© B.R.I.D.G.E. ENGINEERING s.r.l. (Building Research Innovation Development Green Energy) Startup Innovativa
La quantità massima di rifiuti di plastica lavorata nel reattore del pirolizzatore per sezione/ciclo/ora sole: 1 mc di plastica mista triturata.
La quantità massima di ore/sole/anno: 1500 ore sole/anno sul sito individuato.
Il progetto industriale si è posto i seguenti obiettivi:
- Il perseguimento di una maggiore flessibilità della tecnologia solare a concentrazione e dei sistemi di produzione di energia di tipo cogenerativo
- Lo studio di materiali e componenti innovativi per il miglioramento delle prestazioni e la riduzione dei costi
Lo sviluppo di soluzioni per l’integrabilità della tecnologia solare a concentrazione con altre risorse energetiche
Maggiore semplicità operativa
La capacità di fornire energia da fonte solare in modo stabile e controllato
L’integrabilità con altre risorse e tecnologie energetiche (in particolare fonti rinnovabili non programmabili)
Lo sviluppo di scenari applicativi rivolti alla riduzione dei costi di installazione, l’esercizio e la manutenzione
OBIETTIVI DEL PROGETTO INDUSTRIALE
Sono stati identificati nuovi fluidi per il trasporto e la conservazione dell’energia termica negli impianti CSP, con specifica attenzione alle formulazioni innovative di fluidi termici (miscele eutettiche di sali fusi con una bassa temperatura di fusione inferiore ai 100°C), delle quali esistono in letteratura, investigazioni sulle proprietà termofisiche e i meccanismi di interazione con i materiali e i componenti dell’impianto di stoccaggio dei sali fusi. Sono state determinate le relazioni tra la composizione delle miscele e le condizioni operative del loro utilizzo che permettano una più efficiente e semplice gestione degli impianti solari CSP. È stata valutata e progettata una soluzione volta a migliorare le performance e la compattezza del sistema di accumulo, progettando un sistema termoclino senza l’uso di tubazioni e valvole per la distribuzione dei Sali fusi. Parallelamente allo sviluppo dei fluidi termici, è stata valutata e progettata la soluzione di usare un solo specchio parabolico che raccogliesse tutti i raggi degli eliostati e li concentrasse nel fuoco posto a 28 m all’interno della vasca per il contenimento dei sali fusi. La vasca dei Sali così riscaldata, non è provvista di agitatori meccanici, in modo da consentire il riscaldamento senza la presenza di moti convettivi, consentendo di avere la massima temperatura di 1050°C dal livello più esterno dei Sali fino alla profondità di 1 m.
Il sistema non prevede la distribuzione dei Sali fusi e non prevede nessuna condotta per veicolare i Sali fusi. L’accumulo dei Sali fusi è alimentato esclusivamente dagli specchi riflettenti e dallo specchio ricevitore, come è evidente nello schema esemplificativo che ne spiega il funzionamento dello storage. Gli specchi degli eliostati, sono trattati con nuovi processi superficiali per il controllo dello sporcamento. È stata progettata l’integrazione del CSP con la tecnologia fotovoltaica, per favorire l’incremento della quota di energia solare per l’alimentazione elettrica industriale di tutti i capannoni destinati alle varie produzioni, ottenendo minori costi del fotovoltaico e la maggiore programmabilità della produzione energetica da CSP con accumulo termico. È stata valutata la metodologia di analisi e previsione dei dati di radiazione solare a supporto del progetto realizzato, trattando il controllo di impianti CSP per la produzione termica rinnovabile e PV per la produzione di energia elettrica rinnovabile. In linea con il processo di transizione energetica verso la decarbonizzazione del settore industriale è stata studiata la soluzione e la configurazione ad hoc dell’impianto solare a concentrazione che prevedono la produzione di calore a 1000°C per alimentare i processi industriali. In tal caso, particolare attenzione è stata prestata allo sviluppo di configurazioni di impianto flessibili, compatte e modulari allo scopo di favorirne l’utilizzo in diverse applicazioni industriali previste nella zona ASI di Foggia Area Bovino. Allo scopo sono stati progettati sia il sistema CSP che il TES dei Sali fusi alla temperatura di lavoro di 1000°C per una potenza complessiva e di 14 MWt e impianti modulari fotovoltaici per un totale di 11 MW elettrici, che sono necessari per il sostentamento delle esigenze dei processi industriali identificati nel progetto.
Linee di attività del progetto
Il progetto Solare Termodinamico si articola in diverse linee di attività:
Impianti industriali per la produzione di idrogeno e nanotubi di grafene
Impianto solare termodinamico CSP con specchi solari a basso impatto ambientale operante alla temperatura di 1000°C, PnT = 14 MWt con torre in acciaio e fondazione in cls armato fuori terra per una altezza di 28 m. Per consentire l’alimentazione termica a 6 reattori indipendenti con impianti pirolitici verticali. Impianto di stoccaggio TES dell’energia termica circolare, parzialmente interrato, con stoccaggio termoclino (piscina a sali fusi posizionata alla base della torre) operante alla temperatura di lavoro di 1050°C. Impianto fotovoltaico Pn 11 MWe a servizio dell'area produttiva con impianto di accumulo di 48 MWh ubicato su strutture portanti in acciaio e su capannoni industriali e collegato alla rete AT attraverso la costruzione di uno stallo MT/T dedicato in CP Terna esistente.
Impianti di lavorazione dell’idrogeno e dei nanotubi di carboni
1) Impianto tipo ATLAS KOPCO per lo stoccaggio dell'idrogeno prodotto dal pirolizzatore costituito da serbatoi in acciaio, separati e collegati ad un nodo di distribuzione di una linea per il trasferimento del gas all’ingresso di un punto di distribuzione SNAM della rete in metano esistente prossima al sito industriale
2) Impianto tipo ATLAS KOPCO di produzione di N2 azoto gassoso 99,9% e stoccaggio del gas prodotto in serbatoi separati con una linea di distribuzione in arrivo in prossimità delle 12 unità di trasformazione pirolitica ubicate nell’area superiore della vasca a Sali fusi
3) Impianto per lo stoccaggio della plastica in arrivo nello stabilimento (logistica, stoccaggio materia prima)
4) Impianto di triturazione della plastica (lavorazioni connesse: trasferimento interno tra un reparto ed un altro, della plastica con pallet e camion, impianto di triturazione della plastica in arrivo, triturazione verifica e vaglio, della dimensione delle particole di plastica triturate)
5) Impianto di asciugatura in aria della plastica triturata (asciugature e stoccaggio nella camera di pre-carico della plastica nelle singole unità pirolitiche in acciaio)
6) L’impianto di pirolisi, in assenza di ossigeno, è costituito da un cilindro in acciaio Aisi 316, sul cui fondo viene posizionata la plastica triturata da trasformare. A 50 cm dal fondo è posizionato un supporto sui cui, a sua volta, è posizionato un catalizzatore. Il coperchio a tenuta della camera, è dotato di 2 valvole automatizzate. Una prima valvola per l’ingresso dell’azoto sotto pressione è sincronizzata con una valvola in uscita dal cilindro che spinge fuori i gas presenti nella camera (aria N2, Co2 e O2). La camera (il cilindro in acciaio) viene sigillata prima di attivare la fornace. Durante la pirolisi alla temperatura di 1000°C, la plastica viene sublimata e il flusso di atomi di carbonio e di idrogeno seguono due processi distinti. Gli atomi di carbonio vengono catturati dal supporto del catalizzatore e crescono verticalmente con una struttura cilindrica dal diametro tra i 150 e i 50 nm. La crescita dei MWCNT in forma di filamenti di nano tubi di carbonio, è caratterizzata da una superficie cilindrica (nano tubo) all’interno del quale si trovano da 3 a 5 cilindri (nanotubi) posti uno all’interno dell’altro (cilindri concentrici che non si toccano tra loro). Dopo la pirolisi, i pirolizzatori sono estratti dalla vasca a Sali fusi e vengono fatti raffreddare sul piazzale di sosta prima di essere trasferiti nel capannone di lavorazione. Prima di aprire i pirolizzatori, i gas sono estratti dalla camera attraverso le valvole e filtrati (H2 e N2). L’idrogeno viene estratto e stoccato in bombole e successivamente inviato nel capannone destinato al suo accumulo. Il supporto del catalizzatore viene, poi, estratto dalla camera e inviato al capannone, nel quale si procede alla separazione dei nanotubi dal supporto del catalizzatore per poi venire conservati in container cilindrici sottovuoto.
7) Impianto di stoccaggio dei container cilindrici dei nanotubi di carbonio prodotti in ambiente con vuoto leggero 0,9 bar
Produzione di semilavorati e prodotti finiti derivanti dall’utilizzo della plastica del grafene e dei MWCNT
Le produzioni che hanno un mercato economico maturo, sono quelle collegate al settore dell’edilizia e dei trasporti. In particolare:
1) Edilizia calcestruzzo: l’aggiunta alla miscela del calcestruzzo per strutture e costruzioni di grafene e MWCNT nella misura del 2w%, migliora il tempo di vita del cls e le caratteristiche di resistenza agli sforzi.
2) Trasporto pavimentazione stradale: l’aggiunta alla mescola del bitume per la posa dei tappetini stradali di plastica, grafene e MWCNT nella misura del 3w%, migliora la resistenza del manto stradale, riduce le polveri sottili, l’usura superficiale e previene l’apertura di fessure migliorandone le prestazioni. L’asfalto al grafene è stato già usato a Roma all’aeroporto di Fiumicino e per la pavimentazione di 2.000 mq della stazione di servizio Q8 inaugurata sulla Via Ardeatina. Un materiale a base di grafene e plastiche “dure” (quelle che normalmente non rientrano nella filiera del riciclo) è stato utilizzato per la ostruzione del fondo stradale (lungo 1.067 metri) del nuovo ponte di Genova "San Giorgio". Tutti i test finora effettuati da università e laboratori certificati, hanno confermato ottimi risultati in termini di performance della miscela. I dati su strada convalidano l’aumento della resistenza ai cicli di carico e la
capacità di sopportare le escursioni termiche, dimostrando che la tecnologia utilizzata consente di migliorare i parametri relativi all’ormaiamento (difetto collegato a zone sollecitate da frequenti passaggi di carichi elevati). La maggior resistenza permette, dunque, di ottenere pavimentazioni che durano più a lungo rispetto alle tradizionali. La ricetta già usata è plastica non riciclabile con nanotubi di carbonio MWCNT aggiunta all’asfalto tradizionale. Questa ricetta permette all’asfalto di essere riciclato al 100% nei successivi cicli produttivi, aumentando la vita dell’asfalto, risparmiando materie prime e riducendo le emissioni di CO2.
3) Edilizia fibre di carbonio: l’aggiunta alle fibre di carbonio di nanotubi di carbonio e grafene nella misura del 3%, migliora del 15% la resistenza agli sforzi. 4) Produzione di filtri e membrane plastiche con ossido di Grafene e con MWCNT per la filtrazione dell’acqua da pesticidi, virus, batteri e metalli pesanti: piombo, alluminio, arsenico, bario, berillio, cadmio, cobalto, cromo, manganese, mercurio, nichel, rame, rutenio, tallio, vanadio, zinco, ecc. L’ossido di grafene è prodotto mediante l'ossidazione di cristalli di grafite con una miscela di acido solforico, nitrato di sodio e permanganato di potassio (metodo Hummers). I nuovi filtri per l’acqua potabile sono realizzati sfruttando la combinazione di fogli di ossido di grafene (Go) con un materiale denominato polisulfone (Psu). Il polisolfone o polieteresolfone (o PSU PESU PES) è un materiale termoplastico ad elevata robustezza. Codice di riciclaggio 07 altri. Viene impiegato come dielettrico nei condensatori, e per la produzione di membrane artificiali. Viene utilizzato anche nella produzione di biberon e contenitori per alimenti, grazie alla sua atossicità. I filtri catturano contaminanti organici, molecole costituenti principi attivi di farmaci, cosmetici o detergenti, rodamina (un colorante usato nell’industria tessile e farmaceutica, antibiotici), farmaci antinfiammatori e colliri. (test di efficacia del CNR: i nuovi dispositivi risultano superiori di almeno tre volte rispetto al materiale standard (polisulfone) usato di solito per la fabbricazione dei filtri per acqua potabile). Le membrane utilizzate per i filtri possono essere recuperate dopo l’uso, lavandole con un solvente che rimuove i contaminanti raccolti e usate nuovamente.
Le proprietà antibatteriche dell’ossido di grafene
Pubblicato il Marzo 22, 2016 di Maddalena Scandola
Tra i materiali della famiglia grafene, l’ossido di grafene è stabile in soluzione e offre vantaggi per potenziali applicazioni biomediche. Una ricerca italiana analizza gli effetti antimicrobici dell’ossido di grafene su importanti agenti patogeni umani, come E. coli, C.albicans, E.faecalis e S.aureus, con risultati che aiuteranno a progettare nanomateriali per una nuova terapia antimicrobica ‘verde’
L’ossido di grafene ha proprietà antifungine ed antibatteriche ed è efficace contro quattro importanti agenti patogeni umani, secondo un team di fisici e biotecnologi dell’Università Cattolica del Sacro Cuore di Roma e l’Istituto di Sistemi Complessi del Cnr (ISC-Cnr). Rivestire strumenti medici con questo materiale a base di carbonio potrebbe contribuire a ridurre le infezioni, soprattutto dopo un intervento chirurgico, oltre a ridurre l’uso di antibiotici e la resistenza agli antibiotici, dicono i ricercatori. L’ossido di grafene è un materiale stratificato costituito da fogli di grafene ossigenati con molecole quali epossido e carbossile e gruppi idrossilici sulla sua superficie. La presenza di questi gruppi funzionali rende l’ossido di grafene stabile in soluzione e offre vantaggi per potenziali applicazioni biomediche.
Come nano-coltelli. Studi precedenti sulle proprietà antimicrobiche dell’ossido di grafene, hanno dato risultati contraddittori secondo i ricercatori. Il team di ricerca italiano, coordinato da Massimiliano Papi e da Claudio Conti, ha è stato invece di analizzare come le dimensioni e la concentrazione di fogli di ossido di grafene influenzano la sua azione antimicrobica su importanti agenti patogeni umani. L’efficacia antimicrobica dell’ossido di grafene dipende dalla sua dimensione, dall’esposizione batterica al materiale e altri paramenti sperimentali. Il team ha esaminato l’effetto di ossido di grafene su tre batteri: Staphylococcus aureus e Enterococcus faecalis, causa di diverse infezioni cosiddette opportunistiche e nosocomiali, e Escherichia coli, che può provocare gravi intossicazioni alimentari, mostrando che ossido di grafene, in fogli di circa 200 nanometri, in soluzione di acqua è in grado di eliminare circa il 90% di S. aureus e E. faecalis, e circa il 50% di E. coli in meno di due ore. Lo studio ha dimostrato che l’ossido di grafene è efficace contro i batteri anche a concentrazioni inferiori a 10 mg / ml. “Sono tre le componenti che contribuiscono alle proprietà antibatteriche del materiale”, spiega Papi, “i fogli di ossido di grafene possono tagliare le membrane batteriche agendo come un nano-coltello, possono avvolgere i batteri come una coperta e fermare la loro crescita, oppure ossidare le componenti cellulari dei batteri”. Il team ha anche scoperto che l’ossido di grafene è efficace contro il fungo Candida albicans che causa infezioni fungine, con un’efficacia simile a quella trovata per E. coli.
Un ostacolo alla resistenza. La resistenza agli antibiotici è un problema crescente. Circa 25.000 persone in Europa muoiono ogni anno per infezioni resistenti ai batteri. Senza nuovi agenti antibatterici molte procedure mediche di routine potrebbero presto diventare impossibili. Mentre i batteri sviluppano rapidamente una resistenza agli antibiotici, il meccanismo antibatterico dell’ossido di grafene che agisce sia con danni meccanici che con l’ossidazione chimica renderebbe più difficile l’affermarsi di tale resistenza. I ricercatori sottolineano inoltre che l’ossido di grafene può essere miscelato con polimeri biocompatibili per ottenere un rivestimento antibatterico adatto per dispositivi medici suscettibili di colonizzazione batterica, quali i cateteri. Strumenti chirurgici rivestiti con tale materiale, ad esempio, potrebbero uccidere i batteri. Questo potrebbe ridurre la necessità di antibiotici, diminuire le infezioni post-operatorie e diminuire i tempi di guarigione. La ricerca svolta è parte di un progetto finanziato dall’UE, dal nome VANGUARD, che sta testando la possibilità di utilizzare strutture di ossido di grafene per riparare e rigenerare tessuti danneggiati. “Queste applicazioni potrebbero essere rivoluzionarie per la gestione delle infezioni ospedaliere, soprattutto per i pazienti immunocompromessi”, dice Papi. “I costi contenuti dell’ossido di grafene lo rendono particolarmente rilevante per il controllo delle infezioni nei paesi a basso reddito”. Il team di ricercatori ha ora intenzione di testare l’effetto dell’ossido di grafene su altri agenti patogeni, come batteri resistenti agli antibiotici, virus e altri funghi.
Lo studio è stato presentato da Valentina Palmieri in occasione del 60° convegno annuale della Società Biophysical Society a Los Angeles.
V. Palmieri, M. Papi, F. Bugli, M. Lauriola, C. Conti, G. Ciasca, G. Maulucci, M. Sanguinetti, M. De Spirito. TOWARDS A “GREEN” ANTIMICROBIAL THERAPY: STUDY OF GRAPHENE NANOSHEETS INTERACTION WITH HUMAN PATHOGENS – Biophysical Society 60th Annual Meeting, February 27- March 2, 2016, Los Angeles.
Contatti: Claudio Conti, Fotonica Nonlineare – ISC Roma
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8) Produzione di condom con gomme naturali e artificiali con grafene e MWCNT. Un decimo di centesimo di MWCNT basta ad assicurare l’incremento della forza e della resistenza della gomma del 50% rispetto ai condom attualmente prodotti, con l’abbattimento di virus e batteri. La ricerca arriva dall'università di Manchester dove è stato studiato un metodo per combinare gomma e grafene e ottenere un materiale plastico estremamente forte e resistente, con cui realizzare profilattici di nuova generazione, ma anche accessori sportivi e dispositivi medici.
La società Bill & Melinda Gates Foundation ha affidato la ricerca per migliorare i profilattici, per renderli più sottili, più sicuri ed economici, al fine di invogliare un numero maggiore di uomini a utilizzarli. Undici team di ricercatori di tutto il mondo hanno così ricevuto un contributo da 100mila dollari per sviluppare le proprie idee. Tra di loro, anche i ricercatori del Nano-functional Materials Group dell'università di Manchester, che hanno recentemente pubblicato i primi risultati del loro lavoro: preservativi al grafene, sottilissimi e molto più resistenti ed elastici di quelli tradizionali.
La scoperta, descritta sulle pagine della rivista Carbon, riguarda in realtà un metodo per creare materiali compositi a partire da diversi tipi di gomma, e promette di non limitarsi a rivoluzionare solamente il mondo dei condom. Le possibili ricadute industriali infatti interessano tutti i prodotti in cui forza ed elasticità della plastica fanno la differenza: guanti di lattice, indumenti e accessori sportivi, protesi e dispositivi medici. Il coordinatore del team di Manchester è Aravind Vijayaraghavan.
Un composito è un materiale composto da due parti: una matrice, soffice e leggera, e un filler, forte e resistente. Mettendo insieme le due parti, si ottiene un materiale al contempo forte e leggero, come le fibre di carbono utilizzate nelle auto sportive, o il kevlar dei giubbotti antiproiettile. Per i condom è stato sperimentato un composito della gomma, che per natura è morbida ed elastica ma molto fragile, unendo il grafene. Volendo creare membrane sottili come quelle utilizzate nei profilattici, i ricercatori hanno usato il grafene come filler altrettanto sottile. Il grafene è attualmente il materiale più sottile conosciuto. Negli esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato due tipi di gomma: quella naturale, o poliisoprene, e una artificiale, il poliuretano. A entrambe è stato aggiunto il grafene in varie proporzioni, ottenendo in molti casi un materiale più resistente ed elastico di quello di partenza. I risultati della ricerca hanno stabilito che con un decimo di centesimo di grafene si aumenta la forza e la resistenza della gomma di circa del 50%.
9) Produzione e riciclo di elastomeri per la costruzione di pneumatici con MWCNT. Riduzione dei consumi degli pneumatici durante il rotolamento e la frenata su asfalto e riduzione della produzione delle polveri sottili.
10) Impianto per costruzione di fili di plastica con grafene e MWCNT per la stampa 3D.
11) Impianto per la stampa 3D di prototipi e materiali compositi.
12)Produzione di materiali compositi specifici per la costruzione di satelliti per telecomunicazione, droni e prodotti aerospaziali.
13) Produzione di Supercondensatori per l’accumulo di energia elettrica, batterie, per il settore dell’automotive e della nautica.
14) Produzione di inchiostri di grafene MWCNT per la realizzazione di circuitazione elettronica.
15) Produzione di filati a bava continua di fibre plastiche con l’aggiunta di grafene e MWCNT per la realizzazione di tessuti per lo sport e di capi per la sicurezza delle forze armate e della polizia.
17) Produzione di celle a combustibile ad idrogeno.
18) Produzione di pannelli fotovoltaici celle di silicio e grafene.
20) Impianto per la produzione di elettrolizzatori PEM per la produzione di idrogeno verde.
21) Impianto per l’utilizzo di elettrolizzatori PEM per la produzione di idrogeno da immettere nella rete del gas SNAM.
22) Capannone di stoccaggio dei prodotti relativi alle diverse produzioni.
23) Capannone di stoccaggio dei prodotti relativi alle diverse produzioni.
24) Capannone di stoccaggio dei prodotti relativi alle diverse produzioni.
25) Punto di ristorazione e area parcheggio.
26) Impianto di depurazione delle acque bianche.
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