivista scientifica Physical Review Letters.

Per maggiori informazioni
Lo studio pubblicato online
Life Sciences @polimi

Realizzare reti neurali estremamente efficienti utilizzando chip fotonici che elaborano segnali luminosi è possibile. Lo ha dimostrato uno studio del Politecnico di Milano, condotto insieme all’Università di Stanford e pubblicato dalla prestigiosa rivista Science. 

 Le reti neurali sono strutture di calcolo distribuito ispirate alla struttura di un cervello biologico e mirano ad ottenere prestazioni cognitive paragonabili a quelle umane ma con tempi estremamente ridotti. Queste tecnologie sono oggi alla base di sistemi di apprendimento automatico e intelligenza artificiale in grado di percepire l’ambiente e adattare il proprio comportamento analizzando gli effetti delle azioni precedenti e lavorando in autonomia. Sono utilizzate in molti campi di applicazione, come il riconoscimento e sintesi vocale e di immagini, i sistemi di guida autonoma e realtà aumentata, la bioinformatica, il sequenziamento genetico e molecolare, le tecnologie di high performance computing. 

Rispetto agli approcci di calcolo convenzionali, per svolgere funzioni complesse le reti neurali hanno bisogno di essere inizialmente addestrate (“training”) con un’elevata quantità di informazioni note attraverso le quali la rete si adatta apprendendo dall’esperienza. Il training è un processo estremamente costoso dal punto di vista energetico e con il crescere della potenza di calcolo i consumi delle reti neurali crescono molto rapidamente, raddoppiando ogni circa sei mesi.  

I circuiti fotonici costituiscono una tecnologia molto promettente per le reti neurali perché permettono di realizzare unità di calcolo ad alta efficienza energetica. Da anni il Politecnico di Milano lavora allo sviluppo di processori fotonici programmabili integrati su microchip di silicio di dimensioni di pochi mm2 per applicazioni nel campo della trasmissione e dell’elaborazione dei dati, ed ora questi dispositivi sono stati impiegati per la realizzazione di reti neurali fotoniche.  

“Un neurone artificiale, come un neurone biologico, deve compiere operazioni matematiche molto semplici, come somme e moltiplicazioni, ma in una rete neurale costituita da molti neuroni densamente interconnessi, il costo energetico di queste operazioni cresce esponenzialmente e diventa rapidamente proibitivo. Il nostro chip integra un acceleratore fotonico che permette di svolgere i calcoli in modo molto rapido ed efficiente, sfruttando una griglia programmabile di interferometri di silicio. Il tempo di calcolo è pari al tempo di transito della luce in un chip di pochi mm, quindi parliamo di meno di un miliardesimo di secondo (0.1 nanosecondi)”. Afferma Francesco Morichetti, Responsabile del Photonic Devices Lab del Politecnico di Milano.  

“I vantaggi delle reti neurali fotoniche sono noti da tempo, ma uno dei tasselli mancanti per sfruttarne pienamente le potenzialità era l’addestramento della rete. È come avere un potente calcolatore, ma non sapere come usarlo. In questo studio siamo riusciti a realizzare strategie di addestramento dei neuroni fotonici analoghe a quelle utilizzate per le reti neurali convenzionali. Il “cervello” fotonico apprende velocemente e accuratamente e può raggiungere precisioni confrontabili a quelle di una rete neurale convenzionale, ma con un notevole risparmio energetico e maggiore velocità. Tutti elementi abilitanti le applicazioni di intelligenza artificiale e quantistiche.” Aggiunge

Oltre alle applicazioni nel campo delle reti neurali, il dispositivo sviluppato può essere utilizzato come unità di calcolo per molteplici applicazioni in cui sia richiesta elevata efficienza computazionale, ad esempio per acceleratori grafici, coprocessori matematici, data mining, crittografia e computer quantistici. Il Politecnico di Milano collabora a questa attività di ricerca con il Photonic Devices Lab e con Polifab, il centro di micro e nanotecnologie dell’Ateneo. 

Lo Studio: https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade8450 

Con il suo innovativo sensore di singoli fotoni abilitato velocemente e ad altissima efficienza quantica, il progetto fastMOT (fast gated superconducting nanowire camera for multi-functional optical tomograph) consentirà l’imaging profondo nel corpo umano con tecniche di ottica diffusa. Il sensore, una volta integrato in un nuovo tomografo ottico multifunzionale, permetterà un miglioramento di due ordini di grandezza nel rapporto segnale-rumore, se confrontato con rivelatori esistenti.

Il progetto fastMOT riceverà un finanziamento totale di 3 milioni di euro: 2,49 milioni di euro dallo European Innovation Council e 525.000 euro dallo UK Research and Innovation (UKRI), nell’ambito del fondo di garanzia governativo per progetti Horizon Europe.

Il monitoraggio degli organi e l’imaging profondo nel corpo umano sono tradizionalmente ottenuti grazie all’uso di ultrasuoni, raggi X (inclusa la tomografia computerizzata), tomografia a emissione di positroni e risonanza magnetica. Queste tecniche consentono tuttavia solo misure di funzionalità molto limitate e sono solitamente combinate con agenti esogeni e radioattivi. Sei partner, coordinati dall’azienda olandese Single Quantum, hanno unito le forze per superare tali limiti sviluppando un sensore a elevatissime prestazioni in diverse tecniche di imaging, destinato a migliorare radicalmente la microscopia e l’imaging.

Il nuovo sensore è basato su rivelatori di singolo fotone a nanofilo superconduttivo (superconducting nanowire single-photon detectors, SNSPDs), già dimostratisi estremamente veloci ed efficienti. Tuttavia, fino ad oggi, la dimensione di questi rivelatori è limitata all’ordine di grandezza dei micrometri e il numero di pixel a poche decine.

Il consorzio di fastMOT ambisce ora allo sviluppo di nuove tecniche per superare questi limiti e arrivare a dimensioni dell’ordine di grandezza dei millimetri e al numero di 10.000 pixel. Tutto questo in aggiunta allo sviluppo di nuove strategie per la spettroscopia nel vicino infrarosso risolta in tempo (time domain near infrared spectroscopy, TDNIRS) e per la spettroscopia ottica a contrasto di speckle nel dominio del tempo (time domain speckle contrast optical spectroscopy, TD-SCOS), finalizzate a ottimizzare l’uso del nuovo rivelatore anche grazie a simulazioni Monte-Carlo. Il nuovo sensore verrà integrato in un tomografo ottico e consentirà il miglioramento di due ordini di grandezza nel rapporto segnale-rumore se confrontato con rivelatori di luce esistenti.

L’innovativa tecnologia di rivelazione avrà principalmente impatto in diversi settori: infatti non solamente migliorerà le prestazioni nell’ambito della spettroscopia e dell’imaging medicale, ma consentirà applicazioni rivoluzionarie che porteranno nuove conoscenze e a un notevole impulso economico. Il tomografo ottico multifunzionale proposto permetterà di ottenere immagini di organi e strutture ottiche profonde, nonché il monitoraggio di parametri funzionali, come ad esempio ossigenazione, emodinamica, perfusione e metabolismo. Avrà inoltre la possibilità di migliorare in modo significativo l’accuratezza nell’ambito della diagnosi non invasiva del tumore al seno, riducendo quindi il rischio di effettuare biopsie in conseguenza a falsi positivi a beneficio della qualità di vita delle pazienti e della sostenibilità del sistema sanitario.

In aggiunta a Single Quantum, le istituzioni partecipanti sono il Center for Ultrafast Science and Biomedical Optics (CUSBO) del Politecnico di Milano in Italia, l’Institute of Photonic Sciences (ICFO) in Spagna, la Technische Universiteit Delft nei Paesi Bassi, il network dello European laser research infrastructures Laserlab-Europe AISBL in Belgio, il Forschungsverbund Berlin e.V. in Germania e lo University College London nel Regno Unito.

Oggi i prodotti contraffatti incidono seriamente sull’economia globale e possono avere un impatto negativo sulla sicurezza, sulla salute e sull’ambiente a causa della minore qualità dei loro componenti. Si stima che la gravità del problema abbia raggiunto i 3 miliardi di dollari nel 2022, causando alle imprese dell’UE una perdita di 121 miliardi di euro di vendite e oltre 671.000 posti di lavoro.

KEEPER è un progetto che mira a fornire una nuova soluzione tecnologica per questa sfida: è il primo sistema che combina un codice identificativo univoco con un numero virtualmente infinito di combinazioni (oltre 1024) per certificare l’autenticità del prodotto e un livello senza precedenti di sicurezza, facilità d’uso e economicità.

Si tratta di un’innovativa soluzione personalizzabile basata su due risorse principali: inchiostri nano-ingegnerizzati da applicare su documenti o confezioni di prodotti come cartellini adesivi o stampati direttamente in punti specifici (3Tag), e una tecnica di verifica estremamente selettiva tramite un lettore dedicato (3Check). La specificità degli inchiostri, la sequenza di codifica e il metodo di lettura rendono questa tecnologia estremamente difficile o quasi impossibile da replicare mediante processi di reverse engineering.

Il progetto KEEPER, cui contribuiscono partner universitari e privati di Italia, Polonia e Austria, è stato recentemente finanziato con oltre 2 milioni di € dallo European Innovation Council (EIC) nell’ambito del bando “EIC Transition” che ha l’obiettivo di sostenere la maturazione e la validazione in laboratorio di nuove tecnologie sviluppate nell’ambito di progetti sovvenzionati a livello europeo e la loro introduzione sul mercato.

“Lo European Innovation Council è il programma di punta Europeo per l’innovazione tecnologica ed è la prima volta che un progetto presentato dal Politecnico di Milano come capofila accede a questa tipologia di sostegno; nel complesso, questa call EIC Transition ha finanziato 34 progetti in tutta Europa, di cui 6 in Italia e solo 3 con una università come coordinatore“

afferma il prof. Carlo S. Casari, Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano, responsabile di KEEPER e già titolare dell’ERC Consolidator Grant EspLORE, degli ERC Proof of Concept Grant PROTECHT e PYPAINT.